跨海大桥栈桥平台设计及施工方案

跨海大桥栈桥平台设计及施工方案

一、工程概况

1、工程简介

七都大桥是跨越瓯江南汊连接温州和七都岛的主要通道。温州方向跨越江滨路与学院东路相接，七都方向与纬二路相接。中铁十局集团承建第2合同段，起点K4+016（20号墩），终点桩号为K5+137，与纬二路相接，本合同段主桥长 1.121km。其主要工程分布情况为：主桥68+3×120+68m 五跨预应力变截面连续箱梁桥，4×45m+5×45m移动模架造桥，4×20m+4×20m+3×20m现浇等高度连续箱梁；以及A匝道16×20米，B匝道9×20米现浇箱梁。下部构造为桩接承台，主桥部分基础为Ф200cm钻孔桩，引桥为Ф180cm钻孔桩，匝道桥为Ф150cm钻孔桩。

2、地形、地貌

根据钻探揭露，结合原位测试与室内土试成果，七都大桥桥址区地基土在勘察深度范围内可划分为10个工程地层。依次为填土、粘土、淤泥、含淤泥中细砂、中粗砂、粘土、卵石、圆砾混粘性土、卵石。

3、气候、水文

场区属亚热带海洋型季风气候，温暖湿润，雨量充沛，四季分明，全年无严寒酷暑，多年平均气温19.7℃，多年平均降水量为1700mm，降雨主要集中在5～6月的梅雨和7～9月的台风季节。温州为我国东南沿海台风的主要登陆点之一，多年台风统计频率2.4次/年，瞬时最大风力达12级以上，瞬时风速可达40m/s，定时最大风速达25m/s。

七都大桥跨越瓯江南汊，两岸陆域地貌单元属河口冲海积平原区，地形相对平坦，地面高程2.0～4.5m；桥位处江面宽约1300m。瓯江口属强感潮双向河口，潮流属不规则半日型潮，平均高潮位 2.712m，平均低潮位

-1.798m。

4、栈桥里程桩号

根据主桥跨瓯江的里程桩号，本栈桥设计里程桩号为K4+006-K4+597，设计总长为591米。

二、总体设计方案

1、设计通行能力

根据本栈桥的使用特点和设计意图，结合主桥施工需要，确定设计最大荷载为40吨的砼罐车，轴距2.5米，其主要荷载形式为：单位KN，cm

2、设计思路

本栈桥设计思路是先根据栈桥荷载计算出栈桥各部位材料型号，再通过对各种材料所受到的设计荷载和恒载进行验算，如发现不满足，则重新布设并验算，直至满足设计要求。

3、基本桥型布置

栈桥全长591米，设计为每跨15米（五节贝雷），共计40跨，桥面宽4米，全桥分为五联，分布情况为每联八跨。浅水位置栈桥基础采用Ф630*8mm钢管桩，24#-25#为深水位置，基础采用Ф800*10mm钢管桩, 桩距为3.7m；钢管桩横担为双拼I36b工字钢，长6.0m;贝雷上桥面系采用正交异性板，尺寸为3.78米*4米，桥面钢板为8mm。贝雷梁截面尺寸为3.0m ×1.5m，其分布尺寸分别为45cm+112.5cm+112.5cm+45cm,共计五排。贝雷内剪刀撑用［10槽钢，外剪刀撑采用［10槽钢，钢管桩连接系采用［20槽钢。护栏采用Ф50×5钢管。在深水区的钢管桩作哑铃式连接套筒。

本栈桥所在区域地质结构复杂，风、浪、潮、流等荷载具有较强的随机性且难以确定，水流对桩周土体的冲刷严重，台风、潮汛等灾害性气候时有发生，栈桥处于恶劣的自然环境之中。

三、设计资料

1、基本资料

表1：瓯江水中墩江底标高

钢管桩桩顶标高设计为+5米，考虑水流冲刷线为5米。

表2：钢管桩的桩长为：（经过试算确定）

设计栈桥顶面高程+7米，高于正常潮水位。

2、设计图纸

设计图纸见后附图。

四、材料数量表（见后附表）

五、设计验算

5.1贝雷梁稳定验算

本栈桥为多跨连续超静定结构，为简化计算，采取一跨静定结构为计算依据，这样对于整个结构是安全的。

考虑1.29的动载系数，其最大弯矩为1664KNM,最大剪力为480KN。

由《公路施工手册—桥涵》中可查得，对贝雷梁这种连续结构由外荷载产生的最大弯矩：单排单层为788.2KNM,最大剪力：单排单层为245.2KN。本栈桥设计为五排单层，五排单层结构承受的最大弯矩为788.2×5=3941KNM，最大剪力245.2×5=1226KN。

M max=1664 KNM <3941KNM

Q max=480KN<1226KN

故贝雷梁满足强度要求。

5.2桩基竖向承载力计算

本栈桥设计桩长见第2页表二

基本设计原则为入土深度17米，考虑5米的局部冲刷深度，钢管桩设计计算长度均为12米，各钻孔资料如下：

SZK6钻孔资料：（Ф630*8）

SZK7钻孔资料：（Ф630*8）

SZK9钻孔资料：（Ф800*10）

ZK2钻孔资料：（Ф800*10）

SZK10钻孔资料：（Ф630*8）

每跨栈桥上部结构自重为15吨，合150KN。桥墩为双桩结构，每墩受最大外荷载为372KN，故每墩所受合力为372+150=522KN,分配到单桩所受外力为P O=261KN。

打入桩采用开口桩形式,按照建筑桩基重要性系数取1.5，即计算得出的单桩承载力：Q UK≥1.5P0=1.5×261=392KN。

由开口桩承载力公式：Q UK=Q SK+Q PK=λS UΣq sk L i+λP q PK A P

λS开口桩侧阻挤土效应系数Ф630*8取1.0，Ф800*10取0.87

λP=0.8λS（因桩入土深度/钢管桩外径≥5）

SZK6钻孔资料：（Ф630*8）

Q UK=Q SK+Q PK=λS UΣq sk L i+λP q PK A P=1.0×3.1416×0.63×（6.6×30+5.4×12）+0.8×48×3.1416×0.63×0.008=521KN>392KN

SZK7钻孔资料：（Ф630*8）

Q UK=Q SK+Q PK=λS UΣq sk L i+λP q PK A P=1.0×3.1416×0.63×（4.8×30+7.2×12）+0.8×48×3.1416×0.63×0.008=456KN>392KN

SZK9钻孔资料：（Ф800*10）

Q UK=Q SK+Q PK=λS UΣq sk L i+λP q PK A P=0.87×3.1416×0.8×（6×30+6×12）+0.8×0.87×48×3.1416×0.8×0.012=552KN>392KN

ZK2钻孔资料：（Ф800*10）

Q UK=Q SK+Q PK=λS UΣq sk L i+λP q PK A P=0.87×3.1416×0.8×（3.5×12+8.5×16）+0.8×0.87×48×3.1416×0.8×0.012=390KN>392KN

SZK10钻孔资料：（Ф630*8）

Q UK=Q SK+Q PK=λS UΣq sk L i+λP q PK A P=1.0×3.1416×0.63×（5.9×30+6.1×12）+0.8×48×3.1416×0.63×0.008=496KN>392KN

通过上述计算，单桩承载力满足设计要求。

5.3钢管桩桩身稳定性计算

钢管桩是受压构件，先验算其局部稳定性

对于Ф630*8，D/t=630/8=78.75≤100= [D/t],无局部失稳问题

对于Ф800*10，D/t=800/10=80≤100= [D/t],无局部失稳问题

按桩身强度验算钢管桩的承载力

钢管桩按一端嵌固，一端自由方式计算，局部冲刷线以上均为自由端Pcr=π2EI/4L2其中E-钢材的弹性模量；I-桩截面的惯性矩π（D4-t4）/64；L-桩长