高堑大桥钢便桥施工方案.doc

宁化高堑大桥钢便桥施工组织设计方案
一、工程简介
宁化高堑大桥全长227m，设计为40m+45+80+45米混凝土连续悬浇箱梁。上部结构采用现浇加悬浇梁，下部结构采用群桩基础，柱式花瓶墩，组合型型台。
由于本桥址位于东溪干流，垂直水流方向河宽约80米,平行主线桥方向河宽约140米.桥位处设计水位SW1％=210。39米，设计流量Q1%=1161m3/s，水位平均深度为0.5米以上,最深处达1米以上地勘资料显示河床为中风化灰岩.根据现场地形地貌、潮汐变化并结合工程实际情况,为了方便施工，确保安全、质量并按合同工期完成工程任务，因此，必须架设一座经济实用又安全的钢便桥。经过现场勘查、架设的钢便桥形式为:桥梁全长约为144米左右,标准跨径为12米、桥面净宽为4。5米，桥面错车时选择桥头或者中间平台。
钢便桥结构如下：
1、基础结构为：钢管桩基础加混凝土扩大基础
2、下部结构为:工字钢横梁
3、上部结构为:贝雷片纵梁
4、桥面结构为：22#槽钢桥面板
5、防护结构为:小钢管护栏
二、工程编制依据及主要设计标准
1、编制依据及主要参考资料:
①、高堑大桥施工图设计文件。
②、交通部《公路桥涵施工技术规范》JTJ041—2000
③、人民交通出版社《路桥施工计算手册》
④、人民交通出版社《装配式公路钢桥多用途使用手册》
⑤、钢结构设计手册
⑥、钢管桩的设计与施工
2、荷载及其组合
①、荷载取载重300KN施工车辆
②、荷载组合
a、汽车荷载、汽车冲击系数与钢桥均布恒载同时考虑,计算时取其较大者。
b、风荷载由于便桥施工及使用期间不在台风季节,且便桥高度在两侧道路标高以下其迎风面积又小，因此不予考虑.
c、人群,机具等临时荷载，由于便桥属于单车道，汽车通行时桥面无法堆放材料设备,不予考虑.
2、主要设计指标
（1）钢便桥主要技术标准
①、计算行车速度：8 km/h
②、设计荷载：载重300KN施工车辆
③、桥跨布置：约:12×12m连续贝雷梁桥
④、桥面布置：净宽4.5m
（2)钢材强度设计值
考虑钢便桥属于临时结构，参照上述主要参考资料之规定,计算时，结构的内力计算（除钢管桩外)均控制在钢材的容许应力或1。2倍容许应力以内(1.2为临时结构钢材的提高系数)。钢管桩因考虑海水锈蚀作用影响及使用周期将近一年的实际情况，其内力计算控制在容许应力以内。
钢材容许应力取值如下:
①、A3钢: 轴向应力：140Mpa
弯曲应力：145Mpa
剪应力：85 Mpa
②、16锰钢; 轴向应力：200Mpa
弯曲应力：210Mpa
剪应力：160 Mpa
③、贝雷片容许内力：单排单层容许弯矩788。2KN/m，单排单层容许剪力245。2KN.
三、钢桥设计说明
1、基础及下部结构设计
本工程位于河中，受河水影响，河面宽约80m,常水深约为2米.根据地勘资料显示，原地面覆盖层为粘土，下为强分化花岗岩中分化花岗岩。钢桥下部结构采用钢管桩,单墩布置单排3根钢管(桩径ф426mm，壁厚6 mm）.钢管桩横向间距2.0m,桩顶布置40cm双拼工字钢横梁，钢管桩与钢管桩之间用10cm槽钢设置水平撑和剪刀撑,并焊接牢固。
打钢管桩技术要求：
①、严格按设计书要求的位置和标高打桩。
②、钢管桩中轴线斜率<1％L。
③、钢管桩入土深度必须大于12m.
④、当个别钢管桩入土小于12m锤击不下，且用DZ45桩锤激振2分钟仍无进尺,必须现场分析地质状况，采取双排桩或其它加强措施，以提高钢管整体稳定性。
钢管桩的清除：
根据河道管理要求,新桥建成后必须拔除钢管桩。
2、上部结构设计
桥梁纵梁各跨跨径均为12m。根据行车荷载及桥面宽度要求，便桥纵梁采用规格为150cm×300cm 国产贝雷片，12米跨纵梁每跨布置单层4片贝雷片，横向布置形式为2×2排,间隔为:90cm+180cm+90cm。贝雷片纵向用贝雷销联结，横向用90型定型支撑片联结以保证其整体稳定性，贝雷片与25#工字钢下横梁间用U型铁件联结以防滑动。贝雷片与贝雷片之间用7。5＊7.5角钢剪刀撑进行连接，使之成为整体,增加了稳定性。
3、桥面结构设计
当采用贝雷片纵梁时，贝雷片上铺22＃工字钢，沿便桥纵向间隔按50cm布置，工字钢横梁与贝雷片纵梁用u型卡固定，桥面板采用22#槽钢倒置成∩型密铺，并与22＃工字钢横梁焊接固定。
4、防护结构设计
桥面采用小钢管（直径4.8cm）做成的栏杆进行防护，栏杆高度1。2米，栏杆纵向1.5米1根立柱(与桥面槽钢焊接）、高度方向设置三道横杆。
贝雷片钢便桥设计图附后.
四、钢便桥各部位受力验算
1、荷载计算
(1）、恒载
a、桥面板；22#槽钢每米自重为: q1=450÷26×0。2499=4.32KN/m
b、22#工字钢每米自重为：q=4.5×0。3305=1.49KN/m
b、贝雷片纵梁每米自重: q2=3.7KN/M
合计：恒载 q=4。32+1。49+3.7=9.51KN/M
(2）、活载
a、汽-20级
b、10m3混凝土搅拌运输车（满载），车重14t,6m3混凝土26t，计40t;16t吊车,车重23t、吊重按5t(钢筋笼及砼）、计28t；20t吊车，车重25t、吊重按5t，计30t（使用频率小,只有便桥施工时使用），根据钢桥通行车辆情况，为确保安全,取活载40t验算。
C、人群；不计
d、冲击系数，
按规范计算,12m跨冲击系数取:1+μ=1.303
4。9m跨冲击系数取:1+μ=1。353
1.0m跨冲击系数取：1+μ=1.389
横梁1.8m跨冲击系数取：1+μ=1。19
横梁3。6m跨冲击系数取：1+μ=1.18
2、钢桥各部位内力计算
（1）、桥面板验算;
受力分析;以10m3混凝土搅拌运输车位于跨中时按连续梁进行验算。
10m3混凝土搅拌运输车（按40t计），轴距4。0m+1。4m，轮距1.8m，前轴重力10t,后轴重力30t，分6个集中力5t、5t、7。5t、7。5t、7.5t、7.5t传递于桥面上，本计算书按4个集中力各12t传递于桥面，计算偏于安全。
桥面板跨径为100cm，汽车轮宽60cm，；槽钢宽度22cm，缝宽3～4cm。每个作用点假设只作用在三块槽钢上；计算按两端固定梁计算，22＃以上槽钢倒置成∩型沿22#横梁密铺，缝隙间隔3～4cm，并与横梁焊接固定。
22#槽钢截面特性为; I=158cm4 Wmin=28.2cm3 q=0.25KN/m
a、抗弯强度计算
Mmax=PιK/8=80×1.389×1 /8=13.89 KN.M
б=M/ Wmin=13.89×106/(28。2×3×103）
=171。36MPa＜1。2[б］=174MPa
1。2为临时结构钢材的提高系数，
b、抗剪强度计算;
Qmax=0.5×80×K=0.5×80×1。389=55。56 KN
τ=55.56×103/（22×0.7×3×102)
=12.03MPa＜[τ］=85MPa
C、刚度计算
f=pι3/(192EI)
=80×1.389 ×13×103/（192×2。1×158)
=1.69mm＜[f]=1000/400=2。5mm
经计算,桥面板采用22＃槽钢满足强度、刚度、稳定符合要求。
（2）、22＃工字钢分布梁计算.（布置在贝雷片上，最大跨径1.8m，工字钢横梁每米布置一根,)
①、桥面板；单跨12米跨槽钢每米自重为：
q1=4。32÷4。5=0.96KN/m
②、22＃工字钢横梁每米自重:
q2=0。3305KN/m
合计：恒载 q=0。96+0。3305=1.29KN/M
贝雷片最大间距1。8m，受力最不利位置为当汽车偏于便桥一侧，且后轮一轴刚好置于跨径1.8m的跨中（轴距1.4m，另一轴在两工字钢中间）,按简支梁计算。
22#工字钢截面特性： I=3406cm W=309。6cm A=42。1cm q=0.3305KN/m P=87。5KN q=1。29KN/M
a、抗弯强度计算
M=pι/4+qι2/8
=80×1.8×1.19/4+1。29×1.82/8
=43.36KN。M
σ=43.36×106/(309。6×103)
=140。05Mpa＜145×1。2=174Kpa
b、整体稳定
因受压翼缘上密铺槽钢，因此整体稳定符合要求.
C、抗剪强度计算；
Qmax=（0。5×80+0.5×q×1）×1.19
=(0.5×90+0。5×1.29×1)×1。19
=48.37KN
τ=48.37×103/（22×0.75×102）
=29。32MPa＜[τ］=85MPa
d、刚度计算
f=pι3/（48EI)
=80×1.83×1。19×103/(48×2。1×3406）
=1。62mm＜1800/400=4.5mm
经计算，分布梁采用22＃工字钢钢满足强度、刚度、稳定符合要求
（3)、贝雷片纵梁计算（按12米跨验算)
①、抗弯强度计算
按简支梁计算，计算纵梁最大弯矩近似取静载的跨中弯矩与活载产生的跨中最大弯矩进行叠加，结果偏于安全。
M1max＝0。25PLK
＝0.25×300×12×1。303＝1172.70KN.m
M2max＝0.125ql2＝0.125×9.51×122＝171.18KN.m
Mmax=1172。70+163.8=1336.50KN.m
a、按容许弯矩计算
容许弯矩 :［M]＝4片×0。9（不均衡系数)×788.2KN。m
＝2837KN.m
Mmax=1336。50KN。M＜ [M]=2837KN。M
b、按容许应力计算
贝雷片截面模量Wo＝3578.5×4＝14314cm3
σ＝Mmax/Wo＝（1336.50×106）/（14314×0。9×103）
＝103.75Mpa<〔σ〕=210Mpa
因此：抗弯强度符合要求。
b、抗剪强度计算
Q1max＝0。5P＝0.5×300×1.303＝195。45KN
Q2max＝0。5ql＝0.5×9.51×12＝57。06KN
Qanx=195。45+57。06=252。51KN
容许剪力[Q]＝4片×0.9（不均衡系数）×245KN＝882KN
因为；Q=252。51KN＜[Q］=882KN
所以，抗剪强度符合要求。
经计算;12米跨钢桥纵梁可以用单层4片贝雷片架设
C、刚度验算
贝雷片几何特性：
E＝2.1×105Mpa, Io＝250497.2cm4 W＝3578。5cm3
P=300×1。303=390.90KN q=9.51KN
fmax＝（Pι3）/(48EI)+5 qι4/(384EI)
=(390.90×103×123)/（48×2.1×250497.2 ×4)+5×9.51×103×124/(384×2.1×250497。2×4）
＝7。91mm〈L/400=12000/400=30mm
刚度满足使用要求.
经受力计算：钢桥抗弯能力、强度、抗剪能力、刚度均满足使用要求,因此12米跨钢桥纵梁可用单层4片贝雷片架设。
3、工字钢横梁（钢管墩柱上）计算
结构受力分析：钢管立柱单排3根横向间距为1。8～2米，因此按二等跨连续梁验算，计算跨径L=2米，横梁均匀的承担四排贝雷片传递过来的4个集中力,4个集中力简化为2个作用于两跨跨中的集中力计算,进行最不利验算,计算结果偏于安全。
P=300KN（车辆荷载）×1.19+ 114.12KN（上部恒重）=471.12KN
①、抗弯强度计算
计算横梁最大弯矩近似取静载的最大弯矩与活载产生的最大弯矩进行叠加,结果偏于安全。
P1＝P/2=471.12/2=235.56KN
Mmax＝0。188Plι＝0.188×235。56×2＝88。57KN.m
（最大弯矩发生在中间支座,跨中M=82.79KN。M）
横梁采用两排2—25#a型工字钢焊接组成
W=2×401。4cm3 I=2×5017cm4 S=2×230。7cm3 d=0。8cm
σ＝Mmax/W
＝88.57×106/（401。4×2×103）
＝110。33Mpa <〔σ〕＝145Mpa
因此；横梁强度符合要求。
②、整体稳定
因其为箱型截面,且h/b＜6,L/b＜95,因此整体稳定符合要求。
③、抗剪强度计算
Q=0.688P1=0。688×235。56=162。07KN
（最大剪力发生在中间支座，边支座84。63KN）
τ= QS/（Id)
=162。07×103×230.7/(5017×0.8×2×102)
=46.58MPa〈 1。2×〔τ〕＝102Mpa
经验算抗剪符合要求。
④、刚度计算
f=0。911×235。56×23×103÷（100×2.1×2×5017）
=0。815mm∞＜2/400=5mm
4、钢管立柱受力验算
受力分析：300KN汽车位于墩位处时钢管承担最大作用力，
因此按单墩3根钢管承担受力进行验算。取其最不利状态，即中间一根钢管受力进行计算
荷载：300KN×1.303（安全系数）=390.90KN
工字钢及槽钢面板自重: 114.12KN
因此中间钢管受力： P=(390.90+114.12）×0。688=347.45KN
钢管高度按入土21米，露出18米计算
⑴、钢管摩察力计算
根据设计图地质结构分析,钢管桩均座落于中风化灰岩，取土层侧摩阻力18Kpa,桩底容许承载力40kpa，层厚4。7～26。2m.钢管桩采用开口桩，根据《钢管桩的设计与施工》说明;直径小于80cm的钢管桩桩底土芯均为完全闭塞，可按闭口桩承载力设计。
单根桩极限承载力（按淤泥土层计算）；
N=(0。425×3。14×12×18+3.14×0.2132×40）/0。352
=835KN＞P=347.45KN 符合要求.
振动沉桩时，由于影响承载力的因素较多,因此，在下沉过程中,当下沉深度超过19m又仍能继续进尺,必须继续下沉至无明显进尺，后激振2分钟仍无进尺，方可视为承载力达到要求。
当个别钢管桩入土深度在5m＜h≤19m，且用DZ45桩锤激振2分钟仍无进尺，说明桩底已进入较坚硬持力层，因此,可满足单桩承载力要求。但应视具体情况，进行加固处理，以保证钢管整体稳定。
计算结果说明： 摩察力计算入土19米满足承载力要求。但由于钢管桩及钢护筒的安装，会造成河床过水面积减小，流速增大,局部冲刷加大，因此钢管桩入土深度应达到18m以上。
⑵、钢管立柱稳定计算
钢管立柱规格尺寸如下；
当钢管自由长度≤16m时，采用∮426mm，壁厚6mm钢管，
当钢管自由长度＞16m时，(深水区)采用∮≥559mm，壁厚6mm钢管，
全桥共6跨72m，从第一跨至第六跨均采用∮426mm的钢管桩。
每个墩位的三根钢管桩均应焊接不少于一道的剪刀撑及水平撑，以减小其自由长度。增强整体稳定.
设钢管桩两端铰接（顶端与工字钢焊接，不考虑剪刀撑及水平撑的作用），则μ=1
a、钢管自由长度≤18m
∮426mm，壁厚6mm钢管桩截面特性；
惯性半径: i＝14。85cm
截面面积： A=79。13cm2
柔度λ＝uι/i＝18×102/14。85＝121.21
查表知纵向弯曲系数∮1=0.429
б=401.24×103/(79.13×102×0。429)
=118.2Mpa＜[б］=140Mpa
钢管桩强度、稳定性满足要求
计算结果说明：墩位下部结构采用单排3根ф426mm钢管立柱， 自由长度16m， 入土深度达到18.0m以上满足使用要求。
b、钢管自由长度＞16m
∮559mm，壁厚6mm钢管桩截面特性
惯性半径： i＝19。55cm
截面面积： A=104。19cm2
柔度λ＝uι/i＝22×102/19.55＝112。53
查表知纵向弯曲系数∮1=0。475
б=401.24×103/（104。19×102×0.475)
=81。07Mpa＜[б]=140Mpa
钢管桩强度、稳定性满足要求
计算结果说明：便桥下部结构采用单排3根ф559mm,壁厚6mm钢管立柱, 自由长度22m, 入土深度达到13.0m以上满足使用要求。
5、附；单墩钢管（桩）数量变更计算
变更理由; 根据现场实际情况，钢管桩自由长度（露出地面长度）小于12。0m的墩位采用三根桩，两根桩交错组合的形式布置.钢管桩自由长度大于12.0m全部采用三根桩。当采用两根钢管桩时，横梁采用2—36#工字钢.因此，需对墩位为两根桩的钢管受力状态及横梁重新进行计算。
（1） 、钢管立柱受力验算
钢管桩受力最不利位置分析： 当汽车行驶至墩位处，且300KN汽车偏于桥轴线一侧（汽车轮距180cm,汽车荷载按两个作用力布置，计算偏安全），钢管A承担最大作用力，（如下图）
单部汽车荷载：300KN （桥宽450cm，汽车在同一孔只能布置一部）
贝雷片及槽钢面板自重: 114.12KN
钢管A最大受力；
因此单根钢管受力: P=180+180/2+114。12/2）×1。303(安全系数）
=426.16KN
钢管高度按入土18米，露出地面12米计算
①、钢管摩察力计算
根据设计图地质结构分析，钢管桩均座落于②—1Q4m淤泥土层上，取土层侧摩阻力40Kpa,桩底容许承载力18kpa（见地质钻探资料），钢管桩采用开口桩，根据《钢管桩的设计与施工》说明；直径小于80cm的钢管桩桩底土芯均为完全闭塞，可按闭口桩承载力设计。
单根桩局限承载力;
N==835KN＞P=426.16KN 符合要求。
②、钢管立柱稳定计算
每个墩位的2根钢管桩均应焊接不少于一道的剪刀撑及水平撑,以减小其自由长度。增强整体稳定。
设钢管桩两端铰接（顶端与工字钢焊接，不考虑剪刀撑及水平撑的作用）,则μ=1
钢管桩截面惯性半径
i＝（√D2+d2 )/4
＝（√42。62+41.42 )/4
＝14.85cm
截面面积:A=79。13cm2
柔度λ＝uι/i＝12×102/14。85＝80。8
查表知纵向弯曲系数∮1=0。9
б=426.16×103/（79。13×102×0.9）
=59.84Mpa＜［б］=140Mpa
钢管桩强度、稳定性满足要求
计算结果说明：墩位下部结构采用单排2根ф426mm钢管立柱满足使用要求。
当钢管桩入土深度在18m（加冲刷1m）以上，且用DZ45桩锤激振2分钟仍无进尺，说明桩底已进入较坚硬持力层，因此，可满足单桩承载力要求,可进行下一根桩的施工.
五、便桥各部位联结及加固措施
1、钢管与顶盖钢板焊接联结，并与25#工字钢焊接，25#工字钢盖梁与贝雷片下弦杆用L型螺栓联结，L型螺栓一端与工字钢焊接，一端与贝雷片下弦杆加铁板横梁锁紧.
2、贝雷片上弦杆与22#工字钢分布梁采用u型卡板联结，u型卡板紧紧卡住贝雷片上弦杆，并与22#工字钢分布梁焊接固定。
3、22#工字钢上翼板与22＃槽钢桥面焊接固定.
4、施工过程中,每个墩的桩机平台均与便桥桥面板焊接固定.成桩后,
要把桩机的钢护筒与最近的钢管墩柱用平撑，剪刀撑焊接固定牢固.以增强其横向纵向稳定。
5、每隔约250m处设置一处双排钢管桩,两排钢管桩中心间距2。0m,双排钢管桩之间设置纵、横向剪刀撑及平撑,以增加稳定性。全桥共设三个隔离墩即已施工的336m（k13+266.5处）设一个隔离墩，往前跨越滩涂处（k13+418.5）设一个，再往前过通航口处（k13+618)设一个,并在该处贝雷片纵梁成简支（断开）状态。
以上布置，可以确保钢管桩在汽车的行驶及刹车时，不会产生位移及偏位 ，因此，钢便桥是稳定安全的。
六、钢桥施工质量保证措施
钢桥建成后承担桥梁施工车辆的运输任务，为保证钢桥保质、保量和安全及时的完成，制定如下保证措施:
1、认真编制施工组织设计和分项工程施工技术方案，对班组进行全面的施工技术交底,保证严格按设计及施工技术规范要求施工。
2、钢桥由总工组织工程部门相关人员认真计算、校核，并报上级部门审批、保证各项验算满足通行使用要求.
3、每个墩位钢管桩施工完成后，应利用退潮时及时设置剪刀撑及水平撑，剪刀撑或水平撑采用10#槽钢或100×100×8角钢。
4、钢管如锈蚀严重或严重变形，应清退出场，不得用作钢桥基础。
5、钢桥的施工应严格按设计计算书指导施工，如现场地质状况无法按设计位置施工或地质变化较大，项目部技术人员应根据现场情况进行认真分析、讨论,拟定变更方案,再将变更方案上报驻地监理办及相关部门，以决定可行的施工方案.确保钢便桥质量.
6、使用中应经常性进行沉降观测及水平位移观测,每十五天观测一次，月沉降不得大于1cm，水平位移不得大于0。5cm,钢管桩垂直度必须控制在小于1％以内,经常性检查及维护，特别对于焊缝要重点检查,发现问题应及时报告、及时整改，确保钢便桥使用期安全。
七、钢桥施工安全保证措施
1、根据水文地质情况编制切实可行的施工措施。
2、每道施工工序要求必须征得监理和业主的同意方能进行下 道工序施工。
3、针对海水的特点，做为泄洪准备，除钢桩有足够的稳定外并加强和水利水文站的联系，一旦洪水来时，要做好清淤除障工作以利加快泄洪。
4、所有工程用电要有良好的接地装置,并加装漏电保护器.
5、工地所有施工人员，均要接受技术交底,电焊焊接部位均要满足设计要求。
6、安装过程必须配备经验丰富的吊车司机，吊车吨位必须满足安装过程使用要求；安装钢管桩及冲孔时，必须定期认真检查钢丝绳、吊钩，如有损坏应立即更换;现场施工人员必须戴安全帽，船上施工人员必须穿救身衣,严禁赤膊穿拖鞋上班。
7、施工过程中应设置醒目警示标志，严禁非作业人员及车辆进入便桥。
8、便桥安全应有专人负责值班，便桥上每隔30~50 m应悬挂一个救生圈，以防万一有人不慎落水便于及时施救.钢便桥严禁社会车辆通行并限速10公里/小时。
9、通航孔处应按航道通航要求,并在通航孔两侧改用双排墩设置明显红灯及反光警告警示标志，标明通航孔净空净宽，确保过往船只通行安全。
10、建立健全安全规章制度及应急议案，对所有参与施工的人员,应进行安全学习及安全教育，结合工程具体情况进行技术交底,技术交底时要强调各项安全措施，使参与施工的人员做到“心中有数”。确保各项安全工作落到实处.
钢便桥施工工艺框图
施工准备
吊车就位，吊振东锤，钢管
定位，振动下沉
需接桩
接桩,振动至符合要求
符
合
要
求
重复上述步骤，振下一根
成
排
焊接,安放墩柱横梁，剪刀撑，平撑
符
合
要
求
重复上述步骤，进行下一墩施工
组装贝雷片,安放贝雷片
吊车安放22#工字钢
焊接桥面钢板
吊车移位至便桥端

重复上述步骤,进行下一孔施工
八、钢桥施工经济分析
本钢便桥工程量根据现场实际计算工程量，
序号
子目名称
数量（kg）
单价（元)
总价(元）
备注
1
426mm*6mm钢管桩
74572
7.4

2
25#工字钢
7072。8
7。4

3
10＃槽钢
7046
7。4

4
1.5m*3.0m贝雷片
192片
3104。16

5
1。5m＊1。8m贝雷片
28片
2954。58

6
1。5m*0.9m贝雷片
56片
2805

7
22＃工字钢
80984。4
7。04

8
22#槽钢
86041。8
7。4

9
6mm钢板
30520.8
7。4

10
10mm钢板
1526。04
7。4

11
48mm*3mm钢管
3396
7。4

12
扁铁
30
7.4

13
L型螺栓
56个
0.5

14
C30混凝土
140m3
417

15
7。5cm*7。5cm角钢
7404.6
7。4

合计

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