钢便桥及钻孔平台施工专项施工方案.docx

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钢便桥及钻孔平台施工专项施工方案

钢便桥及平台专项施工方案

一、编制的依据

①、交通部《公路桥涵施工技术规范》JTJ041—2000

②、人民交通出版社《路桥施工计算手册》

③、交通部交通战备办公室《装配式公路钢桥使用手册》

④、公路施工手册

⑤、公路桥涵钢结构木结构设计规范

、两阶段施工设计图

二、便桥及钻孔平台主要技术标准

①、计算行车速度：

5km/h

②、设计荷载：

载重750KN施工车辆

③、桥跨布置：

n12m连续贝雷梁桥

④、桥面布置：

净宽6m

三、主要施工机具

1、500KN的以履带吊一台。

2、350KN的以吊车一台。

3、250KN的以吊车一台。

4、铁锚4只。

5、振动沉桩机（锤）2台。

6、电弧焊机6台。

7、氧气切割机2台。

8、链滑车12只。

9、50KN卷扬机2台。

10、50装载机1台。

11、运输车1辆。

12、打桩船一艘。

四、工程概况

厦漳高速公路（漳州段）扩建工程ZA4合同段为南港特大桥的一部分，位于龙海市紫泥镇、海澄镇。

工程起为K497+757，终点K499+672.5；右幅桥长1915.5米，左幅桥长1939.5米。

根据现场地形地貌并结合荷载使用要求，经过现场勘查、结合桩基平台和钢吊箱施工需要我部架设的钢桥规模为：

桥梁全长约550米，（拟从118#—127#墩，其中120#墩—121#墩受通航影响断开120米。

便桥标准跨径为12米），桥面净宽均为6米;桥位布置形式为：

便桥布置在新建桥梁上游，便桥边缘与平台墩位承台净距离2.7米。

钢桥结构特点如下：

1、基础结构为：

钢管桩基础

2、下部结构为：

工字钢横梁

3、上部结构为：

贝雷片纵梁

4、桥面结构为：

装配式公路钢桥用桥面板

5、防护结构为：

小钢管护栏

五、钢桥设计文字说明

1、基础及下部结构设计

本工程位于海中，河面宽约670米，主跨9（119#墩—120#墩、121#墩—122#墩）水深为7米～16米，边跨（118#墩—119#墩、122#墩—127#墩）水深为2米～7米，最低潮水位-2.6米、最高潮水位4.77米。

建成后的钢桥桥面标高按6.0米控制。

水下地质情况自上而下普遍为：

淤泥、砂层、粘土层、圆砾。

1.1边跨便桥钢管桩基础布置形式：

单墩布置3根钢管（桩径ф60cm，壁厚8mm），横向间距2.5m，桩顶布置2根36cm工字钢横梁，管桩与管桩之间用10cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接。

考虑到主跨便桥位于新建桥梁中间，水位深且受涨退潮影响水流急，因此对基础进行加强。

1.2主跨便桥钢管桩基础布置形式：

单墩布置3根钢管（桩径ф80cm，壁厚8mm），

横向间距2.0m，桩顶布置2根36cm工字钢横梁，管桩与管桩之间用10cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接。

为了增强便桥纵向稳定性，每隔3个墩位设置1处加强排架墩基础（即单墩布置6根钢管：

横向间距2.5米、排距2.5米）。

打钢管桩技术要求：

①严格按设计书要求的位置和标高打桩。

②钢管桩中轴线斜率<1％L。

③钢管桩入土（进入土层）深度必须大于5m，实际施工过程由于各个支墩地质情况复杂，管桩终孔高程应以DZ60桩锤激振５分钟仍无进尺为准。

④当个别钢管桩入土小于5m锤击不下，且用DZ60桩锤激振５分钟仍无进尺，必须现场分析地质状况，采取措施加强受力。

钢管桩的清除：

⑤按照当地河道管理要求，新桥建成后必须拔除钢管桩。

2、上部结构设计

桥梁纵梁各跨跨径均为12m。

根据行车荷载及桥面宽度要求，12米跨纵梁布置单层6片3组国产贝雷片（规格为150cm×300cm），横向横向布置形式为：

90cm+120cm+90cm+120cm+90cm，贝雷片纵向用贝雷销联结，横向用90型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。

3、桥面结构设计

桥面采用装配式钢桥定型桥面板（设计规定最大荷载为挂车—80级，故受力不再做验算），单块规格为6m×1.5m，桥面板结构组成为：

5.5mm厚印花钢板、12cm工字钢底横肋（间距30cm）、12cm槽钢底竖肋（间距65cm）。

制作好的桥面板安放在贝雷片纵梁上并用螺栓联结，为安装桥面栏杆需要每隔一片面板间安装1根12cm槽钢。

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4.5米1根立柱（与桥面槽钢焊接）、高度方向设置两道横杆。

六、桩基钻孔平台布置

1、桩基钻孔平台的受力要求

考虑到施工的安全，施工前必须要全面考虑施工荷载。

1.1（123、124、125）施工平台所受的荷载主要为材料、施工机械荷载：

即钻机200kN，履带吊机500kN，混凝土及导管600KN，钢筋笼300kN。

考虑实际施工作业可能出现的情况，必须按照最大荷载组合布载；最大跨进行计算。

1.2（119、122、126）施工平台所受的荷载主要为材料、施工机械荷载：

钻机200kN，履带吊机500kN，混凝土及导管600KN，钢筋笼400kN。

考虑实际施工作业可能出现的情况，必须按照最大荷载组合布载；最大跨进行计算。

1.3（120、121）施工平台所受的荷载主要为材料、施工机械荷载：

材料、施工机械荷载：

钻机200kN，龙门吊750kN，混凝土及导管600KN，钢筋笼500kN。

考虑实际施工作业可能出现的情况，必须按照最大荷载组合布载；最大跨进行计算。

以上钻孔平台必须要考虑砼运输车能通行。

2、桩基钻孔平台的结构形式

根据以上受力要求，考虑施工中各种不利因素，钻孔平台采用管桩基础、工字钢横梁、工字钢（贝雷梁）分布梁、槽钢面板。

为保证下部桥梁施工能合理利用平台，每个钻孔平台布置如下：

边墩（123、124、125）桩基施工平台采用直径不得小于ф42cm的钢管跨径控制在5米以内（以避开桩基护筒和吊箱施工为原则）、工字钢横梁为2I45a型、工字钢分布梁为双拼I25型（间距50cm）、面板为20cm槽钢（净距5cm）。

边墩（119、122、126）桩基施工平台采用直径不得小于ф60cm的钢管跨径控制在5米以内（以避开桩基护筒和吊箱施工为原则）、工字钢横梁为2I45a型、工字钢分布梁为双拼I25型（间距50cm）、面板为20cm槽钢（净距5cm）。

主跨主墩考虑到施工时至少要上4台钻机，冲击荷载大，因此平台予以加强布置：

采用ф80cm的钢管跨径控制在6米以内（以避开桩基护筒和吊箱施工为原则）、贝雷片为横梁、工字钢为纵梁。

工字钢为2I25型（间距50cm）、面板为20cm槽钢（净距5cm）。

详见“便桥及钻孔平台设计图”。

七、便桥钢管桩承载力及稳定性计算

1、钢管桩竖向荷载计算

每个钢管桩承受的竖向荷载有便桥上部结构自重、人群荷载及车辆荷载，分别计算如下：

单跨结构自重：

P1=mg

=（31130.6kg×10N/kg）=311.3kN

人群荷载：

3.5kN/m2

车辆荷载：

按照一台75吨履带吊机行走计算。

P2=750KN÷3+3.5kN/m2×12×6÷6=292.0KN

每根桩承受的竖向荷载为：

P=1.25×（P1/3+P2）

=1.25×（103.8+292.0）

=494.75kN

上式中考虑安全系数1.25；浮力对结构受力有利，故不予考虑。

2、钢管桩沉入深度计算

桩入土深度L=2[P]∕auτ

式中[P]桩容许承载力，钢管桩采用振动沉桩，a为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，取a=1；u为桩周长；τ为桩周土的极限摩阻力，根据地质情况取τ=20kPa。

故L=（2×494.75）/（1.0×3.14×0.6×20）

=26.3m

实际沉入深度为不小于26.3m或者座于基岩上。

单桩竖向承载力验算

Ra=（UqsL+αAσr）/2

=（πDqsL+αAσr）/2

=（3.14×0.6×20×26.3+αAσr）/2

=（3.14×0.6×20×26.3+1×3500×0.32×3.14）/2（KN）

=990.0KN﹥494.75KN满足承载力要求。

Ra-单桩竖向承载力特征值

U-周长

qs-桩侧土的侧阻力特征值

L-土层厚度

α-桩底抵抗力影响系数

A-桩端面积

σr-极限承载力

3、钢管桩在水平力作用下弯曲应力检算

管桩外径D=60cm，管壁厚8mm；由于最大水深16m，施工时钢管上斜撑和平撑焊到从桥面以下4.5m,则计算时只对11.5m水深范围内钢管桩的弯曲应力进行检算。

考虑到风对钢管桩的冲击力远远小于水流的冲击力，所以只按水流冲击力对钢管桩进行验算。

冲击力q为：

q=0.8A×γυ2/2g

式中A为钢管桩阻水面积，A=2rh=0.60×11.5=6.9m2。

其中r为桩的半径；h为计算水深，取11.5m。

γ为水的容重，γ=10kN/m3。

q为流水对桩身的荷载，按均布荷载计算。

υ为水流速度，有设计资料得：

υ=3.2m/s则有

q=0.8A×γυ2/2g

q=0.8×6.9m2×10kN/m2×3.22m/s÷（2×9.81m/s2）

=28.81kN

Ф60cm钢管桩的惯性矩I、截面抵抗矩W分别为：

I=π×（D4-d4）/64

=3.14×（604-58.44）/64

=65158.9cm4

W=π×（D4-d4）/32D

=3.14×（604-58.44）/（32×60）

=2171cm3

钢管桩入土后相当于一端固定，一端自由的简支梁，其承受的最大弯矩和挠度变形为：

Mmax=9qL2/128=（9×28.81kN/m×11.52m）/128

=267.91KN.m

σ=Mmax/W

=267.9KN.m×103÷2171×10-6m3=123MPa

[σ]=145MPa

∵σ﹤[σ]

∴满足要求

fmax=0.00542×qL4/EI

=（0.00542×28.81kN/m×11504cm）/（2.1×105×65159cm4）

=1.9cm﹤[f]=（1/400）L=3cm满足要求。

上式中E为钢材的弹性模量取E=2.1×105MPa。

4、钢管桩稳定性验算

（1）长细比计算：

λ=μL/i其中L为钢管桩的计算长度；μ根据一端固定，一端简支形式取μ=1；i为钢管桩的回转半径。

i=式中I为钢管桩截面惯性矩，A为钢管截面面积。

A=π（D2-d2）/4=3.14×（0.602-0.58.42）/4

=148.7cm2

i=√（I/A）=20.9cm

λ=μL/i=1.0×1150/20.9

=55.0

查实用土木手册2022《钢结构计算各有关数值表》知：

钢管稳定系数φ=0.871

（2）计算稳定性

σ=P/φA

=494750N/（0.871×14870mm2）

=38.2MPa﹤[σ]=145MPa满足要求。

注：

上式中P为竖向荷载，A为钢管截面面积。

由于按照直径为60cm计算满足要求，对于主跨钢管直径采用直径为80cm钢管必将满足要求。

5、便桥顶最大位移计算

便桥横向钢管桩完成3根联结后，形成一个一端固定，一端自由的结构体系；则钢管桩截面对于纵轴（便桥中心线）的总惯性矩为：

I总=I1+I2Ii=Ii+a2A式中a为每根桩到截面中心的距离；A为每根桩的面积。

I总=I1+I2

=2（3I/2+a2A）=2（97738cm4+2502cm×148.7cm2）

=1.8×107cm4

水流对桩的水平力P=2qh式中h为水深；q为流水对钢管桩的冲击力，则有：

P=2qh=2×28.81kN/m×11.5m=662.63KN

便桥顶最大位移

△max=PL3/3EI

=662.6×103×11503/（3×2.1×105×1.8×107）

=0.88cm﹤L/400=3cm符合要求。

6、纵、横梁承载力验算

（1）纵梁承载力验算

恒载

每米纵梁上承载P1=304.22/72=4.22kN/m

（查路桥施工手册静力计算公式）:

M1max＝0.250PL

＝0.250×937.5×12＝2812.5KN.m

M2max＝0.125ql2＝0.125×4.22×122＝75.96KN.m

Q1max＝（+0.5+0.5）P＝1.0×937.5＝937.5KN

Q2max＝0.5ql＝0.5×4.22×12＝25.32KN

Mmax=2812.5+75.96=2888.46KN.m

Qmax=937.5+25.32=962.82KN

允许弯矩Mo＝6片×0.8（不均衡系数）×788.2KN.m＝3783KN.m

（贝雷片单片允许弯矩见公路施工手册之桥涵下册P1088）

贝雷片截面模量Wo＝3579×6片＝21474cm3

（见公路施工手册之桥涵下册P923）

强度验算：

σ＝Mmax/Wo＝（2888.46×106）/（21474×103）

＝134.5Mpa<1.3〔σ〕=1.3×210=273Mpa

1.3为计算临时结构时钢材的提高系数

允许剪力Q＝6片×0.8（不均衡系数）×245KN＝1176KN

通过12米跨6片布置可知：

Mmax

③、挠度验算

贝雷片几何系数E＝2.05×105Mpa，Io=250497cm4

Wo＝3579cm3

（取值见贝雷片几何特征表）

fmax＝（Pl3）/（48EI）

=（937.5KN×123米）/（48×2.1×105Mpa×250497cm4×6）＝10mm

（公式见路桥施工计算手册）

综上所述:

钢桥抗弯能力、强度、抗剪能力、挠度均满足使用要求。

Mmax

（2）工字钢横梁计算

受力模式分析：

钢管立柱单排3根横向间距为2.5米，因此按二等跨连续梁验算，计算跨径L=2.5米，横梁承担6片传递来的荷载。

6个集中力按路桥施工计算手册P763-5图进行验算。

按750KN车辆位于墩位时验算（考虑25%安全系数）+贝雷片自重146KN。

P1＝P/6=1241.72/6=206.9KN

Mmax＝0.333pl＝0.333×206.9×2.5＝172.2KN.m

Q=（1.333+1.333）P1=551.6KN

横梁采用2根36工字钢

Ix=15760cm4,Wx=875cm3,Sx=513.3cm3,t＝15.8mm

横梁强度验算

σ＝Mmax/Wo＝172.2×106/（1385×103）＝98.4Mpa<〔σ〕＝188Mpa

剪应力τ＝QSx/（Ixt）

＝551.6×103×513.3×103/（31520×104×31.6）

＝28.4Mpa＜[τ]=110Mpa

经验算符合要求。

挠度f=1.466Pl3/（100EI）=0.29mm

f＝0.29<2500/400=6mm符合要求（见路桥施工计算手册P765）

八、钻孔平台受力计算

一号平台（123、124、125号墩）

1、为了满足水中墩施工，在桥墩处搭设施工平台。

平台净宽16.15m，长32m。

用4排Ф42.0cm钢管桩排架，最大间距为6m，打入土中。

横梁采用2根I45a工字钢，纵梁采用每50cm一道I25a工钢，桥面板结构采用槽钢20cm槽钢（静距5cm）。

详见“钻孔平台设计图”。

2、平台钢管桩承受竖向荷载及桩长计算

（1）钢管桩竖向荷载计算

每个钢管桩承受的竖向荷载有结构自重、人群、材料荷载及施工机械荷载，分别计算如下：

结构自重：

P1=mg=93657kg×10N/kg=936.57kN。

人群荷载：

3.5kN/m。

材料、施工机械荷载：

钻机200kN，履带吊机750kN，混凝土及导管600KN，钢筋笼300kN。

考虑实际施工作业，按照最大荷载组合布载；对最大跨进行计算。

P2=（750+300）KN÷4+3.5kN/m×8.5÷4=269.93KN

每根桩承受的竖向荷载为：

P=1.25×（P1/15+P2）

=1.25×（936.57/28+269.93）

=379.22（kN）。

上式中考虑安全系数1.25；浮力对结构受力有利，故不予考虑。

（2）钢管桩沉入深度计算

桩入土深度L=2[P]∕auτ

式中[P]桩容许承载力，钢管桩采用振动沉桩，a为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，取a=1；u为桩周长；τ为桩周土的极限摩阻力，根据地质情况取τ=20kPa。

故L=（2×379.22）/（1.0×3.14×0.42×20）

=28.75m

实际沉入深度为不小于28.75m或者座于基岩上。

3、平台钢管桩承载力稳定性检算

管桩外径D=42cm，管壁厚8mm；在该平台处最大水深10m，施工时钢管上斜撑和平撑焊到从桥面以下4.5m,则计算时只对5.5m水深范围内钢管桩的弯曲应力进行检算。

考虑到风对钢管桩的冲击力远远小于水流的冲击力，所以只按水流冲击力对钢管桩进行验算。

冲击力q为：

q=0.8A×γυ2/2g

式中A为钢管桩阻水面积，A=2rh=0.42×5.5=2.31m2。

其中r为桩的半径；h为计算水深，取5.5m。

γ为水的容重，γ=10kN/m3。

q为流水对桩身的荷载，按均布荷载计算。

υ为水流速度，有设计资料得：

υ=3.2m/s则有

q=0.8A×γυ2/2g

q=0.8×2.31m2×10kN/m2×3.22m/s÷（2×9.81m/s2）

=22.3kN

Ф42cm钢管桩的惯性矩I、截面抵抗矩W分别为：

I=π×（D4-d4）/64

=3.14×（424-40.44）/64

=21967cm4

W=π×（D4-d4）/32D

=3.14×（424-40.44）/（32×42）

=1046cm3

钢管桩入土后相当于一端固定，一端自由的简支梁，其承受的最大弯矩和挠度变形为：

Mmax=9qL2/128=（9×22.3kN/m×5.52m）/128

=47.4KN.m

σ=Mmax/W

=47.4KN.m×103÷1046×10-6m3=45MPa

[σ]=145MPa

∵σ﹤[σ]

∴满足要求

fmax=0.00542×qL4/EI

=（0.00542×22.3kN/m×5504cm）/（2.1×105×21967cm4）

=2.4cm﹤[f]=（1/400）L=3cm满足要求。

上式中E为钢材的弹性模量取E=2.1×105MPa。

4、钢管桩稳定性验算

（1）长细比计算：

λ=μL/i其中L为钢管桩的计算长度；μ根据一端固定，一端简支形式取μ=1；i为钢管桩的回转半径。

i=式中I为钢管桩截面惯性矩，A为钢管截面面积。

A=π（D2-d2）/4=3.14×（422-4042）/4

=103.5cm2

i=√（I/A）=14.6cm

λ=μL/i=1.0×550/14.6

=37.7

查实用土木手册2022《钢结构计算各有关数值表》知：

钢管稳定系数φ=0.943

（2）计算稳定性

σ=P/φA

=379220N/（0.943×10350mm2）

=38.9MPa﹤[σ]=145MPa满足要求。

注：

上式中P为竖向荷载，A为钢管截面面积。

5、纵、横梁承载力验算

（1）纵梁承载力验算

受力模式分析：

钢筋笼、罐车、钻机分别为四点受力，单个支点P=275KN。

前支腿加强为8根I25型钢，取钻机前支腿进行受力验算

由于自重相对于荷载较小，忽略不计，跨径取最大跨径6米计算。

Mmax＝0.278PL

＝0.278×275×6=458.7KN.m

Q1max＝（1.167+0.167）P＝1.334×275＝366.85KN

I25力学特性：

Ix=5017cm4,Wx=401.4cm3,Sx=230.7cm3,t＝13.0mm

纵梁强度验算

σ＝Mmax/Wo＝458.7×106/（3211.2×103）＝142.8Mpa<〔σ〕＝145Mpa

剪应力τ＝QSx/（Ixt）

＝366.85×103×1845.6×103/（40136×104×104）

＝16.22Mpa＜[τ]=110Mpa

钻孔桩位处支腿采用8根I25型钢受力满足要求。

（2）桩顶横梁受力验算

桩顶由2根I45a工字钢支撑最大跨径为5米，承受钻机、砼铁斗及钢筋笼叠加的力，钢筋笼和砼受力叠加为300KN+600KN=900KN，（由左右侧桩顶横梁支撑），简化为相同支座承担的均部荷载。

q=900/8=112.5KN/M

Mmax＝0.125qL2

＝0.125×112.5×25=351.6KN.m

Q1max＝（0.5+0.5）qL＝1×112.5×5＝562.5KN

I45a力学特性：

Ix=32240cm4,Wx=1430cm3,Sx=835.2cm3,t＝18.0mm

横梁强度验算

σ＝Mmax/Wo＝351.6×106/（2860×103）＝122.9Mpa<〔σ〕＝188Mpa

剪应力τ＝QSx/（Ixt）

＝562.5×103×1670.4×103/（32240×104×38.6）

＝75.5Mpa＜[τ]=110Mpa

故桩顶横梁采用2根I45a工字钢受力满足要求。

二号平台（119、122、126、127号墩）

1、为了满足水中墩施工，在桥墩处搭设施工平台。

平台净宽16.15m，长34.6m。

用4排Ф60.0cm钢管桩排架，最大间距为5m，打入土中。

横梁采用2根I45a工字钢，纵梁采用每50cm一道I25a双拼工钢，桥面板结构采用槽钢20cm槽钢（净距5cm）。

详见“钻孔平台设计图”。

2、平台钢管桩承受竖向荷载及桩长计算

（1）钢管桩竖向荷载计算

每个钢管桩承受的竖向荷载有结构自重、人群、材料荷载及施工机械荷载，分别计算如下：

结构自重：

P1=mg=115432kg×10N/kg

=1154.32kN

人群荷载：

3.5kN/m

材料、施工机械荷载：

钻机200kN，履带吊机750kN，混凝土及导管600KN，钢筋笼400kN。

考虑实际施工作业，按照最大荷载组合布载；对最大跨进行计算。

P2=（750+400）KN÷4+3.5kN/m×5÷4=291.9KN

每根桩承受的竖向荷载为：

P=1.25×（P1/18+P2）

=1.25×（1154.32/32+291.9）

=410.0（kN）

上式中考虑安全系数1.25；浮力对结构受力有利，故不予考虑。

（2）钢管桩沉入深度计算

桩入土深度L=2[P]∕auτ

式中[P]桩容许承载力，钢管桩采用振动沉桩，a为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，取a=1；u为桩周长；τ为桩周土的极限摩阻力，根据地质情况取τ=20kPa。

故L=（2×410）/（1.0×3.14×0.6×20）

=21.8m

实际沉入深度为不小于21.8m或者座于基岩上。

3、平台钢管桩承载力稳定性检算

平台钢管桩承载力稳定性检算同便桥，钢管桩承载力稳定性只与水深、水流、惯性矩有关，在这里不再计算。

4、纵、横梁承载力验算

（1）纵梁承载力验算

受力模式分析：

钢筋笼、罐车、钻机分别为四点受力，单个支点P=300KN。

前支腿加强为8根I25型钢，取钻机前支腿进行受力验算

由于自重相对于荷载较小，忽略不计，跨径取最大跨径6米计算。

Mmax＝0.278PL

＝0.278×300×6=495KN.m

Q1max＝（1.167+0.167）P＝1.334×300＝400.2KN

I25力学特性：

Ix