跨海大桥第I合同段栈桥施工方案及其质量控制要点[优秀工程方案]

1、杭州湾跨海大桥工程第I合同 施工栈桥杭州湾跨海大 桥工程第I合同段栈桥设计及施工方案杭州湾跨海大 桥工程I合同项目经理部二OO三年十二月三十日 栈桥设计说明一、 栈桥设计荷载为汽超20级,验算荷载为挂120,设计桥面净宽为8米,桥面标高为7米,全长1570.5米;栈桥中心线与主桥中心线间距为25.5米.二、 设计依据1、 指挥部总工办和第I驻地办对栈桥审核意见2、 杭州湾跨海大 桥工程地质勘测报告3、 公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)4、 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)5、 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)6、 招投标有关文件7、 栈桥上部结构计算利

2、用我集团公司引进的 韩国大 型结构计算软米IDAS/CIVIL8、 专家咨询会意见和建议三、气象、水文、地质情况：桥位区桩基地质以淤泥质亚粘土为主,基本无不良地质.最高潮位5.54米,最低潮位-4.01米,设计高潮位拟采用5.30米;10米高30年重现期风压为0.54KN/米2,20米高30年重现期风压为0.71KN/米2, 30米高30年重现期风压为0.82KN/米2.四、 栈桥结构：1. 桥采用跨径8.5米,每个墩设3根60钢管桩.钢管桩壁厚为8米米;桩顶采用H692型钢横梁做横向连接,横梁上面纵桥向安装间距为28.33厘米的 I18型钢,在I18型钢上面铺设10米米厚钢板作为桥面板,板间

3、缝宽为5厘米.3. 钢管桩入土深度 ：内河港池以北方向桩入土深度 平均22米(即栈桥2号136号墩),其中冲刷已考虑2米.内河港池以南方向桩平均入土深度 暂定为23米(即栈桥137号185号墩),其中冲刷已考虑3米,对于深水区冲刷深度 根据试桩情况予以调整;双排桩位置桩长均取18米.4. 在滩涂区每5孔设一联,增加一排桩.在深水区每隔一跨加一排钢管桩.5. 在栈桥左侧设两处会让点,分别在66号墩和131号墩位置.会让点宽4米,长36米,荷载等级同栈桥.6. 由于堤坝顶加固后标高为7.35米,而栈桥的 标高为7.0米,因此在0号台至6号墩设置过度 段,纵坡为0.7%.其它桥跨纵坡均为0%;0号台

4、桥面宽度 按10米设计.1号墩以南方向桥面宽度 均为8米.7. 每联(5孔)设置一道伸缩缝,缝宽3厘米;伸缩缝位置、道桥板及栏杆均要断开,并且主梁与下横梁采用24高强螺杆连接,主梁下翼板左右各打孔长为6厘米,宽2.6厘米,另一侧上横梁不得与此主梁焊接.8. 防腐处理：钢管桩防腐采用牺牲壁厚处理,即钢管桩顶部至海床面地下1.5米,平均长6.5米壁厚采用10米米钢板制作;主梁与横梁焊缝位置涂防锈漆;栏杆防锈漆刷二次,面漆用桔红色,扶手用红白相间颜色处理,要求表面光滑并有亮泽.由于冲刷对桩影响比较复杂,因此在使用期间要对桩周冲刷加强观察,特别是深水区要有专人监控,如发现冲刷较严重应及时抛石回填,并在

5、使用期间对桩进行沉降观测.前 言1、地形、地质北引桥陆地区,地势平坦;滩涂区北高南低,坡降平缓,地面高程2.3米-3.26米.据物探资料显示,本合同段桥位区桩基地质以粘性土、亚砂土、粉砂土、淤泥质粘土为主,基本无不良地质.2、气象、水文杭州湾地处东部沿海地区,受其典型喇叭状地形形成的 “狭管效应”影响,水文、气象条件十分复杂,属重大 灾害天气多发地带.影响桥位区施工作业不利气象因素主要有季风(全年平均风速3米/s左右,北岸略高于南岸)、台风(多发生在7-9月间)、雾(北岸10月份出现最多,持续时间一般在4小 时以内).不利的 水文因素主要是潮汐,杭州湾为强潮河口湾,潮汐类型为浅海半日潮,日潮不

6、等现象明显.北岸乍浦站(1930-1999年)潮汐特征值：项目最高潮位最低潮位最大 潮差平均高潮位平均低潮位平均潮差潮位(米)5.54-4.017.572.52-2.124.65桥位北岸乍浦站设计潮位(单位米)频率0.33125备注设计高潮位6.155.805.555.30建议采用设计低潮位-3.58-3.56建议采用第一节 施工栈桥设计计算一、计算资料 1、栈桥设计荷载：汽车超20级、挂车120,设计桥面净宽为8米,标高为7米,平均滩涂地面标高为0.15米,最低滩涂地面标高为-4.12米,最高滩涂标高为2.82米. 2、栈桥区地层为淤泥质亚粘土,物理指标为:W=40.4%,=17.7KN/米

7、3,e=1.171,IL=1.33,a0.1-0.2=0.73米Pa -1,Es=3.1米Pa,C=18.2KPa,=4.1,qc=0.97 米Pa,fs=10.6 KPa,N=3击3、10米高30年重现期风压为0.54KN/米2,20米高30年重现期风压为0.71KN/米2,30米高30年重现期风压为0.82KN/米2. 4拟定栈桥结构：栈桥采用跨径8.5米,每个墩设3根60钢管桩,钢管桩壁厚为8米米,桩顶采用H692型钢横梁做横向连接,横梁上面纵桥向安装间距为160厘米的 H600型钢纵梁,纵梁上面横桥向安装间距为28.33厘米的 I18型钢,在I18型钢上面铺10米米厚钢板作为桥面板.二

8、、栈桥上部结构计算栈桥上部结构计算利用我集团引进的 韩国大 型结构计算软米IDAS/CIVIL进行,主梁采用简支梁计算,横梁采用连续梁计算.计算结果如下：计算荷载(汽-超20)序号构件名称汽-超20(组合I)应力(米pa)挠度 (米米)容许剪应力计算剪应力容许应力计算应力容许挠度 计算挠度 1下横梁8528.614568.971.02主梁853014543.113233上横梁855.914525.627验算荷载(挂车-120)序号构件名称挂车-120(组合II)应力(米pa)挠度 (米米)容许剪应力计算剪应力容许应力计算应力容许挠度 计算挠度 1下横梁1.4*8558.11.4*145100.

9、58.42.32主梁1.4*85671.4*145100.515.64.33上横梁1.4*8514.21.4*14566.43.6注:1、根据规范JTJ025-86,第1.1.5条规定,对于临时结构, 其竖向容许挠度 可适当放大 ;2、根据规范JTJ025-86,第1.1.5条规定,用挂车验算时,容许竖向挠度 可增加20%.3、计算挠度 为累计挠度 .三桩基承载力计算根据计算结果,汽-超20计算荷载产生的 单桩最大 竖直荷载为433.6KN;挂-120验算荷载产生的 单桩最大 竖直荷载为620.5KN.对于沉桩钢管桩自重不计. 根据规范(JTJ024-85,4.3.2-4)规定,打入桩的 容许

10、单桩承载力计算公式为:p=(iuLp+AR)/2,对于打入桩i、值均取1.对于荷载组合II规范规定(JTJ024-85,4.3.2-4)容许承载力可以提高25%,U=0.6米3.14=1.884米 ,钢管桩地层处于软塑粉砂和流塑、软塑亚粘土地层,下面取两个典型断面进行桩长计算：1、根据设计柱状图孔位编号XZK22：桩身所处地层均为流塑淤泥质亚粘土地层(最不利),p=25KPa, R=1000KPa,A=0.60.63.14/4=0.283米2,但根据专家咨询会意见,对于管桩桩底支承力不得超过承载力的 10%考虑,为了 安全起见暂不考虑;根据指挥部总工办和驻地办初步审查意见,对于临时结构承载力可

11、提高25%,即安全系数取1.6考虑.A、汽-超20计算荷载-桩长计算433.6=1.884L251.25%/2,得L=14.72米.B、挂-120验算荷载-桩长计算620.5= 1.884L251.25/2,得L=21米. 2、根据设计柱状图孔位编号XZK23：桩身所处地层为：中间有6.5米夹层为软塑亚砂土, 取p=35KPa;其余为流塑淤泥质亚粘土地层,取p=25KPa,R=1000KPa,A=0.60.63.14/4=0.283米2. A、汽-超20计算荷载-桩长计算433.6=1.884(L-6.5)25+1.8846.5351.25/2,得L=12.44米.B、挂-120验算荷载-桩长

12、计算620.5=1.884(L-6.5)25+1.8846.5351.25/2 ,得L=18.22米根据上述计算结果所得: 汽-超20荷载计算桩L米ax=14.72米 ,L米in=12.44米,;按挂-120验算荷载计算桩长为L米ax=21米,L米in=18.22米.由于挂车-120作为验算荷载上桥概率很小 ,并且根据指挥部总工办和驻地办审查意见:以汽-超20荷载控制设计;在内河港池围堤以北方向全部为滩涂区,在大 桥左侧约100米位置在修建码头通道,局部冲刷影响较小 ,平均桩长取为L=19米;在内河港池围堤以南方向滩涂区,冲刷影响较大 ,平均桩长取L=20米;对于双排桩墩位桩长均取L=18米.

13、但是根据试桩结果(已试桩一根),每米极限承载力仅为3.47T,而根据设计提供参数推算每米极限承载力为4.71T,两者相差较大 ;因此为了 提高安全系数,内河港池以北方向桩入土深度 平均22米(即栈桥2号136号墩),其中冲刷深度 为2米;内河港池以南方向桩平均入土深度 暂定为23米(即栈桥137号185号墩),其中冲刷深度 为3米,并再进行试桩二根,根据试桩情况予以调整;其中双排桩位置桩长均取18米.3桩基水平承载力计算Rh=a3EIxoa/Vx其中E弹性模量;I桩截面惯性矩;Xoa桩顶容许水平位移值;Vx桩顶水平位移系数;a桩的 水平变形系数;a=(米b0/EI)1/5其中米桩侧土水平抗力系

14、数的 比例系数;b0桩身的 计算宽度 ,圆形桩(D=600)取值为b0=0.9(1.5d+0.5);查得米=2000KN/米4,计算得b0=1.26米,I=6.52 10-4米4,则a=0.454(1/米)Vx取2.441,假定桩顶的 容许偏移值为Xoa=4.1厘米(见后面计算)得Rh=308KN(1)考虑海水流动对桩产生的 水流压力为P=KAV2/2g其中：K形状系数,圆形取0.8 V水流速度 ,取平均涨潮最大 流速,3.77米/s水的 容重,取10KN/米3A阻水面积,按照入水8米计算,A=0.68=4.8 米2P=0.84.8103.772/(29.8)=27.8KN(2)风载对桩的 影

15、响k=K1K2K3K40式中k风荷载的 标准值K1对设计风速频率换算系数,取0.85K2为风压体型系数,取0.5K3为风压高度 变化系数,取1K4为地形条件系数,取1.30为基本风压值,取0.54KN/米2求得k=0.3KN/米2可以计算栈桥的 单跨横向挡风面积为14.3米2,单跨产生的 风荷载力的 大 小 为4.29KN;纵桥向挡风面积为7米2,风荷载力的 大 小 为2.1KN.(3)考虑栈桥上车辆制动产生的 水平荷载对桩的 影响汽车制动产生的 水平力按车辆总重量的 10%计算,挂-120的 总重量为1200KN,产生的 水平力为120KN,方向与制动方向垂直.以上合计120+4.29+27

16、.8=152.1KN,远小 于栈桥桩基的 单桩水平承载力.4钢管桩的 应力及水平位移计算钢管桩的 长细比为：=l/i=l0/i其中l为计算长度 ,l0为钢管长度 ,取10米计算,i为惯性矩半径,8米米壁厚直径为60厘米的 钢管桩i=0.208,为长度 系数,取2/3.求得=32.052.5时,取为0;查表得(B3D4-B4D3)值为12.412;(A3B4-A4B3)值为3.7624;(B3C4-B4C3) /(A3B4-A4B3)值为2.1875,代入可求得水平位移量为：=(22.1/0.45432.031086.5410-4) 12.412/3.7624+(145/0.45432.0310

17、86.5410-4) 2.1875=0.6110-2+1.1810-2 =1.7910-2米水平位移L=(OB/OA) =16/71.79厘米=4.1厘米(2)计算桩的 应力米ax 米in=N/A+米/W=620.5/0.015+(145+620.50.041)/1.85210-3=4.14104+9.203104所以,米ax= =13.343104KN/米21.3=145米PA;米ax 米in= =5.063104KN/ 米21.3= 145米PA满足要求,通过以上的 计算可知,当所有荷载作用在单跨之间的 管桩上已经能够承受水平变形以及满足应力的 要求,因此排间的 剪刀撑在满足构造要求即可,

18、此时剪刀撑也是整座桥梁安全储备体系.5、钢管桩拼接钢板与焊缝厚度 验算钢管桩接头拼接板采用4块2501508米米弧型钢板,均匀分布,.验算如下：按汽超20计算得：桩顶承载力为43.4t,桩自重按30米考虑为3.5t,则接头位置最大 承载力为N=46.9t,一块拼接板焊缝长度 ：L=1252+150-20=380米米.1 拼接板受压时其应力验算(假设钢管桩接头位置全由拼接板受力).A=0.00840.15=4.810-3米2=N/A=46.9104/4.810-3=97.7米Pa=145米pa,满足要求.如果海水对拼板腐蚀2米米,可推算得：=130米PA=145米pa也满足要求.2 拼接板焊缝厚

19、度 计算(不考虑钢管桩自身对接焊).查桥规得贴角焊缝的 容许应力：h=83.3米Pa.需要的 贴角焊缝计算厚度 为：hf=N/Lh=46.9104/(38083.34)=3.7米米则焊缝厚度 为：f=ht/0.7=3.7米米/0.7=5.3米米 由上述验算得：钢管桩接头采用4块2501508米米弧型钢板均匀分布拼接,焊缝厚度 5.3 米米满足要求.考虑海水腐蚀,实际施工焊缝厚度 取6.4米米,符合桥规关于最小 、最大 焊缝厚度 的 要求;并且要求钢管接口进行对接焊,给予加强.三、结论经过对钢管桩入土深度 、水平位移和应力,上构型钢抗弯、抗剪承载力及变形计算,设计的 栈桥满足设计荷载承载能力要求

20、.第二节 施工方案 、方法及其质量控制要点本合同负责北岸滩涂区东侧施工栈桥的 修建,栈桥桩号：K50+008.7-K51+579,根据设计,在大 桥东侧搭设施工栈桥,总长为1570.3米,与陆地临时道路接通,作为本合同施工用桥,同时作为第合同段通向桥轴向码头的 通道.栈桥搭设标准：在栈桥内设两处会让点,每500米一处,会让点宽4米,长36米,荷载等级同栈桥.由于堤坝顶加固后标高为7.35米,而栈桥桥面标高为7.0米,因此在0号台至6号墩设置过渡段,纵坡为0.7%,其它桥跨纵坡均为0%;0号台桥面宽度 按10米设计,1号墩以南方向桥面宽度 均为8米.1、栈桥施工方案 本栈桥由滩涂区下部结构工区实

21、施,根据工程现场施工条件,结合下部结构施工方案 ,拟定施工栈桥方案 如下：施工栈桥由主栈桥、辅助栈桥、施工平台、会让点共四部分组成.栈桥桥面标高7.0米,栈桥各部分标高一致.序号名称功能1主栈桥机械设备、材料运输通道2辅助栈桥每墩台设一道,长宽综合钻孔平台尺寸考虑,兼做会车道3施工平台每墩位横桥向搭设1座,用于搭设钻孔平台、下部结构施工作业场地.除滩涂区悬浇段在下部结构完成后马上进行周转外,其余等上部结构右半幅完成后再拆除.4会让点全桥共设两处本合同A27-A56号墩位于滩涂区,根据滩涂区表层地质以淤泥质亚粘土为主且其水位受潮汐影响的 实际情况,栈桥钢管桩基础施工,采用50t履带式吊机配ZD-

22、60(40)振动锤插打,沿北岸海塘向南逐孔打设.根据履带吊机的 施工半径,栈桥跨径选定为8.5米.有关图表详见“栈桥搭设布置图”、“栈桥会让点布置图”、“栈桥布置图”.2、施工栈桥工艺流程框图见附表3、栈桥施工进度 安排 栈桥施工是确保滩涂区桥梁下部工程顺利施工的 关键,计划开工时间,主栈桥2004年7月底投入使用,施工工期为8个月.栈桥施工计划投入两套设备按两个工作面展开施工,主栈桥使用一套设备独立进行作业,辅助栈桥、施工平台及钻孔平台使用另一套设备进行独立施工.施工一座辅助栈桥、施工平台及钻孔平台平均考虑7天,主栈桥每一天平均完成1跨(8.5米/跨).考虑各种海上不利条件,取时间效率系数0

23、.8,则主栈桥需施工时间：185孔/(10.8)=231天.即满足栈桥施工进度 要求.4、栈桥施工方法及顺序施工顺序：施工准备 测量定位导向架固定吊机就位起吊管桩打至设计标高桩顶切槽及牛腿安装横梁就位焊接纵梁固定焊接直道板横梁铺设铺设桥面板扶手安装(油漆)设备移位其它附属设施安装.等合同施工完成后,再进行栈桥拆除.(1)0号台基础和1号墩承台施工 本栈桥0号台位于海塘堤坝上,基础采用C25钢筋砼,在每根主梁位置预埋厚16米米钢板和锚筋,以便主梁与其焊接固定;1号墩位于堤坝平台上,基础采用C25钢筋砼, 在每根柱位置预埋厚16米米钢板和锚筋,以便主梁与其焊接固定;具体见图纸.(2)钢管桩打设打桩

24、采用定制导向框架定位,即先由测量人员在已施工完的 桥面上打出纵横轴线,由50t履带吊车吊住导向框架依此综合横轴线向前延伸及左右平移,人工辅助微调,经测量校核桩位满足要求后(水平偏差小 于10厘米)进行导向架固定,之后进行吊桩、打桩直至设计标高(导向架同时可作为标高控制平台,桩顶标高偏差5厘米).为保证施工质量和进度 ,钢管桩打设时不分节,预先在陆上按设计长度 拼装好,拼接位置采用破口焊接,并用6块20*8*1钢板贴面周边焊给予局部加强.根据理论计算,每根桩强度 和稳定性可满足施工荷载要求,为增强栈桥的 整体刚性,在每排三根管桩上加焊16号槽钢剪刀撑;桩号K51+529以北方向每间隔5孔增加一排

25、钢管桩;K51+529K51+579之间每隔一孔增加一排钢管桩,以增强抵抗水平推力及风浪引起附加力. 我部计划选择在栈桥右侧打入三根试桩和十二根锚桩,其中锚桩入土长度 为19米,中心桩入土长度 初定按19.0米、22米、22米控制,通过试桩所得承载力和沉降量来调整深水桩基入土深度 .(2)帽梁安装桩顶横梁置于牛腿上,牛腿采用10米米厚钢板焊接制作而成,每个牛腿由一块面板和两块竖向肋板组成,水平劲板尺寸为320米米200米米,直角梯形肋板尺寸为顶宽200底100高300 米米,肋板间距150米米,每根管桩上布置两只牛腿,采用电焊连接;(4)栈桥上部结构上部结构按照从下到上的 层次依次安装,各种型钢预先按设计长度 定制. 主梁采用H600型钢长为900厘米,每孔6根,间距为160厘米;采用50t履带吊车吊装,每孔间主梁连接采用错位搭接焊施工方法,搭接长度 50厘米;主横梁各节点采用四面焊接.道桥板横梁采用I18型钢长为900厘米,纵向间距为28.3厘米,采用50t履带吊车安装,与主梁焊接采用间断跳焊方法,以防损伤主梁;桥面板采用厚1厘米钢板铺设,并与道桥板横梁焊接固定