沪昆客专沅江大桥钢栈桥设计和施工技术.doc

沪昆客专沅江大桥钢栈桥设计和施工技术 刘松亮LIUSong-liang （中铁十七局集团第二工程有限公司，西安710043） （CR17BGNo.2EngineeringCo.，Ltd.，Xian710043，China） 摘要：深水基础施工时，一般需修建钢栈桥作为运输通道，并依附钢栈桥搭设作业平台，实现由水中转化为陆地作业的目的。本文针对沅江大桥的地质与水文条件，详细介绍了钢栈桥的设计和施工技术。供同行参考借鉴。 Abstract：Indeepwaterfoundationconstruction，itisnecessarytobuildsteeltrestleastransportcorridor，andtheworkplatformisalsosetupdependingonthesteeltrestletotransformunderwaterworkintolandoperation.Inthispaper，aordingtothegeologicalandhydrologicalconditionsofRuanjiangBridge，thedesignandconstructiontechnologyofthesteeltrestleisintroducedindetail，whichcanprovidereferenceforsimilarprojects. 关键词：钢栈桥；设计；施工 Keywords：steelpier；design；construction ：TU74：A：1006-4311（xx）18-0103-05 作者简介：刘松亮（1982-），男，陕西西安人，毕业于三峡大学，研究方向为桥梁工程。 0引言 近年来随着国家对基础设施领域投资不断增加以及我国桥梁技术的不断发展，技术复杂的大型水上桥梁建设将会越来越多。栈桥及钻孔平台是水上桥梁施工的主要通道，为了确保施工安全，使桩基施工方便易行，减少施工干扰，降低工程成本，栈桥及钻孔平台将会起到越来越重要的作用。 1工程概况 沅江大桥位于湖南省怀化市中方县铜湾镇浓井附近。起讫里程为DK301+646.03DK302+050.97，中心里程为DK301+847.98，沅江大桥全长404.94m，桥跨组成为（88+168+88+40）m双线预应力混凝土刚构连续箱梁。本桥的特点为深水、高墩、大跨，地形为典型的V型深切沟谷，地势陡峭，环境艰险，施工时安全风险较大。 2总体方案 2#水中墩施工采用搭设钢栈桥作为运输通道，在双壁钢围堰封底完成后搭设作业平台进行钻孔桩作业以及承台、墩身的施工。本文重点讲述钢栈桥的设计与施工技术。 3钢栈桥设计思路 本工程项目钢栈桥结构形式为3组双排单层贝雷桁架，桥面宽度6m，上承式结构。栈桥全长96m，跨径组合12m*8跨：使用120型标准贝雷花架进行横向联结；最大设计跨径12m。桥面系为专用桥面板；横向分配梁为I22，间距为1.0m；桥台基础采用砼台。为加强基础的整体稳定性，双排桩桥墩采用直径610*10mm钢管桩，单排桩桥墩采用直径820mm*8mm钢管桩；墩顶横梁采用工40a。栈桥布置结构形式如图1。 4结构内力计算 4.1桥面系 由于本项目桥面系为8mm面板与I12.6焊接成框架结构，为厂家生产定型桥面板，其结构稳定可靠，在此不再对面板进行计算。 4.2I22横向分配梁内力计算 4.2.1上承式荷载计算 单边车轮作用在跨中时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。荷载分析： 均布荷载，2*6m桥面板重量为15kN/个，分配梁均布荷载：q1=15kN/m/6/2*1+0.31（护栏）1.56N/m； 施工及人群荷载，不考虑与汽车同时作用； 汽车轮压。从车辆布置荷载图看出，单轴最大荷载为砼搅拌车荷载125kN，当后车轮单轴布置在跨中时，上承式计算模型如图2、图3。 单根工字钢承受50吨履带吊最大集中荷载：850kN/4.69m*1m=181kN250kN，故不予进行计算。 选用I22a则A=42.1cm2，W=310cm3，I/S=18.9cm（I=3400cm4，S=174.9cm3），b=0.75cm =M/W=31.4/0.31=101.3MPa188.2MPa =QS/Ib=107/18.9/0.75=75.5MPa=851.3=110MPa 4.2.2上承式刚度计算 挠度：wmax=0.001m1.2m/400=0.003m。 结构刚度与强度均满足要求。 4.3贝雷梁内力计算 12m跨上承式贝雷梁内力计算： 荷载分析。 1）自重均布荷载： q1=15*3/6kN/m+2.145kN/m0.95kN/m（护栏自重）6.66kN/m=17.26kN/m； 2）施工及人群荷载：不考虑与车辆同时作用； 3）本项目栈桥最大设计跨径为12m，考虑最不利位置进行分析； 4）50吨履带吊行走到跨中作业，贝雷梁内力分析；履带吊集中荷载转换为均布荷载：850kN/4.69m=181.24kN/m（不考虑2个车在同一跨行走，按一跨简支计算），利用SAP2000建立受力模型如图4-图6。 5）50吨履带吊行走到0号台作业，贝雷梁内力分析；履带吊集中荷载转换为均布荷载：850kN/4.69m=181.24kN/m（不考虑2个车在同一跨行走，按一跨简支计算），利用SAP2000建立受力模型如图7-图9。 经过上述分析知，贝雷梁最大弯矩Mmax2=2362kNm，最大剪力Qmax2=787.5kN。纵向主梁选用4排单层贝雷架，下弦杆。则贝雷梁： 跨中容许弯矩 M=788.26+450*6=7429kNm 跨中容许剪力Q=245.261471kN。 Mmax=2362kNmM=7429kNm； Qmax=787.5kNQ1471kN 刚度计算。 从上内力分析知道，弯矩最大处，为履带吊在跨中作业时；最大绕度也在该处根据建筑结构静力计算手册 挠度：fmax=qcl3（8-42+3）/384EI =c/l=4.69m/12m=0.39 fmax=181.24kN1xx（8-40.392+0.393）/（3842.1105MPa15105cm4）=0.210-3m12m/400=3010-3mm 满足强度要求。 4.4承重梁内力分析（选最不利位置，最大跨径处墩计算） 承重梁作为栈桥结构的主要承重结构，是栈桥结构稳定安全的生命线，拟采用的型材为2I40a。当车行驶到墩顶时承重梁和钢管桩承受最不利荷载。根据经验当墩顶荷载最大时，承重梁和钢管桩承受最不利荷载。取最重且荷载集中的履带吊作业在1号墩墩顶时，对承重梁内力分析。 上承式荷载分析： 自重均布荷载。 q1=15*3/6kN/m+2.145kN/m0.95kN/m（护栏自重） 6.66kN/m =17.26kN/m； 施工及人群荷载：不考虑与车辆同时作用。 上承式承重梁。取最大支点反力1093KN对承重梁进行验算（图10-图12）。 设其6组贝雷梁均衡受力，单片贝雷梁受力：1093/6=182.2kN。 根据上述建立有限元模型进行分析可知，取最大荷载Mmax=295kNm，Qmax=367kN进行桩顶承重梁的截面设计。选用I40a，查钢结构计算手册得各相关力学参数如下： W=2*1090cm3 A=2*86.1cm2 I/S=34.1（I=21720cm4，S=631.2cm3）， b=2*1.05cm，下面对其强度进行验算： =M/W=295kNm/（2*1090cm3）103=136MPa1.3=188.2MPa =QS/Ib=367/34.1/（1.05*2）=51.2MPa=851.3=110MPa 挠度挠度Wmax=0.00984m/400=0.01满足要求，满足要求。挠度挠度满足要求。 5钢管桩承载力（选最不利位置，最大跨径处墩计算，这里只计算单排桩的情况） 根据上述计算分析知，钢管桩基础单桩承载力最大的情况出现在车在单排桩（上承式结构）基础顶施工作业时，单桩最大承受荷载约=550kN。考虑本项目的地质条件及设计提供的相关地质资料，施工采用600振动锤直接打设钢管桩。 钢管桩820mm8mm，A=204.078cm2。 选取河床面最低高程为（130.928）m，则可假定钢管桩悬臂固结点在最低冲刷线（129.344）m处，桩顶标高取153.344m现假定钢管悬臂长度为24m。 下面计算800mm10mm钢管桩。 5.1单根钢管桩流水压力计算 单根桩流水压力计算： Fw=kAv2/（2g） 式中： Fw流水压力标准值（kN）； k形状系数（钢管取0.8）； A阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处； 水的重力密度（kN/m3）； v设计流速； g重力加速度（9.8m/s2）。 Fw=kAv2/（2g） 0.8（24*0.8210）1229.8 10kN 水流力作用在水深的1/3处，即为水深16m处（以最高水位，进行假设计算）。 水流力对钢管产生的弯矩： Mx1=1016=160KNm 5.2汽车水平制动力 根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-xx）查得，汽车制动力为汽车荷载重力的10，汽车行走在墩顶，钢管桩承受最大内力，考虑2个墩承担，以最大荷载45吨罐车计算，此处每根桩取水平制动力为450/2/2*10%=11.25kN。 水平制动力对钢管产生的弯矩： Mx2=11.25（24+2.354）=302kNm 钢管底部到桥面高度=24m+2.346m 5.3钢管强度及稳定性验算（选最不利位置，最大跨径处墩计算） 由以