跨海大桥工程第I合同段栈桥设计及施工方案

杭州湾跨海大桥工程第I合同施工栈桥PAGE浙江省交通工程建设集团有限公司2003-12-3杭州湾跨海大桥桥工程第I合同段栈桥设计及施工方案（2）杭州湾跨海大桥桥I合同项目经经理部二OO三年十二二月六日编制：叶仁亦审核：楼谱谱增前言言1、地形、地质质北引桥陆地区，地地势平坦；滩滩涂区北高南南低，坡降平平缓，地面高高程2.3m~~-3.266m。据物探资料显示示，本合同段段桥位区桩基基地质以粘性性土、亚砂土土、粉砂土、淤淤泥质粘土为为主，基本无无不良地质。2、气象、水文文杭州湾地处东部部沿海地区，受受其典型喇叭叭状地形形成成的“狭管效应”影响，水文文、气象条件件十分复杂，属属重大灾害天天气多发地带带。影响桥位区施工工作业不利气气象因素主要要有季风（全全年平均风速速3m/s左右，北岸岸略高于南岸岸）、台风（多多发生在7-9月间）、雾雾（北岸10月份出现最最多，持续时时间一般在4小时以内）。不利的水文因素素主要是潮汐汐，杭州湾为为强潮河口湾湾，潮汐类型型为浅海半日日潮，日潮不不等现象明显显。北岸乍浦站（11930-11999年）潮汐特征值值：项目最高潮位最低潮位最大潮差平均高潮位平均低潮位平均潮差潮位（m）5.54-4.017.572.52-2.124.65桥位北岸乍浦站站设计潮位（单单位m）频率0.33125备注设计高潮位6.155.805.555.30建议采用设计低潮位-3.58-3.56建议采用第一节施工栈栈桥设计计算算一、计算资料1、栈桥设计荷荷载：汽车—超20级、挂车—120，设计桥面面净宽为8m，标高为7m，平均滩涂涂地面标高为为0.15m，最低滩涂涂地面标高为为-4.122m,最高滩涂标标高为2.82M。2、栈栈桥区地层为为淤泥质亚粘粘土，物理指指标为:W=400.4%，γ=17.77KN/m33，10.a=P.7,63、10m高330年重现期风风压为0.54KKN/m2，20m高30年重现期风风压为0.71KKN/m2，30m高30年重现期风风压为0.82KKN/m2。4．拟定栈桥结结构：栈桥采采用跨径8.5m，每个墩设3根φ60钢管桩，钢钢管桩壁厚为为8mm，桩顶采用H692型钢横梁做做横向连接，横横梁上面纵桥桥向安装间距距为160cm的H606型钢纵梁，纵纵梁上面横桥桥向安装间距距为28.333cm的I18型钢，在I18型钢上面铺10mm厚钢板作为为桥面板。二、栈桥上部结结构计算栈桥上部结构计计算利用我集集团引进的韩韩国大型结构构计算软MIDASS/CIVIIL进行，主梁梁采用简支梁梁计算，横梁梁采用连续梁梁计算。计算算结果如下：：计算荷载（汽--超20）序号构件名称汽-超20（组组合I）应力（Mpa）挠度（MM）容许剪应力计算剪应力容许应力计算应力容许挠度计算挠度1下横梁8528.614510571.12主梁853014556.1133.53上横梁855.914546.52.73.5验算荷载（挂车车-120）序号构件名称挂车-120（组组合II）应力（Mpa）挠度（MM）容许剪应力计算剪应力容许应力计算应力容许挠度计算挠度1下横梁1.4*8558.11.4*1455146.28.42.52主梁1.4*85671.4*1455128.715.67.13上横梁1.4*8514.21.4*1455122.83.67.1注:1、根据规规范JTJ0225-86,,第1.1.5条规定,对于临时结结构,其竖向容许许挠度可适当当放大;2、根据规范JJTJ0255-86,第1.1.5条规定,用挂车验算算时,容许竖向挠挠度可增加20%。3、计算挠度为为累计挠度。三．桩基承载力力计算根据计算结果,,汽-超20计算荷载产产生的单桩最最大竖直荷载载为492.55KN;挂-120验算荷载产产生的单桩最最大竖直荷载载为685.77KN。对于沉桩桩钢管桩自重重不计。根据规范(JTTJ024--85，4.3.22-4)规定,打入桩的容容许单桩承载载力计算公式式为:[p]==(αiuLτp+αAσR)/2，对于打入入桩αi、α值均取1。对于荷载载组合II规范规定（JTJ0224-85，4.3.22-4）容许承载载力可以提高高25%，U=0.66m×3.14==1.8844m,钢管桩地层层处于软塑粉粉砂和流塑、软软塑亚粘土地地层，下面取取两个典型断断面进行桩长长计算：1、根据设计柱柱状图孔位编编号XZK22：桩身所处处地层均为流流塑淤泥质亚亚粘土地层(最不利)，τp=25KPPa,σR=10000KPa，A=0.66×0.6××3.14//4=0.2283m2,但根据专家家咨询会意见见,对于管桩桩桩底支承力不不得超过承载载力的10%考虑,A、汽-超200计算荷载-桩长计算492.5=[[1.8844×L×255×(1+110%)]/2,得L=19MM.B、挂-1200验算荷载-桩长计算685.7=[1.8884×L×225×(1++10%)××1.25]]/2,得L=21..17M.2、根据设计计柱状图孔位位编号XZK23：桩身所处处地层为：中中间有6.5M夹层为软塑塑亚砂土,取τp=35KPPa;其余为流塑塑淤泥质亚粘粘土地层，取取τp=25KPPa，σR=10000KPa，A=0.66×0.6××3.14//4=0.2283m2。但根据专专家咨询会意意见,对于管桩桩桩底支承力不不得超过承载载力的10%考虑,A、汽-超200计算荷载-桩长计算492.5=[[1.8844×(L-66.5)×225+1.8884×6..5×35]]×1.1//2,得L=16.441M.B、挂-1200验算荷载-桩长计算685.7=[[1.8844×(L-66.5)×225+1.8884×6..5×35]]×1.1××1.25//2,得L=18.558M.根据上述计算结结果所得:汽-超20荷载计算桩桩长为Lmax=199m,LLmin=166.41m,,;按挂-120验算荷载计计算桩长为Lmax=211.17m，Lmin=188.58m。在内河港港池围堤以北北方向全部为为滩涂区,在大桥左侧侧约100M位置在修建建码头通道,局部冲刷影影响很小，由由于挂车-120作为验算荷荷载上桥概率率很小,因此设计平平均桩长取值值为L=19M；在内河港港池围堤以南南方向滩涂区区，冲刷影响响较大，平均均桩长取L=20MM;对于双排桩桩墩位桩长取取L=18MM.鉴于基桩数数量多,地质情况较较复杂,实际施工每每根墩的桩长长根据实际桩桩位地质及试试桩情况调整整。3．桩基水平承承载力计算Rh=a3EIIxoa/Vx其中E—弹性模模量；I—桩截面惯性性矩；Xoa—桩顶容容许水平位移移值；Vx—桩顶水平平位移系数；；a—桩的水平变变形系数；a=（mb0//EI）1/5其中m—桩侧土土水平抗力系系数的比例系系数；b0—桩身的计计算宽度，圆圆形桩（D=600）取值为b0=0.9((1.5d++0.5)；查得m=20000KN/mm4，计算得b0=1.266m，I=6.552×100-4m4，则a=0.4454(1//m)Vx取2.4441，假定桩顶顶的容许偏移移值为Xoa=4.11cm(见后面计算)得Rh=3088KN(1)考虑海水水流动对桩产产生的水流压压力为P=KAγV2/2g其中：K—形状系数，圆圆形取0.8V—水流速度，取取平均涨潮最最大流速，3.77mm/sγ—水的容重，取取10KN//m3A—阻水面积，按按照入水8m计算，A=0.66×8=4..8m2P=0.8×44.8×100×3.7772/(2×99.8)=227.8KNN（2）风载对桩桩的影响ωk=K1K22K3K4ω0式中ωk—风荷荷载的标准值值K1—对设计风风速频率换算算系数，取0.85K2—为风压体体型系数，取取0.5K3—为风压高高度变化系数数，取1K4—为地形条条件系数，取取1.3ω0—为基本风风压值，取0.54KKN/m2求得ωk=0..3KN/mm2可以计算栈桥的的单跨横向挡挡风面积为14.3mm2，单跨产生生的风荷载力力的大小为4.29KKN；纵桥向挡挡风面积为7m2，风荷载力力的大小为2.1KN。（3）考虑栈桥桥上车辆制动动产生的水平平荷载对桩的的影响汽车制动产生的的水平力按车车辆总重量的的10%计算，挂-120的总重量为1200KKN，产生的水水平力为120KN，方向与制制动方向垂直直。以上合计1200+4.299+27.88=152..1KN，远小于栈栈桥桩基的单单桩水平承载载力。4．钢管桩的应应力及水平位位移计算钢管桩的长细比比为：λ=l/i=μl0/i其中l为计算长长度，l0为钢管长度度，取10m计算，i为惯性矩半半径，8mm壁厚直径为60cm的钢管桩i=0.2208，μ为长度系数数，取2/3。求得λ=32..05<400，因此，钢钢管桩为短杆杆构件，不需需要进行稳定定校核。栈桥施工时在AA56墩之前的桩桩每40m加一排钢管管桩，在A56—A57墩之间的栈栈桥每隔一跨跨加一排钢管管桩，对A56墩附近的钢钢管桩进行计计算，此时水水深最大处为为7m左右，桩顶顶距海底面高高度为9m。计算桩的水平位位移在进行单桩桩顶顶水平位移的的验算中，考考虑单桩在风风荷载、水流流荷载、车辆辆动荷载等外外部荷载同时时作用在单桩桩且相互夹角角为零的最不不利情况。车辆制动荷载为为120KN，考虑由9根钢管桩受受力，则单桩桩受力为13.3KKN，作用点考考虑作用在桩桩顶上。纵桥向风荷载作作用力为2.1KN，考虑由3根桩进行承承担，单桩受受力为0.7KN，作用点在在桩顶。水流荷载为244.3KN，考虑由3根桩承担，单单桩受力为8.1KN，作用点为为水深的H/3处，即桩与与海床分界点点上2.33m处。单桩的的受力情况如如下图：13.3KN22.1KN0.7KN9m9m8.1KN145KN.mm2.33m7m求得等效水平力力H=22..1KN；弯矩M=1455KN.m。δ=H0δHHH（0）+M0δHH（0）其中中=/=Kh为桩柱底面面土因转动而而发生的土抗抗力影响系数数，当ah>2..5时，取为0；查表得(B3D4-B4D3)值为12.4112；(A3B4-A4B3)值为3.76224；(B3C4-B4C3)/(AA3B4-A4B3)值为2.18775，代入可求求得水平位移移量为：δ=(22.11/0.45543×2.033×108×6.544×10-44)×122.412//3.76224+(145/00.45433×2.033×108×6.544×10-44)×2..1875=0.61×110-2+1.118×10--2=1..79×100-2m水平位移△L==(OB/OOA)×δ=16/77×1.799cm=4..1cm(2)计算桩的的应力σmaxmiin=N/AA+M/W=6685.7//0.0155+(145+6685.7××0.0411)/1.8852×100-3=4.57×1104+9.35××104所以，σmaxx==133.92×1104KN/m2<1.3[σ]=1455MPA；σmaxmiin==44.78×1104KN/mm2<1.3[σ]=1445MPA满足要求，通过以上的计算算可知，当所所有荷载作用用在单跨之间间的管桩上已已经能够承受受水平变形以以及满足应力力的要求，因因此排间的剪剪刀撑以及跨跨间的剪刀撑撑在满足构造造要求即可，此此时剪刀撑也也是整座桥梁梁安全储备体体系。三、结论经过对钢管桩入入土深度、水水平位移和应应力，上构型型钢抗弯、抗抗剪承载力及及变形计算，设设计的栈桥满满足设计荷载载承载能力要要求。第二节施工方案、方方法及其质量量控制要点本合同负责北岸岸滩涂区东侧侧施工栈桥的的修建，栈桥桥桩号：K50+0010-K551+5800，全长1575m；根据设计，在在大桥东侧搭搭设施工栈桥桥，总长为1570..3m，与陆地临临时道路接通通，作为本合合同施工用桥桥，同时作为为第Ⅱ合同段通向向桥轴向码头头的通道。栈桥搭设标准：：在栈桥内设设两处会让点点，每500m一处，会让让点宽4m，长36m，荷载等级级同栈桥。由由于堤坝顶加加固后标高为为7.35MM,而栈桥桥面面标高为7.0M,因此在0#台至6#墩设置过渡渡段,纵坡为0.7%,其它桥跨纵纵坡均为0%;0#台桥面宽度度按10M设计,1#墩以南方向向桥面宽度均均为8M。1、栈桥施工方方案本栈桥由滩涂区区下部结构工工区实施，根根据工程现场场施工条件，结结合下部结构构施工方案，拟拟定施工栈桥桥方案如下：：施工栈桥由主栈栈桥、辅助栈栈桥、施工平平台、会让点点共四部分组组成。栈桥桥桥面标高7.0m，栈桥各部部分标高一致致。序号名称功能1主栈桥机械设备、材料料运输通道2辅助栈桥每墩台设一道，长长宽综合钻孔孔平台尺寸考考虑，兼做会会车道3施工平台每墩位横桥向搭搭设1座，用于搭搭设钻孔平台台、下部结构构施工作业场场地。除滩涂涂区悬浇段在在下部结构完完成后马上进进行周转外，其其余等上部结结构右半幅完完成后再拆除除。4会让点全桥共设两处本合同A27--A56号墩位于滩滩涂区，根据据滩涂区表层层地质以淤泥泥质亚粘土为为主且其水位位受潮汐影响响的实际情况况，栈桥钢管管桩基础施工工，采用50t履带式吊机机配ZD-60振动锤插打打，沿北岸海海塘向南逐孔孔打设。根据据履带吊机的的施工半径，栈栈桥跨径选定定为8.5m。有关图表表详见“栈桥搭设布布置图”、“栈桥会让点点布置图”、“栈桥布置图”。2、施工栈桥工工艺流程框图图见附表3、栈桥施工进进度安排栈桥施工是确保保滩涂区桥梁梁下部工程顺顺利施工的关关键，计划开开工时间2003年11月30日，主栈桥2004年7月底投入使使用，施工工工期为8个月。栈桥施工计划投投入两套设备备按两个工作作面展开施工工，主栈桥使使用一套设备备独立进行作作业，辅助栈栈桥、施工平平台及钻孔平平台使用另一一套设备进行行独立施工。施施工一座辅助助栈桥、施工工平台及钻孔孔平台平均考考虑7天，主栈桥桥每一天平均均完成1跨（8.5m/跨）。考虑各各种海上不利利条件，取时时间效率系数数0.8，则主栈桥桥需施工时间间：185孔/（1×0.8）=231天。即满足足栈桥施工进进度要求。4、栈桥施工方方法及顺序施工顺序：测量量定位→导向架固定→吊机就位→起吊管桩→打至设计标标高→桩顶切槽及及牛腿安装→横梁就位焊焊接→纵梁固定焊焊接→直道板横梁梁铺设→铺设桥面板→扶手安装→设备移位→其它附属设设施安装。等Ⅱ合同施工完完成后，再进进行栈桥拆除除。（1）0#台基基础施工本栈桥0#台位位于海塘堤坝坝上，基础采采用C25钢筋砼，在在每根主梁位位置预埋厚16MM钢板和锚筋筋，以便主梁梁与其焊接固固定。（2）钢管桩打打设打桩采用定制导导向框架定位位，即先由测测量人员在已已施工完的桥桥面上打出纵纵横轴线，由由50t履带吊车吊吊住导向框架架依此综合横横轴线向前延延伸及左右平平移，人工辅辅助微调，经经测量校核桩桩位满足要求求后（水平偏偏差小于10CM）进行导向向架固定，之之后进行吊桩桩、打桩直至至设计标高（导导向架同时可可作为标高控控制平台，桩桩顶标高偏差差±5CM）。为保证证施工质量和和进度，钢管管桩打设时不不分节，预先先在陆上按设设计长度拼装装好，拼接位位置采用破口口焊接，并用用6块20*8**1钢板贴面周周边焊给予局局部加强。根据理论计算，每每根桩强度和和稳定性可满满足施工荷载载要求，为增增强栈桥的整整体刚性，在在每排三根管管桩上加焊16#槽钢剪刀撑撑；对于地面面标高0.0M以下所有桥桥孔（不包括括双排墩）纵纵向加焊20#槽钢剪刀撑撑加强，但对对于地面标高高0.0M以上（即桩桩身露出地面面少于6M）的桥跨每每间隔一孔纵纵向加焊20#槽钢剪刀撑撑加强，以抵抵抗风浪。桩桩号K51+5529以北方向每每间隔5孔增加一排排钢管桩；K51+5529——K51+5579之间每隔一一孔增加一排排钢管桩，以以增强抵抗水水平推力及风风浪引起附加加力。我部部计划选择在在栈桥右侧打打入一根试桩桩和四根锚桩桩，其中锚桩桩入土长度为为19M，中心桩入入土长度初定定按19.0M控制,初步拟定方方案是采用150T千斤顶和H692型钢作为横横梁进行静载载试验，通过过试桩所得承承载力和沉降降量来调整桩桩基入土深度度。（详细试试桩方案另外外上报）（2）帽梁安装装桩顶横梁置于牛牛腿上，牛腿腿采用10mm厚钢板焊接接制作而成，每每个牛腿由一一块面板和两两块竖向肋板板组成，水平平劲板尺寸为为320mmm×200mmm，直角梯形形肋板尺寸为为顶宽200×底100×高300mmm，肋板间距150mm，每根管桩桩上布置两只只牛腿，采用用电焊连接；；由于横梁高高度达69.2CCM，为防止横横梁纵向倾覆覆，在横梁上上腹板位置用用200*1150*100mm限位钢板（此此限位板与桩桩侧焊接）加加以固定。(具体见栈桥桥细部结构图图)（4）栈桥上部部结构上部结构按照从从下到上的层层次依次安装装，各种型钢钢预先按设计计长度定制.主梁采用H606型钢长为900CM，每孔6根，间距为160CM；采用50t履带吊车吊吊装，每孔间间主梁连接采采用错位搭接接焊施工方法法，搭接长度度40CM；主横梁各各节点采用四四面焊接。道桥板横梁采用用I18型钢长为900CM，纵向间距距为28.3CCM，采用50t履带吊车安安装，与主梁梁焊接采用间间断跳焊方法法，以防损伤伤主梁；桥面面板采用厚1CM钢板铺设，并并与道桥板横横梁焊接固定定。最后安装装栏杆、水管管、警示灯、主主横梁防腐处处理等附属设设施。每40M设置一一道伸缩缝，即即在双排墩（桩桩距1.2M）位置一端端能自由伸缩缩,用φ24MM高强螺杆把把主横梁连接接,同时要保证证道桥板与主主梁同