水上施工专项安全施工方案Word下载.doc
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主要技术标准及设计参数
项目
设计标准
备注
设计荷载
两辆9m3混凝土罐车重车一前一后前进
一辆9m3混凝土罐车空车与一辆9m3混凝土罐车重车在跨中会车。
70t履带吊负载15t通过栈桥。
栈桥上行车速度限制
不大于20公里/小时
在两桥头设置限速标志
栈桥设计使用期限
2年
实际使用期限2年
设计最高潮位（m）
20年最高水位+10.6m，最低水位+2.4m，
由于沈海复线A2标段水文局一时难以提供50年一遇的水文资料，故采用20年一遇
设计水流速度（m/s）
1.522
同上，根据最近一段时间的自测，最大流速为1.62m。
波浪
浪高.5米，波长30m
栈桥高程（m）
12.1
设计最高潮位4.51＋1.96m的上部结构高度
栈桥长度
315
起止里程：
K8+600～K8+960全长315m
栈桥宽度（m）
6.0
满足两个混凝土罐车慢速会车
（二）设计说明
通行能力及承载能力：
栈桥设计荷载主要考虑两辆9m3混凝土罐车重车一前一后前进、一辆9m3混凝土罐车空车与一辆9m3混凝土罐车重车在跨中会车、50t履带吊负载15t通过栈桥。
桥墩处主栈桥与钻孔平台连接成整体，可满足车辆的转向、调头及会车等需求。
桥梁基础施工时，栈桥上行走车辆主要为施工机械（钻机、履带吊等）、交通车辆、材料运输车辆（钢筋、混凝土、护筒等）。
栈桥梁桥面满足标段内主线桥梁和大里程段路基土方车辆运输等主要构件将从栈桥上运输。
结构型式：
施工钢栈桥设计为钢管桩基础＋2I32b工字钢横梁＋贝雷梁主纵梁＋I25a工字钢横向分配梁＋I12.6工字钢纵向分配梁＋花纹钢板桥面板结构。
桥长：
由于工程施工期间必须满足九桥位海域15m宽的双向通航的要求.
桥宽：
栈桥桥面宽6.0米。
主要考虑栈桥为非贯通交通，满足沈海复线A2标段沈海复线A2标段主桥工程施工即可，且栈桥距离短、交通量不大，所以按桥宽6.0m即可。
桥位：
栈桥修建在桥位的东侧（左侧），沿主桥外缘投影线20m位置作栈桥边缘线（栈桥中心线距主墩中心线距离为43m），即栈桥与主桥边线应保证20m的距离，以保证钢梁吊装时有足够的空间供船舶定位、调向。
调头平台：
主栈桥在主墩处通过延长工字钢搭接至平台的横梁，并架设贝雷梁，与钻孔平台连成整体，以满足施工过程中车辆的掉头需求。
高程：
考虑到最高潮水位为+10.6m，工字钢（钢管外露部分8cm）＋贝雷梁（150cm）＋横向分配梁（25cm）＋纵向分配梁（12.6cm）＋桥面板（1.0cm）的结构高度为：
196.6cm，10.6m＋1.966m+6＝18.566m，因此栈桥桥面标高定为+18.566m，在涨潮时，水平面距桥面垂直距离在6.0m左右，普通风浪对栈桥上部结构不会产生较大影响。
平纵线：
栈桥按直线设计，除了两桥台设置的桥头引道考虑纵坡，其余不设纵坡。
安全装置：
便桥两侧设钢管护栏，高1.2米，用安全网满铺。
在主桥侧的每墩位处设置可装拆式护栏，以方便主桥施工。
航道：
按要求在主跨中部保证2*15米的航道，通航孔上、下游及通航孔须按要求设置灯塔、浮标等助航标志。
栈桥立面示意图
（三）、基础
1、桥台
南北两岸设搭板式桥台，桥台基础底面尺寸为6000×
1200mm。
桥台搭板为C25素混凝土，台背采用C25钢筋混凝土结构，台背内布设Φ12的钢筋，具体布设详见附图。
2、钢管桩基础
基础采用Φ630×
10mm钢管桩，每排3根，中心间距2.5m。
钢管桩间采用φ273×
7.5mm钢管桩连接系连接，桩顶设240mm凹槽，2根I32b工字钢横梁嵌入钢管桩中。
钢管桩桩顶高程+16.6m，钢管桩底高程、钢管桩伸入河床底以下长度应按下表控制。
栈桥钢管桩布置示意图
桩顶横梁
钢管桩顶部设置2根I32b工字钢横梁上，2根I32b横梁间采用间断焊接。
横梁嵌入钢管桩内240mm，以保证横梁的横向稳定性，主梁与横梁通过限位器固定。
桥台支座处贝雷梁上下弦之间用2根100mm槽钢进行竖杆加强。
钢管桩顶横梁布置示意图
（一）
栈桥钢管桩布置示意图
（二）
贝雷主纵梁
栈桥采用6片3组贝雷梁作为主梁，贝雷梁组之间间距为2.5m，一组贝雷梁片与片中心间距0.45m。
主梁与I25a横梁通过U型卡连接，主梁与I32b横梁通过限位器固定。
栈桥贝雷主纵梁布置示意图
I25a工字钢分配梁
贝雷梁顶面设置中心间距1500mm的I25a工字钢横梁，横桥向设置，I25a横梁通过U型卡与贝雷片连接。
栈桥横向分配梁布置示意图
I12.6工字钢纵向分配梁
I25a顶面设置I12.6工字钢纵向分配梁，中心间距300mm，顺桥向设置。
I12.6纵梁与桥面板及横梁均焊接牢固。
栈桥纵向分配梁布置示意图
（四）、桥面板
栈桥桥面板材料为防滑花纹A3钢板，钢板厚度为10mm，钢板焊接在中心间距300mm的I12.6工字钢纵梁上。
栈桥桥面板布置示意图
上部总高度＝10mm＋126mm＋250mm＋1500mm＋80mm＝1966mm
（五）、附属结构
1、栈桥栏杆
栏杆高度按1.2m设置，栏杆立柱采用Φ48×
1200mm钢管焊接在I25a横梁上，钢管立柱间距1500mm，立柱间采用扣件连接。
栏杆每隔12m设置一个三角稳定支撑架。
栈桥两侧每隔10m设置一道警示灯，以便夜间起到警示作用，防止船舶撞击栈桥。
（六）、钢栈桥受力计算
1、概述
根据本栈桥施工荷载要求，参照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）及《港口工程荷载规范》（JTJ254一98），将栈桥设计取3种状态:
“工作状态”、“非工作状态”和“灾难状态”。
“工作状态”是指在自然条件中不发生影响施工的风、雨、潮、浪等情况，栈桥可以正常使用时的状态。
此时栈桥上存在着大量的施工人员、施工车辆和机械。
栈桥承受的荷载为自重、施工荷载以及对应的风浪流荷载。
其中，风、浪、潮等自然荷载的重现期取5年。
“非工作状态”是指自然条件中发生较大的风、雨、潮、浪等，栈桥上不允许通行车辆的状态。
由于风荷载大时往往浪、潮也较大，且风对于施工安全的威胁最大，因而以风的强度为指标划分“工作状态”和“非工作状态”。
经研究，认为达到8级风时栈桥进入非工作状态。
此时，栈桥仅承担自重和风、浪、流荷载。
此时风、浪、潮等自然荷载的重现期取10年。
在沈海复线A2标段主桥的栈桥中，水深基本在5～10m之间，其泥面标高在－3.0m～－8.2m之间，风、浪、流、冲刷等都时有发生。
由于该区域所处环境极其恶劣，为了保证结构的安全，在设计时，对应加强设计，除了考虑“工作状态”与“非工作状态”以外，还考虑“灾难状态”。
所谓“灾难状态”，是指栈桥可能经受的最不利极端状态，为台风与天文大潮的组合。
此时风、浪、潮等自然荷载的重现期取20年。
以上3种状态具体化为6种工况。
栈桥的设计状态与最不利工况
设计状态
工况
荷载
恒载
基本可变荷载
其他可变荷载
工作状态
Ⅰ
结构自重
砼罐车荷载
对应工作状态标准的风、波浪浪和潮流作用
Ⅱ
70t履带吊
非工作状态
Ⅲ
灾难状态
Ⅳ
注:
工况Ⅱ为栈桥在自身施工期间可能出现的最不利施工荷载组合，经反复计算，以单跨栈桥通行履带吊施工荷载及履带吊在前端打桩时控制设计。
2、计算范围
计算范围为栈桥的基础及上部结构承载能力，主要包括：
桥面板→I12.6工字梁纵梁→I25a工字梁横梁→顺桥向贝雷梁→横桥向I32b工字钢→钢管桩。
主要计算荷载
恒载：
结构自重；
活载：
9立方混凝土罐车荷载；
70t履带吊车（吊重按不超过15T计）；
涌潮压力、波浪荷载、风荷载。
冲击系数：
汽车（1.1），履带（1.3）。
荷载组合：
1、恒载＋汽车荷载＋涌潮压力+波浪力＋风力；
2、恒载＋履带吊车＋涌潮压力＋波浪力+风力。
3、栈桥主要控制计算工况
跨径为为12m钢栈桥在活载工况下的整体刚度、强度和稳定性；
②履带50t吊机钓鱼法施工12m跨径贝雷栈桥时的栈桥的整体刚度、强度和稳定性；
计算过程（手算）
本栈桥主要供混凝土罐车、各种机械设备运输及70t履带吊走行，因而本栈桥荷载按每孔一辆70t履带吊（负载15t）荷载及9立方米混凝土罐车荷载分别检算，则活载为：
履带吊：
G=850kN；
本栈桥恒载主要为型钢桥面系、贝雷梁及墩顶横梁等结构自重。
并按以下安全系数进行荷载组合：
恒载1.2，活载1.3。
根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》规定：
临时结构容许应力可提高1.3（组合Ⅰ）、1.4（组合Ⅱ～Ⅴ）。
本栈桥弯曲容许应力取，容许剪应力取。
活载计算
活载控制设计为9m3砼运输车（按车与载总重35t计），参考国内混凝土运输车生产厂家资料及规范汽车－20级荷载布置，单辆砼运输车荷载为3个集中荷载70kN、140kN和140kN，轮距为4.0m、1.4m，计入冲击系数1.1后，其集中荷载为77kN、154kN和154kN。
活载设计为70t履带吊时，根据实际情况，取吊重不超过15T计，70t履带吊总重为85t。
同时参考国内主要厂家的资料，取履带吊宽410cm，长510cm，履带宽度76cm。
因此，线性荷载集度为166.6KN/m，计入冲击系数1.3后，其荷载为216.6KN/m。
4、桥面板计算
（1）结构型式
本平台面板为10mm厚花纹A3钢板，焊接在中心间距300mm的I12.6工字钢纵梁上。
（2）荷载
履带吊机履带宽度（760mm）及9立方米混凝土罐车轮胎宽度（前轮宽300mm，中后轮宽600mm）均大于工字钢纵梁间距，荷载直接作用在I12.6工字钢上，故桥面板可不作检算。
5、I12.6工字梁纵梁计算
I12.6工字钢纵梁焊接于间距1500mm的I25a工字钢横梁上，按三跨连续梁检算。
分别按70t履带吊（负载15t）及混凝土罐车荷载验算，I12.6工字钢纵梁自重，桥面板自重不计。
（1）70t履带吊荷载
70t履带吊履带长宽按5.1m×
0.76m计算，自重＋吊重为850kN，顺桥向荷载集度：
，工字钢纵梁中心间距300mm，最不利情况应为三根工字钢纵梁受力。
则单根纵梁所受均布荷载为：
。
再在此荷载基础上考虑1.2履带吊偏载系数，则。
（2）混凝土运输车荷载
混凝土运输车前轮着地宽30cm（由一根纵梁承受），中后轮着地宽60cm（由三根纵梁承受）。
则单根纵梁在前轮作用下受集中力为77/2=38.5KN。
（3）材料力学性能参数及指标
I12.6工字钢：
（4）力学计算
履带吊荷载作用下受力简化图示如下：
混凝土运输车荷载下前轮受力简化图示如下：
计算可得，在履带吊荷载作用下I12.6工字钢纵梁：
a、强度检算
，合格；
b、刚度检算（按均布荷载简支梁计算）
，合格。
在混凝土运输车荷载作用单根I12.6工字钢纵梁：
b、刚度检算
6、I25a工字梁横梁计算
横梁采用I25a工字钢，工字钢横梁安装在中心间距2500mm的单层双排贝雷梁上。
I25a工字钢横梁荷载按70t履带吊（负载15t）及混凝土运输车荷载分别验算；
恒载为I12.6纵梁及桥面板自重，按均布荷载考虑，每根I25a横梁承受恒载：
，
I25a自重：
恒载为：
（1）50t履带吊荷载
由于不同厂家的产品履带中心距不尽相同，故按最不利情况检算，即：
履带作用于跨中，履带间距按4100mm计（在履带吊运行时，履带间距是可变的，4100mm为其最大间距），长度按照5100mm则履带荷载至少由4根I25a工字钢横梁承受。
单根I25a工字钢横梁跨中按集中力检算：
汽车后轮纵向间距1.4m，按两后轮其中一侧轮作用在跨中考虑，集中力大小。
I25a工字钢：
履带吊荷载作用下单根横梁受力简化图示如下：
混凝土运输车荷载下受力简化图示如下：
计算可得，在履带吊荷载作用下I25a横梁：
显然，履带吊荷载为控制设计荷载，故I25a横梁在混凝土运输车荷载作用下也满足要求。
需要说明的是，在钢管桩拆除过程时，拟采用70t履带吊进行拆除，在起吊钢管桩时，由于吊机的着力点在履带前端，故在拆除钢管桩施工前，对履带着力点位置I25a横梁进行加密，间距75cm。
从而保证拆除施工的顺利进行。
7、贝雷主梁计算
主梁由六片双排单层贝雷梁组成，中心间距2500mm，安装在2根I32b横梁上。
主梁按单孔1台70t履带吊（负载15t）及单孔单车道混凝土运输车荷载分别验算，履带吊荷载按简支梁进行检算，汽车荷载按照连续梁验算。
主梁以上恒载为桥面板、I12.6纵梁及I25a横梁自重，其荷载大小为：
则单排贝雷梁上恒载自重为135.4/12/3＝3.76KN/m。
最不利状况下，履带正好作用载中间双排贝雷梁顶，故一侧履带的荷载全部由双排单层贝雷承担。
履带长度按5100mm计算，则均布荷载大小为：
最不利状态为一侧汽车轮作用于双排单层贝雷。
六片双排单层贝雷梁：
根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，查表3得，双排单层不加强贝雷片的容许弯矩1576.4KN·
m，容许剪力为490.5KN。
计算可得，在履带吊荷载作用下贝雷主梁：
故：
，合格
计算可得，在混凝土运输车荷载作用下贝雷主梁：
由上面计算可知，混凝土运输车荷载作用下，贝雷主梁受力较小，完全能够满足桥梁上混凝土运输车会车的荷载要求。
8、2根I32b桩顶横梁计算
钢管桩顶分配梁采用2根I32b工字钢，工字钢横梁嵌于钢管桩内240mm并与之焊接牢固。
在最不利情况下，即履带吊在支点位置时，所有荷载（包括冲击系数）全部由支点承受，经计算可得，栈桥单侧最大支反力为1436.5KN。
由于工字钢承受压力的位置正好是钢管桩支撑位置，故其弯矩会比较小。
（1）材料力学性能参数及指标
I32b工字钢：
（2）承载力验算
9、钢管桩计算
（1）钢管桩竖向承载力计算
本栈桥拟采用直径为φ630mm壁厚10mm的钢管作为栈桥基础，钢管间用Φ273×
7.5mm钢管连接形成排架。
根据前面计算，保守取值栈桥的单桩承载力按500KN控制设计。
桥址区域内的土层主要分布为淤泥、中粗砂、全风化花岗岩、强分化花岗岩、中分化花岗岩、微风化花岗岩，各土层的分布情况、分布位置及物理特性如下表所示。
本栈桥桩基摩擦桩设计。
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJD63-2007之公式5.3.3-3：
由于桩基为开口截面，因此不考虑其桩端处土对桩基的承载力，保守仅考虑土体对桩基外侧壁的摩擦力。
本桥位处为九龙江的入海口，河床冲刷现象严重，因此在计算钢管桩承载力过程中需考虑冲刷影响。
根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）之7.3、7.4公式计算栈桥建成对河床的影响。
根据计算，钢管桩打入后总的冲刷深度按照6m计。
钢管桩的竖向承载力考虑活载（履带吊）直接加载在钢管支点位置，根据前面其活载为：
85×
1.3＝110.5t。
桥梁单跨自重荷载为（已乘1.2冲击系数）13545.3+4896+830.8=19.3t。
则单排钢管桩（3根）承受荷载为：
110.5t＋19.3t/2＝120.2t，单根钢管桩自重（按30米考虑）为152.9×
30＝4587Kg＝4.6t，则地基需要提供的竖向承载力为120.2/3+4.6=44.7t，故本设计按照50t控制。
计算仅考虑桩外侧土对钢管的摩阻力，并扣除冲刷段土对桩基的摩阻力，根据地质资料计算如下（设达到500KN承载力时桩尖进入岩层h米）：
桩身周长u=3.14×
0.63=1.978m；
αi为振动沉桩各土层对桩侧摩阻力的影响系数；
需要说明的是，对于大里程墩计算可得其入土深度较大，施工时拟采用闭口桩。
故可参考港口桩基规范相关内容，考虑桩底的支承力。
：
根据以上计算，本栈桥施工时Φ630mm钢管桩的入土深度（从河床底计算）按15.0m控制。
（2）钢管桩弯曲应力复核
钢管桩入土后，其泥中部分作为固定端，水中部分为悬臂端，受潮流、风力、波浪等水平力的影响，在泥水交接面处钢管桩产生最大弯矩，因此需验算其应力是否符合要求。
a、潮流作用：
根据《港口荷载规范》，采用如下公式计算潮流对钢管桩的作用力:
式中，Fw为水流力，Cw为水流力系数，p为密度，v为流速，A为遮流面积。
潮流对钢管桩的作用力大小如下表:
作用点
最不利情况下的力值
F10
3.2KN
F9
2.71KN
F8
2.46KN
F7
2.01KN
F6
1.81KN
F5
1.44KN
F4
1.1KN
F3
0.70KN
F2
0.38KN
F1
0.02KN
潮流对钢管桩的作用图示:
b、风力作用：
本次设计结构为临时结构，风力考虑1/20标准足已满足要求。
经调查相关部门桥位处无1/20实测资料，故根据1/20频率值与据1/100频率值之间的经验关系，取1/20频率值为1/100频率值的0.88，计算可得1/20频率值为836pa，大于《公路桥涵设计通用规范》附表A中规定的1/50年风力值，故根据《公路桥涵设计通用规范》附表A，本次计算取桥位处50年一遇风速为36.4m/s，对应风压值为800pa（12级风对应风速为32.6m/s）。
根据《公路桥涵设计通用规范》，采用如下公式计算风力对栈桥的作用力:
k0为重现期换算系数，本栈桥按半永久桥梁取;
k1为风载阻力系数，由构件形状及间距决定，本栈桥中，贝雷梁按桁架取，考虑遮挡效应，桥面系按实腹梁取；
K3为地形、地理系数；
Awh为构件的遮风面积;
Wd为设计风压。
结合本栈桥的结构特性，取k0=0.8；
风载阻力系数k1分别取值0.8（钢管桩）、1.9（桁架）和1.3（桥面系）；
地形、地理系数K3=1.08。
构件的遮风面积分钢管桩、桁架主梁和桥面系分别进行计算。
将以上参数代入公式进行计算（取12m单跨桥梁进行计算），可得：
Fwh，钢管桩=0.8×
0.8×
1.08×
0.8kpa×
0.63×
5＝1.74KN;
（单排桩）
Fwh，桁架=0.8×
11.67＝6.45KN；
（单跨）
Fwh，桥面系=0.8×
1.9=1.05KN；
c、波浪作用：
河浪是水动力诸要素中的一个重要组成部分，尤其是对河上建筑物的影响至关重要。
因此认识波浪的机理，对栈桥的设计与施工有着重要的意义。
与其他振动系统一样，海浪具有扰动力、恢复力、周期等特性。
实际存在的海浪可认为是若干个简单波的叠加，其中，周期55至155之间的海浪的能量最大。
这一范围的海浪，其主要的恢复力为重力，称为重力波。
重力波又可分为风浪和涌浪（或称余波），前者在波浪产生区直接以风为扰动力的波浪;
后者为已传出产生区并不受风影响的波浪。
风浪或涌浪在向岸边传播时受海底摩擦、水深变浅的影响以及最大波陡的限制，将开始破碎，形成所谓的近岸破浪。
根据《海港水文规范》JTJ213-98之8.3.1规定，桩基全断面上与波向平行的正应力由速度分力和惯性分力组成，其计算公式见8.3.1-1—8.3.1.5（略），根据以上公式可得桩基全断面上所受的速度分力和惯性分力，其大小占总水平力的20%。
波浪对钢管桩的作用力大小如下表:
F10’
1.2KN
F9’
1.01KN
F8’
0.92KN
F7’
0.71KN
F6’
0.61KN
F5’
0.49KN
F4’
0.35KN
F3’
0.24KN
F2’
0.18KN
F1’
0.13KN
波浪对桩的作用力简化图如下：
d、桩基水平承载力
假定钢管桩打设按前述入土15m（已考虑6m冲刷深度），以主墩25＃为例，则钢管桩悬臂长度为23-（15-6）+2.41（高潮水位）=16.4m，钢管桩受力简化图如下：
根据以上数据，计算冲刷后泥面处钢管桩的受力情况，可得桩的最大应力为182Mpa。
以上计算为单根钢管桩在打入土中后抵抗潮流、风力、波浪力的能力，在成桥之后，由于钢管桩间以及和上部结构之间形成框架，其抵抗水平力的能力会大大加强，故本次计算的工况为钢管桩的
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