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跨越河流钢便桥施工工艺
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跨越河流钢便桥施工工艺


摘要: 板桥河是南京市板桥镇境内的一条人工开挖的河道,为施工方便设计采用50米钢便桥跨越河槽。


  关键词: 钢便桥;工字钢;振动锤 ;钢便桥施工


  1 工程概况

  板桥河特大桥起止点里程为DK014+462~DK017+112,位于南京市境内,全长2638.36m。线路在DK015+209~DK015+225处越板桥河,与线路夹角为22度。特大桥自东向西跨板桥河主河槽,共长50m。板桥河主河槽常年有水,水深2~5m。河堤、边坡长有荒草。桥址处河沟较为顺直,水流流向由南向北。设计采用简支梁越板桥河主河槽。

  2 水文地质情况

  板桥河是南京市板桥镇境内的一条人工开挖的河道,桥址处河道顺直,河槽断面滩槽分明岸坡规则,岸坡顺直,为人工筑过,水流较缓。

  本桥桥址处于板桥河下游,桥位处沿线路方向河道宽约60m(线路方向与河流的交角22度,后面的河宽均为顺线路方向的宽度),河道两侧为基本农田。该河段20年一遇洪水位为10.63m,流量260.7m3/s,河底地质粉质粘土、淤泥质粉质粘土、凝灰岩层状交错分布为主。

  3 钢便桥设计方案

  根据施工现场地形、地貌情况、水中墩的布置特点及施工运输需要,在桥址上搭设临时钢便桥一座,主要用于混凝土罐车通行,吊机吊装作业,小型机具的运输和行人上下班,设计荷载80吨。根据板桥河20年一遇洪水位、桥梁墩台高程、桥址处地形等情况,钢便桥底高程确定为10.7m,梁高0.882m。钢便桥设计跨度为12m简支梁。钢便桥净宽6m,桥梁全长50m,共4跨。

  钢便桥采用钢管桩作基础,工字钢作横梁及纵梁,槽钢作桥面板,桥面板两侧设防护栏,钢便桥宽为6m,钢便桥长度初步设计48m,两岸桥台采用混凝土现浇条形基础。

  钢便桥钢管桩基础采用Φ630mm×10mm×12m入土深度大约为7~11m,每3根桩为一排,纵梁跨径为12m,每跨中间打入三根Φ630管桩,相邻两根钢管桩的中心距为2.2m,相邻两根桩用16a槽?作斜撑连接以增强管桩基础的稳定性。

  钢管桩桩顶焊钢板750mm×750mm×12mm做桩帽(桩帽与管桩焊牢),在桩帽上方布置2根40b工字钢作横梁,纵梁每跨采用40b工字钢12m×12根,每个桩顶部分放置四根工字钢,纵梁中间每2m用∠75mm×75mm×7mm做横向连接,保证纵梁整体受力。

  桥面板采用28a槽钢,横向铺设,两槽钢间距为35mm,槽钢与纵梁满焊连接。

  栏杆采用∠50×50×5mm角钢作立柱,立柱间距为1.5m,高为1.2m,立柱顶焊接∠50×50×6m做扶手,角钢顺延,立柱中间割孔,穿Φ12圆钢,每根角钢割两孔,孔中心间距400mm。圆钢通孔内顺延。

  4 钢便桥检算

  4.1 设计参数

  ①设计活载。按单车道70t罐车荷载计算,50t履带吊荷载相比更分散故不作检算。

  ②设计跨度。标准跨度5.8m。

  ③泄洪标高。栈桥底标高根据施工现场确定。

  ④车道布置。按单车道设计,桥面宽总宽6m,行车道宽3.2m,两边为人行道。

  ⑤最大风速。钢便桥地处较矮,且风速不大,风荷载不考虑。

  4.2 孔跨布置

  钢便桥根据施工现场分为三座,一座长48m左右,一座长60m左右,另外一座长24m左右,每座钢便桥的整体布置均一致。

  图1为跨板桥河钢便桥总体布置图。

  所有钢管临时墩柱均采用单排墩,每排2根,横向间距4.4m;钢便桥跨度是按5.8m布置,主要是为了纵向工字钢材料便于应用。

  4.3 栈桥结构组成

  ①栈桥下部结构。

  栈桥的下部结构采用钢管立柱,打入土层中,打入深度根据实验确定,保证每根钢管立柱承载力不小于45t。每个临时墩均为单排钢管墩,每排2根钢管。

  单排钢管墩采用2根Ф630-3钢管,横向采用20a槽钢连接起来。详见设计图纸。   钢管顶部焊接3-40a工字钢横梁,横梁上面即放置栈桥的上部结构。

  栈桥下部结构如图2所示。

  ②栈桥上部结构。

  栈桥的上部结构采用40a工字钢纵梁,按2+4+4+2片布置,之间在下翼缘处间隔1.45m用36b槽钢全部横向连接起来成为一个受力整体。纵向工字钢上则放置36b槽钢扣放,总行间距是0.4m。上部结构如图3所示。

  4.4 栈桥结构检算

  4.4.1 检算说明

  将纵向每组工字钢承重梁看成是单根的梁,这样便于计算。

  钢便桥梁由两组4根40a工字钢组成车道的受力结构,那么就是有8片40a工字钢共同承受上部桥面传递的荷载,为安全取保守计算,8根工字钢考虑1.4的不均匀系数,那么就按8/4=5.7根工字钢共同平均受力。

  钢便桥梁跨度组成是5.8m一跨,为计算简化且安全,按简支梁进行检算。

  4.4.2 纵梁工字钢受力检算

  ①荷载模型:一根40a工字钢,荷载是70t罐车荷载,荷载模型如图4所示。

  ②计算模型(只显示结构自重荷载、罐车荷载没有显示)(图5)。

  ③竖向挠度m(图6)。

  最大挠度是5.16cm,除以5.7=0.91cm,钢便桥跨中最大变形是9.1mm。

  ④支反力图:t(图7)。

  临时墩最大支反力是57t,由两根钢管承受,单根钢管承受一半,按30t计算,如果考虑两辆罐车向后前行,那么承载可按提高1.6倍计算,单根钢管受力48t。

  ⑤最大应力tm(图8)。

  最大应力是621MPa,单片工字钢的最大应力则是621/5.7=109MPa<140MPa,满足要求。

  4.4.3 横梁槽钢受力说明

  桥面系槽钢采用36b槽钢,由于罐车车轮均直接通过该槽钢传递给纵向工字钢,槽钢仅仅是直接传递荷载作用,没有作为梁结构进行受力,因此不必检算。至于两边人行通道,是槽钢简支承受,简支跨度仅1m,并且槽钢基本为满布,因此完全能够承受人行荷载。

  4.4.4 桩顶垫梁受力说明

  钢管桩顶的垫梁采用的是3根40a工字钢组焊结构,在承受纵梁工字钢传递的荷载时,主要是罐车轮压荷载,为安全起见,计算时假设70t罐车荷载全部压在垫梁上,结构图如图9。

  ①?|梁承受罐车荷载计算。

  垫梁结构计算模型如图10。

  垫梁的变形及应力结果如图11和图12。

  变形最大值是7mm。

  最大应力值是136.4MPa,能够满足要求。

  ②垫梁承履带吊施工荷载。

  对于履带吊在打桩时传递的荷载正好通过设置的短工字钢直接传递给钢管,因此垫梁受力较小,能够满足此工况的施工要求。

  ③垫梁悬臂端承受人行荷载检算。

  至于承受人行道荷载同履带吊荷载一样,同样能够满足受力要求。

  4.4.5 桩柱结构检算

  ①桩入土深度。

  钢管桩的入土深度不通过地质资料计算确定,可根据打桩施工情况确定。

  从上面的计算可知,单桩承载能力需要60t(履带吊施工时的最大荷载),施工时采用90kW振动锤进行打桩施工,直到钢管桩不再继续入土为止,根据以往施工及现场试验可知,单桩承载力能够达到60t以上,完全能够满足要求。

  ②钢管桩受力检算。

  钢管桩采用的是?准630-6型号的螺旋焊管,其参数如下:

  1)截面面积:A=11762mm2;

  2)回转半径:i=220.6mm;

  3)钢管计算高度:H=15m。

  根据钢管参数,当钢管应力达到140MPa时能够承受轴心荷载是140MPa*11762mm2=164t。完全能够满足48t承载的要求。

  当钢管作为轴心压杆,按15m自由长度考虑,两端为铰接,那么其柔度是λ=15000mm/220.6mm=68,通过查表得钢管在15m自由长度作为轴心压杆的抗压稳定折减系数?准=0.763,因此164t承载能力折减后的承载能力是125t,同样能够满足承载60t的要求。

  5 钢便桥施工方案

  ①钢便桥施工时应按设计位置进行准确放样,保证钢便桥位置和标高均能满足设计要求。

  ②施工用的各种材料必须采购正规厂家的合格材料,所有材料要有合格证明资料。

  ③钢便桥施工从南岸向北岸方向施工,逐跨推进。工艺流程如图13所示。

  钢管桩下沉首先在测量控制下钢管桩精确定位,方可进行沉桩施工,钢管桩沉放前先计算出每根钢管桩的所在位置的坐标。沉放时在正面布置一台全站仪观测定位,在打设钢管桩的过程中要不断检测桩位与桩的垂直度,发现偏差要及时纠正,按此方法,逐步完成每跨钢管桩的施工。

  第一跨钢管桩打好后,接着在管桩上焊接节点板,在吊机的配合下焊接剪刀撑及管桩桩帽,然后安装横、纵梁工字钢,布置槽钢,最后安装栏杆。

  第一跨钢便桥施工完成后,经施工现场技术人员检查合格后,50t履带吊上钢便桥开始第二跨钢便桥施工,以此顺延,完成全幅钢便桥施工。

  ④钢管桩运输、堆放。汽车根据现场施工进度组织分批运送至工地,避免钢管桩运输过程中受压变形破坏。钢管桩运输过程堆放按沉桩顺序可采用多层叠放,各层垫木位于同一垂直面上,但叠放层数不易超过三层,以保证行车安全。钢管桩起吊、运输和堆存过程中须避免因碰撞等原因而造成管身变形的损伤。注意在钢管桩沉放前再次检查管节焊缝。

  ⑤使用90kW的振动锤带液压夹下沉钢管桩,振动锤额定激振力为23t,可以满足本工程的要求。起吊设备采用50t履带吊机。

  钢管桩沉放应注意:振动锤中心和桩中心轴应尽量保持在同一直线上;每一根桩的下沉应连续,不可中途停顿过久,以免土的摩阻力恢复,继续下沉困难。沉放过程加强观测,钢管桩偏位不得大于5厘米,垂直度不得超过1%。

  ⑥钢管桩沉放完毕后,测设分配梁横向轴线,在各钢管桩在顺水流向适当位置开口,在保证梁底标高的前提下割平钢管桩头。

  6 其它注意事项

  ①钢便桥完工后要经常维修养护,发现沉降应及时处理,确保通车顺畅,并在两桥头设置警示标记牌。②汛期要安排人员值班,发现汛情及时报告,发大水时要派人及时对漂浮物进行清理疏通,以免影响排洪。③全体施工人员必须遵守安全生产制度,进入施工现场必须带安全帽;高空作业,必须系好安全带;水上作业,必须穿好救生衣;全体职工必须遵守安全操作规程。④应经常检查梁上螺栓有无松动现象,上下弦杆有无变形现象。如发现松动或变形现象应立即采取加固措施。⑤施工环境保护工作,必须贯彻“全面规划,合理布局,预防为主,综合治理,强化管理”的方针和“谁污染谁治理、谁破坏谁恢复”的原则。加强对施工人员进行环境保护的有关法律、法规的教育,使施工人员牢固树立环保意识,自觉遵守《环境保护法》及地方政府有关法规、条例,严格按设计施工。⑥生活垃圾定点堆放,掩埋覆盖,严禁四处乱扔。生活污水处理设化粪池,不直接排放。杜绝焚烧有毒废料(废机油、废塑料等)。从当地地表及地下水抽取水源时,盛水和抽水器具保持清洁,避免污染水源,并且注意节约用水。


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