钢便桥施工方案

开封特大桥一号河钢便桥施工方案编制：审核：批准：中铁十五局集团郑开城际铁路工程指挥部第一项目经理部2010年11月28日钢便桥施工方案一、便桥及钻孔平台主要技术标准①、计算行车速度：5km/h②、设计荷载：载重700KN施工车辆③、桥跨布置：12m简支贝雷梁桥④、桥面布置：净宽4m二、主要施工机具1、挖掘机一台。2、350KN的吊车一台。3、振动沉桩机（锤）1台。4、电弧焊机2台。5、氧气切割机2台。6、50装载机1台。7、运输车2辆。三、工程概况为保证施工便道的畅通，并保证大孟河河道通畅的需要，经研究决定在大孟河上修建一座一座4.0米宽，长约12m的便桥。便桥结构特点如下：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：小钢管护栏四、钢桥设计文字说明1、基础及下部结构设计本工程位于大孟河上，河面宽约12米，根据当地最高水位，便桥建成后的钢桥净空按2.0米控制。水下地质情况自上而下普遍为：粘土、粉土、粉砂、细砂。2、便桥钢管桩基础布置形式：单墩布置2根钢管（桩径φ53cm，壁厚8mm），横向间距3.0m，桩顶布置2根40cm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。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。⑤混凝土标号为C15。钢管桩的清除：⑥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跨径为12m。根据行车荷载及桥面宽度要求，12米跨纵梁布置单层双排4片2组国产贝雷片（规格为150cm×300cm），横向布置形式为：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10mm钢板，钢板底部横向焊接Φ20螺纹钢筋做肋。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1.5m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1.5米1根立柱(与桥面槽钢焊接)、高度方向设置两道横杆。详见“便桥设计图”。五、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=（11444.7kg×10N/kg）=114.4kN人群荷载：3.5kN/m2车辆荷载：按照一台70吨混凝土罐车行走计算。P2=700KN÷2+3.5kN/m2×12×4÷6=378.0KN每根桩承受的竖向荷载为：P=1.25×（P1/4+P2）=1.25×（114.4/4+378）=508.25kN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]为桩容许承载力，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=30kPa。故L=（2×508.25）/（1.0×3.14×0.53×30）=20.36m实际沉入深度为不小于15.9m或者座于基岩上。单桩竖向承载力验算Ra=（UqsL+αAσr）/2=(πDqsL+αAσr）/2=(3.14×0.53×30×20.8+αAσr）/2=(3.14×0.53×30×20.8+1×3500×0.32×3.14）/2(KN)=1013.78KN﹥406.4KN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=53cm，管壁厚8mm；由于最大水深1m，采用1米对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=0.53×1=0.53m2。其中r为桩的半径；h为计算水深，取1.0m。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×γυ2/2gq=0.8×0.53m2×10kN/m2×3.22m/s÷（2×9.81m/s2）=0.69kNФ60cm钢管桩的惯性矩I、截面抵抗矩W分别为：I=π×（D4-d4）/64=3.14×（534-51.44）/64=44673cm4W=π×（D4-d4）/32D=3.14×（534-51.44）/(32×53)=1686cm3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=（9×0.69kN/m×12m）/128=0.049KN.mσ=Mmax/W=0.049KN.m×103÷1686×10-6m3=0.029MPa[σ]=145MPa∵σ﹤[σ]∴满足要求fmax=0.00542×qL4/EI=(0.00542×0.69kN/m×1004cm)/(2.1×105×44673cm4)=0cm﹤[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×(532-51.42)/4=131.1cm2i=√（I/A）=18.5cmλ=μL/i=1.0×1/18.5=0.054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=0.879（2）计算稳定性σ=P/φA=520200N/（0.879×13110mm2）=45.14MPa﹤[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、便桥顶最大位移计算便桥横向钢管桩完成2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（I+a2A）=2（44673cm4+3002cm×131.1cm2）=2.3×107cm4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=2×0.69kN/m×1m=1.38KN便桥顶最大位移△max=PL3/3EI=1.38×103×13/（3×2.1×105×2.3×107）=0cm﹤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=114.4/48=2.3kN/m(查路桥施工手册静力计算公式):M1max＝0.250PL＝0.250×625×12＝1875.0KN.mM2max＝0.125ql2＝0.125×2.3×122＝41.4KN.mQ1max＝（0.5+0.5）P＝1.0×625＝625KNQ2max＝0.5ql＝0.5×2.3×12＝13.8KNMmax=1875+41.4=1916KN.mQmax=635+13.8=648.8KN允许弯矩Mo＝4片×0.8（不均衡系数）×788.2KN.m＝2522.2KN.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＝3579×4片＝14316cm3（见公路施工手册之桥涵下册P923）强度验算：σ＝Mmax/Wo＝（1916×106）/(14316×103)＝133.8Mpa1.3〔σ〕=1.3×210=273Mpa1.3为计算临时结构时钢材的提高系数允许剪力Q＝4片×0.8（不均衡系数）×245KN＝784KN通过12米跨4片布置可知：MmaxMo、σ〔σ〕、Q〔Q〕，因此12米跨钢桥纵梁可以用单层4片贝雷片架设③、挠度验算贝雷片几何系数E＝2.05×105Mpa，Io=250497cm4Wo＝3579cm3（取值见贝雷片几何特征表）fmax＝（Pl3）/(48EI)=(625KN×123米)/（48×2.1×105Mpa×250497cm4×4）＝0.1mmL/400=12000/400=30mm满足使用要求（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。MmaxMo、σ〔σ〕、Q〔Q〕，因此12米跨钢桥纵梁可以用单层6片贝雷片架设。(2)工字钢横梁计算受力模式分析：钢管立柱单排2根横向间距为3.0米，因此按简直梁验算，计算跨径L=3米，横梁承担4片传递来的荷载。4个集中力按路桥施工计算手册P763-5图进行验算。按700KN车辆位于墩位时验算（考虑25%安全系数）+贝雷片自重43.2KN。M=qL2/8+P2L/4=1.25×（43.2+3.5）×32/8+1.25×378×3/4=420.05KN·mI40a工字钢：W=1090cm3σmax=M/W=420.05KN·m×103/（1090cm3×2）=192.68MPa﹤[σ]=210MPa六、便桥施工顺序为加快施工进度，便桥施工采用从两岸堤坝向河中的顺序进行，并在堤坝位置设置简易码头。钢管桩采用长度为12m的平板车运输，在沉桩位置配1台35t吊车，施工钢管桩沉桩在堤坝上进行。吊车将平板车上的钢管先水平吊起，移动到适宜位置，调整钢管桩使其竖直，再利用振动锤上的液压钳将钢管固定，并通过液压钳调整钢管桩的竖直度，钢管桩的平面位置通过全站仪放样确定，钢管桩入土深度通过钢管桩的桩顶标高和钢管桩的长度进行控制。完成一排两根钢管桩沉桩后立即进行连接系施工，并进行横梁和纵梁及桥面的施工。为防止桥面上作业人员和材料吊入河中，在便桥两侧设置钢管护栏。配备必要的安全防护设备及措施。七、便桥施工施工方法及步骤1、钢管桩的制作及吊装堆放。钢管桩采用购置设计规格的钢管，利用汽车运至工地，再根据每一根钢管桩水中位置及水深来确定第一节的长度，不宜大于15m，并应考虑施工条件及地质情况。焊接和制作按《公路桥涵施工技术规范》的有关规定执行。管与管之间的连接采用拼接钢板连接，并用15×10×1cm规格的4块连接片。钢管桩的吊运和堆放：吊装采用两吊点，两个吊点距离桩端的距离分别为桩长的五分之一。2、插打钢管桩吊车就位后，在全站仪引导下进行定位，利用60Kw振动锤夹具夹紧钢管桩，起吊后放入导向架内，开启振动锤进行插打钢管桩，浮吊保持钢管桩垂直状态下，在振锤的激振力作用下振动下沉。当桩贯入量小于5cm/min时，持荷5分钟，钢管桩无明显下沉时方可停止振动。当第一节在场地上预制好钢管桩长度不够时，采用边打边接桩的方法使钢管桩的长度满足要求。钢管桩焊接时先在底节钢管上焊15×10×1cm规格的4连接片，使钢管桩对接时比较容易。由于采用竖焊，所以一定要严格控制焊接质量，焊完后要检查焊接的是否满足要求，对焊接不好，不牢的情况要求重新焊接。3、浇注混凝土混凝土标号为C15，采用罐车直接向钢管内灌注，灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工，直到灌注至钢管桩顶部。3、桩顶处理每完成一根钢管沉桩后，按设计要求确定桩顶标高，将钢管桩找平，对高出标高部分用氧焊割除，低于标高的桩按实际长度进行接长至桩顶标高。钢管桩顶找平后，在桩顶加焊65×65cm2、δ=10mm钢盖板（若使用其它桩径的钢管桩则钢盖板平面尺寸亦相应加大），钢盖板必须与周边满焊，并保证钢盖板水平。4、焊接平撑及斜撑按便桥及钻孔平台布置图所示在钢管桩身焊接斜撑及