钢栈桥设计与施工分析

发布于:2021-06-13 04:45:13

马鞍山长江公路大桥右汊主桥

钢栈桥设计与施工

目 录
1 总体概述 .......................................................... 1 1.1 工程简介 ................................................... 1 1.2 施工环境条件 ............................................... 1 2 钢栈桥的设计 ...................................................... 1 2.1 设计荷载标准 ............................................... 1 2.2 设计依据、规范 ............................................. 2 2.3 栈桥构造形式 ............................................... 2 3 钢栈桥的施工 ...................................................... 3 3.1 施工工艺 ................................................... 3 3.2 安全管理措施 ............................................... 4 4 重难点分析与控制 .................................................. 4 4.1 振桩施工要点及注意事项 ..................................... 4 4.2 临时通航跨的设计与施工 ..................................... 5 4.3 钢管桩稳定性分析 ........................................... 5 结论................................................................ 6 参考文献............................................................ 6

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马鞍山长江公路大桥右汊主桥

钢栈桥设计与施工

马鞍山长江大桥右汊主桥钢栈桥设计与施工分析
罗夏雷 刘志峰
摘要: 针对右汊主桥段的水文地理情况, 中塔施工选择了从江心侧搭设钢栈桥至中塔施工* 台的方案。 本文重点介绍了在流速高、 流量大及冲刷严重的水文条件下钢栈桥的设计与施工, 施工实践证明, 此方案的设计合理可行, 使用过程中稳定性好, 对类似的工程具有借鉴意义。 关键词:钢栈桥 冲刷 设计 施工 稳定性

1 总体概述
1.1 工程简介
马鞍山长江公路大桥处在芜湖长江大桥和南京长江三桥之间,上游距离芜湖长江大桥 约 27 公里,距离南京三桥约 46 公里,连接马鞍山和巢湖两市。大桥位于马鞍山市与巢湖市 境内,是交通部《长江三角洲地区现代化公路水路交通规划纲要》中上海—江阴—马鞍山— 合肥高速公路的组成部分,同时也是《中部地区崛起公路水路交通发展规划纲要》中马鞍山 —和县—武汉高速公路的重要组成部分。其中右汊主桥为三塔两跨的拱塔斜拉桥,全长 880 米,桥跨布置为 38+82+260+260+82+38m,中塔位于右汊中心位置,两个边塔分别位于河岸 两侧。

1.2 施工环境条件
1.2.1 水文条件

1、水位、潮位
受长江径流控制,马鞍山河段汛枯季分明。最高潮位发生在汛期,最低潮位发生在枯 期。 马鞍山水位站年内最高潮位在 5 月到 9 月间均可发生, 最早出现在 5 月 22 日(1958 年), 最迟发生在 9 月 13 日(1961 年),大部分发生在 7、8、9 三个月中。年内最低潮位在 12 月 到来年的 3 月间均可发生,最早发生在 12 月 23 日(1992 年),最迟发生在 3 月 30 日(1954 年), 大部分出现在 12 月下旬到 2 月上旬。 据统* 50 年历史最高水位为+9.56m 1998.8.1) ( , 最低水位-0.11m(1959.1.22) 。 2、水流条件 桥区所在的马鞍山河段的水流受潮汐和长江径流的共同影响,但径流是控制河段内水 流年内变化的主要因素,其水流特点为:由于受潮汐影响,流速过程也呈周期性变化,涨潮 时流速小,落潮时流速大:汛期流速变幅小,而枯季流速变化大。 1.2.2 地质情况 桥位区河床地质分层主要有细砂、粉砂、强(微)风化闪长岩。 1.2.3 通航情况 马鞍山段长江水域右汊水道为一级航道通航。通航量为 100 艘/天。

2 钢栈桥的设计
2.1 设计荷载标准
1、恒载:结构自重(结构重量较小,上部构造受力计算时可忽略不计算,计算钢管桩 入土深度时计入上部构造重量) 。
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马鞍山长江公路大桥 MQ-10 合同段

钢栈桥施工组织设计

2、活载:50t 履带吊车(含吊重含后按不超过 80T 计) ,砼输送车(按 30t 车载计) 。

2.2 设计依据
1、 《马鞍山长江公路大桥右汊主桥及 40 米整体箱梁土建工程项目施工 (MQ-10 合同段) 招标文件项目专用本》 ; 2、 《马鞍山长江公路大桥跨江主体工程 MQ-10 标段(右汊主桥+40 米整体箱梁)施工 图》 ;

2.3 栈桥构造形式
马鞍山长江公路大桥右汊主桥中塔均位于右汊中央,距岸边距离较远,基于特殊的水 文条件, 采用搭设水中施工钢栈桥作为水中主体结构工程施工的通道。 基于此在右汊水道江 心洲侧设置 313m 钢栈桥至中塔钻孔*台。 钢栈桥顶宽 6.0m,顶标高+ 8.5m,跨径主要为 9.0m,在栈桥第 27、28 跨设置两跨跨 径 20 m 临时应急通航孔道,并且两端均加设一排钢管桩,使该跨成为单独的结构。另外在 栈桥第十六跨处设置长 18 m、宽 3.0 m 的会车*台,以保证会车车辆的安全正常通行。 上部构造由贝雷架、型钢构成,其中承重结构采用 2I45a 和双排单层不加强的贝雷架 形式, 贝雷架上采用 I25a、 I12.6a 的型钢作为分配梁, 分配梁上铺设δ 10mm 的钢板做面板, 桥面两侧设置 1.3m 的安全护栏, 护栏采用Φ 48mm, 6mm 的钢管和直径 20 的螺纹钢构成, 护 δ 栏均涂上橘黄色反光涂料,并设置照明用路灯和警示灯,以保障夜间通航安全。钢栈桥基础 采用单排钢管桩,规格为Φ 800mm,δ 10mm 的螺旋钢管,横向中心距离为 4.65m,钢管之间 采用外径为Φ 300mm,δ 6mm 钢管(或采用槽钢[20a)的*联进行连接,以加强钢管整体* 整性,底层*联在最底潮位时焊接。钢管桩振沉采用水中 80T 浮吊、DZ90 型振桩锤悬打, 采用悬臂式钢管导向*台作为振沉钢管桩的导向设置。 马鞍山长江公路大桥右汊主桥钢栈桥的布置及结构形式如下图所示:

图 1-1 钢栈桥总体布置图

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河床

河床

图 1-2 钢栈桥细部图

3 钢栈桥的施工
3.1 施工工艺
钢栈桥施工采用逐孔振沉钢管桩逐孔架设上部结构的施工方法施工。钢栈桥钢管桩振 沉采用 80t 浮吊,配备 DZ90 型振桩锤进行,下横梁、承重贝雷架采用浮动进行,上部结构 采用 50t 履带吊逐孔进行安装。 3.1.1 钢管桩施工 ⑴、钢管桩的加工与制造 钢栈桥钢管桩每节长度为 8.0~12.0m,根据设计图纸要求在现场焊接接桩。钢管桩构 件运输最大长度 25.0m,利用交通船运输至施工现场。每次运载钢管桩时根数要合适,并且 用钢丝绳对钢管桩进行临时固定。 ⑵、振打钢管桩施工方法 振沉钢管桩采用悬打法施工,采用 80T 浮吊车配合 DZ90 型振桩锤振沉钢管桩。利用悬 臂导向支架精确打入钢管桩,测量组确定桩位与桩的垂直度满足要求后,开动振桩锤振动, 在振动过程中要不断检测桩位与桩的垂直度,发现偏差及时纠正。 ⑶、钢管桩间斜撑、*联、桩顶下横梁施工 钢管桩振沉施工完成后,安排测量组进行测量放样,控制好钢管桩的*面位置、倾斜 度等质量指标,验收合格后进行该墩钢管桩间牛腿、*联、斜撑、桩顶下横梁施工。 3.1.2 上部结构施工 ⑴、贝雷梁的安装 贝雷梁拼装考虑在江堤滩地上拼装,利用浮吊运输,逐孔吊装。由于贝雷梁重量不大 (9m 跨径双排单层不加强形式贝雷梁重约 2.16t) ,故单跨双排单层贝雷梁作为一组同时吊 装。 在下横梁上进行测量放样,定出贝雷架准确位置,同时设置橡胶垫片,然后将贝雷梁 吊起,放在已装好的贝雷梁后面并与其成一直线,将贝雷梁下弦销孔对准后,插入销子,然 后再抬起贝雷梁后端,插入上弦销子并设保险插销。贝雷拼装按组进行,每次拼装一组贝雷
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(横向共三组) 每组贝雷长 9m, , 安装前贝雷片间用花架连接好。 准确就位好一跨贝雷梁后, 同步安装横向剪刀梁,横梁采用槽钢[8~[10 每 3m 设置一道,以增强贝雷架的整体稳定性。 每完成一跨后对贝雷的螺栓的连接、 销子的嵌入进行全面检查。 依此方法类推完成整座钢栈 桥贝雷夹的安装、固定工作。 ⑵、分配梁的安装 上横梁材料采用 I25a,间距 75cm,上横梁的支点必须放在贝雷梁竖弦杆或菱形弦杆的 支点位置,以满足受力要求,并用骑马螺栓固定好,骑马螺栓采用 18mm 的圆钢加工而成。 纵梁材料采用 I12.6a,间距 35cm,吊装到位后与上横梁点焊连接成整体,焊缝厚度满足设 计要求。 3.1.3 桥面系施工 上部结构安装完成后进行桥面系施工,面板采用厚度 δ =10mm 的桥面钢板,桥面板与 纵梁均要点焊牢固,焊缝质量要满足要求。最后安装防滑钢筋(Φ 12 的螺纹钢) 、护栏立杆 (Φ 48mm,δ 3.5mm 钢管) 、护栏扶手(Φ 12 的螺纹钢)以及涂刷油漆。

3.2 安全管理措施
右汊水道虽然为副航道,但是每天过往的船只有* 100 艘,如何保障船舶的航行安全 及钢栈桥防撞难度比较大,尤其是夜间的安全控制至关重要。本工程工程量大,在常规安全 技术保证措施的基础上,制定适合本工程的特殊安全措施,做好施工水域安全警戒、伤病人 员急救、工程应急抢救等工作,使整个工程的施工安全处于受控状态。 根据现场情况,联系航道管理部门在施工区域范围内设置临时警示灯或航标灯,同时 与海事管理部门联系发布航行通告,实行航道管制;提醒过往大型船只注意安全、减速慢行 通过施工水域。在已搭设好的钢栈桥*沧昂奖甑疲ê秃J虏棵判蹋 ,以便船舶的航行。 注意做到钢栈桥上重型机械、车辆行驶的安全指挥,并做好桥面护栏防护网、标识牌、警示 牌的安装工作。定期监测钢管桩处河床冲刷深度,若发现局部河床冲刷深度较大,应组织专 家组进行安全评估,并按专家提出的方案进行处理。

4 重难点分析与控制
4.1 振桩施工要点及注意事项
⑴、钢管桩之间的连接必需满焊,焊缝厚度不得小于 12mm,并在钢管接头处采用 8 块 δ 12mm 加劲板加强,加劲板满焊并符合设计的焊缝厚度要求,根据入土深度,钢管桩的接 头位置应避开一般冲刷线。 ⑵、振桩开始时,可吊装振桩锤和夹具与桩顶牢固连接, 先利用桩的自重下沉,然后 开动振桩锤使桩下沉。当最后下沉深度与设计值相距不多,且再次振动难以下沉时,即认为 合格。 ⑶、每根钢管桩一定要做到连续性,不可中途间歇时间过长,以免桩周的土恢复,继 续下沉困难。每次振动持续时间过短,则土的结构未被破坏,过长则振桩锤部件易遭破坏。 振动的持续时间长短应根据不同机械和不同土质通过试验决定,不宜超过 10min~15min。 ⑷、悬臂导向支架应固定,以便振桩时稳定桩身;但桩在导向支架上不应钳制过死, 更不允许施打时,导向支架发生位移或转动,使桩身产生偏位、倾斜或超过许可的拉力或扭 矩。 ⑸、在钢管桩振沉过程中要不断地检测桩位、垂直度,并控制好桩顶标高,下沉时如 钢管桩倾斜,及时牵引校正。 ⑹、在桩基施工过程中如果遇到地质与详勘报告差异太大,地层较软,钢管桩入土深
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钢栈桥施工组织设计

度达设计要求时而承载力不足,可考虑现场接桩。 ⑺、钢管桩*面位置偏差控制在 50cm 以内,垂直度控制在 1%以内。

4.2 临时通航跨的设计与施工
按照海事部门提出的要求,该栈桥必须设置临时通航跨(40 米) 。该跨两端设置单独 的一排钢管桩,使之成为一个独立的结构。但经验算不加强型贝雷桁架不能满足变形要求, 最终决定在跨中加设一个支点, 该支点由 4 根钢管桩组成, 若出现应急情况需要通航可将其 沿河床面割除。另外,该跨将实行交通管制,严禁有两辆或两辆以上施工车辆在临时通航跨 上行驶。贝雷架主要承受由上横梁传来的最大荷载为 50 吨履带吊(不考虑吊重) ,当行驶至 跨中是为最不利工况,分配梁传给每支贝雷架的集中荷载为 125KN,经计算贝雷的正应力、 剪应力及变形均满足要求。

4.3 钢管桩稳定性分析
长江洪水期水流冲刷严重且水流的冲击力较大,钢管桩的稳定性尤为重要,其中栈桥 钢管桩横向稳定性是最薄弱的环节, 故可将栈桥水位最深处的一排钢管桩为最不利工况做单 个正应力及整体横向稳定性分析。 按最小的钢管桩φ 630 壁厚 8mm 验算,取最长的一排 32 米的钢管桩进行验算,一排共 两根,露出河床线 13 米。 ⑴、单根钢管桩自身抗倾覆力矩验算 水流:洪水期取水流冲击力 0.2t/ m ,水深 13 米。 则力矩 M=10.65t.m 荷载:50t 履带吊不*衡力矩 5t.m,故倾覆力矩为 15.65 t.m。 需要的最小截面抵抗矩为:
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W?

M 156500 ? ? 0.0009206m3 ? 170000000

换算钢管桩最小壁厚为:

d?

4

W ?D 0.0009206 ? 0.63 ? D4 ? 4 ? 0.634 ? 0.6239m 0.0982 0.0982

t?
钢管桩最小壁厚为:

0.63 ? 0.6239 ? 3.05mm 2

结论:由计算可知单根φ 630 钢管桩在组合力矩作用下最小的壁厚应不小于 3.05mm, 同理可算得φ 800 钢管桩最小壁厚应不小于 1.98mm。 在实际情况中钢管桩并非单个受力, 由 两根钢管桩和*联、斜撑组成了一个钢架,在水流冲击力方向的惯性矩大大增加,从而有效 的减小了结构的内力,此处未予计算,作为安全储备。 ⑵、一排钢管桩抗倾覆力矩验算 按以上计算可得两根钢管桩在洪水期最不利情况下受到的倾覆力矩为 33.04t.m,一排 φ 630 的钢管桩共两根及φ 270 钢管的*联和斜撑,组成了一个刚性的结构,钢管桩进入砂 层深度为 18 米,考虑洪水期冲刷 3 米,入土深度为 15 米。 设定倾覆稳定系数为 2.0,则:

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Κ=

ρ1× 4.65+ρ2 × 2.325 =2 ? ? 33.04 ,取 ? =6.3t,求得所需最小抗拔力 ? =11.06t。

结论:由φ 630 钢管桩入土深度可算得单根钢管桩最小抗拔力为 60t>11.06t,故钢管 桩横向稳定性符合要求。

5 结论
实践证明,栈桥方案是合理可行的,使用过程中是安全可靠的,栈桥的建成不仅保证 了施工质量,而且大大提高了施工的主动性。

参考文献
[1] 中国人民共和国交通部标准.公路桥涵设计通用规范(JTJ021-04)[S].北京:人民 交通出版社,2004 [2] 中国人民共和国交通部标准. JTJ 041- 2000.公路桥涵施工技术规范[S].北京: 人民交通出版社,2004 [3] 中国人民共和国交通部标准.公路工程技术标准(JTJ B01-03)[S].北京:人民交通 出版社,2003 [4] 黄绍金、刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册.北京:人民交通出版,2004-01 [5] 叶见曙.结构设计原理[M]. 北京:北京人民交通出版社,1999 [6] 建筑钢结构设计手册. 北京:中国建筑工业,2006

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