清江大桥栈桥

1、 甬台温铁路合同段工程清江特大桥栈桥设计及说明书中铁四局甬台温铁路工程指挥部第二项目经理部2005年12月清江特大桥栈桥设计及说明书1、设计依据公路工程技术标准（JTJ001-97）；公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）；公路桥涵钢结构木结构设计规范（JTJ025-86）；2、工程概况桥址位于浙江省乐清市清江镇上埠头村与建新村之间的清江上，桥位河宽1.6m。桥址上游约0.6km处为方江屿围垦大坝，下游约3.1km为G104国道跨清江特大桥。2.1、孔跨布置61-32m整孔简支箱梁，中心里程DK204+049.395,全桥长2008.5

2、5m。桥墩分布情况表 项 目位 置地形情况施工方法备注17号墩水稻田、池塘施工便道、移动模架主要受台风影响843号墩清 江栈桥、移动模架主要受台风、海潮影响4460号墩水稻田、池塘施工便道、移动模架主要受台风影响2.2、清江范围内下部结构清江范围内下部结构基础采用钻孔灌注桩群桩基础。承台厚度为4m，平面尺寸为14.30m×9.5m。桩基础为10根直径1.5m桩基，采用行列式布置，桩中心净距3.9m，桩长在27m60m之间变化。承台在河床下的埋入河床下的深度在在4m5m之间。承台顶面顶面高程在-4.257m-2.243m。2.3水文资料2.3.1、陆地水文 据乐清市气象站记载，本流域地

3、处著名的雁荡山暴雨中心，雨量充沛。据资料分析，流域多年平均降雨量1874.1mm。且年雨量在时空上分布极不均匀，59月份雨量占全年的70左右，最大日雨量580.8mm（1981年9月21日），多年平均雨日177天。2.3.2、海洋水文 位于乐清湾内东北部，海区属正规半日潮，每月农历初一至初三和农历十五至十八分别有一次高潮期，流向自东南西北，落潮自西北东南，呈漫流状。 工程附近无长系列潮位站，但位于桥位下游南糖镇的东山站，曾在1975年1979年进行短期潮位观测。东山站潮位特征值见下表：潮位特征表（吴淞） 单位：米潮汐特征东山统计实测资料年限19751979高潮位最高6.30（75年.10.7/

4、9.3）历年平均最高 6.15最低 3.0（78年.3.15/2.10）历年平均最低 3.04平均 4.52低潮位最高1.45（77年.9.14/8.2）历年平均最高 1.32最低 2.23（76年.4.16/3.17）历年平均最低 2.04平均 0.44平均潮位2.05潮差涨潮最大 8.09（79年）最小 1.84（78年）平均 5.0落潮最大 7.84（79年）最小 2.09（78年）平均 5.09历时涨潮平均 6：26落潮平均 5：592.3.3、工程水文 设计潮位分析依据浙江省海塘技术规定，结果采用东山站潮位基础上插值11cm。东山站设计高潮位计算成果表（吴淞） 单位：米站名重现期（年

5、）年平均潮位200100502010 5东山7.497.287.076.796.576.352.0510年一遇年平均潮位潮位为6.571.880.114.80m。20年一遇年平均潮位潮位为6.791.880.115.02m。50年一遇年平均潮位潮位为7.071.880.115.30m。100年一遇年平均潮位潮位为7.281.880.115.51m。清江涨、落潮时间统计表时间第一次涨潮时间第一次平潮时间第一次落潮时间第二次涨潮时间第二次平潮时间第二次落潮时间初一、十六6：0510：30初二、十七6：3011：00初三、十八7：2511：40初四、十九7：5012：20初五、二十8：3013：00

6、初六、二十一9：0013：40初七、二十二9：4014：30初八、二十三10：2015：20初九、二十四11：3016：20初十、二十五12：2017：20十一、二十六13：5018：40十二、二十七15：0019：30十三、二十八16：1020：20十四、二十九17：1020：50十五、三十17：5021：50海区属正规半日潮，第一次涨潮与第二次涨潮间隔时间基本上在12小时。涨潮平均历时6小时26分，落潮平均历时5小时59分。2.4、水文地质资料桥址区地下水对混凝土结构无侵蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性；河流地表水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性；海

7、潮水对混凝土结构具有硫酸盐侵蚀型和盐类结晶型侵蚀，为弱侵蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋具中等腐蚀。2.5、立交情况于DK204+480处跨越石清公路（老104国道），双向2车道，与线路夹角为7150。2.6、通航情况最高通航水位5.5m，净高8.5m，净宽30m。2.7、地质资料粉质黏土：褐黄色，软塑，0=120kPa。淤泥：灰色、深灰、流塑、饱和，0=45kPa。-1粉质黏土: 褐灰色，软塑，0=80kPa。粗圆砾土：灰色，稍密，饱和，0=350kPa。-1黏土：灰兰黄色，硬塑，0=180kPa-2细圆砾土：浅灰色、褐灰色，稍密，饱和，0=300kPa。-3砾砂：浅灰色、褐灰色，稍密，饱和，0=

8、250kPa。-4中砂：浅灰色，松散，饱和，0=180kPa。-5黏土：灰黄色，软塑，0=120kPa。黏土：灰黄色灰兰色，硬塑，0=180kPa。-1粗圆砾土：灰黄色，中密，饱和，0=350kPa。-2黏土：灰色、灰兰色，软塑，0=120kPa。粗圆砾土：灰黄色，中密，饱和，0=350kPa。-1粉质黏土：褐黄色，软塑，局部硬塑，0=150kPa。-2细圆砾土：灰黄色，稍密，饱和，0=300kPa。-3含粗圆砾粉质黏土：褐黄色，硬塑，0=200kPa。粉质黏土：灰黄色、紫黄色，硬塑，0=200kPa。含砾粉质黏土：褐黄色，硬塑，0=200kPa。-1凝灰岩：全风化，灰黄色、棕红色、灰白色，密

9、实，风化破碎成土状、砂状，0=250kPa。-2凝灰岩：强风化，褐灰、灰白色、紫红色，成碎块状，0=400kPa。-3凝灰岩：弱风化，青灰色、肉红色、浅红色间黑色，岩芯成柱状，0=1000kPa。2.8、清江范围内基础冲刷情况位于清江范围内共有36个墩。清江范围内基础冲刷情况统计表（1%频率） 项 目墩 位一般冲刷线局部冲刷线(标高)差值81010.40918.3577.948101514.61418.7574.143151810.40919.3208.911182314.61421.0576.443233110.40922.45712.038313814.61422.1577.5433843

10、10.40919.4579.0483、栈桥与钻孔平台栈桥分为两段。一段设置在DK203+296.00DK204+136.00，即宁波侧围垦大坝至33号墩，全长840.00m；另一段设置在DK204+196.40DK204+468.00，即34号墩至温州侧围垦大坝，全长228.00m；33号墩34号墩之间形成通航道。栈桥共长1068m。根据大桥施工的总体部署，栈桥设置于桥位上游，栈桥中心与大桥中心线距离11.65m，栈桥按单向单车道设计，桥面总宽6.0m。在温州侧栈桥，设置汇车道一处，汇车道长36m,在外侧加宽2m，前面宽达到了8m。3.1栈桥与钻孔平台面板标高栈桥桥面标高同钻孔平台面板标高一致

11、，便于材料及机械设备运输和交通便利。桥顶面高程设为7.00m（20年一遇施工水位5.02m浪高0.25m+梁高1.72m）。既有公路道路标高在5.24m左右，通过二跨栈桥顺接。3.2、栈桥结构主栈桥分为三部分：通车区、汇车区、管线区。管线区布置在护栏外侧，坐落于管桩端头的232a工字钢上。平台分为四部分：通车区、钢筋加工及存放区、人行通道及小料堆放区。贝雷梁坐落于管桩端头的232a工字钢上。主栈桥采用通长布置形式，形成多跨一联的形式。主栈桥采用装配式上部结构，纵梁均采用4排一组的贝雷桁架，横向联结采用加工的横向联结系，顺桥向3m一道，上铺8mm花纹钢板形成平台；基础采用600×8mm

12、的打入式钢管桩。3.3、钻孔平台结构 承台平面尺寸为11.2m×7.2cm，钻孔平台平面尺寸设置为24.0m×21.2m。钻孔平台采用可拆卸式上部结构，平台纵均采用贝雷桁架，上铺8mm花纹钢板桥面板形成平台；基础采用600×10mm的打入式钢管桩。钻孔桩施工完成后，保留施工通道区及材料堆放区，钻孔区平台拆除，周转到其余墩位。3.4、栈桥和钻孔平台基础钢管桩栈桥和钻孔平台基础统一采用600×10mm钢管桩。根据河床高程划分为两种桩长钢管桩。承台顶面高程在-4.257m-1.000 m。主栈桥基础钢管桩设置单排，每排3根，间距2.5m。3.5、栈桥和钻孔平台

13、贝雷桁片栈桥纵梁采用单层贝雷桁片，设置4排，纵梁放在桩顶横系梁上，贝雷桁片上部通过U型螺栓与桥面板下的工10工字钢联结连接。钻孔平台采用单层贝雷桁片，通车区和钢筋加工区设置4排，人行通道区设置3排。3.6、栈桥和钻孔平台面板面板分为栈桥面板和钻孔平台面板两种。主栈桥面板统一采用8mm的Q235花纹钢板。联结法兰采用10槽钢；面板横桥向方向采用10号工字钢，间距75cm；顺桥向方向采用10槽钢，间距40cm。钻孔平台四周区域面板的构造与主栈桥一致，钻孔区面板横向方向采用12.6号工字钢，间距75cm；顺桥向方向采用12.6槽钢，间距40cm3.6.1、栈桥面板 栈桥面板宽度取为6m、12m两种，

14、长度取为3m，与单节3m贝雷片成模数关系。3.6.2、钻孔平台面板平台面板尺寸为24.0m×21.2m，根据平台的不同功能分区，加工成不同的面板模块。桥面板由50t履带吊吊装，人工配合安装。桥面板在护筒位置预留方形缺口，缺口处加盖=8mm铁盖板，铁盖板下面支撑I14工字钢插在两侧附近的贝雷横梁上。3.7、栈桥及钻孔平台主要技术参数的确定3.7.1、基本计算数据、 水位：取20年一遇最高水位：5.02m。、 流速：平均流速取为2.5m/s(甬台温铁路标瓯江特大桥设计流速为V1=2.40m/s)。、 流向：水流方向与基础轴线的夹角为0o。、 河床标高分为-4.257m-1.000 m（取

15、为-4.257m）和-1.000 m2.243m（取为-1.000 m）两种。、 河床覆盖层：河床覆盖层：淤泥、粗圆砾土、黏土、中砂等。、 河床冲刷一般冲刷取为2m3m（100年一遇一般冲刷标高为-10.409m、-14.614m） 钻孔桩施工期间河床总的冲刷深度按照3m5m考虑。、 基本风压 根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004“附录A 全国基本风速图及全国各气象台站基本风速和基本风压值”），取20年一遇的基本风压为0.4125kN/m2(风速约为25.75m/s)( 甬台温铁路标瓯江特大桥设计设计风速25m/s)。、 浪高： 浪高：1.0m（经验值，实际取值为0.25m）。3.

16、7.2栈桥安装设计荷载组合 栈桥设计荷载组合分为4种施工工况：、插打钢板桩；、正常施工期间；、拔桩。3.7.2.1、钢管桩施工、竖向荷载组合：栈桥自重50t履带吊车重量施工荷载材料堆放荷载(图示)。、横桥向水平荷载组合:履带吊车摇摆力波浪力水流压力风力。 栈桥安装荷载组合表项目名称竖向荷载横桥向水平荷载栈桥自重程序自动计入50t履带吊车产生的力500kN/1台15kN/1台材料堆放荷载其他荷载根据实际计施工荷载2.5kN/m2（略）水流压力（桩） 波浪力（桩） 风力（桩和梁部） 3.7.2.1.1、栈桥安装竖向荷载计算插打钢板管桩竖向荷载计算分为：、插打钢板管桩；、安装贝雷片；、安装面板。1、

17、插打钢管桩 、插打钢管桩施工位置图示见下： 、插打钢管桩施工取用二跨作为计算，受力计算图示见下： 、插打钢管桩时履带吊的施工受力图示见下：、计算结果a、 剪力 最大剪力为562414N，最大支座反力为562414N。b、 弯距 最大弯矩为1236828.5nm。c、 应力查相关贝雷片使用手册，满足设计要求。2、贝雷片安装 安装贝雷片位置图示见下： 安装贝雷片施工取用二跨作为计算，受力计算图示见下： 安装贝雷片时履带吊受力图示见下：、计算结果a、 剪力最大剪力为538855.85n，最大支座反力为538855.85n。b、 弯矩最大弯矩为1183822.55nm。c、 应力查相关贝雷片使用手册，

18、满足设计要求。3、桥面板安装 安装桥面板位置图示见下： 安装桥面板施工取用二跨作为计算，受力计算图示见下： 安装桥面板时履带吊受力图示见下：、计算结果d、 剪力 最大剪力为596996.9N,最大支座反力为596996.9N。e、 弯矩f、 应力查相关贝雷片使用手册，满足设计要求。3.7.2.2、正常施工、竖向荷载组合: 栈桥自重汽车超20级重量施工荷载组合:栈桥自重50t履带吊车重量施工荷载 (图示)。、横桥向水平荷载组合:汽车超20级摇摆力波浪力水流压力风力。组合:履带吊车摇摆力波浪力水流压力风力。 表4.2.1-2 栈桥正常施工期间荷载组合表项目名称竖向荷载横桥向水平荷载栈桥自重程序自动

19、计入汽车超20级产生的力 施工荷载2.5kN/m2水流压力（桩）见钢管桩水流压力计算表波浪力（桩）风力（桩和梁部）梁部0.617KN/m；桩顶0.202KN 栈桥插打钢板桩荷载组合表项目名称竖向荷载横桥向水平荷载栈桥自重程序自动计入50t履带吊车产生的力500kN/1台15kN/1台材料堆放荷载4250 N/m（12m）施工荷载2.5kN/m2水流压力（桩） 波浪力（桩） 风力（桩和梁部） 3.7.2.2.1、正常施工期间竖向荷载计算正常施工期间竖向荷载计算分为：、汽车超20级；、50t履带吊车。1、汽车超20级 汽车超20级，分别计算重车位于支点、1/4跨、1/2跨荷载数值。汽车超20级的荷

20、载分布见下：、 重车位于支点a、重车位于支点处位置图示见下：b、重车位于支点处取用九跨作为计算，受力计算图示见下：c、计算结果1、 剪力梁部最大的剪力为258578.6KN。支座反力最大为189899 N。2、 弯矩最大弯矩为579981nm。3、 应力结合栈桥安装计算，不需要检算应力。、 重车位于1/4跨a、 重车位于1/4跨处位置图示见下：b、 重车位于1/4跨处取用九跨作为计算，受力计算图示见下： c、计算结果 结合栈桥安装计算，不需要检算。、重车位于1/2跨a、 重车位于支点处位置图示见下：b、 重车位于1/2跨处取用九跨作为计算，受力计算图示见下：c、 计算结果结合栈桥安装计算，不需

21、要检算。2、50t履带吊车 结合栈桥安装计算，不需要检算。10 3.7.2.3、水平荷载计算3.7.2.3.1、水流压力计算根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中的4.3.8条：FW=(K×A××V2)/（2×g）式中： FW流水压力标准值（KN）； 水的重力密度，取为10KN/m3； V设计流速，取为20年一遇的最大流速2.5m/s；A阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处；g重力加速度，g9.81(m/s2);K形状系数，查表4.3.8,取为0.8。流水压力合力的着力点，假定在设计水位以下0.3倍水深处。、 单根钢管桩的水流压力 钢管桩的

22、水流压力按照倒三角形计算，则桩身应考虑群桩效应计算阻水面积，则单桩的计算宽度：b1=kf×k0×k×d式中： d与外力作用相垂直平面上桩的宽度（或直径）；kf形状换算系数，查表得：圆形截面桩取为0.9;k0受力换算系数，查表得：1+1/d；k桩间的影响系数；当L10.6h1时，k=1.0。式中： L1桩间净距； h1桩在地面或最大冲刷下的计算深度，可按照下式计算：h13(d+1)m，但不得大于桩的入土深度； L11.8-0.6=1.2m; h1=3(d+1)=3×(0.6+1)=4.8m; L11.2m0.6h1=2.88m, k=1.0不成立。所以，k

23、= b1+(1- b1)×L1/(0.6h1)式中：b1与外力作用平面相平行所验算的一排桩n有关的系数；此处n=3，取b10.45;k=0.45+(1-0.45)×1.2/(0.6×4.8)=0.6792钢管桩计算宽度b1=kf×k0×k×d=0.9×(1+1/0.6)×0.6792×0.6=0.978m工况1:栈桥施工期间（插打钢管桩）钢管桩流水压力计算：根据既有的河床冲刷调查情况，假设河床标高在0m以上总冲刷确定为3m，在0m以下总冲刷确定为5m（经验值）。根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-20

24、04）中的4.3.8条：FW=(K×A××V2)/（2×g）， 其中阻水面积A= b1×h，计算各墩位处的钢管桩水流压力，结果见下表：钢管桩流水压力计算表 项 目墩 位阻水面积(m2)流水压力(KN)备注8号墩6.13215.6279号墩7.12618.16010号墩10.05125.61411号墩12.00730.59912号墩12.49631.84513号墩7.12618.16014号墩6.62816.89115号墩6.62816.89116号墩7.11718.13717号墩7.60619.38318号墩12.49631.84519号墩12

25、.00730.59920号墩11.51829.35221号墩11.02928.10622号墩7.10318.10123号墩7.10318.10124号墩7.10318.10125号墩7.10318.10126号墩7.11718.13727号墩6.62816.89128号墩7.11718.13729号墩7.11718.13730号墩7.11718.13731号墩10.05125.61432号墩10.05125.61433号墩7.60619.38334号墩13.96335.58435号墩13.96335.58436号墩11.51829.35337号墩10.54026.86038号墩7.11718.

26、13739号墩6.62816.89140号墩6.62816.89141号墩6.62816.89142号墩5.65014.39943号墩5.65014.3993.7.2.1.2、波浪力 略3.7.2.1.3、风力取20年一遇的基本风压为0.4125kN/m2(风速约为25.75m/s),根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）中的4.3.7条计算横桥向风压荷载标准数值： Fwh=k0k1k3WdAwh式中 Fwh横桥向风荷载标准值（KN）。 Wd设计基准风压，取为0.4125kN/m2。 k0设计风速重现期换算系数，取为0.90。 k1风载阻力系数，查表4.3.7-44.3.7-6，桩

27、取为0.7；栈桥按实体结构考虑，取为。 k3地形、地理条件系数，查表查表4.3.7-1，取为1.3。 、桩顶风力 根据栈桥构造，桩顶风力的受力高度为1m，则：Fwh=k0k1k3WdAwh =0.9×0.7×1.30×0.4125×(1×0.6) =0.202KN 、栈桥风力根据栈桥构造，取一跨12m作为计算单元，则： Fwh=k0k1k3WdAwh =0.9×0.8×1.30×0.4125×(12×1.6) =7.403KN 栈桥梁部均荷载为0.617KN/m。3.7.2.4、钢管桩强度和稳定

28、性计算3.7.2.4.1、力学计算模式采用有限元的方法进行验算，用杆单元来模拟桩对土的作用，土对桩的作用，其作用可通过各种不同的刚度的弹簧单元来模拟。参考有关资料，认为在深度y处桩身产生的侧向变位为x时，桩侧该深度y处的土作用在桩上的土体抗力式中：K为土体侧向地基刚度；y为钢管桩入土深度，自局部冲刷线算起；b0为计算宽度，桩径m，故 m；m为比例系数，m可以查下表。比例系数m取值表地 基 土 分 类M(KN/m4)Il1的粘性土、淤泥100020001Il0.5的粘性土、粉砂、松散砂200040000.5Il0的粘性土、细砂、中砂40006000坚硬的粘土、粉质粘土、砂质粉土、粗砂600010000取清江特大桥34墩（阻水面积最大）位置钢管桩计算，34墩位置钢管桩阻水高度为14.3m，局部总冲刷线高程为-9.257m，假定入土深度为20m，则0y12m时，地基土为淤泥(Il=1.4)，m=1500KN/m4；12y16m时，地基土为粗圆砾土，m=8000KN/m4。16y20m时，地基土为黏土(Il=0.2)，m=5000KN/m4。在钢管桩的入土深度范围内（考虑局部冲刷以后），分为20个小土层(每1m深度计1个小土层)，计算时用20个不同的弹性支承来代替。各个弹性支承的刚度如下表所示：入土深度y(m)K（KN/m）入土深度y(m)K（KN/