浅析桥梁桩基钢平台在施工中的应用

　　摘要：本文结合梅州西环高速公路工程实例采用理论计算方法，进行桥梁桩基钢平台的设计和施工控制，效果比较理想，根据受力情况和施工设计图，采用了简洁的钢平台、钢便桥结构。
　　关键词：桥梁，钢平台，施工
　　1工程概况
　　梅州西环高速公路程江至三角段梅江大桥位于三龙水电站下游与宪梓大桥之间，在宪梓大桥上游约300米跨越梅江。
　　梅江大桥桥型布置上部采用10x40米预应力混凝土连续T梁，交角90o，下部桥墩采用薄壁花瓶墩，基础采用冲孔灌注桩，桥梁全长411.5m。其中梅江大桥2＃、3＃、4＃、5＃、6＃号墩位于梅江河中，共20根桩，为解决施工行人及在水上冲打主桥桩基础问题，需建钢便桥和施工钢平台。
　　2地形条件
　　梅江呈北西流向，“U”形河谷，两岸各有一级阶地，滩槽分界明显，河床标高较缓，起伏变化小，平常水位受上游三龙水电站控制，测时水位为75.2米。
　　3钢平台及钢便桥设计
　　由于梅江上没有浮吊，考虑吊装作业需要，在桥址左右幅中间搭设一座钢便桥，为了避开桥墩承台施工时基坑开挖的位置，钢便桥的跨径按9x4+12+9x3+12+9+12+9+12+9x3+12+9x2+12m布置，总长198m，宽6.0m，净宽5.0m，考虑以后承台施工需要，主桥墩位处缩小为3.74m，横跨梅江。钢便桥基础主要采用Φ630mm钢管桩，每墩设2根，纵横向均设剪刀撑。由于本桥处于R=1200m的曲线上，所以钢便桥施工时，放样要力求准确，线型圆顺，以免影响其他工程施工。梁部采用贝雷片，按上承式搭设，单层双片布置；横梁采用30号工字钢，间距60cm，桥面密铺[22槽钢。受实际地形影响，为便于车辆通行，钢便桥标高比河堤路面低2.5米，通过引道接顺。钢便桥为吊装作业的主要场地，不允许其他车辆通行，具体设计见“梅江大桥钢便桥、钢平台设计图”。
　　钢平台以Φ630mm钢管桩为基础，每座钢平台下设置8根，纵横向均设剪刀撑。钢管桩顶采用双排I40a联结，具体联结方式为：2I40a工钢镶入钢管桩顶部，在2I40a底端与钢管桩接触面处加焊800x180x10mm钢板并加焊支撑。横向采用I30，间距60cm，平台顶面在钢护筒范围外铺设厚5cm脚手板，脚手板上铺设两排[22槽钢，桩机置于槽钢上。每个钢平台的平面尺寸为14mx6m，要求布置一台冲孔钻机和主要设备，平台及平台间通过钢便桥连接。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　4泥浆循环系统及环保措施
　　由于桥位处属于二级水资源保护地，水环境保护敏感，因此，对于钻孔桩施工，要尽量减少泥浆排放对江河的污染，要求泥浆零排放。
　　施工时利用相邻钢护筒做循环池，在岸上设储浆池，泥浆通过泥浆槽排到循环池及储浆池里，同时，准备泥浆船，存放钻渣及运输灌注混凝土时排出的泥浆，保证泥浆不流入梅江。
　　5钢平台、钢便桥施工
　　5.1按图纸要求放线，偏差不大于10cm。
　　5.2先搭设钢便桥，再施打钢平台的钢管桩及钢护筒。钢便桥的搭设采用逐孔延伸搭设的办法，利用已搭设的段落做吊装场地，搭设下一段钢便桥。
　　5.3全部钢管桩及钢护筒采用震动锤震动下沉，钢管桩入河床深度最小不少于6m，并且满足承载力要求，其终止条件为50t振动锤施打时每分钟进尺≤30cm。
　　5.4每座平台下设置8根Φ630x8mm钢管桩，平台纵向钢管桩用双排I40a联结，具体联结方式为：2I40a工钢镶入钢管桩顶部，在2I40a底端与钢管桩接触面处加焊800x180x10mm钢板，扩大局部承压面积，全部钢管桩焊缝必须饱满且具有足够的强度。
　　5.5施工钢管桩时应严格控制垂直度≤2%，中心偏位≤15cm。
　　5.6平台顶面除堆放重物处用钢板铺设外，其余均用木板铺设。
　　5.7平台周边均设置扶手，高度不少于1.2m，并用红白油漆均匀间隔标识警示，并设置救生衣，救生圈。
　　5.8钢便桥通航孔上下游侧6米处各施打Φ350mm钢管桩防撞护桩2根，并用反光漆标示，各钢便桥钢管桩之间用彩绳（或反光胶带）相连，防止船只碰撞，夜间在防撞桩顶部安装警示灯。
　　5.9钢平台、钢便桥钢管桩间均设纵、横向剪刀撑。
　　5.10设置一条交通船（兼作救生用），配置专人值班。
　　6泄洪措施
　　梅江河河床宽缓，河水主要受大气降水和上游水系补给影响，枯水期水流量较小，洪水期水流量大。上游约800m为梅县三龙水电站，洪水期要进行泄洪，泄洪期对梅江水位影响很大，施工中必须考虑。主要采用以下应对措施：
　　A、与水电站保持密切联系，做到泄洪前及时通知项目部做好应对措施；
　　B、合理组织施工，薄壁墩、盖梁尽量安排在旱季施工，避开洪水期；
　　C、合理设计钢便桥、钢平台标高，并考虑洪水及漂浮物的冲击，确保稳定。
　　7附图：《梅江大桥钢便桥、钢平台设计图》
　　8钢平台及钢便桥受力检算
　　8.1钢平台受力检算
　　8.1.1平台荷载计算
　　A.恒载：
　　Q=14×4×24.05＋12×2×2×0.05×0.39＋6×38.1×21＋14×67.6×4＋14×158×8
　　＝277KN
　　Q恒＝Q/8
　　=35KN
　　B.活载：
　　①钻机设备240KN
　　②施工荷载，考虑：砼120KN+钢筋笼80KN+人群15KN=215KN
　　Q活=(①+②)/2
　　=228KN
　　C.每根钢管桩的最大荷载：（每个平台有8根钢管桩）
　　Qmax=（Q恒+k1•Q活）
　　=35+1.2×228
　　=309KN
　　注：k1—为冲击系数取1.2
　　8.1.2计算图式：（见右图）
　　8.1.3钢管桩的容许承载力计算
　　查《公路桥涵地基与基础设计规范》P31沉入桩的容许承载力
　　[P]=1/2•U∑αiliτi
　　u—桩的周长（m）
　　li—各土层厚度
　　τi—各土层与桩壁极限摩阻力，根据设计图，砂砾τi＝75KPa，强风化粉砂质泥岩τi＝85MPa，弱风化粉砂质泥岩τi＝110MPa。
　　根据K3+555钻孔钻探资料计算钢管桩的承载力，砂砾层厚1.3m，强风化粉砂质泥岩厚1.2m，弱夹强粉砂质泥岩厚3.5。
　　αi¬—对锤击桩αi=1.0。
　　[P]=1/2×3.14×0.63×（1.0×1.3×75＋1.0×1.2×85＋1.0×3.5×110）
　　=578KN>Qmax=309KN(可以)
　　注：钢管桩底口和内侧的承载力未计入，作为安全储备。
　　8.1.4钢管桩稳定性验算
　　钢管桩稳定性按压杆稳定问题计算。钢管桩外径630mm，壁厚8mm。
　　贯性矩：I=π(D4-d4)/64
　　=7.56×10-4m4
　　面积:A=1.57×10-2m2
　　回转半径:i=
　　=0.22m
　　长细比：λ=μL/i（μ取2）
　　=2×9.1÷0.22
　　=82.7
　　查《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，轴向受压构建的纵向弯曲系数φ1＝0.698
　　计算轴向力N=φ1[σ]A
　　=0.698×140×106×1.57×10-2
　　=1534KN>Qmax=309KN（可以）
　　8.2钢便桥受力检算
　　钢便桥单层双排布置4片贝雷片，跨度9～12米。钢便桥主要承受吊装桩机及钢筋笼时的荷载，主要考虑上一台25吨吊机，因此按40吨设计。
　　8.2.1工30横梁受力检算
　　25T吊机行使状态整机自重26.4T，中、后轴共重20T，轴距1.35m。由于吊装作业时，吊机的支腿支撑到两侧贝雷片上，此时横梁不处于受弯状态。
　　所以，40T车辆通行时工30横梁的受力情况为最不利状态。40T车的单轴重按20T计算。
　　工30横梁的受力图式如右图：
　　P=1.3×200÷2÷2+0.3649×6÷2
　　=66KN
　　Mmax=66×0.98
　　=64.7KN•m
　　σ=Mmax/Wx
　　=64.7x103/472.3x10-6
　　=137MPa
　　<[σw]=145MPa（可以）
　　工字钢挠度计算：
　　根据《公路桥涵设计手册•基本资料》：
　　fc=
　　=
　　=5.1x10-3(m)<==6.3x10-3（可以）
　　
　　8.2.2贝雷片受力检算
　　由《公路施工手册•桥涵》下册可知，双排单层钢便桥在拖－60荷载作用下，最大跨度可达18米，考虑挠度控制需要，本方案的最大跨度为12米，因此本方案是安全的。
　　8.2.3钢管桩受力检算
　　当桥面荷载为40t时，基础每根钢管桩受力为1.3×40÷2＋(412÷198)×12÷2(恒载)＝38.5t，由前面计算可知，每根钢管桩的容许承载力为59t，因此，钢管桩满足承载力要求。
　　钢管桩稳定按压杆稳定问题计算。钢管桩外径630mm，壁厚8mm。
　　贯性矩：I=π(D4-d4)/64
　　=7.56×10-4m4
　　面积:A=1.57×10-2m2
　　回转半径:i=
　　=0.22m
　　长细比：λ=μL/iμ（取2）
　　=2×8.1÷0.22
　　=73.6
　　查《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，弯曲系数φ1＝0.752。
　　计算轴向力N=φ1[σ]A
　　=0.752×140×106×1.57×10-2
　　=1652KN>Qmax=385KN（可以）
　　由以上计算可知，本方案是可行的。
　　9总结
　　总之，通过精确计算，既保证了施工需要又保证了施工安全，而且经济实用，全线施工完成无发生施工事故。今后类似工程项目值得借鉴。
　　参考文献
　　1. 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，人民交通出版社
　　2. 《公路施工手册•桥涵》，人民交通出版社
　　3. 《建筑施工手册》第四版，中国建筑工业出版社

《浅析桥梁桩基钢平台在施工中的应用》

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