栈桥及平台的设计与施工.docx

中铁二十二局集团“施工临时结构”培训栈桥及作业平台讲稿中铁二十二局集团2011年05月目录1.何为栈桥及作业平台21.1什么是栈桥21.1 2作业平台32.需要分析的资料31.2 1平面布置图31.3 立面布置图31.4 水文情况41.5 材料情况41.6 其它桥梁修建情况43.栈桥及钻孔平台的设计53.1栈桥及平台标高确实定53.2 栈桥及平台平面尺寸确实定63.3 主要承重梁体确实定73.4 钢管桩柱间距确实定73.4钢管桩根底确实定73.6 荷载确实定83.7 结构计算83.7.1计算说明83.7.2跨度确实定83.7.3设计参数93.7.4孔跨布置93.7.5栈桥下部结构组成103.7.6上部结构组成103.7.7梁部结构检算103.7.8桩柱结构的检算113.7.9桥面结构的检算123.7.10总结123.8栈桥的施工13自我介绍：今天主要讲两局部的内容，一局部是栈桥，另一局部那么是钻孔平台。由于栈桥和钻孔平台具有较强的结构一致性，下面的讲解以栈桥结构为主。1 .何为栈桥及作业平台1.1 什么是栈桥所谓栈桥，就是指在桩上或墩柱上设置梁板系统而组成的连接码头或陆域的排架结构物，也是在土木工程中，为运输材料、设备、人员而修建的临时桥梁设施，按采用的材料分为木栈桥和钢栈桥。古代以木栈道最多，大家熟知的刘邦就是明修栈道暗渡陈仓，这个栈道主要是用木头嵌入到悬崖而形成，木头的，想烧就烧了。现在我们施工中用的根本都是钢结构栈桥了。应该说世界上最长的施工栈桥当属杭州湾跨海大桥的南岸施工栈桥，全长9444米，共633跨，是海上主桥施工物资供给及交通出入的唯一通道，也是整座跨海大桥施工的根底性工程和控制性工程。可见，栈桥有时候在工程中也起着举足轻重的作用，其规模、参数设定等不可小视。栈桥既然是桥，那么不外乎存在根底、墩、梁和桥面局部。根底可以是扩大根底，也可以是桩根底，墩那么可以是柱体结构，如钢管桩柱，也可是其它钢架结构或者制式器材组拼的柱体结构，但以钢管居多，而且钢管柱和桩根底为一体结构；对于梁部那么采用的结构种类就比拟多了，有贝雷梁、军用梁、型钢以及其它梁式结构，现实施工中又以贝雷梁和型钢居多。栈桥一般来说在水中的居多，当然也有跨越沟壑等临时桥梁结构，我们以水中栈桥为主进行讲解。1. 2作业平台对于作业平台，我想应该主要是指钻孔平台，当然还有材料堆放平台，码头装卸平台，这些也都属于作业平台了，只不过钻孔平台更广泛、功用更直接且承受的荷载更复杂一些。下面以钻孔平台为主进行讲解。在以下的讲解中栈桥和钻孔平台放到一起讲，有时候会根据其工况单独讲解。2.需要分析的资料当我们遇到一个水中桥施工的时候，首先要根据水中桥墩及根底的特点确定人员及材料的运输通道和水中的作业平台，就是说如何将水中施工转化为无水作业。2.1 平面布置图对于一座水中桥，首先要详细分析其平面布置图，从这个图中需要看出桥墩与河岸的相对位置关系，了解墩到河岸的距离，是长距离还是短距离，当然这个长短是相对的，需要根据方案比选得出经济及时间指标，以最终满足施工要求为准。了解了平面布置图，我们可以根本确定材料及人员的运输形式，是水运还是采用栈桥或浮桥，如果采用栈桥或浮桥，那么可以确定其轴线与桥轴线的位置关系，至于栈桥宽度还需要根据整体的工程量来综合考虑，还能确定钻孔平台的位置及大小。2.2 立面布置图了解平面布置图的根底上，桥的立面图也差不多一并分析，立面图中标识了桥面标高与水面标高的关系，也能看出河床地质分层情况，水深情况，承台的位置，桩长等等，这些情况的了解为栈桥及钻孔平台的钢管桩长有了初步确实定，也根本能确定钢管桩根底的受力形式，逐渐清晰钢管桩柱的施工方法，还能确定承台围堰的形式。2. 3水文情况这是一个非常重要的搜集内容，这个资料一般设计院给的并不完整，也不完全准确，这需要在当地水文站去搜集。水文资料能给我们以水的流速、流量，一般最大水位、最低水位，并知道各水位的各月份的分布情况。另外还需要了解桥位上下游的堤坝情况，这决定着水位的控制及各种大型设备与材料的运输。根据这些情况我们可以确定在根底施工时间段中水位的变化情况。2. 4材料情况桥梁的各种材料总量情况，从整个桥梁的设计材料表中，可以知道混凝土、钢筋、钢材的用量，也能大致计算出临时施工结构用量等等，从而可以知道有多少材料设备需要从岸上运输到施工位置，并通过时间周期的反算确定栈桥的运输情况，从而确定栈桥的负载情况。2. 5其它桥梁修建情况桥位附近新近修建的桥梁情况，如果桥位附近有正在修建或者不久前修建好的桥梁，那么可以去搜集一些这座桥梁的施工情况，了解人家在这河道里施工的时候是怎么确定各种临时结构及各种参数的，也要了解他们在施工中遇到过的问题会是什么并最终怎么处理的。这些直接的施工经验应该说对方案的设计最能有说服力，千万不要无视。3.栈桥及钻孔平台的设计首先我们假定水中墩及后期上部结构的材料及人员运输通道采用栈桥，而否认了浮桥、筑岛等方案，那么我们就来讨论栈桥的设计。对于水中桥来说，各种建筑材料能否及时到位、是否方便运送等对整个桥的施工组织有着至关重要的作用，栈桥就担负这样的使命，栈桥看起来无足轻重，甚至容易被边缘化，但却是保证整个施工组织的关键步骤，因此栈桥的设计简单而重要。下面我们来讨论如何一步步确定栈桥及平台的设计。3.1 栈桥及平台标高确实定这是栈桥及平台设计的一个重要参数，栈桥及平台的标高确定决定着钢管的用量多少，由于钢管总根数较大，多Im的标高，那么钢管的数量增加会比拟多，从经济方面来说栈桥的高度要尽可能的低，但是又必须保证其平安渡洪。为了确定栈桥的标高，首先要知道整座桥的施工周期，根据时间推算和水文资料的搜集，施工周期中水位的最高值决定栈桥的标高，一般采取栈桥梁底标高高于水面0.5m左右即可，最高水位一般确定为10年一遇水位。当然这个确定也不尽然，为什么呢？由于选取了比最高水位还要高0.5m,这个栈桥面的标高会比拟高的，这对钢管桩柱材料的用量影响较大，而且有时洪水期和枯水期的水位差会很大，而洪水期也就那么几天，为了节省材料，也可以不考虑栈桥的渡洪，钻孔平台的渡洪一般需要考虑，因为钻孔平台上的机械设备不便于挪动，且钻孔平台使用时间会比拟短，只要在钻孔平台使用期间能不被水淹即可。这样就可以节省较多的钢管桩柱材料。也就是说，选择一个施工周期较长的时间段的水位来确定栈桥的标高，而洪水期间考虑让栈桥被淹，不再施工即可，当然栈桥在被水淹没情况下的平安需要详细计算。3. 2栈桥及平台平面尺寸确实定对于栈桥的平面尺寸主要是指其宽度，栈桥的宽度如何确定，显然不同的宽度决定着材料用量的多少，也决定着运输效率的大小。首先我们确定栈桥是采用何种运输方式，是常规运输、还是轨道运输？常规运输就是指栈桥与普通个公路桥一样，上面可同行各种需要的车辆，而轨道运输那么指在栈桥上铺设轨道，而采用轮式小车在轨道上通行以运送材料及设备。很明显常规运输的效率肯定高过轨道运输，这需要根据材料运输量来确定，一般是常规运输为主。按照常规运输，我们要考虑栈桥上需要还是不需要错车的问题，要错车肯定栈桥面会较宽，至少6m的碾压范围，因为一辆混凝土罐车的宽度大致是25m。如果不需要错车，那么4m的栈桥桥面即可。为什么选择6m和4m两种情况，这是根据型钢定尺来的，栈桥的横向一般都会放置型钢分配梁，而我们的槽钢或者工字钢的出厂长度都是12m,正好可以分为2根6或者3根4m。如果短距离单车道应该是可以满足，长距离呢？那么也可以采用单车道，但是在一定的位置增加错车平台，以空车让重车原那么通行，那么错车平台放置在到岸方向的右边。另外栈桥的宽度还要考虑一些管线的布置。对于钻孔平台的平面尺寸问题，这个相对简单，而且其使用周期较短，可以不用那么精细的考虑。一般来说钻孔平台以满足钻孔要求即可，即能放下钻机，有时还要考虑泥浆池的放置位置，另外再考虑局部材料及钢筋笼的对方空间即可。使用不同的钻机需要的占用的平台大小也不一样，一般占用空间最大的是冲击钻。钻孔平台面和栈桥面一般为同一标高，并通过桩柱间的横联以及桥面连为一体。3 .3主要承重梁体确实定所谓承重梁体指的是栈桥梁及平台承重梁体。现在施工中，栈桥梁体以工字钢及贝雷梁居多，也有少量采用军用梁等结构的。钻孔平台也是如此，工字钢及贝雷梁居多。这里说的工字钢不仅仅限于普通热轧工字钢，也包括H型钢及其它型钢等。具体选用何种材料，可根据工程情况决定，一般来说贝雷梁能做较大跨度栈桥梁，能到达24m,型钢一般不超过12m的跨度，跨度的大小决定了钢管桩柱的多少。4 .4钢管桩柱间距确实定前面我们说过，对于栈桥和钻孔平台我们主要讲解钢管桩柱的结构形式。钢管桩柱间距确实定包括几个方面，纵向桩距、横向桩距，钢管大小（直径及壁厚）。对于纵向桩距确实定，主要只是栈桥梁跨度确实定，跨度大那么纵向桩距大，跨度小那么纵向桩距小。由于栈桥横向有一定的宽度，至少需要2根钢管桩柱形成更为稳定的支撑结构，因此存在横向桩距问题。一般栈桥横向采用2根桩柱即可，其间距以桩柱顶横垫梁受力更优化为主，并同时能更好的保证栈桥的横向稳定性，一般在4m左右。钻孔平台的桩距主要由桩顶垫梁受力决定，一般选取在6m左右。3. 5钢管桩根底确实定由于地质情况不同，需要采用不同的施工方法及桩基设计方法。既然跨越水中，那么河床（或海床）的地质情况直接影响栈桥及平台的设计和施工。对于桥位所在的地质情况，应该说会碰到五花八门、多种多样的，比方淤泥质）粘土、沙土、沙、卵石、砾石、强风化岩石、弱风化岩石等等。不同的地质情况需要选用不同的根底形式，主要有两种：摩擦端承桩基、端承桩根底形式。扩大根底显然不太适合于水中施工。一般来说，河流的河床都有覆盖层，或淤泥，或沙土，或砾石、卵石等，也有少数的没有覆盖层，直接是光裸岩于河底。直观来说，能够采用钢管桩打入河床覆盖层的情况均为摩擦端承桩根底，而不能打入钢管桩的那么需要按端承设计及施工。3. 6荷载确实定对于栈桥及钻孔平台，其功用就是材料运输通道及施工作业空间，需要承受各种机械、设备、材料的荷载。对于栈桥，要考虑有那些车辆会通过，车辆的轴距轴重分布情况如何，其承受的最不利车辆荷载情况如何，钻孔平台主要是考虑钻机设备的荷载分布及大小，另外由于吊装的需要，栈桥及平台上特殊位置需要考虑吊机的摆放，摆放位置需要能承受吊重情况下的荷载要求，主要吊机在吊重的时候其支腿位置的荷载会比拟大，要重点检算。除了这些荷载外，有时还需要考虑水流、风荷载，以及船舶撞击等偶然荷载。3.7结构计算3. 7.1计算说明不管是栈桥，还是作业平台，应该说都是由各种钢材组成的，有钢管、型钢、贝雷梁等，那么结构计算实际上就是钢结构的计算，对于这由下到上的各结构组成局部，采取的计算模式可以分步单结构计算，也可以整体建模计算，关键是确定好。4. 7.2跨度确实定栈桥跨度确实定首先要确定好施工机具及施工的可行性，比方钢管桩的插拔起吊工具是什么，能不能在水上作业。如果作业机具不能在水上完成，而必须借助已成栈桥，那么其跨度就必须根据吊重设备的能力确定，如果水上能够开行施工船舶，能够不借助已成栈桥，那么其跨度就不受起吊设备的限制，而是根据梁墩等综合因素考虑，即桩柱较长，那么可以考虑跨度增加以减少桩柱的数量，如果桩柱较短且易施工，那么就可以考虑减少梁部结构到达综合经济考量。下面我主要根据广珠铁路西江特大桥栈桥的设计进行一些分析。3.7.3设计参数(1)设计活载：按单车道45t计算，双车道60t进行检算，根据标准JTGD60-2004计算冲击系数。(2)设计跨度：标准跨度24m。(3)泄洪标高：栈桥梁底标高为7.5m,那么桥面标高是9.2m(20年一遇洪水位是7.42m,本栈桥泄洪标高按7.5m考虑)。(4)车道：按双车道设计，桥面宽6m。(5)江水流速：2ms°22o3.7.4孔跨布置(1)东西岸栈桥均位于主桥下游，与主桥轴线平行，中心线间距是20m,栈桥面为平坡。(2)东岸栈桥从东岸内河堤起，全长是389m。(3)西岸栈桥从西岸河堤起，全长是222m。(4)根据河床地质情况，栈桥跨径设为24m,边跨设置为12m-18m,东西两岸栈桥各为一联。栈桥的下部结构采用钢管立柱，支撑在岩层上。每隔三个栈桥墩设置一个刚性墩，即双排钢管桩4根组成一个栈桥墩（刚性墩），其余均为单排钢管桩2根组成一个栈桥墩（柔性墩）o对于东岸栈桥，单排钢管墩（柔性墩）采用2根813T2钢管，之间用36a槽钢连接起来，双排钢管墩（刚性墩）那么采用4根中720-12钢管，之间也用36a槽钢连接起来。对于覆盖层厚的地方，即更靠近东岸的地方可根据情况将钢管减小到630-12。详见设计图纸。对于西岸栈桥，由于河床覆盖层很薄，钢管桩需嵌入岩层3m左右，钢管桩的高度在28m左右，所有钢管桩均采用中720-12钢管，同样有双排墩（刚性墩）和单排墩（柔性墩）O钢管顶部焊接2-45c工字钢横梁，横梁上面即放置栈桥的上部结构。3.7.6上部结构组成（1）栈桥的上部结构采用普通型贝雷梁，按6片布置，每两片一组，片间距是0.9m。贝雷梁上面放置20a横向工字钢，中心间距是0.3m。工字钢上满铺8m花纹钢板。如下列图所示：（2）栈桥的上部结构采用普通型贝雷梁，按6片布置，每两片一组，一组中片间距是0.45mo贝雷梁上面放置20a横向工字钢，中心间距是0.5mo工字钢上纵向满扣铺20a槽钢。如下列图所示：此处指出了两种布置形式，当然布置方式还可以是别的，根据贝雷梁的支撑架来确定，只是我觉得第一种布置形式更好。3.7.7梁部结构检算栈桥梁由6片普通型贝雷梁组成，贝雷梁之间的间距为90cm,单辆车走行可以看作由4片贝雷梁承受，双车那么由6片贝雷梁承受。因此栈桥梁按照单车4片贝雷梁受力检算，双车按照6片贝雷梁受力检算。栈桥梁跨度组成为边跨12m,中间跨度那么是24m,为计算简化，将中间跨度减少进行计算，跨度组合按12m+44i0-3n?X10-3m'计算。计算中仅按刚度对梁进行模拟。建模计算后可以得到贝雷梁的最大弯矩值、剪力值、挠度值等，再与容许值进行比照即可知道贝雷梁能否满足受力要求。最终栈桥的贝雷梁确定为6片。3. 7.8桩柱结构的检算(1)受力模型确定。对于东岸栈桥，在靠近141号墩处，钢管桩采用的是813T2钢管，水面上焊接36a槽钢的横联，根据实际地质情况，单排钢管柱结构(最深处)受力模型如下：(2)风荷载计算：根据建筑结构荷载标准GB50009-2001中全国根本风压分布图可知，广州地区根本风压为施工水位处根本风压为：膺架1.7m高计算，那么作用在24m长的膺架上的风压力为：(3)水流荷载计算：水流荷载按桥位流速为2.0m/s(洪水时期流速取2.0ms,枯水期正常流速经测定为LonIs)计算，按7.5m水位计算，普通墩从施工水位到河床最长为25m,管桩为><20每根钢管桩上的流水压力为：转化为倒三角分布荷载是：(4)双排钢管柱的整体结构计算：对双排钢管桩柱进行有限元分析计算，可以知道桩的最大反力、应力、变形等，并分析出其能不能满足受力要求。桩柱的最大反力需要有根底来承受，那么还需要进行桩根底的计算。(5)钢管桩地基承载力检算对于东岸栈桥，钢管桩均打入覆盖层内，覆盖层暂全部按淤泥质土进行计算，其桩侧极限摩阻力按25kPa计算，桩端极限阻力按105kPa计算,单桩竖向受力最大是100t。由此根据钢管的大小可以计算出钢管桩的入土深度，实际深度需要根据打桩情况确定。3.7.9桥面结构的检算除了桩柱、承重梁结构外，还要对桥面结构进行计算，桥面主要是由横向分配梁及桥面板构成，因此需要对其进行单独分析。横向分配梁支撑在纵向承重梁上，那么纵向承重梁就是其支点，荷载就是车轮的集中荷载,只要分析出结构组成、边界条件、荷载情况，那么就可以进行结构分析，得出结构受力，就能计算出结构大小和材料组成。总结对于栈桥的设计，确定各种参数至关重要，如与桥轴线的距离、栈桥标高、孔跨布置、荷载类型、栈桥梁的选择、桩柱形式等等。只要确定好这些参数，就可以组织结构进行受力分析，主要结构分析完成，并确定好其截面特性后，那么就能根据钢结构的设计进行图纸设计，这个阶段除了表达清楚结构组成外，还需要对各连接部位进行一些构造处理，连接部位对结构的受力有很大影响，直接决定着的各杆件边界条件，尽可能将各杆件的连接点表达为结构计算时的边界，这也是结构的细节，不能小视。栈桥的施工主要在于施工机具的选择，尤以桩柱的施工最为重要，只要桩柱施工完成，那么上部结构施工起来就显得简单得多。下面主要讲解桩柱的施工。3.8.1桩柱的施工钢管桩的施工首先在于插打，插打钢管桩主要有两种形式，即振动锤插打及柴油锤插打。振动锤主要适用于淤泥、沙层地质；而柴油锤那么更适用于风化岩层及卵石层，只是需要加工桩尖进行，由于这种地质层打桩较难，除了加工桩尖以外，有时还需要增加横向斜桩来保证栈桥的横向稳定性。在裸岩层等难以打桩的河床，有时也采取栽桩的方法，所谓栽桩就是在河床上先砸个足够深度的坑，然后将钢管放入并水下混凝土以稳定钢管桩，这种方法稍嫌麻烦，但是效果很好。钢管桩柱除了考虑插打外，还要考虑拔出施工的问题，对于振动锤施工的钢管桩柱建议继续采取振动锤拔出施工，而对于栽桩情况，可能就需要进行水下切割完成撤除。3.8.2上部结构施工讲了桩柱的施工，再说说梁部的施工，应该说梁部就比桩柱施工要方便的多了，毕竟是在水面以上，看得见摸得着。梁部的假设一般采用水上吊装设备或者以成栈桥上的汽车吊或履带吊。这其实和钢管桩的施工还是相辅相成的：如果水面上不能停泊大型吊装设备，而只能采取边施工边推进的方法（就是说架一孔栈桥后，再在这孔栈桥上施工下一孔栈桥的方法），这个时候还要考虑吊装设备的最远吊距，否那么栈桥的跨度无法确定，就是说你必须保证站在这孔栈桥梁上能够吊装钢管插大下一孔栈桥的钢管柱，这种情况一般12m就差不多了，这也正好是型钢材料的出厂标准长度，实际上跨度到不了12m,因为还有搭接局部，也就是IL6m左右了。梁部施工完成后还有最后的桥面局部，桥面一般以钢桥面为主，首先需要横向的分配梁结构，然后在分配梁上直接放置面板或者槽钢等结构以形成桥面。