某大型斜拉桥主塔钻孔平台设计

1、某大型斜拉桥主塔钻孔平台设计中交二公局第一工程有限公司武汉430000【摘要】大型桥梁深水桩基础需要钻孔平台进行各项施工作业。木文 结合桥址水文和地质条件，设计了某主跨为920m的大型斜拉桥主塔钻孔平台， 并建立有限元模型对结构进行了验算。结果表明：各工况作用下，钻孔平台受力 满足设计和施工要求。后续的现场施工亦表明，该平台施工方便，适应各种气候 施工，且具有足够的安全储备。该主塔钻孔平台设计方案可为同类工程的设计和 施工提供参考。【关键词】斜拉桥；钻孔平台；钢护筒；钢管桩1工程背景某920m主跨特大跨长江斜拉桥，zu#索塔采用收腿的倒y型造型，塔 高251.41m,整体式承台。承台顶面标高1

2、4.47m,底面标高6.47m,尺寸为 50.0×33.0×8m,圆端半径r=21.013mo承台下按梅花型共布置42根 钻孔灌注桩，桩长87m,桩径2.5m工程区属亚热带湿润型季风气候。具有四季分明、气候温和、湿度较大、 日照充足、雨热同季、无霜期长等特点。桥址区域多年平均风速为2.23.2米/ 秒，最大风速达21.3米/秒。桥址地下水水质较好，多为中性软微硬淡水， 存在对混凝土微腐蚀、对钢结构弱腐蚀性。每年的6月至9月为汛期，水位较高， 流速较大，其它月份为低水位时期。汛期最高水位可达28.2m,主塔位置最大水 深可达28mo汛期最大水流速度2.0m

3、/so根据钻探揭露：桥址区覆盖层主要为 第四系冲洪积层（q4al+pl）；下伏基岩为白垩第三系（k2r）砂岩、泥岩，在白 垩第三系（k2r）砂岩、泥岩中发育有断层破碎带。深水基础施工。z11#索塔 桩长达到82米，位于深水区域、细砂河床。该水域流速急、流向乱、土层软弱； 且有断裂破碎带等不良地质，地质条件复杂，这些不利因素是项目施工的关键。2大型主塔钻孔平台设计主墩钻孔平台采用梁柱组合式机构，为钢护筒平台。横桥向长度为105 米，顺桥向宽度为61米，由钢管桩、钢护筒、贝雷桁架以及分配梁和面板组成。 钻孔平台采用119根φ1020×10mm钢管桩和42根 &a

4、mp;phi;2800×20mm钢护筒作为基础，钢管桩间设置型钢平联，钢护筒之间 设置工45b型钢平联，平联同时兼做贝雷桁架承重梁。利用贝雷桁架作为主梁, 横桥向布置，标准花架连接，贝雷桁架顶面布置120a型钢，间距30cm,面板采 用10mm厚钢板做为面板，面板与分配梁焊接固定。主塔钻孔平台钢管桩及钢 护筒采用打桩船施工。其设计参数为：(1)施工期设计高水位：+28.20m； (2) 设计流速:v=2.0m/s； (3)设计风速：23.9m/s； (4)平台顶标高：+31.00m； (5) 河床标高:+1.8m； (6)河床冲刷深度：10.5m (最大局部冲刷深度)；(7

5、)覆盖 层：粉中细砂。大型主塔钻孔平台结构包括：(1) 周边钢管桩：承台外围支栈桥、码头等平台的支撑基础为：73根 φ1020×10mm钢管桩，壁厚10mm,外径1020mm,单根钢管桩平均长 约55米，入土深度27.87mo钢管桩最大间距为9.375m×7.0m,最小间距 为 6.0m×9.375mo(2) 钢护筒：主塔设42根φ2800mm钻孔灌注桩，桩长87米，间 距6.25m×6.25mo在每根桩位安装φ2800×20mm钢护筒。护筒壁 厚

6、20mm,外径2800mm,护筒入土深度18.8米。主塔钻孔平台钢管桩及钢护筒采用打桩船施工，相邻钢管桩和钢护筒施 工到位以后，立即采用120t浮吊安装桩间横向联系，避免在水流作用下长吋间 自由悬臂而发生偏移，最后统一安装平台上部贝雷桁架、分配梁、面板及栏杆等 附属设施。图1z11#钻孔平台总体平面布置图(单位：cm)3设计计算参数材料参数：贝雷材料为16mn钢，其它材料采用q235a钢。根据我国行 业标准，贝雷桁片材料均为q345钢，单排单层贝雷mmax=788.2knm,qmax 二245.2kn。结构自重：结构自重有限元程序自动计入。基本风压：根据公路桥涵设计通用规范jtg d60-20

7、04 “附表a全 国各气象台站的基本风速和基本支风压值”取基本风压为0.35kn/m2 （风速约为 23.9m/s）,按照50年一遇取值。水流压力：计算流速取流速2.0m/so平台考虑10.5m的冲刷深度，当 冲刷深度超过3m时，将抛填犬粒径碎石或片石进行防护。根据公路桥涵设计 通用规范进行计算。荷载参数：桩基钻孔施工采用kp3500钻机，主机重480kn,钻头及配 重块重量 240kn,钻杆重量 33&times;13kn=429kn （钻杆参数：1.3t （3.47m） / 节）。钻机总重量g1=480+240+429 = 1149kn<>考虑1.2冲击系数，则钻机荷载

8、 设计值gl=1.2&times;1149=1378.8kno钻机荷载在钻孔平台顶面按边长3.6m、 0.45m宽的均布荷载计。罐车荷载：45t罐车共计为3个车抽，两个后轴每轴荷载为18t,前轴 荷载为9t,门吊荷载：80t龙门吊自重42t,跨径40m,施工过程中最人起吊质量 按60t计，考虑起吊状态为靠近一侧支腿最为不利，跨比为6/34,经计算两侧 轨道不计门吊自重的支反力分别为52.32t、7.68t,则单侧轨道计入门吊自重的支 反力分别为52t和9t。履带吊荷载：75t履带吊履带长：5.228m,履带宽:0.758m,则每侧履 带荷载：132.5kn/m2,均匀分布于两条履带上。

9、4计算模型及结果采用midas civil 2006整体建模分析。在midas civil整体建模中，钢管桩、平联、斜撑、贝雷桁架以及型钢均以梁单元建立，面板采用lcm板单元建立，钢管桩在嵌固点位置固结。计算工况为：竖向荷载：平台自重+钻机重量+履带吊工作荷载+门吊工作荷载+罐 车荷载+平台堆载水平荷载：施工状态最大流水压力+钻机产生的水平力+风力工况分析：因平台使用周期长，施工期间，以上所列设备均同时施加。图2钻孔平台整体模型经计算可得，面板最大组合应力：147.5mpa,分配梁最大组合应力： 117.3mpa,贝雷梁最大弯应力:201.7mpa,贝雷梁最大剪应力：147.4mpa,工 56

10、b承重梁最大组合应力：161.5mpa,平联钢管最大组合应力：118.8mpa,钢管 桩最大组合应力：74.9mpa,各构件的应力均满足设计及规范要求。钢管桩最大支反力：1156.4kn,钢护筒最人组合应力：48.74mpa,钢护 筒最大支反力：1908.4kno钢管桩和钢护筒承载能力容许值按以下公式计算3：式中，p为单桩轴向受压承载力容许值（kn）； u和li分别为钢管桩周 边长度和入土深度（m）； &tau;i和&alpha;i分别为桩周土极限摩阻力和摩阻力影 响系数;根据地质资料，&tau;l&tau;3分别取30kpa、45kpa和80kpa,河床冲 刷深度为10.5米，计算可得钢管桩和钢护筒分别入土 27.51m和18.8m可满足设 计要求。5结语本文对某主跨为920m的人型斜拉桥主塔钻孔平台进行了设计，并建立 有限元模型对结构进行了验算。结果表明：各工况作用下，钻孔平台受力满足设 计和施工要求。后续的现场施工亦表明，该平台施工方便，适应各种气候施工, 口具有足够的安全储备。该主塔钻孔平台设计方案可为同类工程的设计和施工提 供参考。参考文献：1邵旭东 主编