高速公路大桥栈桥施工设计书.docx
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高速公路大桥栈桥施工设计书
高速公路大桥栈桥施工设计书
一编制依据
1.《武江大桥两阶段施工设计图》
2.进场后调查的相关水文资料和地质资料及现场的地形、地貌;
3、国家对河务的有关法律、法规,以及当地河务部门对防洪、防凌的有关要求;
3、桥梁施工工期及施工时各种施工机械、人员的施工荷载和作业空间。
4、公路施工手册《桥涵》
5、《装配式钢桥使用手册》
6、《钢结构设计规范》
7.《公路桥涵设计通用规范》
二、编制原则
1、满足防洪的有关要求,以此确定标高、跨度。
2、各部位构件严格检算,考虑便桥使用时间较长,且要经过汛期洪峰的考验,设计中安全储备较大。
3、以“安全第一”为原则,结合施工最大荷载和最佳作业空间,确保施工人员及施工机械不相互干扰、方便施工,操作安全。
4、经济实用,美观大方,除满足施工期间使用外,还结合材料的定型尺寸设计,易施工、易拆除,可周转使用,减少浪费,降低工程成本。
三水文地质情况
本桥桥址区位于武江,属于珠江流域北江支流,桥址区水位及流量受降雨影响大。
本区年降雨量1800mm以上,暴雨和台风多集中在5~9月之间。
武江河西岸标高63.1m,东岸标高66.917m,原图纸标示江面常年水位为58.651m,实地测量为61.1m。
水深在7m~11m。
桥址下游为溢洲水电站,平时江水流速平缓。
河道内现为砂场,河道中央设计时原为沙洲,现场考察,由于当地人在河床采砂作业,现实际已经同河床,且采砂预弃卵石于河床,形同土堰。
卵石层下灰岩,本区属岩溶发育区,施工中应注意暗流,落水洞的影响。
四设计方案
1、设计标准
(1)、便桥荷载按单车—400KN设计,最重汽车荷载10m3砼罐车,满载情况下为40T,单车通行。
(2)、行车速度
重车10Km/h,轻车30Km/h。
(3)、桥型及结构
全桥采用钢结构。
基础全部采用钢管桩基础。
贝雷桁架纵梁,双排单层,下承式结构,横梁桥面为I28a工字钢,桥面板为25b槽钢,桥面净宽4m。
单车道通行,车道宽度3.6m,每四十米左右设置一行人避车台,宽度1.5m。
每150m设计一处会车道,栈桥基本跨度15+9m。
当栈桥墩位与桥梁墩位干扰时调整为12m。
桥墩采用800*10钢管,四根钢管联结形成井架基础以增强稳定性。
(4)、平面布置
钢栈桥全长540m,南岸由5#墩开始搭至20#墩,北岸由23#墩至21#墩,保留20#-21#墩之间主航道。
西岸便桥共20跨,每跨15+9米。
其中1#~8#跨便桥布置在主桥上游,便桥线路中心与主桥中心线平行,相距15m,直线布置。
9#~27#跨便桥布置在主桥桥下分隔带中央。
第8跨处设会车道。
(5)、桥面设计高程应满足防洪要求,纵梁底标高以62.8m设计,其他相应部位以此标高推算。
2、设计方案
1、基础及下部结构设计
桥墩采用两排2根钢管(桩径ф800mm,壁厚10mm),横向间距4.0m,纵向间距9m,管桩与管桩之间用325*6mm钢管牢固焊接。
垫梁采用两根I40b工字钢,将同一墩上的两根工字钢的上部和端头用L75×75角钢连接。
2、上部结构设计
桥梁纵梁各跨跨径为15m+9m。
根据行车荷载及桥面宽度要求,纵梁采用单层双排贝雷片(规格为150cm×300cm),横向布置形式为:
90cm+163cm+90cm。
贝雷片纵向用贝雷销联结,横向用90定型支撑片联结以保证其整体稳定性,贝雷片与工字钢横梁间用U型铁件联结以防滑动。
两组贝雷片间每6m用14b槽钢组成剪刀撑连接。
3、桥面结构设计
桥面采用6m长28b工字钢作为分配梁,按间距50cm布置,桥面铺设25b槽钢作为桥面板,间距30cm。
4、防护结构设计
桥面采用小钢管(直径4.8cm)做成的栏杆进行防护,栏杆高度1.2米,栏杆纵向1.5米1根立柱(与桥面槽钢焊接)、高度方向设置两道横杆。
五施工计划安排
栈桥计划于2011年2月28日开始施工,2011年3月25日完成。
六施工材料配备计划
本栈桥为全钢结构,钢材耗用量较大,全桥耗用钢材1225吨。
由于工期较短,本桥材料一次采购到位。
武江施工栈桥工程数量表
名称
型号
单位
数量
单位重
重量(Kg)
备注
钢管桩
◎800*10
m
2160
195
421200
联结管
◎325*6
m
1296
47.2
61171
剪刀撑
[14a
m
1458
14.5
21141
垫梁
I40b
m
648
73.8
47822
贝雷片
片
787
270
212490
贝雷销
个
1574
3
4722
90花窗
个
393
42
16506
联杆
[14a
m
280
14.5
4060
6m一道
上横梁
I28b
m
4800
48
230400
桥面板
[25a
m
6600
27.5
181500
骑马螺栓
φ16
个
1400
3.36928
4718
栏杆
◎48*3.5
m
4872
3.81
18562
合计
1224292
七施工机械配备
本工程主要施工为水上施工,需配备水上施工设备,主要施工设备见下表:
栈桥施工主要设备
序号
名称
型号、规格
数量
用途
1
长臂挖机
24m臂长
1
辅助基础处理
2
浮船
50t
1
水上施工
3
交通艇
1
水上施工
4
振动打桩锤
DZ-90A
打桩
5
吊车
16T
1
拼装贝雷片
6
履带吊
50T
1
安装贝雷梁
6
交(直)流电焊机
B*1-50-2
2
7
氧割
4套
加工工字钢,切割钢管
8
运输车
1台
八生产班组人员配置
序号
名称
人数
备注
1
技术组
3
测量监控
2
贝雷片拼装组
6
贝雷片拼装
3
型钢加工组
5
型钢加工
4
打桩组
6
打桩
5
桥梁加固组
6
桥梁加固
九.栈桥施工方案
施工场地
武江西岸现有村道到达,交通比较便利,材料、机械设备利用现有道路运输进入。
型钢加工场利用西岸桥头60m长,30m宽空地。
钢管桩施工
1钢管桩的定位
根据现场施工条件,在岸边设置两个加密控制点,采用一台全站仪、两台J2经纬仪前方交会法(交会角控制在60o-120o之间)放样栈桥钢管桩。
钢管桩放样角为方位角。
钢管桩控制部位为钢管外切线,经纬仪十字丝切于钢管外切线,可以观测钢管的平面偏位情况和垂直度,通过对讲机指挥打桩机调整钢管桩的垂直度和纠正平面偏位。
2钢管桩的打设
栈桥钢管桩插打时,在铁驳船上安装导向架,利用50t船吊和DZ90振动锤进行施工。
首节钢管桩长度的确定:
首节钢管桩长度要保证在桩进入河床后,露出水面的高度不小于2m。
根据河床标高第一节钢管桩长定为12m。
测量人员在抛锚后的铁驳船边缘距待打入桩最近的地方测出控制点,施工人员根据此控制点量出钢管桩的平面位置。
用船吊(或履带吊)起吊DZ-90振动锤及首节钢管桩,徐徐放下钢管桩,此时钢管桩在水流冲击下平面位置会发生变化,施工时根据水流情况可向上游预偏3-4cm。
当钢管桩在自身和振动锤重力下进入河床后,重新测设桩的平面位置,满足要求后启动振动锤将钢管桩振入河床。
振动过程中测量人员通过全站仪、施工人员通过锤球对管桩纵横向的垂直度进行观测,并通过对讲机指挥吊船前后、左右摆动以调整钢管桩的垂直度。
当钢管桩进入河床2-3m,其平面位置及垂直度基本不会发生变化后,可松开吊钩,让钢管桩在振动锤的振动下振入河床。
当首节钢管桩顶露出水面约1.5m左右时,停止振入,移开振动锤进行钢管桩的接高。
钢管桩接高时,吊船(或履带吊)起吊待接钢管桩就位,施工人员乘小船进行焊接施工。
小船锚固于铁驳船及已打钢管桩。
钢管桩打设深度采用计算深度和贯入度两个方面进行控制,平台钢管桩根据设计承载力的要求,采用DZ-90振动锤打设时贯入度在1-3cm/min时即可停锤。
然后测量人员测设桩顶位置,割除多余钢管桩并在设计标高隔出槽口,焊接加劲板,然后进行下道工序施工。
钢管桩打设中的质量控制标准如下:
平面位置:
纵向5cm,横向10cm;垂直度:
1%;贯入度:
1-3cm/min。
钢管桩施工设备
振动锤动力站
注意事项
①、严格按设计书要求的位置和标高打桩,注意避开桥墩桩位。
②、沉桩开始时,可以靠桩的自重下沉,然后吊装振动锤和夹具与桩顶连接牢固,开动振动锤使桩下沉。
施工过程中采用贯入度控制为主,但埋深不得少于2m,如钢管桩入土深度小于2m锤击不下,且用桩锤激振2分钟仍无进尺,必须现场分析地质状况,采取其他施工工艺。
如采用长臂挖掘机挖出基础,再用振动锤打入而后回填,或射水配合打入施工。
以保证钢管的防冲刷及抗横向力的能力。
③、振动锤与桩头必须用液压钳夹紧,无间隙或松动,否则振动力不能充分向下传递,影响钢管桩下沉,接头也易振坏,在振动锤振动过程中,如发现桩顶有局部变形或损坏,要及时修复。
④、每根桩的下沉一气呵成,不可中途间歇时间过长。
每次振动持续时间过短,则土的结构未被破坏,过长则振动锤部件易遭破坏。
振动的持续时间长短应根据不同机械和不同土质通过试验确定,一般不易超过10min~15min。
⑤、测量人员现场指挥精确定位,在钢管桩打设过程中要不断的检测桩位和桩的垂直度,并控制好桩顶标高。
下沉时如钢管桩倾斜,应及时牵引校正,每振1~2min要暂停一下,并校正钢管桩一次。
设备全部准备好后振桩锤方可插打钢管桩。
⑥、钢管桩之间的接头必须满焊,各加长加劲板也需满焊并符合设计的焊缝厚度要求,经现场技术员检查钢管桩接头焊接质量合格后方可打设钢管桩。
⑦、钢管桩施打完成后,应立即进行钢管桩的横向连接,焊接剪刀撑及钢管平联,夜间时应提前进行照明设施的安装,并设置一定数量的安全警示灯标示,防止船只碰撞。
垫梁施工
将垫梁处的钢管桩割成槽口,将I40b工字钢按放在槽口内。
同时为保证垫梁稳定,将同一墩上的两根工字钢的下部和端头用L75×75角钢连接。
由于桩在打设中平面位置会有误差,分配梁位置测设时适当前后移动确保分配梁位置垂直于线路方向。
贝雷梁、分配梁及桥面板安装
1)、贝雷梁的拼装
将安装的贝雷梁抬起,放在已装好的贝雷梁后面,并与其成一直线,两人用木棍穿过节点板将贝类梁前端抬起,下弦销孔对准后,插入销栓,然后再抬起贝雷梁后端,插入上弦销栓并设保险插销。
贝类梁拼装按组进行,每次拼装一组贝雷(横向两排),每组贝雷长9m/15m,贝雷片之间用联接片连接好,拼装在后场进行。
拼装好的贝雷架节段用平板运输车利用已成形栈桥进入工作面。
2)、贝雷梁架设
①、在下部结构顶横梁上进行测量放样,定出贝雷架准确位置。
②、将拼装好的一组贝雷主桁片装车运至履带吊车后面。
③、贝雷每两片分为一组,38t履带吊先安装一组贝雷,准确就位后先牢固捆绑在横梁上,然后用骑马螺栓将贝雷梁固定在垫梁上。
再安装另一组贝雷,同时与安装好的一组贝雷用贝雷片剪刀撑进行连接,贝雷梁就位后,立即安装贝雷梁之间的横向支撑,贝雷梁安装就位后,按设计要求(间距30cm)架设I28b和桥面槽钢,分配梁用骑马螺栓与贝雷片固定。
桥面槽钢铺设时注意不得悬空,且相邻槽钢纵向应错开3m以上。
槽钢上焊接限位钢筋限制在分配横梁上的移动。
钻孔平台施工工艺与栈桥施工工艺相同,此处从略。
十、安全注意事项
本钢栈桥需封闭北岸侧副航道,封闭前应在水道中设置明显的警示标示。
栈道上应有照明措施。
水道中设置引导航标。
施工和使用时要密切关注河流的水文情况。
尤其是上游的降雨情况,洪水预警信息,洪水预警发布时人员及施工机械应及时撤离。
所用上桥作业人员都应佩穿水上救生设备。
施工平台荷载较栈桥小,但振动频繁,故设计时采用较大的结构强度,施工中应经常注意检查构件的连接是否可靠。
发现有开裂,松动时要及时补强。
栈桥上行驶车辆严禁急刹。
附件:
武江大桥施工便道及平台布置图
武江大桥主墩施工平台布置图
武江大桥过渡墩施工平台布置图
栈桥结构计算
钢栈桥整体(一跨)
钢便桥正面
钢栈桥正面
栈桥结构复核
以40T砼车为设计荷载。
因缺乏该车荷载数据,上部结构验算采用汽550KN为荷载标准值。
车辆重力标准值550KN,前轴重力标准值30KN,中轴重力标准值120KN+120KN,后轴重力标准值140KN+140重力标准值,轴距3+1.4+7+1.4m。
轮胎接触面积为30*20cm,单后轮分布荷载为35KN,冲击系数取1.3,汽车制动力取90KN。
550KN汽车荷载主要参数见下表
(引自桥涵设计通用规范)
桥面板计算:
每个车轮荷载由两条槽钢承担,每个车轮荷载=140÷4=35KN。
分布于槽钢面板线荷载为35*1.3/2/20=1.13KN/cm,做三跨连续梁分析桥面板受力:
[25a槽钢参数如下:
A=34.9cm2
Wy=30.5cm3
最不利荷载为轮胎落于梁中,荷载分布为2.6KN/cm,荷载分布如下图:
弯矩为
σ=Mmax/w=306/30.5=10.03KN/cm2=103MPa〈[145MPa],
剪力图如下:
τmax=36.54KN/34.9cm2=12MPa<【125MPa】
位移变形如下图
以集中荷载验算变形
最大变形发生在跨中,δ=2.08×10-2PL3/EI=2.08×10-2×44×103×0.753÷(2.1×1011×196×10-8)=9×10-4m=0.9mm。
横梁计算:
汽车轮胎荷载经过槽钢分配至上横梁,每轴轴载由2根横梁承担,轮载简化为集中荷载,每根横梁受力为P=140/2/2=35KN。
考虑1.4的安全系数,P=35×1.4=49KN
荷载分布图
弯矩图
25b工字钢性能参数28b工字钢性能参数
A=53.5cm2A=61cm2
I=5280cm4I=7480cm4
W=423cm3W=534cm3
质量42Kg/m48Kg/m
使用I25b,则
σ=Mmax/w=6324/423=14.95KN/cm2=149MPa〈[145MPa]
最大变形放生在跨中为3.2mm。
满足要求
使用I28b,则
σ=Mmax/w=6324/534=11.84KN/cm2=118MPa〈[145MPa]
贝雷片纵梁,以单片验算
槽钢重量:
p1=27.5*13*10/4=894N/m
上横梁重量:
P2=48*6**10/4*18=1480N/m
贝雷片自重:
P3=275*10/3=916N/m
汽车荷载以中后轴居跨中计算
中后轴荷载32T,分配给单片贝雷片荷载为8t,,前轴分配单片贝雷片荷载为2T。
计算荷载1:
1.2*(894+1480+916)=3948N/m
2.1.4*8=11.2T2*1.4=2.8T
贝雷片纵梁模型如下:
结构力学求解器得弯矩图
最大弯矩为327KN.m。
查321钢桥使用手册知贝雷片允许弯矩为788KN.m,满足要求。
结构力学求解器得剪力图
查321钢桥使用手册知贝雷片允许剪力为245KN.m,满足要求。
查〈〈桥涵〉〉贝雷片桥双排单层单-300KN容许跨径为21m,现实际采用15m。
亦与计算结构一致。
垫梁荷载验算:
最不利荷载为车辆荷载全部落垫梁上,p=40T
钢便桥自重=(300*4*6+48*36*6+27.5*13*18)=24003Kg
由四片贝雷片传递荷载,P=(400*1.4+240*1.2)=212KN
垫梁模型
结构力学求解器得弯矩图
采用双拼40b工字钢
A=94.1cm2
I=22780cm4
W=1140cm3
σmax=Mmax/w=109.5/1140*2=48MPa〈[85MPa]
τmax=∣Rmax∣/A=288.5/83.5*2=17.3Mpa<[τ]=125Mpa
钢管受力以最不利荷载42.4T计算
钢管相关参数:
A=(π×4002)-(π×3922)=19905mm2
回转半径为:
Ixⅰ=
=
=280mm
1、按强度计算,立杆受压应力:
σ=N/A=424×103/19905=21MPa〈145MPa
2、按稳定性计算受压应力:
钢管自由长度取10m,长细比:
λ=L/Ixⅰ=10000/280=35.71
查《钢结构设计规范》附录C,得Φ=0.95
σ=N/ΦA=424×103/(0.95×19905)=22.4MPa〈145MPa
均满足要求.
钢管桩采用90T振动锤施工,实际单桩承载力要求达到40T,桩周摩阻力80Ka。
400/(80*3.14*0.8)=2m。
现场要求管桩以贯入度控制,同时埋深不少于2m。
整体稳定性分析
造成钢便桥失稳的因素有流水阻力,风荷载,汽车荷载造成的钢管桩偏心受压,汽车制动力。
现取一跨钢便桥以最不利荷载分析。
汽车制动力取汽车荷载的10%为4tonf。
纵向倾覆弯矩M1=10*4=40tonf*m
抗倾覆弯矩M2=9*0.39*18*2=12.4tonf*m。
(抗倾覆弯矩只计入结构自重,实际中
M2/M1=3.18>1.4
横向倾覆弯矩:
流水阻力计算风荷载计算
F=KArv2/2g
K:
形状系数
A:
阻水面积
r:
为水容重
v:
为水流速
g:
为重力加速度水流速度取5m/s,水深10m。
F=0.8*0.8*10*25/20=1tonfM1=FL=5tonf.m
查韶关地区10年一遇基本风压为0.2KN/m2
Fwh=0.75*1.3*1.38*0.2*(8*4+1.5*9*0.02)=8.68KN
M2=8.68*15=130KN.m=13tonf.m
抗倾覆弯矩M3=0.4*4*2+40*2=256tonf.m
M3/(M1+M2)=256/(13+5)=14>1.43002
钻孔平台结构复核
钻孔平台上主要荷载为钻机,钻机重量最大不超过20t。
宽2m,长7.4m。
280cm冲锤14t。
其下按间距0.3m布置25b槽钢横梁,由于钻机本身有钢架底座,面板主要承担小机具,行人荷载,强度不予验算。
钻机落在15根横梁上。
最不利荷载为提锤时荷载,最大加速度为2m/s。
冲击荷载为:
Fc=ma=14*2=28tonf,最不利荷载为钻机前缘横梁,冲击荷载落入前面三根横梁上。
前缘每根横梁承受荷载
Q=28*1.4/3+20*1.2/15=15tonf
单根横梁最不利荷载受力模型如下图:
弯距图
[25b槽钢参数如下:
A=39.9cm2
Wy=32.7cm3
σ=Mmax/w=472/32.7=14.4KN/cm2=144MPa〈[145MPa]
τmax=76/39.9=0.15KN/cm2=1.5MPa
计算得最大变形为7mm。
纵梁为四根50b工字钢,最不利受力模型如下:
钻机自重荷载q1=20t*1.2/7.4*4=8.2onf/m=82KN/m=0.82KN/cm
平台自重荷载q2=(31.4*6*4/4+101)*1.2*10=3.5KN/m=0.35KN/cm
钻机冲击荷载q1=28t*1.4/4=9.8onf/m=98KN
受力模型图:
弯矩图
50b工字钢参数如下:
A=129cm2
Wy=1940cm3
σ=Mmax/w=15198/1940=7.83KN/cm2=78.3MPa〈[145MPa]
τmax=210.5/129=1.63KN/cm2=16MPa
最大变形为1mm。
由于钻机位于平台内,且平台本身焊接成钢架,导致平台倾覆的荷载仅为风荷载和流水阻力。
该荷载在栈桥中已经计算,不再重复。
综上述复核计算,本栈桥及平台设计安全可行。
栈桥结构复核
以10m3混凝土罐车为设计荷载,车辆荷载40t,前轴荷载8t,中轴荷载16t,后轴荷载16t,轴距3850+1400mm。
轮胎接触面积为30*20cm,单后轮分布荷载为40KN,(33.50KN),冲击系数取1.3,汽车制动力取90KN。
两个后轮由三条槽钢承受荷载,每条槽钢受力2.6*2/3=1.73KN
桥面板计算:
分布于槽钢面板线荷载为2.6KN/cm,,做三跨连续梁分析桥面板受力:
[25a槽钢参数如下:
A=34.9cm2
Wy=30.5cm3
最不利荷载为轮胎落于梁中,荷载分布为2.6KN/cm,荷载分布如下图:
弯矩为
σ=Mmax/w=381/30.5=12.5KN/cm2=125MPa〈[145MPa],
剪力图如下:
τmax=36.54KN/34.9cm2=12MPa<【125MPa】
位移变形如下图
最大变形发生在跨中,为0.2mm。
横梁计算:
汽车轮胎荷载经过槽钢分配至上横梁,整个中后轴轴载由3根横梁承担,单根横梁受力简化为53KN每边,荷载分布如下,考虑1.4的安全系数,计算荷载采用P=53*1.4=74.2KN:
荷载分布图
弯矩图
28b工字钢性能参数
A=61cm2
I=7480cm4
W=534cm3
σ=Mmax/w=4587.94/534=85.9KN/cm2=86MPa〈[145MPa]
最大变形放生在跨中为3.2mm。
满足要求
贝雷片纵梁,以单片验算
槽钢重量:
p1=27.5*13*10/4=894N/m
上横梁重量:
P2=48*6**10/4*18=1480N/m
贝雷片自重:
P3=275*10/3=916N/m
汽车荷载以中后轴居跨中计算
中后轴荷载32T,分配给单片贝雷片荷载为8t,,前轴分配单片贝雷片荷载为2T。
计算荷载1:
1.2*(894+1480+916)=3948N/m
2.1.4*8=11.2T2*1.4=2.8T
钢平台复核
汽车荷载标准值550KN,最大荷载后轴重力标准值140KN,单侧荷载值=70*1.4=98KN
面板工字钢36b,跨度750cm,
荷载分布图
工字钢受力弯矩图
36b工字钢性能参数
A=65.6cm2
I=16530cm4
W=919cm3
σ=Mmax/w=28438.7/919=30.9KN/cm2=309MPa〈[145MPa]
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