猫道设计与施工方案(修改).doc

猫道设计与施工方案
一、 概述
旮旯河大桥为纳雍县电煤运输东南环线县城段发展大道四标段，起点接夏蓉高速及纳水路，终点接王家镇寨公路。桥梁位于直线上，分左右两幅，单幅桥宽16m,左右幅净距4.5m，全桥面宽36。5m。主桥为69+120+69m预应力钢筋混凝土连续刚构,引桥均为4×33m预应力钢筋混凝土连续梁。桥面纵坡3。5%，支座水平放置,桥面纵坡的影响在梁底设置楔块处理；桥上车行道横坡1.5％，人行道横坡1％；箱梁顶板做成1。5％的横坡,与车行道横坡一致.桥面铺装采用8cm聚丙烯纤维混凝土调平，顶层采用7cm中粒式沥青混凝土,总厚度15cm。
猫道为本桥的临时结构，做为人员通行、小型机具设备运输、电缆架设、以及用于塔吊安装时的调点使用，由于本桥位于较深峡谷，根据本桥的地理特征情况，架设锚道有必要的意义。
二、猫道设计
1.猫道布置
根据本桥的特点，猫道锚碇位置选在两幅桥中间的空位处，猫道全宽2m，通行宽度1m，猫道净跨340m。雍熙镇端锚碇前沿对应0号台前墙里程，法拉端锚碇设在5号至6号墩之间，其里程以雍熙镇端对应0号台里程及猫道净跨推算。
2.猫道构造
猫道面层包括横梁及面层辅料，钢丝网、横梁布置在承重索上。采用双层钢丝网，承重索上方铺设50mm×70mm的高强钢丝网承重，再于其上铺设防坠物及供人行走的10mm×10mm的软钢丝网.横梁采用槽钢和角钢相结合的方式，每6m采用一根140mm×58mm槽钢，每2m采用一根80mm×80mm×5mm的角钢,横梁通过U型螺栓连接于承重索上,横梁端部与栏杆立柱相连。猫道两侧间隔2m设置一根栏杆立柱，栏杆立柱采用80mm×80mm×5mm的角钢，栏杆扶手绳采用4根Φ20mm的钢丝绳，两侧栏杆采用50mm×70mm的钢丝网封闭，封闭高度不小于1。2m。（详见设计图）
3、猫道承重索锚固系统
本工程采用单跨分离式猫道,在两岸直接设置锚碇，锚碇内预埋钢框架将承重索的两端锚定在锚碇内，锚碇的另一端设置后地锚，地锚的一端锚入基岩内，另一端锚入锚碇内。（详见锚固设计图）
4、猫道抗风系统
由于猫道属于高空作业，风力对猫道的影响尤为突出，为提高施工期间猫道的抗风稳定性，足够的刚度以及调整线性的需要。由于本工程沟壑较深，风力较大，在猫道的两侧距离两岸50m、100m、150 m、的位置设置抗风绳，一共设置12根抗风绳，抗风绳采用Φ16mm的钢丝绳，一端与猫道横梁连接，另一端锚入基岩内。
5、猫道承重索调节装置
在猫道的承重索和风缆的计算、下料及架设过程中，造成猫道线形误差的原因很多，因此，在承重索及抗风缆两端设置相应的长度调节装置。本工程采用丝杆调节器（见设计图)，调节器的一端与承重索用绳卡相连，另一端与锚碇预埋件销接。调节器最初完全放松,避免收紧困难。
6、猫道照明
本工程无通航及其他运输限制，因此，猫道内仅需按照常规设置施工作业人员通行的照明设施.
三、猫道检算
1、承重索的强度与垂度
承重索所承受的荷载计算见猫道面层强度计算
⑴.承重索的强度
根据下节计算，承重索的设计总荷载＝65。73t（不含承重索自重）
承重索自重（按照一根承重索每米重12。5Kg计算，共6根承重索，承重索实际长度340.8承重索总重量＝6×340.8×12.5＝25560Kg＝25。56t
见上图，承重索的一端承受的最大设计荷载Ty＝(65。73+25。56）/2＝45。645t
一根承重索受到的力T＝Ty/cosa＝45.645/（6×cos74°36′）
＝27。63t
本设计选用Φ60mm，公称抗拉强度为1770N/mm2的钢丝绳,每根钢丝绳最小破断力187t，一共采用6根钢丝绳承重，安全系数取6。
一根承重索所能够承受的容许拉力＝187/6＝31.17t＞27。63t
承重索强度满足要求。
⑵.承重索的垂度
根据计算,承重索线型为椭圆形，跨中最大下挠度为21.5m。
2、猫道面层强度与刚度
⑴.猫道面层强度
猫道每6米为一个循环单元，计算时先计算每个单元材料重量，以此推算猫道自重。
恒载
高强钢丝网重量
每延米高强钢丝网面积(包括底层，侧面）
A＝（1。9＋1.2＋1.2）×1＝4.3m2
采用18号钢丝网，每平方米高强钢丝重量：5.7Kg
一个单元钢丝网重量：4.3×5。7×6＝147.06Kg
走行软钢丝
软钢丝面积(仅布置在走道上)
A=1.8×1＝1.8m2
采用4号软钢丝网，每平方米高强钢丝重量：1Kg
一个单元软钢丝网重量：1。8×1×6＝10。8Kg
一个单元钢丝网重量:157.86Kg
横梁
每个单元一根140mm×58mm槽钢，长2.1m，每延米槽钢重量14。535Kg，则一根槽钢重量
14。535×2。1＝30.53Kg
每个单元两根80mm×80mm×5mm的角钢，长2.1m，每延米角钢重量6.211Kg,则两根角钢重量
6.211×2。1×2＝26.09Kg
每个单元横梁总重：56。62Kg
木踏板
每个单元设置12块木踏板,木踏板长1.8m，宽0。15m,板厚0。05m，木踏板容重0.6t/m3。
一个单元木踏板总体积
V＝12×1.8×0。15×0.05＝0。162m3
一个单元木踏板总重＝0。162×600＝97。2Kg
立柱角钢
每个单元共6根立柱角钢，每根角钢长1。46m，80mm×80mm×5mm的角钢，每延米角钢6.211Kg。
一个单元立柱角钢重量＝6×1.46×6.211＝54。41Kg
扶手钢丝绳
一个单元共4根钢丝绳，一根钢丝绳长6m，考虑钢丝绳线型影响，其增长值按照1.005考虑，则一根钢丝绳实际长度6。03m，扶手钢丝绳直径20mm,每延米钢丝绳重量1。38Kg/m.
一个单元扶手钢丝绳重量＝4×6.03×1.38＝33.29Kg
连接件
立柱与横梁的连接板,板厚0.005m,板长0.16m,板宽0。08m，
一个单元内共6块连接板
连接板重量＝0。16×0。08×0。005×7850＝3.01kg
一个单元连接板总重＝6×3.01＝18。06Kg
连接螺栓
连接螺栓采用M16×60mm的高强螺栓,每套螺栓重0。156Kg，每个单元共12套螺栓
连接螺栓重量＝12×0.156＝1。87Kg
U型钢丝绳卡，每套重量1。2Kg,每个单元共12套
U型钢丝绳重＝12×1.2＝14.4kg
卡板
卡板主要起固定扶手钢丝绳的作用，卡板将扶手钢丝绳与立柱角钢连接在一起，卡板可以自己加工，卡板采用0。16×0.08×0.005的钢板加工形成,一根立柱角钢上设两个卡板，每个单元共12个卡板，卡板与立柱角钢间采用高强螺栓连接，一块卡板上有2个螺栓
一套卡板重＝0。16×0.08×0。005×7850+2×0。156＝0.814Kg
一个单元卡板共计重＝12×0。814＝9。77Kg
一个单元连接件全部重量＝18.06+1.87+14.4+9.77＝44。1kg
一个单元结构恒载ΣW＝157.86（钢丝网）+56。62（横梁）+97。2（木踏板）+54.41（立柱角钢）+33。29（扶手钢丝）+44.1(连接件）＝443。48kg
活载
人行活载,由于本通道仅供施工作业人员通过,猫道上同时通过的施工人员不超过300人，即按照每延米猫道上有1人布置，人均60Kg计算，每个单元猫道长6m(注，实际施工时，要严格控制猫道上同时通行的人员数量，一次通过数量不超过50人）
一个单元人行活载＝6×60＝360Kg
机具活载
猫道上通过的主要是小型机具,且不存在同时通过的可能，因此，设计计算时考虑施工人员的运输能力，按照全桥上总运输不超过2000Kg机具考虑机具活载，换算到每个单元
一个单元上的机具活载＝2000×6/340＝35。3Kg
风活载
风活载沿桥横向着力，由于工程所处位置无历史风力调查资料,因此,本设计中按照风力50Kg/m的横向风力进行计算，则每个单元的横向风力为300Kg,猫道全长340m，所受到的风力为17000Kg，抗风绳产生向下的拉力总值与风力总和相同(抗风绳沿45°布置），换算到每个单元
每个单元因风力产生的竖向力＝300 Kg
其他活载
由于该猫道不仅需要人员和小型机具通过，同时还要能够穿过吊装材料的钢丝绳，钢丝绳采用现场编束，其实际重量应根据现场情况确定，在猫道计算中，钢丝绳每延米重量9.40Kg/m
每个单元上钢绞线的重量＝6×9.40＝56。40Kg
最不利活载组合：在风力较大时,人工通过猫道将吊装用钢丝绳进行穿索
此时一个单元的活载＝360+300+56。40＝716.4Kg
最不利时：恒载+荷载＝716。4+443.48＝1159。88Kg
全桥340m，约340/6＝56.7个计算单元，
猫道设计总荷载＝56。7×1159。88＝65730Kg＝65.73t
由于每个单元上的荷载较小，横梁下部设有多根承重索，本设计省去了横梁的强度计算。
⑵。猫道面层刚度
猫道面层采用双重钢丝网，底部高强钢丝网主要承重，猫道纵向每2m设置了横梁,起到了增加面层刚度的作用，在面层钢筋网上，每50cm铺设了一块踏木板，采用镀锌铁丝将踏木板与钢丝网绑在一起，防止踏木板移动，同时，踏木板也起到了增加横向刚度的作用。
3、承重索锚固系统
⑴。 预埋件与调节装置的连接件强度
一根承重索的容许拉力为31。17t，锚固系统必须能够承受相应的拉力。
见上图,高强螺栓承受到的力为31.17t，每个工字钢连接件承受的力为15。59t，高强螺栓一端承受的剪力为15。59t，选用10.9级高强螺栓,其抗剪强度310MPa,高强螺栓按纯剪状态进行设计
高强螺栓的抗剪面积＝15.59t/(310×100t/m2)
＝0。000503m2=503mm2
本设计采用M30高强螺栓.
工字钢
高强螺栓受到的力全部传递给工字钢,螺栓穿过处，工字钢受压,工字钢采用普通A3钢，容许压应力［σ]＝135MPa，拟采用20b型工字钢，工字钢面积3950mm2,腹板厚9mm,两侧工字钢相同，对称布置
一侧抗压面积＝工字钢腹板厚度×螺栓孔直径
＝0。009m×0.045m＝0。000405m2
一侧工字钢能够承受的压力＝0.000405×135×100t＝5。47t,远小于其实际受到的力，工字钢局部承压不能满足要求，必须进行特殊处理。
本设计考虑先在接头段工字钢的腹板的两侧焊接2cm厚的钢板，增加腹板厚度及局部抗压面积。现场施工时，要注意先在工字钢腹板上焊接钢板,加工好后,再进行螺栓孔加工；同时，钢板沿工字钢腹板的焊接长度要满足要求,且焊接钢板段伸入锚碇内的长度不小于50cm.
加工处理后螺栓孔处局部承压力
＝0。049m×0.045m×135×100t/m2
＝29.76t＞15。59t（满足要求）
工字钢在穿孔后,其承载力也有所降低
穿孔后工字钢实际能够承受的力＝（0.395－0.000405）×135×100
＝53.27t＞15。59t（满足要求）
⑵.连接板的强度
连接板采用Q420钢板,每根承重索的端部采用1块连接板,板宽120mm，厚度35mm，设计强度［σ]＝360MPa
一块连接板承压面积＝0.035m×0.045m＝0.001575m2
一块连接板的承压力＝0.001575m2×360×100t/m2
＝56.7t＞31。17t(满足要求）
连接板的一端与锚固高强螺栓连接，另外一端与长度调节装置连接。
⑶。连接板与长度调节器的连接
见设计图，连接板与长度调节器相连的一端,长度调节器采用工厂定做的方式加工,要求其调节器的承载力不小于31.17t,调节器与连接板间通过高强螺栓进行连接，高强螺栓的计算与前面相同,此处不再重复计算。
4、锚碇的稳定性检算
作用在锚碇上的力见下图（忽略扶手钢丝绳的作用）
⑴.锚碇的倾覆稳定性
锚碇的自重（靠雍熙镇端）
锚碇宽3m，猫道承重索的力作用在距锚碇顶部1。66m处,后锚作用点距离锚碇顶部0。2m，后锚数量与承重索数量一致.
上部锚碇重＝上部锚碇面积×钢筋混凝土容重
＝23。15m2×3m×2.5t/m3
＝173.62t
下部锚碇重＝下部锚碇面积×钢筋混凝土容重
＝7。39m2×3m×2.5t/m3
＝55。35t
上部重力作用点距离前趾O点2。71m,下部重力作用点距离前趾O点2.47m,后锚张力F距离前趾O点8.43m，承重索张力距离前趾O点6.2m，承重索及后锚采用同种材质的钢丝绳，设计破断力31.17t
抗倾覆力矩＝173.62×2。71+55.35×2。47+6×31.17×8.43
＝2183.8t.m
倾覆力矩＝4×31。17×5。82+2×31.17×7。12＝1169.5t。m
抗倾覆稳定系数K＝2183.8/1169.5＝1。86＞1。5(满足要求）
⑵.锚碇的抗滑稳定性
地基摩擦系数按0。4取值，自重产生的摩擦力沿水平方向
自重：W＝W1+W2＝173。62+55.35＝228。97t
自重产生的抗滑力＝228。97×0。40＝91。59t
后锚沿45度方向布置,分解在水平方向及竖直方向的力相同
后锚的水平力＝0.707×6×31。17＝132.21（抗滑力)
后锚的竖向力＝0。707×6×31。17＝132。21t（正压力)
后锚正压力产生的抗滑力＝132。21×0.40＝52.88t
承重索沿15°24″方向布置,分解到水平方向的力为滑动推力，竖直方向的力为正压力,将产生抗滑作用
承重索产生的抗滑力＝45。645×0。40＝18。26t
抗滑力总和＝91.59+132。21+52。88+18.26＝294.94t
承重索产生的水平力(滑动力）＝165.75t
抗滑稳定系数K＝294。94/165。75＝1。77＞1。2（满足要求）
⑶。锚碇地基强度
根据上述计算，作用在地基上的竖向荷载＝228.97+132.21+45。65＝406。83t，锚碇宽3m，长4.98m，锚碇底面积14。94m2
锚碇地基应力（平均值）＝406。83/14。94＝27。23t/m2
因此，锚碇基础应放置在地基容许应力不小于300KPa的岩质地基上。
锚碇的自重（靠法拉端）
锚碇宽3m，猫道承重索的力作用在距锚碇顶部1.66m处，后锚作用点距离锚碇顶部0.2m，后锚数量与承重索数量一致。
上部锚碇重＝上部锚碇面积×钢筋混凝土容重
＝31.09m2×3m×2.5t/m3
＝233.18t
下部锚碇重＝下部锚碇面积×钢筋混凝土容重
＝8。31m2×3m×2。5t/m3
＝62。33t
上部重力作用点距离前趾O点3.07m，下部重力作用点距离前趾O点2。74m，后锚张力F距离前趾O点9.88m，承重索张力T1距离前趾O点7.31m，承重索张力T2距离前趾O点8。58m，承重索及后锚采用同种材质的钢丝绳，设计容许拉力31。17t
抗倾覆力矩＝233。18×3。07+62。33×2。74+6×31。17×9。88
＝2734.4t。m
倾覆力矩＝4×31.17×7.31+2×31.17×8.58＝1446.235t.m
抗倾覆稳定系数K＝2734。4/1446.23＝1.89＞1.5（满足要求)
⑵.锚碇的抗滑稳定性
地基摩擦系数按0。4取值，自重产生的摩擦力沿水平方向
自重:W＝W1+W2＝233。18+62.33＝295。51t
自重产生的抗滑力＝295.51×0.40＝118。2t
后锚沿45度方向布置,分解在水平方向及竖直方向的力相同
后锚的水平力＝0。707×6×31。17＝132.21(抗滑力）
后锚的竖向力＝0.707×6×31.17＝132.21t（正压力)
后锚正压力产生的抗滑力＝132.21×0.40＝52.88t
承重索沿15°24″方向布置,分解到水平方向的力为滑动推力,竖直方向的力为正压力，将产生抗滑作用
承重索产生的抗滑力＝45.645×0。40＝18.26t
抗滑力总和＝118。2+132。21+52.88+18。26＝321.55t
承重索产生的水平力(滑动力）＝165.75t
抗滑稳定系数K＝321。55/165.75＝1.94＞1.2（满足要求）
⑶。锚碇地基强度
根据上述计算,作用在地基上的竖向荷载＝295.51+132.21+45。65＝473.37t，锚碇宽3m,长5。48m，锚碇底面积16.44m2
锚碇地基应力(平均值）＝473。37/16。44＝28。79t/m2
因此，锚碇基础应放置在地基容许应力不小于300KPa的岩质地基上.
5、锚碇后锚的检算
⑴.后锚的抗拉强度
锚碇后锚采用与承重索相同的材料，因此，其强度不再计算.
⑵.钢丝绳与锚固砂浆的最小握裹长度
采用M30的水泥砂浆
L握≥（K×N)/（π×d×n×qg)
＝(2。0×31。17t)/（3。14×0。06 m×1×295t/m2）
＝1.12m
式中：
K＝2。0～2。3（永久锚固安全系数,n=1时取2。0）
N＝31.17t（钢丝绳拉力设计值）
d＝0。06m(钢丝绳直径）
n＝1(每孔钢丝绳根数）
qg＝295 t/m2（锚杆与锚固砂浆的极限粘结强度设计值）
实际锚固深度L＝4。0m＞1。12m(满足要求）
⑶.锚固体与基岩的粘结计算
钢丝绳要达到锚固力设计值Ng所需的最小锚固体长度
L锚≥Ng/（ K×π×d×qs)
＝31.17/(1。33×3.14×0.12×55）
＝1。13m
式中：
L锚为锚固体长度
K＝1。33（钢丝绳工作条件系数，临时锚索取1.33，永久性锚索取1.0)
Ng＝31。17t（锚索锚固力设计值)
ｑs＝0.55MPa(锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值)
d＝0。12m（锚固体直径）
实际锚固深度L＝4m＞1.135m（满足要求)
6、抗风钢丝绳计算
由于无风力检测资料，抗风钢丝绳的设计仅做为参考，前述猫道风力计算中,按照每延米猫道承受的水平风力50Kg计算,猫道上的总风力为17t,猫道单侧6根钢丝绳
每根钢丝绳承受的风力＝17t/6根＝2。83t/根
即抗风钢丝绳的设计荷载为2。83t
设计选用直径为16的钢丝绳，其最小破断力12。6t，远超过设计荷载，满足要求。
抗风绳的锚固长度计算
⑴.钢丝绳与锚固砂浆的最小握裹长度
采用M30的水泥砂浆
L握≥（K×N）/(π×d×n×qg）
＝(2。0×2.83t）/（3.14×0。016m×1×295t/m2)
＝0.45m
式中：
K＝2。0～2.3(永久锚固安全系数，n=1时取2。0）
N＝2.83t（钢丝绳拉力设计值)
d＝0。016m（钢丝绳直径）
n＝1（每孔钢丝绳根数）
qg＝295 t/m2（钢丝绳与锚固砂浆的极限粘结强度设计值）
实际锚固深度L＝2.0m＞0。45m（满足要求）
⑵.锚固体与基岩的粘结计算
钢丝绳要达到锚固力设计值Ng所需的最小锚固体长度
L锚≥Ng/（ K×π×d×qs）
＝2.83/（1。33×3。14×0.1×55)
＝0。15m
式中：
L锚为锚固体长度
K＝1.33(钢丝绳工作条件系数，临时锚索取1。33，永久性锚索取1。0)
Ng＝2.83t(锚索锚固力设计值)
ｑs＝0.55MPa(锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值）
d＝0.1m（锚固体直径)
实际锚固深度L＝2m＞0。15m(满足要求)
四、猫道的总体架设方案
1、.猫道架设前的准备
猫道架设前，需要先建好锚碇，安装好后锚,同时安装好承重索预埋件及承重索长度调节器,注意承重索长度调节器要先放松。
投入猫道施工的各种机具预先就位,为下一步猫道架设做好准备
2、猫道施工工艺流程
导索跨过旮旯河 架设承重索 猫道面层铺设
调整猫道标高 抗风缆架设
导索是安装猫道的第一根钢丝绳，架设导索的方法是先在两岸设置锚固点，然后采用人工牵引的方法将导索安装到位，安装到位后，采用卷扬机调整导索标高，以便牵引其余猫道索，引导其余猫道索就位。
导索就位后，利用导索分别将猫道承重索，猫道扶手钢丝绳牵引到位，采用卷扬机将牵引到位的承重索进行预拉，当承重索拉升到长度调节器可以调控的范围后，利用长度调节器再将承重索拉升到设计位置，在拉升过程中,要随时掌握拉升时跨中位置，当承重索拉升到设计位置后，按照设计要求进行锁定，依次对称将承重索拉升到位。
将承重索、扶手钢丝绳安装到位后，从雍熙镇端开始，顺序铺设猫道面板.作业前对安全绳及挂钩进行检查，无误后才能使用；在铺设过程中，作业人员必须严格遵守施工规程，高空作业必须正确佩戴安全绳，安全绳的挂钩必须悬挂在牢固的部位。每铺设一段猫道底层，立即安装横梁、立柱角钢及侧面钢筋网。在安装好三面防护后,再铺设人行软钢丝网及踏木板。
利用两端长度调节器再次调整猫道位置。由于铺设面层后,承重索不可避免产生变形，因此需要再次对猫道线型进行调整，直到将猫道调整到设计位置。
将猫道调整到位后，按照设计要求按照抗风绳，抗风绳安装到位后,利用抗风绳长度调节器适当收紧抗风绳，收紧过程中注意对称施力。
3、猫道承重索高度调整
⑴。承重索架设时，要注意架设一根调整一根承重索的垂度，同时观测锚碇的位移情况。全部架设完毕，利用长度调节器再次进行调整，使每根猫道承重索达到设计值，4根承重索的横向相对高差不超过5mm。
⑵.猫道面层架设完成后，再次测量猫道垂度，比照设计值，再次对猫道进行调整。
4、猫道使用安全措施
⑴。猫道使用前,应对猫道承重索，连接构件，后锚，抗风绳,立柱角钢的连接，扶手绳的卡板等部位进行全面检查，安装不合格的卡板，连接件必须更换，检查验收合格后才能投入使用。在使用过程中，还需要对重要的部位进行定期检查。
⑵。对重要的承重索等每天工作前须仔细检查并需做好检查记录，确认安全后，才能投入工作。
⑶。猫道两端均设置安全检查人员，未经许可，任何人不得随意通过猫道.
⑷.所有施工人员必须按照施工规程进行操作，正确佩戴安全绳，安全帽,施工作业人员还须配备工具带。