钢栈桥桥设计方案

钢栈桥桥设计方案

沈海公路复线柘荣至福安段A9标跨交溪便桥设计方案

设计：

复核：

审核：

审批：

中铁一局沈海A9标项目部

二O一三年一月

沈海公路复线便桥设计方案

一、沈海公路便桥设计概况

沈海公路跨交溪便桥，位于坂中乡水质检测站上游100m位置，主要用途是满足工程车辆通行，设计最大载重量80t。

沈海公路跨交溪便桥设计采用多跨贝雷梁钢便桥跨越交溪，便桥总长210米，梁跨为 14×15米，便桥设计纵向与交溪垂直，桥面宽度为6.5m。基础采用直径1.0m钻孔桩基础，嵌入河床面以下微风化1米。上部采用4榀8片贝雷纵梁，2榀贝雷纵梁按70cm间距布置，横向每3m间距采用支撑架（900mm×1180mm）连成整体；桥面板采用20cm厚钢筋混凝土预制板，桥面系设总宽6.5米。防护护栏严格按照防护栏杆安全要求设置；便桥基础采用重力式桥台，详见沈海公路跨交溪便桥设计图。

便桥设置高度参照交溪常水位通航要求进行设置。

二、水文地质情况

便桥位置位于剥蚀丘陵间冲洪积河谷地貌，交溪实测（2012年12月4日测）水面标高21.5米，河水深度2-7米，水面宽度210米，水流流速较快。河床底面为全裸岩石，表面坚硬，且成斜面。

根据现场调查，沈海公路跨交溪便桥有通航要求，故便桥净空高出常水位4.5米设置。

三、便桥施工方案

根据图纸地质资料说明及现场实地考察，首先量测出两岸间距为210m，中央水深最深为7m，河滩最浅为1m，由于水深影响导致水上设备（浮吊、浮箱）不能到位，其次河床底覆盖层浅，洪水期水流冲击便桥横向稳定性差，所以无法用钢管桩直接插打锚固，结合以上原因，经多方研究采用以下方案施工。

便桥基础采用混凝土灌注桩，墩身采用直径630mm×10mm钢管桩。水中基础施工采用水中围堰施工，用砂卵石填筑至水面上1.5米高，打设钢护筒，采用冲击钻成孔，浇注底部混凝土并埋设预埋件，最后将预埋件与钢管桩焊接牢固。

施工顺序：

第一步

1、施工准备。填筑前选好土方来源，暂定土方利用便道挖方，为防止河水冲刷，填筑速度必须加快，填筑标高一次性到位，填筑高度高出现水位1.5m。

2、河道总宽约为210m，分两次填筑，第一次填筑顺线路起点方向，长度为90m，填筑顶面宽度为8m，填筑坡度为1:1.5.

3、河道填筑完成后为防止河水冲刷土方流失，在填筑过程中迎水面方向堆码砂袋，防止水流冲刷。

第二步

1、首先由测量组进行桩基放样，桩基布设原则为每15m垂直于线路方向打设3根φ1.0m钻孔桩，桩间距为5m，桩顶标高为22m（由现场实际水位确定），桩基础进入微风化岩1m。

2、桩基钢筋笼主筋采用16根φ16螺纹钢，箍筋采用φ8圆盘条，上部4m箍筋间距为10cm，下部为20cm，钢筋笼长度根据现场实际钻孔深度确定。

3、桩身采用C30砼灌注，灌注顶标高与填土便道顶面平齐，封孔标高现场技术员必须按照设计标高执行。

4、灌注完成后在桩顶预埋20mm厚钢板，尺寸为70*70*2cm（长*宽*厚），钢板底部设置φ20牛腿钢筋（具体见图）。

第三步

1、钻孔桩施工完成后在桩身顶部与已准备好的φ63cm钢管桩采用电弧焊焊接，焊接必须牢固，防止松动。

2、钢管桩长度为3m，顶面标高高出常水位4.5m。

3、对接完成后后在钢管桩顶部依次安装两排横向I550mm工字钢。

第四步

1、桩基完成后由测量人员放样出J匝道墩位位置，利用便道挖土方填筑J匝道桩基工作平台。

2、J匝道桩基施工平台填筑尺寸顺线路长为8m，宽为14m，周边填筑坡度为1:1.5。

第五步

1、上部贝雷梁采用4榀8片贝雷纵梁，2榀贝雷梁按70cm间距布设，横向每3m间距采用支撑架连成整体，桥面系设计宽度为6.5m。

2、桥面板采用钢筋砼预制盖板，盖板尺寸为6.5*1.5*0.2m（长*宽*厚），盖板摆放时必须稳固牢靠，并用U行卡连接。

3、安全防护栏杆根据安全防护栏杆要求进行防护，为保证栏杆稳固性，每8m垂直于梁面安装一根200mm工钢，防护栏杆部位涂刷红白油漆（可粘贴反光带，保证夜间行车安全）便桥两端头、中部各设置安全警示标牌。

第六步

在以填筑完成的J匝道桩基平台上打设钢板桩围堰，围堰尺寸为4*11m，围堰施工完成后进行下步工序施工。

第七步

1、拆除便桥及水中桩基，拆除前审批拆除专项方案，确保安全。

2、采用以上步骤对靠近G104国道侧进行同类施工，施工步骤同上。

四、安全保证措施

1、抓好安全教育，建立安全检查制度及防护措施；

2、以建设安全标准工地为载体，强化施工现场作业控制，在施工现场要布设安全警示牌、警告牌和宣传牌等。非施工人员不得进入

施工现场，施工人员进入现场必须配戴安全帽等；

3、加强现场用电管理，生产、生活用电按照有关规定架设线路。临时用电符合供电安全运行规程，并定期检查和防护，电工、电焊工等持证上岗，规范作业。

4、定期检查机械设备的安全保护装置和安全指示装置，以确保以上两种装置的齐全、灵敏、可靠。

5、施工过程中坚持以“安全生产”为中心，实行全员安全管理，定职、定责，使施工安全始终处于受控状态，确保施工安全。

6、为保证便桥航道和行人夜间行走安全,汛期时在每跨的跨中下面悬挂红色警示灯,在桥面顶设置路灯。

7、便桥上不得堆放材料。

8、靠近G104国道便桥端设置看守室，运输车辆上桥后，由专人指挥前进、后退，其他人员应立即避让。

9、平台上的救生衣、救生圈，作为应急物资，不得随意挪动。

在桥头设明显的限速限载标志。

11、便桥开始使用后，每周派专人对便桥的u型卡、桥面砼板、销子及所有焊接部位进行检查，一旦发现问题，应立即进行加固和补焊，同时按要求做好便桥检查记录

12、每天派专人在桥面进行巡视检查，桥面检查人员应谢绝无关的人员和车辆上桥，杜绝车辆超速，如发现异常情况应及时处理或向主管安全领导汇报。

13、汛期时加强对上游漂浮物的观察，对有可能危及便桥安全的不明漂浮物，要及时清除或向海事处拔打求助电话，以便快速清理、疏通。

14、通过便桥运送材料时，必须查清材料和运输车辆的重量，对难以计算的材料，装车后应先在电子磅称重检查，检查合格后方可通行，特殊情况下超载，须由主管领导签字。

15、对桥台和路基相接处要经常检查，路基沉陷时要及时修复，防止发生桥头跳车影响便桥安全。

16、每天做好便桥上电线、电路的检查，以保证用电安全。

17、泵送混凝土时,注意观察便桥的扰动情况。

五、水环保证措施

5.1 施工及生活废水的排放遵循清污分流、雨污分流的原则，各种施工废油、废液集中储积，集中处理，严禁乱流乱淌，防止污染水源，破坏环境。

5.2 施工作业产生的污水必须经过沉淀池沉淀，并经净化处理，符合要求后排放。

5.3 废弃物中不得含有有毒有害物质，避免雨水冲刷后对地表、地下水造成污染。

5.4 填筑前采集河道水样送水质监测站检测，检测结果留档；填筑过程中设专人进行水质送样检测，每2天采集筑岛下游水样送水质监测站进行水质检测，检测结果记录留档，若水质污染超标影响地方用水及生活，应立即停止填筑。

5.5施工中产生的泥浆应先经过沉淀后，排入指定地点，不得直接排入河流。

5.6临时运输道路经常洒水湿润，减少道路扬尘。对产生尘埃运输车辆和石灰等挥发性材料堆场加以覆盖，减少对空气污染，生产及生活垃圾定期处理，严禁焚烧有毒废料。

中铁一局沈海公路A9标项目部

2012年12月20日

沈海高速公路A9标段（交溪特大桥便桥）

便

桥

计

算

书

计算：

复核：

审核：

中铁一局沈海高速公路9标段项目部

二0一二年十二月

栈桥总宽6.5m，计算跨径为15m。栈桥结构自下而上分别为：4.5×2.5×6.5m重力式桥台、直径1000mm钻孔桩，直径630mm钢管桩、工550mm工字钢横担、“321”军用贝雷梁、20cm厚钢筋混凝土桥面板。

单片贝雷：I=250500cm4，E=2.1×105Mpa，W=3570cm3

[M]=1687.5 kn?m, [Q]= 245.2 kn

则EI=526.05×106kn?m2

（一）、荷载布置

1、上部结构恒载（按6.5m宽计）

（1）20cm厚桥面板：q1=6.5×0.20×25（容重）＝32.5KN/m

（2）“321”军用贝雷梁：每片贝雷重443.5kg（含支撑架、销子等）： q2=443.5/3×8×10/1000＝11.8KN/m

（3）护栏:q3=1KN/m

上部恒载线荷载q=q1+q2+q3 =45.3KN/m

2、活载

（1）汽-20级

（2）8m3混凝土搅拌运输车（满载）：车重20t，8m3混凝土20t （3）人群：不计

G2=(20+20) ×10=400 KN

（4）活载布置图1（两辆车会车，考虑混凝土罐车，单车重40t）

（二）支座最大反力计算：

车队载荷纵向分布图：

图1

R1=R2=ql/2+400=739.75KN

（三）贝雷纵梁内力验算

由于便桥是临时性建筑，主要载重车辆是混凝土车，并且满载时只允许单车通过，验算时荷载组合只考虑恒载+一辆汽-20级重车（布置在跨中，按简支计算）。

1、贝雷纵梁强度验算（荷载按照刚度分配，将作用力平均分配到每片纵梁上）：

M 恒= 8

ql 2=8153.542 =1274.1kn ·m 当车辆荷载布置对称在跨中时产生最大弯矩；

支座反力R1=R2=400KN

则有M 活=400×15/2-100×4.7-300×0.7=2320KN ·m

活载冲击系数按1.2及偏载系数1.5考虑，安全系数取1.2。

即M max =(M 恒+M 活大) ×1.2=(1274.1+4176) ×1.2=6540.12kn ·m

截面最大应力

δ=M max /Wx=6540.12×103 /（3570×8×10-6 ）=229MPa ＜[δ]=245MPa

<通过>

2、贝雷纵梁挠度验算

恒载：

EI

f 348ql 51max 4

==5× 45.3×154/（348×526.05×106）=0.0626mm 活载：（按跨中集中荷载计算）

==EI

f 48pl 2max 3400×153／（48×526.05×106）=0.0535mm 挠度叠加：

=+= 1.2×1max ×1.2×5.12max ）（f f f （0.0535+1.5×1.2×0.0626）×1.2=0.2mm

3、抗剪力验算

贝雷梁单片抗剪力为24.5t ，根据以上计算可知支座最大反力为车辆正好通过支座时：

Rmax=（400×1.2×1.5+45.3×15/2）×1.2=1271.7KN

允许抗剪力为：8×245=1960KN>Rmax(抗剪通过)

4、横担梁计算

横担梁采用双工550a 工字钢，与墩顶连接，车辆位于墩顶位置时为最不利布置。

（每作用点受力84.94KN）

R活=400KN（车辆单侧作用力200KN）

最不利荷载布置荷载简化为

惯性矩Ix=655760000mm4；截面模量Wx=2342000mm3；

单位重量:106.273Kg/m；

查表路桥施工计算手册可得，最大弯矩系数为0.188，最大剪力系数0.688

支座反力系数分别为0.312、0.688、0.312

故：支座反力分别为R1恒=R3恒=84.94×2×0.312=53KN R2恒=84.94×2×0.688×2=233.6KN

R1活=R3活=400×0.312=124.8KN

R2活=400×0.688×2=550.4KN

恒载弯矩：M恒=84.94×2×2.5×0.188=79.8KN·m

活载弯矩：M活=400×2.5×0.188=188KN·m

荷载组合：Mmax=（M恒+M活×1.2）×1.2=366.48KN·m

δ=M/W=366.48×106/(2×2342000)=78.3MPa<[δ]

横担梁满足要求。

三、桥台结构验算

沈海公路跨交溪便桥下部结构采用重力式挡土墙，墙高 6.5m ，基础采用4.5×2.5×1mC20片石砼，墙身为M7.5浆砌片石，挡土墙墙顶向下2.53m 为C30砼，挡墙面坡比1：0.3。

(一)桥台挡墙计算

说明：假定墙背垂直、光滑、填土表面为单一平面，采用朗

金理论主动土压力计算，结果偏于安全。

该挡墙墙身为C25砼，容重γk=25kn ，墙

身长度8米，基础为C20片石混凝土，基

础高度2.5米。挡墙按照重力式设计计算，

墙高总高4.5米，填土为粉质粘土，容重

γ=18KN/m 3；摩阻角ω=210。挡墙面坡比1：

0.3基底内摩擦f=0.35,基底承载0.2MPa 。

挡墙汽车荷载换算

假定搭板为刚性，如图换算度h =

γ?A N =18 75800??=1.26米 朗金主动土压力系数：

)245(02ω-=tg K A =)22145(0

2-tg =0.472 ==+-=0.472×5.76×2-0.472×5.76×18×2

12ka 2k 21a 22a 2γγH H E 133KN

挡墙稳定性验算

1、挡墙自重G=423KN

2、挡墙重心由图知X1=0.89，Y1=2.39(CAD软件查询)；如图：对x轴起矩可得：Y心

3、挡墙滑移稳定性验算

参考《查路桥施工计算手册》取f=0.35

由重力式挡土墙滑动稳定性公式：

X Y

E E

K

）

（+

=

w

c×f=1037×0.35/206.2=1.76>1.3

<可>

即挡土墙不发生墙身沿基底的滑动破坏。

4、挡土墙倾覆稳定性验算

对挡墙趾点起矩：

抗倾覆力矩：m1=G×X1=1037×0.89=923kn·m

倾覆力矩： m2=Ea×Y1=206.2×2.39=493 kn·m 抗倾覆力矩>倾覆力矩，挡墙稳定性满足要求。四、便桥桩基础及墩身验算

由横担梁计算中可得最大支座反力（三根立柱）：

支座反力分别为R1恒=R3恒=84.94×2×0.312=53KN R2恒=84.94×2×0.688×2=233.6KN

R1活=R3活=400×0.312=124.8KN

R2活=400×0.688×2=550.4KN

横担梁自重：106.27×2×6×10=12752N=13KN

查表可得均布荷载支座反力分别为R1=R3=13/2×0.375=2.4KN R2=13/2×0.625×2=8.2KN

钢管桩最大受力组合（安全系数取2）=（8.2+233.6+550.4×1.2）×2=1804KN

墩身及基础按7米计，采用直径630mm ，壁厚10mm 的钢管桩，内夯填砂子，顶部浇注50cm 混凝土。

单根柱重量G=16.8KN

立柱钢管的特性：D=630mm;d=610mm;A=24806mm0.01946 I=）（44d -64D π

=0.9×109mm 4=9.3×10-4m 4 r=A I =0.22；长细比=L/r=31.8；ω=1.02-0.552

10020??? ??+λ=0.872 强度验算：б=N/A=92.7MPa<210MPa

稳定性验算：б=N/ωA=106.3MPa<210MPa

强度和稳定性满足要求，同时钢管桩内灌注砂子并浇注混凝土，

桩基础计算：便桥基础

圆形轴心受压构件，直径1000mm，受轴力1804kN，计算长度7000mm。

构件采用C30混凝土。配置Φ16 II级钢筋。钢筋至边距50mm。

按最小配筋率

As'=3141.6mm2

钢筋根数为16

实际As'=3217mm2

五、桥面板计算

桥面板采用C30混凝土，单块板尺寸为：1500mm×6500mm×200mm；车辆单轴单侧承载200KN，车轮宽度60cm，均布荷载q1=333KN/m;混凝土桥面板均布荷载：q2=0.5×0.2×25=2.5KN·m。

1、荷载计算

荷载布置按照隔跨布置为最不利荷载，将一个轴布置在最大跨中，由于桥面板在中部分开，故可简化为单跨简支梁（偏安全），布载如图：

车辆荷载产生最大弯矩：M1=33.7KN·m；

考虑荷载冲击系数1.2，安全系数1.2，

可得跨中最大弯矩：M=(M1×1.2+M2)×1.2=48.8KN ·m

支座处最大剪力为：V=213.5KN.

2、配筋计算

采用C30混凝土。主筋采用直径16mm 二级钢筋，上下两层，间距200mm ，净保护层3cm ，构造钢筋（箍圈）采用直径10mm 一级钢筋，间距200mm 。

（1）求受压区高度x

钢筋重心距离截面下缘的距离

有效高度

00-200-38162s

h h a h mm ===

计算截面受压区高度

bx f A f cd

s sd = 3101607.6822.15151500

sd s cd f A x mm f b ?===? 022.150.5516289.1b x mm h mm ξ=<=?=

满足要求。

（2）正截面承载能力验算

从荷载组合表知，最不利截面48.8M KN m =?，而构件抗弯承载能力为

)2/-(0x h bx f M cd u =

15150022.15(162-22.15/2)u M =???

75.3KN m =?

0 1.248.858.56M KN m γ>=?=?

1.5ρ0.450.450.21%0.2%310

t y f f =?=?=> min ρ0.21%=

又 min 01607.68ρ0.66%ρ0.21%1500162

S A b h ===>=??， 故截面复核满足要求，设计安全。

（3） 斜截面抗剪验算

①验算截面尺寸是否符合要求

mm b 1500=，0162h mm =，,cu k f 为C30（混凝土强度等级）

，h w /b=162/1500<4,代入下式得：

,00.25c c cu k V f bh β=

00.251151500162911.25 1.2213.5256.2c d V KN V KN

γ=????=>=?=

满足要求。

②验算是否配箍筋

根据《混凝土结构设计原理》，可知：

00.70.7 1.51500162255.15218.5 1.2262.2t f bh KN KN =???=

需要配置箍筋。

竖向箍筋采用2个直径为10mm Φ=的R235的普通钢筋，箍内各设一根吊钩，箍筋间距S 200v mm =，则： min 478.5228.26ρ 1.24%ρ 1.2%1500200

sv sv v A bS ?+?===>=? 满足最小配筋率要求。

③斜截面验算 000.7h 1.25h s cs t y nA V f b f s =+ 285.26262.2cs V KN KN =>

故，不设弯起钢筋，斜截面抗剪满足要求，配筋图如下：

（4）裂缝宽度验算

钢筋混凝土构件在正常使用极限条件下的裂缝宽度，应按照作用短期效应组合，并考虑长期效应影响进行验算，且不得超过规范规定的裂缝限制。Ⅱ类环境验算的裂缝宽度不应超过0.3mmP 。

矩形截面混凝土构件的最大裂缝宽度tk W 可按照下式计算：

()max 12330.1ss s d W C C C c mm E σρ??=+ ???

式中：

1C ——钢筋表面形状系数，对带肋钢筋0.11=C ；

2C ——作用长期效应影响系数，s

l N N C 5.012+=；其中l N 和S N 分别为按作用长期效应组合和

短期效应组合计算的内力值；

3C ——与构件受力性质有关，钢筋混凝土受弯构

件0.13=C ；

d ——纵向受拉钢筋直径（mm ）

； ρ——纵向受拉钢筋配筋率，对钢筋混凝土构件，

当ρ<0.03时，取ρ=0.03；

c ——最外排受拉钢筋外边缘距受拉区底边的距离；

ss σ——由作用短期效应组合引起的开裂截面纵向

受拉钢筋在使用荷载作用下的应力；

s E ——钢筋弹性模量，MPa 。

在使用荷载作用下的应力按下式计算：

048.4213.60.870.871607.68162

j

ss s M MPa A h σ===?? 荷载长期效应影响系数按下式计算： 210.5 1.5l s

N C N =+= 取0.11=C 0.13=C 52.110s E MPa =?

1607.680.01410.032381500

ρ==

max

5213.6161 1.513300.10.2192.1100.03W mm ??=????+?= ???? 对于Ⅱ类环境，允许裂缝宽度为0.3mm ，max max []0.3W w mm <=。