跨海大桥工程第I合同段栈桥设计及施工方案[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(2)杭州湾跨海大 桥I合同项目经理部二OO三年十二月六日编制：叶仁亦 审核：楼谱增前 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-

2、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0.1

3、5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

4、安装间距为160厘米的 H606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、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8528.614510571.12主梁853014556.1133.53上横梁855.914546.52.73.5验算荷载(挂车-120)序号构件名称挂车-1

5、20(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*145146.28.42.52主梁1.4*85671.4*145128.715.67.13上横梁1.4*8514.21.4*145122.83.67.1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492.5K

6、N;挂-120验算荷载产生的 单桩最大 竖直荷载为685.7KN.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

7、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, A、汽-超20计算荷载-桩长计算492.5=1.884L25(1+10%)/2,得L=19米.B、挂-120验算荷载-桩长计算685.7= 1.884L25(1+10%)1.25/2,得L=21.17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.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, A、汽-超20计算荷载-桩

8、长计算492.5=1.884(L-6.5)25+1.8846.5351.1/2,得L=16.41米.B、挂-120验算荷载-桩长计算685.7=1.884(L-6.5)25+1.8846.5351.11.25/2 ,得L=18.58米.根据上述计算结果所得: 汽-超20荷载计算桩长为L米ax=19 米 ,L米in=16.41米,;按挂-120验算荷载计算桩长为L米ax=21.17米,L米in=18.58米.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,局部冲刷影响很小 ,由于挂车-120作为验算荷载上桥概率很小 ,因此设计平均桩长取值为L=19米;在内河港池围堤

9、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取L=18米.鉴于基桩数量多,地质情况较复杂,实际施工每根墩的 桩长根据实际桩位地质及试桩情况调整.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

10、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

11、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+27.8=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=

12、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+(145/0.45432.031086.5410-4) 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=685.7/0.015+(

13、145+685.70.041)/1.85210-3=4.57104+9.35104所以,米ax= =13.92104KN/米21.3=145米PA;米ax 米in= =4.78104KN/ 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 剪刀撑以及跨间的 剪刀撑在满足构造要求即可,此时剪刀撑也是整座桥梁安全储备体系.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.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

14、侧施工栈桥的 修建,栈桥桩号：K50+010-K51+580,全长1575米;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施,根据工程现场施工条件,结合下部结构施工方案 ,拟

15、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-60振动锤插打,沿北岸海塘向南逐孔打设.根据履带吊机

16、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0.8,则主栈桥需施工时间：185孔/(10.8)=231天.

17、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：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.(2)钢管桩打设打桩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

18、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;对于地面标高0.0米以下所有桥孔(不包括双排墩)纵向加焊20号槽钢剪刀撑加强,但对于地面标高0.0米以上(即桩身露出地面少于6米)的 桥跨每间隔一孔纵向加焊20号槽钢剪刀撑加强,以抵抗风浪.桩号K51+529以北方向每间隔5孔增加一排钢管桩;K51+5

19、29K51+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一根试桩和四根锚桩,其中锚桩入土长度 为19米,中心桩入土长度 初定按19.0米控制,初步拟定方案 是采用150T千斤顶和H692型钢作为横梁进行静载试验,通过试桩所得承载力和沉降量来调整桩基入土深度 .(详细试桩方案 另外上报)(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;由于横

20、梁高度 达69.2厘米,为防止横梁纵向倾覆,在横梁上腹板位置用200*150*10 米米限位钢板(此限位板与桩侧焊接)加以固定.(具体见栈桥细部结构图)(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H606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 40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.最后安装栏杆、水管、警示灯、主横梁防腐处理等附属设施.每40米设置一道伸缩缝,即在双排墩(桩距1.2米)位置一端能自由伸缩,用24米米高强螺杆把主横梁连接,同时要保证道桥板与主梁同时纵向能自由伸缩.为防止施工船只冲撞,在栈桥栏杆上设置安全标志及警告装置.5、 栈桥设计技术交底第三节 施工栈桥主要需咨询的 问题1、 栈桥的 设计计