钢管桩栈桥计算及施工方案.doc

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钢栈桥总长207m， 标准桥面宽5m，每跨按9m，起于朱家河堤上K2+484，止于K2+691，其中在栈桥的第十三跨开始增设一个错车道，错车道宽度为8.5m，长27m；本钢栈桥承担着繁重的交通运输任务，它不仅承担着本标段大量材料、机械设备的运输任务，而且它还承担着全线所有标段大量材料、机械设备的运输任务，因此，高标准高质量的建设好钢栈桥是本项目全期工作的重点。
本钢栈桥中心线与立交桥箱梁边缘线平行，栈桥两侧设栏杆，上部结构采用型钢结构，栈桥上部结构2榀钢桁梁拼装而成,其上铺设横、纵分配型钢及桥面板，下横梁采用双工字钢I40，桥墩采用桩基排架，栈桥基础为直径Φ630、壁厚8mm的钢管桩,桩长根据河床、承载力变化而变化, 水中9排桩桩间设φ273mm×5mm的联系杆，陆上桩桩间用[14剪刀撑联系。为了考虑温度效应对钢栈桥的影响，在第十五排桩处设置一道温度缝，缝宽为6cm，温度缝处栈桥所有钢构件均需断开,钢桁梁交界处采用双排桩。其中朱家河断面图如下

栈桥的设计
1、栈桥使用要求:
（1）栈桥承载力应满足：500kＮ履带吊在桥面行走及起吊20t要求、450kN混凝土罐车行驶要求；
（2）栈桥的调头平台宽度设置应满足车辆掉头的要求；
（3）栈桥的平面位置不得妨碍钻孔桩施工、钢吊（套）箱及承台施工，能够满足整个施工期间全线通行的要求；
（4）栈桥跨度、平面位置及高程应满足洪水和通航的要求。
2、栈桥施工区域划分
（1）浅滩区
栈桥0#~7#墩及17#~23#墩之间，全长约126m，为栈桥浅滩区。河床高程在+17.5~+23.5 m之间。
（2）浅水区
栈桥8#~17#墩之间，全长约81m，为栈桥浅滩区。河床高程在+11.5~+17.5 m之间。
3、栈桥布置形式
栈桥从朱家河大堤起，沿桥箱梁右侧边缘线一直通至南湖村河堤，栈桥平面布置示意见图3.1-1所示。

4、栈桥构造
栈桥桥面宽5m，高程+26.3m，栈桥桩采用φ630mm×8mm的Q235钢管。下横梁采用双I40。主纵梁一种是采用1.35m高，宽1.07m的钢桁梁共两榀，钢桁梁上铺[20的横向分配梁、间距0.5m，I10的纵向分配梁、间距30cm；桥面δ=8mm花纹钢板，最后安装栏杆、照明等附属结构。
断面图如图下所示：

栈桥断面结构图（单位：mm）
５、栈桥温度伸缩缝设置
为适应栈桥钢构件温度变化, 在钢栈桥第15排桩设一道温度缝,缝宽6cm，温度缝处栈桥所有钢构件均需断开,采用双排桩，具体结构尺寸见《栈桥施工图》。
6、栈桥起始墩
为保证栈桥与后方连接 ,作为栈桥起始墩0＃墩，栈桥第一跨上部结构为型钢组成，结构图如下：

7、栈桥基础
钢栈桥基础采用钢管桩直径Φ630mm，壁厚8mm；
根据栈桥各区域河床，水文条件，地质情况，以及承载力等因素分析，浅滩区、 浅水区、深水区桩长根据位置不同而变化。

钢栈桥的受力计算
①设计说明
钢栈桥按9m一跨布置，总长207m长，其中钢栈桥桥面标准宽度为5m，钢栈桥每跨承受的最大荷载80t，车速为10km/h。
②栈桥计算参数
栈桥荷载形式
根据施工现场实际情况, 栈桥荷载形式如下:
钢材容重 78.5kN/m3
最大设计风速 27.9m/s
水流流速 1m/s
50t履带吊（考虑吊重20t）：
45t砼运输车通行
施工荷载 4kN/m2
③特征参数
泥面高程 见各典型断面
设计冲刷深度 考虑2m
④工程地质结构
序号
层名
埋深（m）
厚度（m）
空间分布
岩性特征
工程性质
（1）
素填土
Qml

0.3～7.7
场区均有分布
灰色、黄褐色，松散-中密，干-很湿，成份为以粘性土为主，夹少量植物根茎，局部上为砼地坪。
密实度较不均匀。
（2）
粘土
Q4al+pl
0～2.0
1.3～2.4
场区部分分布
黄褐色、灰黄色，软塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，高岭土，局部含白色螺壳、混粉砂。
中等偏高压缩性，强度一般。
（3）
淤泥质
亚粘土
Q4al+l
0～8.0
1.8～17.8
场区部分缺失
灰褐色、灰色，淤泥质土，流塑-软塑，很湿-饱和，含少量腐植物，偶夹有螺壳。部分地段表现为淤泥，
高压缩性，强度低。
（3）-1
粘土
Q4al+l
0.5～10.0
1.0～7.3

场区部分分布
黄褐色，软塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，少量高岭土，为③淤泥质亚粘土透镜体。
中等压缩性，强度一般。
（3）-2
粘土
Q4al+l
4.0～8.5
2.0～5.0

场区部分分布
黄褐色，软塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，少量高岭土，③淤泥质亚粘土透镜体。
中等压缩性，强度一般。
（4）
亚粘土
Q4al+pl
1.0～16.9
1.0～9.1
场区部分分布
黄褐色，软塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，少量高岭土。
中等压缩性，强度一般。
（5）
粘土
Q4al+pl
4.5～18.0
2.5～7.9
场区部分分布
黄褐色、褐色，软～硬塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，及少量高岭土。
中等压缩性，强度一般。
(6)
粘土
Q4al+pl
0.5～20.0
1.5～18.8
场区局部缺失
黄褐色、灰褐色，硬塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，及少量高岭土、结核。
低压缩性，强度高。
(6)-1
亚粘土
Q4al+pl
8.0～22.5
2.6～10.2
局部分布
黄色、灰褐色，软塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物。
中等压缩性，强度一般。
(7)
粘土混碎石
Q4al+pl
7.4～2.4
0.9～14.5
局部分布
褐黄～黄褐色，饱和，硬塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，及少量高岭土，碎石含量约5-30%,成分较杂，以石英为主，d=0.5～3.0cm，混较多角砾、砾砂，局部含较大块石。
中等压缩性，强度较高。
(8)
残积土Q
3.5～14.0
6.6～29.3
局部分布
褐黄～红褐色，饱和，可～硬塑，很湿，含少量Fe、Mn氧化物，间夹泥岩岩块。
中等压缩性
承载力较高

（9）
白云岩
（T）
10.2～34.0
最大揭露厚度21.0m
HZ31～HZ52分布
浅灰～灰色，岩芯完整，呈长柱状，HZ35、HZ36、HZ37、HZ45、HZ46、HZ51、HZ53号孔发育溶洞，内充填软塑状粘性土，混少量白云岩碎块，取芯率一般90-100%,RQD为80-95%为较硬岩，岩体较完整，基本质量等级为Ⅲ级。
承载力高
不可压缩
(10)-1-1
泥岩强风化
（C+P）
20.0～38.0
2.2～10.0
HZ26、HZ27、HZ28～HZ30分布
棕红～红褐色，风化不均匀，大部分风化成砂土状，裂隙较发育，裂隙被Fe、Mn氧化物浸染。局部夹中风化岩块。
承载力高
压缩性低
(10)-1-2
泥岩弱风化
（C+P）
22.4～28.6
最大揭露厚度11.9m
HZ26～HZ30分布
棕红～灰色，岩芯较完整，呈短柱状，取芯率一般80-95%,RQD为75-85%，裂隙较发育，裂隙被Fe、Mn氧化物浸染。为软岩，岩体较完整，基本质量等级为Ⅳ级。
承载力高
不可压缩
(10)-2
灰岩
（C+P）
14.2～48.0
最大揭露厚度9.98m
HZ23～HZ31分布
灰～灰白色，岩芯完整，呈长柱状，HZ23—HZ31溶洞，内充填软-可塑状粘性土，混少量灰岩碎块，取芯率一般85-100%,RQD为80-90%，为硬岩，岩体较完整，基本质量等级为Ⅱ级。
承载力高
不可压缩
各土层的极限摩擦力
地层
编号

层 名
岩土层
状 态
土层的极限摩
阻力值τi（kPa）
（1）
粘土
Il=0.63
35
（2）
淤泥质亚粘土
Il=0.99
25
（3）-1
粘土
Il=0.49
40
（3）-2
粘土
Il=0.25
53
（4）
亚粘土
Il=0.56
37
（5）
粘土
Il=0.35
47
（6）
粘土
Il=0.24
55
（6）-1
亚粘土
Il=0.62
36
（7）
粘土混碎石
Il=0.37
45
（8）
残积土
Il=0.54
38
（9）
白云岩
Ra=44.5MPa

(10)-1-1
泥岩强风化
N>50(击)
140
(10)-1-2
泥岩弱风化
Ra=4.2MPa
250
(10)-2
灰岩
Ra=61.4MPa

上部结构内力计算：
①工字钢I10验算
1、45t砼车
计算跨度为0.5m,计算按简支计算，单边后车轮布置在跨中时弯距最大
Mmax1=1/4×90×0.5=11.25KN.m
单边车轮布置在临近支点时剪力最大
Qmax1=90KN其中I10受力图如下

2、履带-65（本施工机械为履带-50，计算时按履带-65计算）

Mmax2=1/8×75.5×0.52=2.35KN.m
Qmax2=1/2×75.5×0.5KN.m=18.8KN
无论履带吊还是砼罐车作用在I10上按两根计算，面板和自重忽略不计。
Wx=49×2=98cm3 A=214.3=28.6cm2
σ=Mmax/Wx=11.25/98×104=114.7MPa<[σ]=200Mpa
Qmax/A=90/28.6×10=31.4MPa<[τ]=115Mpa
满足。I10布置为间距300mm。
⑥[20的验算
1、45t砼车时

砼罐车半边车轮布置在[20a横向分配梁的跨中情况为最不利，不考虑I10的分布作用。
Mmax1=1/4×90×1.5=33.8kN.m
砼罐车半边车轮布置在靠近支点时剪力最大：
Qmax1=90kN
2、履带-65

履带－65的履带接地宽度700mm，如上图布置，履带吊布置在[20跨中时有8根[20a横向分配梁承受；布置在临近支点时考虑8根[20横向分配梁承受。
履带－65的自重600KN和吊重200KN作用时考虑每个履带支点承受1/2荷载，即400KN。每根[20受力如下：
Mmax2=1/4×800×1.5/8=37.5kN.m
Qmax2=800/8=100kN
则σ=M/W=33.8×103/191
=176MPa<[σ]=200Mpa
Qmax/A=90/32.87×10=27.5MPa<[τ]=115Mpa
查[20 IX=1910cm4，E=2.1*105N/mm2,
计算: ωmax=2.18mm
满足要求.

⑦I40横梁计算
假设横梁选用I40，钢管桩按两排布置，两排布置的间距3米布置，

计算公式：ωmax=（FL3）/（48EIX）
L=3.0m, F=560KN（按最大荷载，履带－65的自重600KN和吊重200KN作用，每两根桩承受的荷载为400KN，乘以一不均衡系数1.4，为560KN）
E=2.1×105N/mm2, IX=21700cm4,
ωmax=6.9mm<L/250=12mm
强度验算：σ=（1/4×FL）/W=38.5N/mm2< fmax
符合要求。为了安装需要，横梁选用双I40
⑧钢管桩打入深度计算
根据地质资料，
地层
编号
层 名
岩土层
状 态
土层的极限摩
阻力值τi（kPa）
河滩段
淤泥质亚粘土
Il=0.99
25
河滩段
粘土
Il=0.49
40
河床段
粘土
Il=0.25
53

按45t砼车时考虑，计算时考虑风险系数1.25，不均衡系数1.4，计算荷载450×1.25×1.4=787KN，按履带－65的自重600KN和吊重200KN作用时共800KN，其中计算时考虑风险系数1.25，800×1.25=1000KN，因此本次按最大荷载1000KN计算）
河滩桩长计算：
其中河滩1-2m是覆盖层，摩阻力值τi（kPa）为25，但2m以下摩阻力值τi（kPa）为40，因此取平均系数为32.5
计算公式τ*sL=KF
其中τ取32.5kN/m2,s=3.14*0.63*1=1.97m,取系数K=2.0考虑
L=31.2m,
单根桩打入L=31.2/4=7.8米。
考虑到上面土层松动情况,L取9米计算。
河中桩长计算：
河床段地质粘土摩阻力很大为53,本次河床段计算按45考虑。
计算公式τ*sL=KF
其中τ取45kN/m2,s=3.14*0.63*1=1.97m,取系数K=2.0考虑
L=22.5m,
单根桩打入L=22.5/4=5.6米。
考虑到水冲沙作用等,L取7.6米计算
⑨钢栈桥受温度应力的验算
在温度变化时，钢结构伸长或缩短的变化值 L=L（t2-t1）a
其中 L—随温度变化而伸长或缩短的变化值
L—结构长度
t2-t1—温度差，
a材料的膨胀系数，1.2*10-5
温度产生的收缩力
σ=（E（t）.a t ）/（1-v）.s.r
σ= 0.735＜RL
为了适应栈桥钢构件温度变化, 钢栈桥在第14排桩位置设一道温度缝,缝宽6cm。温度缝处栈桥所有钢构件均需断开,主纵梁钢桁梁上交界处采用双排桩。
⑩汽车冲击力验算
《桥规》近似地用冲击系数μ来考虑这种动力效应,其中μ=15/(37.5+L)
其中L为计算跨径长度，故μ=0.32
以8m3砼罐车来计算，G总=（1+μ）*G=1.32*450=594KN<设计荷载
满足要求。
（11）钢栈桥钢管桩坐标设计标
1-1，X=530812.7151 Y=395927.0948
1-2，X=530815.0720 Y=395924.3340
2-1，X=530805.8999 Y=395921.2777
2-2，X=530808.2624 Y=395918.5217
3-1，X=530799.0999 Y=395915.4448
3-2，X=530801.4796 Y=395912.7036
4-1，X=530792.2994 Y=395909.5923
4-2，X=530794.6705 Y=395906.8437
5-1，X=530785.5035 Y=395903.7283
5-2，X=530787.8776 Y=395900.9823
6-1，X=530778.6621 Y=395897.9068
6-2，X=530781.0388 Y=395895.1631
7-1，X=530771.8609 Y=395892.0341
7-2，X=530774.2403 Y=395889.2927
8-1，X=530765.0583 Y=395886.1526
8-2，X=530767.4377 Y=395883.4112
9-1，X=530758.0692 Y=395880.4800
9-2，X=530760.7111 Y=395877.4368
10-1，X=530751.2730 Y=395874.5800
10-2，X=530753.9149 Y=395871.5367
11-1，X=530744.4767 Y=395868.6799
11-2，X=530747.1186 Y=395865.6367
12-1，X=530737.6804 Y=395862.7798
12-2，X=530740.3224 Y=395859.7366
13-1，X=530730.8842 Y=395856.8797
13-2，X=530733.5261 Y=395853.8365
13-3，X=530730.0535 Y=395856.1586
13-4，X=530732.6954 Y=395853.1154
14-1，X=530723.5915 Y=395849.8768
14-2，X=530726.2334 Y=395846.8336
15-1，X=530717.4727 Y=395843.1971
15-2，X=530719.8524 Y=395840.4560
16-1，X=530711.0862 Y=395836.8251
16-2，X=530713.4659 Y=395834.0840
17-1，X=530704.6996 Y=395830.4531
17-2，X=530707.0793 Y=395827.7119
18-1，X=530698.3131 Y=395824.0810
18-2，X=530700.6928 Y=395821.3399
19-1，X=530691.9266 Y=395817.7090
19-2，X=530694.3063 Y=395814.9679
20-1，X=530685.5400 Y=395811.3370
20-2，X=530687.9197 Y=395808.5958
21-1，X=530679.1535 Y=395804.9649
21-2，X=530681.5332 Y=395802.2238
22-1，X=530672.7670 Y=395798.5929
22-2，X=530675.1467 Y=395795.8518
23-1，X=530666.3804 Y=395792.2209
23-2，X=530668.7601 Y=395789.4797

钢栈桥主要施工方法
1、施工工艺流程
钢管桩加工

振动锤与钢管桩连接 履带吊吊钢管桩就位

测量定位 振动下沉钢管桩

栈桥下横梁I40安装 钢管桩桩间连接

钢桁梁安装

纵，横分配型钢安装焊接

钢管桩斜撑、抗风拉杆安装

桥面板铺装

栏杆、照明等附属结构安装
2、主要施工方法
（1）施工准备
首先利用南湖村河堤作为临时进场道路，在河滩区进行场地整理，修建材料加工区，加工区内用砖碴硬化50cm厚，四周用彩钢板封闭，材料按规格型号进行分类堆放。
（2）测量放线
用全站仪在岸上建立基站，陆上用全站仪定位测量放线，标出桩心位置，并用石灰撒圈标出桩径大小和位置。
水上利用机动船定位测量，同时控制钢管桩的平面位置、倾斜度及标高。
（3）陆上钢栈桥施工
a、钢管桩施工
陆上钢管桩栈桥跨度9m，栈桥的架设采用500kN履带吊、DZ60型振动锤逐跨打桩搭设栈桥。首先在确保钢管桩中心轴线与振动锤中心轴线一致的前提下将钢管桩的第一节段与75振动锤通过夹具连成整体，然后由65t履带吊起吊钢管桩，经测量定位后缓慢下放，并在自重情况下入土稳定，检测钢管桩垂直度，满足要求后开始低档锤击下沉，待钢管桩入土一定深度后高档锤击下沉，当钢管桩露出泥面或水面的长度为1.5m～2.0m时停止锤击，拆除替打与钢管桩的第一节段的连接，当按要求焊接接高钢管桩的第二节段并安装替打及振动锤后，继续启动振动锤，直至钢管桩下沉至设计标高。
打桩时，先用用全站仪架设在桩架的正面或侧面，校正桩架导向杆及桩的垂直度，并保持锤、桩帽与桩在同一纵轴线上，然后空打1-2m，再次校正垂直度后正式打桩。若开始阶段发现桩位不正或斜时，应调正或将钢管桩拔出重新插打。
钢管桩的最终桩尖标高由入土深度控制，若钢管桩无法施打至设计标高，及时汇报、分析原因，拿出解决办法，直至钢管桩的入土深度满足设计要求和已证明钢管桩达到了设计承载力。
当前排钢管桩下沉完毕时，在前后排架间安装上部结构形成通道，吊车前移施沉下一排钢管桩。
每排钢管桩下沉到位后，应进行桩之间的连接，增加桩的稳定性，连接材料采用[14，[14尺寸需根据现场尺寸下料，焊缝质量满足设计及规范要求。

栈桥施工示意见下图

50t履带吊性能表
最大起重量
(t)
最大起重力矩
(kN·m)
主臂起升高度
(m)
幅度范围
(m)
行车速度
(km/h)
接地压力
(MPa)
外形尺寸
(m)
50
2500
54
4～38
1.2
0.07
7.5×4.5×2.85
DZJ-75振动锤性能表
电机功率
(kW)
偏心力矩
N·m
偏心轴转速
r/min
激振力
kN
机重
kN
外形尺寸
(长×宽×高)
mm
75
654.6
900
593
7770
1740×1394×2297
b、横梁安装
首先在钢管桩桩顶中心线上先切割一个对称的凹曹，凹槽尺寸与工字钢I40尺寸一致，此凹曹作为工字钢的安装和调平用；在陆地上拼制双工字钢I40利用履带吊安装到指点的位置，并焊接牢固，焊缝要求应满足规范要求。
c、钢桁梁安装
在陆地上拼装好的钢桁梁，利用吊车整体安装到设计的位置上，并与主横梁固定好（现场根据原材料的长度适当调整），
d、桥面施工
当钢桁梁安装完后，开始安装[20，竖向间距为50cm，在[20上铺设I10，横向间距为30cm，其中[20与钢桁梁采用双面焊, I10与[20采用单面焊与双面焊跳格使用。在两车轮中间铺设桥面板，两边铺设胶合板作为人行通道，当一跨架设完成后，吊车前移9m，按同样步骤完成所有陆上栈桥施工，栈桥两边用φ48mm钢管作为栏杆相焊接。
在标准桥面上铺上钢板，上方不焊防滑条，主要是防止车辆在上方行驶产生震动和异响。
栈桥栏杆高1.0m，采用Φ48×3mm焊接钢管焊接，立柱间距1.5m，焊在栈桥I20上，栏杆统一用红白油漆涂刷，交替布置，达到简洁美观。
(4)水上钢栈桥施工
a、钢管桩施工
首先钢管桩施沉前根据桩位图计算每一根桩中心的平面坐标，再计算该标高处钢管桩的桩中心坐标，利用测量船在水中定位钢管桩的中心位置，并用木桩进行标记定位好，桩定位完后用履带吊起调钢桩调运到指定的位置，然后用人和钢绳相配合调整钢管桩平面位置及垂直度，调整完后开始压锤，依靠钢管桩及打桩锤的重量将其压入土层，测量复测桩位和倾斜度，偏差满足要求后，开始锤击。
钢管桩的最终桩尖标高由入土深度控制，若钢管桩无法施打至设计标高，及时汇报、分析原因，拿出解决办法，直至钢管桩的入土深度满足设计要求和已证明钢管桩达到了设计承载力，同时还要以贯入度来控制。
b、横梁安装
首先在钢管桩桩顶中心线上先切割一个对称的凹曹，凹槽尺寸与工字钢I40尺寸一致，此凹曹作为工字钢的安装和调平用；在陆地上拼制双工字钢I40利用履带吊安装到指点的位置，并焊接牢固，焊缝要求应满足规范要求。
c、钢桁梁安装
在陆地上拼装好的钢桁梁，利用吊车整体安装到设计的位置上，并与主横梁固定好（现场根据原材料的长度适当调整），
d、桥面施工
当钢桁梁安装完后，开始安装[20，竖向间距为50cm，在[20上铺设I10，横向间距为30cm，其中[20与钢桁梁采用双面焊, I10与[20采用单面焊与双面焊跳格使用。依次类推完成钢栈桥施工。
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