桥梁施工作业平台结构设计、计算及施工全过程

桥梁施工作业平台结构设计、计算及施工

全过程

一、桥梁施工固定式作业平台

施工中结合水中桥墩处的地质、水文条件等选择适宜的钻孔平台，对桥梁施工

的安全、工期、经济和社会效益具有重要的意义。

对于跨越海湾、江河、湖泊、水库的水上桥梁工程，当基础采用钻孔灌注桩等

非打入式结构且无法采用筑岛方式施工时，搭设固定式作业平台是解决基础施

工设备作业平台的常用方法。

桥梁施工固定式作业平台

影响作业平台安全的因素:

(1)深水墩处于深水处，施工时受洪水、通航、水流和冲刷的影响；

(2)修建于近海的作业平台还要考虑海潮、波浪、台风、海水腐蚀等因素；

(3)由于施工平台为施工临时结构，所以其状态处在不断变化中：平台上有大

量的施工设备和人员，荷载处于不断变化的状态，特别是由于钻机钻头施加于

地基的钻力而产生的反力处于不断变化的状态；

(4)有的施工平台由于施工工艺的要求，在施工过程中施工平台的形式会不断

变化；

(5)在整个施工过程中，已浇筑的桩的刚度和强度还在不断变化。

桥梁钻孔施工平台的种类主要有钢管桩支撑平台、钢护筒支撑平台、钢围堰支

撑平台等固定式作业平台和浮式平台四大种类。

顺桥向面

钢管桩支撑贝雷梁平台示意图

I贝雷架（3雷）II

钢阳地

钢围堰顶贝雷梁平台示意图

侧锚

船组式钻孔平台结构示意图

浮箱式钻孔平台结构示意图

固定式作业平台是水上桥梁基础施工的作业平台，平台结构通常采用钢管桩基

础、型钢分配梁、贝雷桁架或型钢梁及花纹钢板桥面板的结构形式；钢管桩之

间、钢管桩与钢护筒之间焊接剪力撑，以使其成为一个整体，增加平台的稳定

性。

固定式作业平台受水文条件影响小，且通过栈桥等辅助设施，施工机械方便就

位或退出。平台整体稳定性好、承载能力大，平台整体稳定性好、承载能力大。

固定式作业平台受水文条件影响小，且通过栈桥等辅助设施，施工机械方便就

位或退出。平台整体稳定性好、承载能力大，平台整体稳定性好、承载能力大。

固定式作业平台适用范围：

对于跨越海湾、江河、湖泊、水库的水上桥梁工程，当基础采用钻孔灌注桩等

非打人式结构且无法采用筑岛方式施工时，均可采用固定式作业平台。

二、固定式作业平台结构设计与检算

(-)固定式作业平台结构设计

1、固定式作业平台结构设计总体方案

某平台基础采用①lOOOmmxIOmm钢管桩，钢管桩之间用剪刀撑连接。钢管

桩顶部开口布置2156a工字钢做下横梁，横梁上布置贝雷梁(或直接在横梁上

铺设132a工字钢)，贝雷梁上再铺设132a工字钢，最后是平台面板(8

=IOmm的防滑钢板)和栏杆的附属设施的施工。待整个工作平台形成后，在

工作平台四周布置拉锚，增强工作平台的整体稳定性，并根据实际需要在平台

边搭设转运码头。若无栈桥连接陆地，可铺设一根水下电缆为钻孔桩施工供电。

2、作业平台分部结构设计

(1)基础

(2)承载分配梁

(3)平台平面板

(4)平台附属设施

a、转运码头b、栏杆c、照明设施

上游下游

拉锚

600250,600,6007506006006蛆600600600600

o.

o

O

工拘.雄

SN剪刀撑［25q

►・，拉自苗

O

科600750600600600T拉锚

4200

图5-7钢管桩平面布置图（尺寸单位：«m）

--------------------(&~~~G----------------@---------------------

T*单层忤通贝萧梁

<>------o

四排单加普通贝南梁

四律单房普通贝南梁''

2156a<

L7,6m惨O

四排华以普通贝出s3

网排雌层忤通贝战梁?人—

2156a-2156a临时码头

£~7霭.6m

Qd/76m3

e——(二-------O

四推电层杵通贝曲梁

・_®”（》=-A-7>,--------一§

四排单层怦通贝曲梁I

'一一'・一""T""*"一一—^――,

:排单层忤通贝南梁一

图5-8贝定梁布置图

（二）固定式作业平台结构检算

1.作业平台结构检算的依据

桥梁工程总体施工方案；现行桥梁设计、施工技术规范；现行钢结构设计、施

工技术规范；工程所在的地域的工程地质、水文等环境资料。

2.荷载组合

(1)上部结构恒载

施工平台上的恒载主要包括防滑钢板、型钢分配梁和贝雷桁架三个部分。

(2)活载

施工平台上的活载主要包括150t履带吊及吊重、人群及小型机具荷载两个部

分。

3.作业平台分部结构检算

(1)平台台面板

，=(G]50r装分用自宴+GM2£.)24号长

O

1,

W=-bh2

6

a=-1―3

WjxlOOOxlO

(2)承载分配梁

1)贝雷梁的计算

a、贝雷梁计算工况B-1:履带吊吊重工作状况。

工况B-1-1:履带吊于图式位置是贝雷梁最不利工况，按两跨连续梁计算B点

处贝雷梁受力。

夕=4l.6kN/m

4.5m4.5m

图5-10贝宙梁计0：模式（I.况B-1-I）

工况B-1-2:当荷载位于最大跨径7.5m的跨中时，贝雷梁受力计算模式。

图5/1贝宙梁i|算模式（I：况B-I-2）

工况B-1-3:当荷载位于最大跨径7.5m的一端时，贝雷梁受力计算模式。

6.5m

7.5m

图5-12贝击梁计算模式（I..况B-l-3）

b、贝雷梁计算工况B-2:履带吊行走工况

当履带吊行走时一半的力直接作用在贝雷梁上，贝雷梁受力计算模式。

7.5m

图5-13贝宙梁计算模式（「况B・2）

2）2156a工字钢横梁计算。

a、工况I56a-1:履带吊吊重工作工况。

因为工字钢布设在桩顶，桩尺寸为：①1000mmx10mm。

6.5m

图5-14「•况I56a-I计算模式

b、工况156a-2:钢护筒导向架荷载作用在工字钢横梁上。

导向架放在横向2156a工字钢横梁上，按四跨连续梁7.5m+6m+6m+7.5m,

最大跨径为7.5m,承受荷载为钢护筒重量800kN,单面承重P=400kN计算。

A

图5-16四跨工字钢梁组余计算

3)132a工字钢横梁计算。

工字钢按200mm间距布置，荷载计算分两种工况：

a、工况I32a-1:履带吊吊重在贝雷梁7.6m跨中间，荷载按三跨连续梁计算。

P=33.2kN

AA

7.6mJ

图5-19132a1：字钢梁受力计算模式

b、工况132a-2:履带吊空载运行在施工平台。

履带吊履带宽度1.1m,按每边履带下密布5根132a工字钢计算,132a顺桥向

最大跨径为7.6m。132a工字钢梁与510mm厚防滑钢板组合形心

i=175.82mm,惯性矩I=100127310.2mm4.抗弯截面模量

W=692500mm3o

图520码头贝击梁计算模型

(3)基础

桩顶荷载=1634.72kN,钢管桩选型：(plOOOmmxlOmm

①方法一：摩擦支承桩轴向承载力。

［尸］+4g)〉尸.

②方法二：用砂填实的钢管桩。

「niFR

K

用砂填实的钢管桩①lOOOmmxIOmm的容许承载力：

③方法三：按压弯构件计算。

a.工况一：单根沉桩完成时，桩处于悬臂状态。

此工况时，钢管桩承受水平荷载主要为流水力。

P=KA^—

2g

轴心受压构件稳定系数

(P-0.373

则：

NM.

(T=---+--<rcr

(pAW

b.工况二：工作桩桩顶被横向连接后。

此工况时，工作桩按两端钱按计算

NA/「】

a=—+(—m—ax<[cri

AW

(4)平台附属设施码头

由于有防滑钢板所以不考虑摩擦力不足问题。取水平平面计算，没有考虑坡度

问题，本次只计算横梁，横梁材料为2156a。

图5-21平台附属设施码头计算模型

三、固定式作业平台施工

(一)固定式作业平台施工总体方案

(1)钢管桩打设利用150t浮吊挂击振力为90t的振动锤进行。

(2)按先上游后下游、先岸侧后江侧原则，依次插打工作桩。

(3)钢管桩打设后焊接剪刀撑，增强已插打完成工作桩的整体稳定性。

(4)架设2156a工字钢做下横梁，贝雷梁做纵梁，铺设132a工字钢做上横梁,

6=IOmm的防滑钢板做面板。

(5)测量放线，固定导向架，插打钢护筒；4根钢护筒插打完成后将其与工作

桩刚性连接。

(6)待整个工作平台形成后，在工作平台四周布置拉锚，增强工作平台的整体

稳定性。并在工作平台四周用年60mm、940mm铜管布设栏杆。

(7)最后铺设一根水下电缆供钻孔桩施工用电。

(二)固定式作业平台施工工艺流程

工艺流程

图5-22施匚「.艺流程

（三）固定式作业平台施工操作要点

1、钢管桩基础施工

钢管桩制作

钢管桩运输

钢管桩打设（含振动锤选型）

横向联结系制作安装：振动锤选型、确定打桩顺序、施工放样、打桩船就位、

沉桩

2、承载分配梁

分配梁制作T分配梁运输T分配梁安装

3、平台台面板制作、运输、安装

4、平台附属设施制作、运输、安装

5、平台拆除

（四）主要施工机械设备配备

序号设备名称型号规格单位数量备注

1振动锤120型，90型个各1个

2吊车25t精2

3柴油发电机500kW台1

4交流电焊机500kVA台8

5弯曲机06-38台8

6切断机中32台8

7浮吊150t艘1水上浮吊

8运输船300m3艘3

9脚踏船艘1

10千斤顶200t套16

11定位船300m3殷2

12卷板机台1

13潜水设备套2

14平板车12t台3

（五）质量控制标准、保证质量的技术措施

1、工程质量控制标准

固定式施工作业平台为临时结构，其施工可参照现行的桥梁钢结构和基础工程

设计、施工及验收标准。

2、保证工程质量的技术措施

(1)作业指导书、技术交底(设计要求、技术标准、施工方法、施工注意事

项)。

(2)自检、互检、工序交接检查。

施工过程的质量控制：”跟踪检测、复测、抽样检测"。

(3)钢管桩打设的平面位置、倾斜度、最终贯入度控制及整体性连接质量是固

定式作业平台的关键。

(4)贝雷梁的组装方法和现场的整体性连接要求严格按设计要求进行。

(六)施工重大危险源及保证施工安全技术措施

1、工程施工的重大危险源

水上作业时，风浪较大，应防止失足掉人河中。过往船只对施工平台的威胁，

应当注意船只冲撞平台而引发事故。

2、保证施工安全的技术措施

(七)重大污染源及保护环境的技术措施

1、施工的重大污染源

施工垃圾和油污对河道的污染是平台施工中的重大污染源。

2、保护环境的技术措施

(1)制订详细的环境保护措施。

(2)油和废油的管理。

四、某桥施工平台结构计算

(-)基本情况

71〜73号墩桩基施工平台由钢管桩、贝雷梁和型钢分配梁组成。每个平台共设

置18根(p800mmx8mm钢管桩，钢管桩上布设了8组单层双排321贝雷梁，

贝雷梁上根据钻机施工需要布设了136b型钢。每个墩根据设计桩基情况安装

11个钢护筒，钢护简直径3050mm、壁厚16mm,部分钢护筒上设置支撑牛

腿，作为贝雷梁的支点，以减少钢管桩数量。

钢护筒和钢管桩的入土深度

墩钢护筒设计入土深度钢管桩设计入土深度河床

7112.48*3.23=15.71m12.48♦5.79=18.27m-5.

7214.49*3.42217.91m14.49*3.98=18.47m-7.

73I!.52*3.59xl5.llm11.5246.15=17.61m-5.

春数表(m)

口号片也%*.h.

71-2377-2121-552729

72-2577-2521・7.33131

73-22.77-20.21-5.12628

|38(?削|38。|叫,380；|380|

1/2平面图\12AA

施工水位：

=2.634m

百年一遇的最大流量：

Qi%=8580m3Is

最局水位：

H1%=3.864777

最大流速：

VwvoI-1.36/77/5

各地冲刷深度表表5・3

取号•般冲刷线一般冲刷深度局部胞线局部冲刷深度

71-17.39m11.89m-20.33m14.83nl

72-17.53m10.23m-20.64m13.34m

73-16.62m11.S2m13.71m

（二）计算参数取值

钢材密度：p=7.85/7

钢材弹性模量：E=2.1x10-MPa

泊松比：0.3

Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值：［刀=215MPa

Q235抗剪强度设计值：［fv］=125MPa

Q345钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值：［刀=31（U4Pa

Q345抗剪强度设计值：［＜］=180Mpa

321贝雷片容许弯矩：［M0］=975fcV•机

321贝雷片容许剪力：［乂］=245比V

主要计算构件截面特性表我5-4

构件ffilftim-l(rnr)ffinSUJnn4)WI转ffl：r(rm)

钢钟桩201156009390027.86

________一

钢护筒152417539550115()13107.28

2136b167331481S42

贝儒桁片2505003340

（三）计算内容

钢护简：钢护筒埋设深度和打入深度的计算，钢护筒振打过程中强度和稳定性

的计算。

321贝雷梁：最不力工况下贝雷梁强度和刚度的计算。

钢管桩：单根钢管桩在水流作用下的稳定计算，钢管桩受轴向力的强度和稳定

性计算，承载能力验算。

2136b工字钢分配梁：最不力工况下的强度计算。

（四）荷载计算

1、恒载

恒载主要为施工平台自重。

钢管桩桩顶以上部分的恒载：

5二1150/加

钢管桩自重：

G、=850kN

本恒载未计人钢护筒重量。

2、施工活载

每个施工平台按两台旋转钻机同时作业考虑，

每台钻机自重（含钻头、配重、钻杆）

G3=1100/CJV

配套空压机、泥浆循环系统等约

G4=400EV

人群荷载略。

3、总荷载

考虑1.2的附加系数作为水流冲击力和风力的影响，则平台设计总荷载为：

G=1.2[G1+G2+2（G3+G4）]=6000左N

（五）结构计算

1、钢护筒计算

（1）钢护筒埋置深度计算

钢护筒埋设深度L:

_（h+H）rw-Hr0

L:护筒埋置深度(m);

H:施工水位至床面深度(m);

h:护筒内水头，即护筒内水位与施工水位差(m);

4：护筒内泥浆重度(kN/m3);

为:水的重度(kN/m)

rd:护筒外床体土层的饱和重度(kN/m3).

A+e

-G

1+e

A:土粒相对密度；

e:倾口±g的孑•比。

当护筒穿过几种不同土质时，

r=Z7；/

「泓

rd:几种不同土M平均脾口重度(帅m3);

rid:每种不同土的饱和重度(kN/m3);

/,：每种不同加层厚(m)。

将各参数带入公式进行计算，得：

71号墩

L—9.36m

72号墩

£=10.37/77

73号墩

L-8.38/77

(2)钢护筒打入深度计算

三个墩钢护筒底端最小埋置深度分别为：9.36m,10.37m,8.38m;

三个墩护筒设计打入深度分别为：15.71m,17.91m,15.11m,满足要求；

有效嵌固深度值为：2(d+l)=2*(3.05+l)=8.1m

钢护筒周边土的摩擦力：

R=fiiL

R:±6蟾阻力舶)；

f:土单位面积的动摩阻力(坦。)；

u:钢护筒周边长度(m);

L:钢护筒的入土深度(m)。

71号墩

为二4092雨

72号墩

R、=4577kN

73号墩

4二4098雨

(3)钢护筒强度计算

钢护筒最不利工况是在振打过程中承受1176kN激振力。

钢护筒截面面积：

A—l524cm2

压应力：

a=1176x10/1524=7.7AiP67<[cr]=215A£P67

整体受压强度满足要求。

(4)钢护筒受压整体稳定计算

钢护筒长细比：

Z=£/r

L取钢护筒顶至护筒在土中有效嵌固深度位置的长度。

L为52725px。

2=£/r=19.7

(4)钢护筒受压整体稳定计算

整体稳定性：

N/(S)Kf

.V：钢护筒所受激振力；

A:钢护筒截面面积；

中：轴心受力构件的稳定系数，查表为0.946;

f：钢材抗国园宣设计值，取f=125MPao

N/(g)=8.2MPa<f.满足要求。

2、贝雷梁计算

根据施工安排，两台钻机不会同时在同一组贝雷梁上进行作业，贝雷梁按一跨

承受钻机荷载，另一跨无钻机情况进行计算，此时贝雷梁承受两部分荷载，第

1部分为钢管桩桩顶以上的平台、空压机和循环系统重量，总重195t,按在8

组贝雷梁上均布作用考虑，则每组贝雷梁上作用均布线荷载

q-10kN/m

；第2部分为钻机自重，每台钻机钻孔施工时重HOOkN,则在每组贝雷梁上

作用两个F=275kN集中力，计算跨径为2x12m连续。

i1i1i11I1if1i♦1♦1i♦♦ii

F।1/II

375375

1.IL.-L45。1200

图5-24贝雷梁计算简图(尺寸单位:cm)

左叫

最大弯矩：1070V<2x975=1950fcVJw

最大剪力：250kN<2x245=490fcV

最力：153MPa<310MPa

最大变形：12〃〃〃.12/12000=1/1000<1/400

支反力：292kN、500kN、-0.57kN;

以上各项均满足要求。

3、钢管桩计算

(1)单根钢管桩在水流作用下的稳定

单根钢管桩的水阻力：

FN=KA(rv2/2g)

r：水的重度(kR/m3),取值为10@阿3；

v:^rH^(m/s),取1.36m/s;

A：钢管桩阻水面积(m)

g:W3加g=9.81m2/s；

K:形状系数，圆形结构物，取K=0.8。

单根钢管桩最大水阻:

F“=122kN

单根钢管桩的位移和内力：

由于地基为弹性地基，需按m法计算弹性地基的变形情况。

土中基础变形系数：

4=0.9人(1.51+0.5)=1.53加

£7=(2.1x108)x(156009x10-8)=327609^

查规范，偏安全取

m3000kN/m4o

利用"桥梁博士"进行计算，

河床面位置最大位移4.5mm,转角0.0022rad;

最