钢便桥设计、施工方案_secret

钢便桥设计、施工方案

一、设计基础资料： 1、

2、工地绘测的河床断面图 3、

4、各种桥涵设计、施工规范和设计计算手册 二、钢便桥尺寸及标高的确定

三、设计荷载

1、25t吊车，一般25t国产吊车自重为27～28t，考虑到吊车吊臂及主要部件更换或加固，则自重按30t计算。

2、砼罐车（8m3），一般自重12.5t，装载7m3砼重16.8t，总重为∑G＝12.5+16.8＝29.3t。

3、20型钻机自重一般12t左右，考虑钻杆7～8t，总重∑G＝12+8＝20t。

由上可知25t吊机、砼罐车的总重均约为30t，也都有10个轮子，每个轮子载重为30/10＝3.0t，以此来控制钢便桥设计。

4、施工便桥面板及分配梁恒载

1

桥面板采用δ＝10mm的钢板

q＝1000×1000×10×7.85＝78.5kg/m2

桥面横向分配梁采用I25a工字钢 38.08kg/m @150cm q＝38.08÷1.5＝25.39kg/m2 ∑q＝78.5+25.39＝142.0kg/m2 5、钢贝雷梁恒载

每片贝雷长3.0m，包括联结配件按300kg/片 q＝2×300/3＝200kg/m 四、贝雷梁强度验算

从施工平台构造图中可见，贝雷梁最大单跨Lmax＝10.50m，为简化计算，将贝雷梁作为简支考虑。

平台面层作用在贝雷梁上的线荷载： q1＝4.0×2/2××142.0＝568.0kg/m 贝雷梁线荷载： q2＝200kg/m

q＝∑qi＝568+200＝768≈770kg/m

118811Qmax＝ql＝×0.77×10.5＝4.04t

222

恒载：Mmax＝ql2＝×0.77×10.52＝10.61 t·m

活载：重车的一侧车轮落在贝雷梁顶，且在梁的跨中 P1＝2×3＝6t

P2=2×3×(4-1.8)/4=3.3t P＝6+3.3＝9.3t

R=【P×10.5/2＋P（10.5/2－1.4）】/10.5＝8.06t

Mmax＝P×10.5/2×（1＋μ）＝8.06××10.5/2×（1＋0.2）＝50.78t·m 式中（1＋μ）为活载对弯矩的冲击影响，从安全考虑，按1.2计。 Qmax＝【9.3＋9.3（10.5－1.4）/10.5】×1.2＝20.83t 恒载+活载

Mmax＝10.61+50.78＝61.39t·m Qmax＝4.02+20.83＝24.85t

查《装配式公路钢桥使用手册》表5-6桁架容许内力表 【M】=78.82t·m＞Mmax＝61.81t·m（安全） 1.05【Q】＝24.52t≈Qmax＝24.85t（安全）

3

五、钢管桩联结梁的强度验算 1、钢管桩联结梁的计算简图

图=图+图

计算简图如A图

联结梁拟采用2Ⅰ32a，q＝2×52.69＝0.105t/m P1为贝雷传来的集中恒载，P1＝4.04t P2为贝雷传来的集中恒载，P2＝20.83t 从A图中可以看出： ⑴是一四跨连续梁，结构对称 ⑵荷载的位置是对称的。

4

图图 现利用结构对称变形对称或反对称的原理，将A图变为B图＋C图。因为B图可以简化为D图，C图可简化为E图，从而将四跨连续梁化为两跨连续梁进行计算。联结梁的内力分析计算：

联系梁为2Ⅰ32a q＝2×52.69＝0.105t/m

因3.58m和3.595m与3.6m相差无几，为方便计算，视为跨径为3.6m的四跨连续梁。

5

图ii/∑i固端弯矩分配系数·×0.105×3.62+0.2983/2×4.2×3.6=2.32　　　×0.105×3.62-14.5×1.6×2.02/3.62=-7.27　　×0.105×3.62+14.5×1.62×2.0/3.62=5.84　　·M图···Q图

6

取BC段为分离体：

·m·m

RB′＝（4.444+14.5×2+0.165×3.62/2-7.253）/3.6＝7.464t RC′＝（7.253+14.5×1.6+0.105×3.62/2-4.444）/3.6＝7.414t 校核：

荷载＝14.5+0.105×3.6＝14.88t 反力：7.464+7.414＝14.88t 说明计算无误

ME＝7.464×1.6－4.444－0.105×1.62/2＝7.364t·m 取AB段分离体

·m

RA＝（4.04×2.4＋0.105×3.62/2－4.444）/3.6＝1.648t RB〃＝（4.04×1.2＋0.105×3.62/2＋4.444）/3.6＝2.77t 校核：荷载＝4.04＋0.105×3.6＝4.418t 反力＝1.648＋2.77＝4.418t

7

说明计算无误。

MD＝1.648×1.2＋0.105×1.22/2＝2.053t·m

E图ii/∑i固端弯矩分配系数.42×3.6/2×＝

在E图中取BC段分离体

·m.

RB′＝（10.42×2＋3.34）/3.6＝6.717t RC′＝（10.42×1.6－3.34）/3.6＝3.703t 校核：荷载10.42t

反力：6.717＋3.703＝10.42t 说明计算无误。

ME＝2.0×RC′＝2.0×3.703＝7.406t·m

8

在E图中取AB段分离体RA＝RB〃＝3.34/3.6＝0.928t

·m

·M图·Q图

现将D和E计算简图的M图及Q图叠加，可得到

··M图··Q图

从叠加的M图、Q图中不难得出： Mmax＝14.77t·m Qmax＝14.18 t Rmax＝17.88t

3、联结梁的强度验算

9

σ＝

Mmax

＝14.77×105/（2×692.5）＝1066kg/cm2＜【σ】＝1400 W

kg/cm2（安全）

QmaxS14.18103400.5τ＝＝＝269.8kg/cm2＜【τ】＝850kg/ cm2

2110800.95I（安全）

4、联结梁与钢管桩的承压验算验算 联结梁与钢管桩承压面积A＝2×2bδk 式中b为Ⅰ32a的宽度为13cm δ为钢管桩的壁厚0.8cm k为烧割的钢管桩与联结梁底不能完全接触的折减系数，拟定为0.5 A＝2×13×0.8×0.5＝10.2 cm2

σ＝Qmax/A=14.18×103/10.2＝1390kg/ cm2＜【σ】＝1400kg/ cm2（安全）

5、联结梁作为1＃块支架梁的强度验算 （1）受力分析

在此工况中，墩身已出水建成，联系梁所受的荷载是浇筑1＃块时包括模板支架在钢管桩上的支点反力。（0＃块及其模板的重量已全部由墩身及贝雷梁传给承台）

根据1＃块的截面尺寸不难求出，重心位置距0#块边线1.815m。

10

联系梁反力

钢管桩联接梁2I32a墩身双层贝雷钢管桩?602.6m2.65m

（2）荷载分析 面板体积 A1＝3.5×

0.20.65×2=2.975㎡ 2A2＝（13.65－7.0）×0.28＝1.862㎡ A3＝1.5×0.4＝0.6㎡

A4＝（0.7＋0.7）×0.65＝0.91㎡

11

V＝∑Ai×3.7＝（2.975＋1.862＋0.6＋0.91）×3.7＝23.484m3 底板体积

V1＝A1×3.7＝6.65×0.664×3.7＝16.338 m3 V2＝(0.77－0.664)/2×3.7×6.65＝1.304 m3 V3＝0.155×0.7/2×6.65＝0.361 m3 V4＝0.4×0.3×3.7＝0.444 m3

V＝∑Vi＝16.338＋1.304＋0.361＋0.444＝18.447m3 腹板体积

V＝54.13－23.484－18.447＝12.199 m3 面板所占比重

23.484/54.13＝43.4％假设平均分布在13.0m范围 底板所占比重

18.447/54.13＝34.1％假设平均分布在7.2m范围 腹板所占比重

12.199/54.13＝22.5％假设作为集中力作用在离中心2.95m G＝140.7＋7.3＝148t 模板与支架估重为7.3t ∴q1＝148×38.3％×43.4%÷13＝1.89t/m q2=148×38.3％×34.1%÷7.2＝2.68t/m P=148×38.3％×22.5%÷2＝6.38≈6.5t

12

（3）计算简图

∑ii/∑i固端弯矩

··M图··Q图

用变形对称原理将四跨连续梁作简化处理 AB跨

β＝b/c＝2.9/3.6＝0.806

MB＝qb2（2－β）2/8=1.89×2.92×(2－0.806)2/8 ＝2.83t·m BC跨

13

ql24.573.62－MB′＝＋MX′＝＝＝2.468 t·m

24246.50.652.952Pab2－MB＝2＝＝2.837 t·m 23.6l〃

Pa2b6.50.6522.95－MC＝2＝＝0.625 t·m 2l3.6〃

－MB=2.468＋2.837＝5.305 t·m MC＝2.468＋0.625＝3.093 t·m （4）内力计算 取AB梁为分离体 ·

RA＝（1.89×2.92/2－3.892）/3.6＝1.127t

RB′＝【3.892＋1.89×2.9×（3.6－2.9）】/3.6＝4.354t 当x＝0.7m时

Mx＝1.127×0.7＝0.789 t·m 取BC梁为分离体

·

6.52.953.8923.84.573.62/2RB＝＝13.58t

3.6〃

14

6.50.653.83.8924.573.62/2RC′＝＝9.374t

3.6当x＝0.65m时

Mx＝13.58×0.65－3.892－4.57×0.652/2=3.97 t·m 计算校核

∑荷载＝1.89×2.9＋4.57×3.6＋6.5＝28.433t ∑反力＝1.127＋4.354＋13.58＋9.374＝28.435t 说明计算无误

从M图和Q图中不难看出 Mmax＝3.97 t·m Qmax＝13.58t

Rmax＝2×9.37＝18.74t （4）强度验算

σ＝Mmax/W＝3.97×105/2×692.5＝286.6Kg/cm2＜【σw】

τ＝Qmax·S/I·δ＝13.58×103×400.5/（2×11080×0.95）＝258 Kg/cm2＜【τ】

综上可见，本工况对联结梁的强度不控制且富余量较大,可以考虑将河心侧的联系梁用2I25a来代替2I32a。

六、钢管桩设计

钢管桩可以用σ＝8mm钢板，卷焊接成Φ60cm钢管桩。每米重118.4Kg,考虑焊接接缝及评接钢板重，故按120Kg/m计算。

根据平台钢管桩所处位置及受力大小，可以分与前排的（近河心侧）和中排的钢管桩分别设计计算。后排的（近岸边侧）可参考中排的实施。

15

1、前排的钢管桩单桩最大反力：

=

（1）本钻桩及浇筑工况中： 1）恒载作用下

面层作用在贝雷梁上的线荷载 q1＝142.0×4.0＝568Kg/m 贝雷q2=200Kg/m

贝雷在近河侧联系梁的恒载反力 P1=(200+568)×10.5/2=4.04T 2）混凝土罐车荷载：

两后轴径于平台中央，视面板的横梁为简支（编于安全）将力传给左右两排贝雷，再由贝雷传给联结梁上P2:

P2＝6.0T

3)钻机荷载：钻机估重12T.

16

作用在平台边沿，估计转给联系梁10T。 P3=10/2=5T

P=P1+P2+P3=4.04+6+5=15.04T 4)桩项反力R的求算。

查路《桥施工计算手册》 表2-5

Paa232 R2Ll代入公式： 15.041.61.62 R3223.63.6＝9.37T

R=2R′=29.37=18.74T 2）在1＃块支架基础工况中： 从侧面的计算中得知Rmax=18.74T

经比较，以R＝18.74T作为单桩最大反力。 （3）钢管桩入土深度计算

设计图地质描述中，▽16.0m上均与亚粘土。极限磨阻力平均取τ=30KPa钢管桩容许承载力【P】＝×ULτi

式中：U为钢管桩周长U＝π×0.6＝1.885m

12P11.8853.0l18.741.56

2∴l入土＝20.3×2/（3×1.885）＝7.18m 取7.0m 2、中排的钢管桩单桩的最大反力 （1）在钻桩及浇筑工况中：

17

1）恒载作用下

贝雷在中排联系梁上的恒载反力

P1＝（200+568）×（10.5+4.3）/2＝5.68T 2）混凝土罐车荷载

罐车后轮走在中排桩顶时，最与不利。为简化计算，设贝雷梁为简支梁。则得：

R=12+12(10.5-1.4)/10.5＋6(4.3-4.0)/4.3 =22.82T

P2=R/2=22.82/2=11.41T 3)钻机荷载

面板贝雷桩

作用在平台中部，估算传给中排联系梁6.0T P3＝6/2＝3.0T

P=5.92+11.41+3.0=20.33T

18

4)桩顶反力R的求算

×2=3.8

AB跨

Paa2MB322ll23.81.21.22323.63.62

=1.83T-M

·m·m

BC跨 MB=-Pab2/l2

19

=-20.331.62.02/3.62 =-10.04 T·M

MC=+Pa2b/l2

=20.33×1.62×2.0/3.62 =8.03 T-M 取BC跨分离件

R′=（20.33×1.6+10.09-5.94）/3.6 ＝10.19T

桩顶反力R=2×R′=20.38T (3)钢管桩入土深度计算

P11.8853.0l入土＝20.381.56＝21.94T2

l入土＝7.76m 取8.0m 第一排桩（近河心侧）桩长 L＝1+3.5+7.0＝11.5m 第二排桩（中排）桩长 L＝1+3.5+8.0＝12.5m 第三排桩（岸侧）桩长 L=1+3.5+7.5=12.0m (4)施工时承载力的动力校核

在打入桩入土深度计算时，设计参数取值不够准确，将直接影响桩的承载力，故要求在实际施工时采用格尔谢万偌夫或其它较成熟的沉桩

20

动力公式，根据单桩承载力反算最后的控制贯入度，以便校核桩的入土深度。（详见《桥梁施工工程师手册》有关章节。）

七、工程材料计算

从总工期及尽量减少工程成本出发，在施工基桩及深水承台时，拟采用半幅半幅施工，将平台面层节省40％左右，即施工另外半幅时，将这半幅的面层材料倒运过去，但钢管桩和联系梁则需全幅一次性施工完毕。

1、Φ60钢管桩 第一排：L＝5×2×2×11.5＝230m 中间排：L＝5×2×2×12.5＝250m 后排：L＝5×2×2×12.0＝240m 边缘：L＝7×2×10.0＝140m 栈桥：L＝6×2×11.0＝132m 防撞墩：L＝3×4×8.0＝96m

∑L＝230＋250＋240＋140＋132＋96＝1088m 2、钢管桩联系梁：Ⅰ32a 52.69kg/m 平台：L1＝9.5×2×2×15＝570m 栈桥：L2＝3×2×2×6＝72m ∑L＝570＋72＝642m G＝642×52.69＝33.83t 3、贝雷片

平台：5×10×2＝100片

21

栈桥：6×4×2＝48片 过渡用10片

总计＝100＋48＋10＝158片 4、面层梁Ⅰ25a 38.08kg/m @60cm 平台：L＝15×15/0.6×2×90%＝675m 栈桥：L＝18/0.6×6×2＝360m ∑L＝675＋360＝1035m G＝1035×38.08＝39.41t 5、面板δ＝10mm 平台：A1＝15×15×2×0.9＝405㎡ 栈桥：A2＝6×18×2＝216㎡ ∑A＝405＋216＝621㎡ G＝621×0.01×7.85＝48.75t 八、钢管桩的制作和连接

1、制作：钢管桩可采用在工厂焊制的纵缝接管，纵向焊缝在任一横载面内，宜采用一条焊缝，最多不得超过2条，若必须使用2条焊缝时，纵缝的间距应大于300mm。

为了减少对接环缝的数量，管节制作长度应尽量长。根据第一排及第二、三排的预计桩身长度。第一排钢管桩分段长度以8.0m为宜。

焊接钢管桩必须用对接焊接焊缝，并达到与母材等强的要求。卷管方向应与钢板压延方向一致，且注意管端平面与管轴线垂直。

管节外形尺寸允许偏差

22

偏差部位 外周长 管端椭圆度 管端平整度 管端平面倾斜 2、钢管桩连接

允许偏差 ±0.5％周长，且不大于10mm ±0.5％D且不大于5mm 2mm 2mm 在相邻管节拼接时，必须符合：

管径Ф＝600mm，相邻管节的管径偏差≤2mm；相邻管节对口板边高差＜1.0mm；钢管桩连接可采用斜衬圈连接或拼接板连接。为了施工方便，选用外拼接板连接。

□ 1□拼接板□ 1拼接板

九、沉桩及其主要设备

根据车路河特大桥工程地质纵断面图所示，桩位河床表面向下十数米的范围内深度不等的淤泥质亚粘土及亚粘土。故选用振动锤振动沉桩为主，射水为辅的沉桩方式。

选振动锤的另一个理由是，待施工结束后拔桩时使用。 1、振动锤的选择

振动锤的振动力Fv，应能克服桩在振动下沉中土的摩擦力Fr： 即Fv＞Fr

23

土的摩擦力Fr＝FUL 式中：

F-土单位面积的动摩擦力，按地质选用30KN/m2 U-桩的周边长度πD＝3.1415×0.6＝1.885m L-桩的入土深度按8.0m计 Fr＝30×1.885×8.0＝452.4KN 振动锤的振动力Fv按下式估算： Fv＝0.04N2M

式中：N 振动锤转速 f/s M 振动锤偏心力矩 n·m 拟选用DZ60查有关资料得： N=1000r/min＝16.67r/s M＝300N·M

Fv＝0.04×16.672×300＝3334.6KN＞Fr 在软土地基中：M＝Aω 式中：振幅A=0.0078m ω：桩和锤的总重力

桩重0.120×12＝1.44＝14.4KN 锤重4490kg＝44.9KN ω＝14.4+44.9＝59.3KN M＝0.0078×59300＝462.5N·M 可见462.5＞300满足要求

24

但DZ60的许用拔桩力为250KN＞（215＋14.4）＝229.4KN，在拔桩时满足要求，还可以采用高压射水，将桩周得上层1-2m冲动，以减少拔桩得摩阻力，将桩拔起。

2、打桩船和打桩架

桩架为沉桩得主要设备。利用船，这一可移动得载体，在水中移至确定得桩位进行沉桩。根据以往的施工经验，该打桩船以局部经过加固的铁驳船为佳，承载力大于150t为宜。

桩架的高度计算： H=N1+N2+N3+N4+N5-N6+N7 式中：

H1－滑轮组高度（包括适当工作长度余量）约为2.0m H2－锤的轮廓高度。查有关资料为2.34m H3－桩帽高度，约为0.5m H4－送桩高度，可为0 H5－桩长，估为8.0m

H6－桩下端可能伸出桩架地盘以下的长度，估为4.0m左右 H7－接桩前桩顶高出地盘以上的高度，估为1.5-2.0m H=2.0+2.34+0.5+8-4+2.0=10.84≈11.0m

可见，打桩架的有效高度不得小于11m。若沉桩时水位较高，高于计算水位2.0m时，桩架的有效高度可相应减小，否则将相应增加。

如果现有的桩架高度小于11.0m，而又必须利用时，则只有将桩长相应缩短，以增加接桩的次数来解决现有设备的高度不足。

25

此外，在打桩船上需配备5t的卷扬机5台以上及足够长度的钢丝绳和一定数量的滑轮组，用于起吊重物和稳定船体。

十、沉桩时注意事项

1、应保证桩轴线的大致准确，特别是要保证每排横桥向的五根桩在一条直线上，单桩桩位控制在5cm以内，这样才能保证联系梁顺直。

2、为达到上述要求，故在沉桩施工时，测量人员应跟踪放样并予以控制，本桥礅位处水较深，为保证桩位正确，建议采用导向框架控制桩位。框架的桩位空间应比桩径大2～3cm 3、沉桩开始时，将桩吊起平稳地徐徐落入水中（依靠桩的重力作用，保证桩轴垂直）靠桩和锤的重量切入土中一定深度，以后再开启震动下沉。

4、沉桩过程中，如发现桩轴倾斜度超过控制范围或桩位偏差较大，应立即将桩拔起，重新锤打，保证施工质量。

5、桩的入土深度除参考所给数值以外，要以动力公式反算的最终贯入度控制施工。

6、施工中有异常情况，应暂停施工，召集有关人员查找原因后，再继续施工，切忌不问青红皂白盲目施工，给后续施工造成后遗症。

7、施工中应统一指挥，切忌“打空锤”而造成机械或人员安全事故。 8、经常地及时地检查起重系统，电路油路系统，机械运行系统的状态完好，确保机械使用安全。

9、震动锤的开放时间不宜过短也不宜过长，过短则土壤尚未液化，下沉困难，过长则伤机械。振动持续时间应根据不同机械和土质通过试

26

验决定，一般不宜超过10min～15min。

10、若有射水配合振动沉桩，沉桩至设计标高2.0m时应停止射水，立即通过干振至设计标高。

11、施工前必须进行技术交底，使各工种明确职责，明确相互间的联系，使之分工明确，责任分明。 12、施工前各工种应对各种机械进行检查和维修，保证机械的安全技术性能处于良好状态。

27