一、水中墩工程概況
北江特大橋中心里程為dk41+968.68,橋長為13380.96m,其中115#~128#墩(dk39+303.
340~dk40+202.740)橋跨布置為:(40.
6+56+56+40.6)m連續梁+(59.9+90+59.
9)m連續梁+(73.9+138+73.9)m連續剛構+(59.
9+90+59.9)連續梁。大橋基礎採用鑽孔樁基礎,樁基直徑分別有125cm、150cm、220cm、250cm四種尺寸,主橋最大樁長73m。
本橋的117#~128#墩位於北江主河槽內,常年有水,橋址處北江水文資料:q1/100=14037m3/s、v1/100=0.95m/s、h1/100=10.
474m、h1/300=11.074m,h最高通航=9.784m ,h最低通航=0.
334m,h施工=8.63m。173#~181#墩位於北江分支南沙湧河道內;橋址附近百年一遇設計流量3550m3/s,百年與遇設計水位為9.
64m。主墩處河床面標高為-18m,-18m~-24m為砂層,-24m~-30m砂卵石層,-30m~-42m為強風化含礫砂岩,-42m~-52m為弱風化含礫砂岩,-52m~-73m為強風化含礫砂岩夾層,以下為弱風化含礫砂岩。
二、水文地質特徵
沿線地下水型別分為沿線地下水型別分為空隙潛水、基岩裂隙水。空隙潛水主要分布於北江及河漫灘的衝擊層、珠江三角洲平原和山坡坡麓鬆散堆積層中,基岩裂隙水主要存在於岩體構造節理、風化裂隙發育,水量一般弱至中等。
本橋地下水水質具有硫酸型酸性弱侵蝕。根據《鐵路混凝土耐久性設計暫行規定》,本工程混凝土結構碳化環境條件為t2等級,化學侵蝕環境條件為h2等級。
三、棧橋結構形式
為了確保水中119#~126#墩,以及起吊裝置,混凝土輸送車及幫浦車的通過及使用。北江主河道從123#、124#墩鑽孔平台向兩岸架設鋼棧橋123#、124#墩之間留出主航道,航道通航寬度95.6m;棧橋設定在橋梁中心上游20m處,在靠近橋墩位置搭設裝置作業平台。
鋼棧橋每個墩採用4根φ82cm、厚度10mm的鋼管樁作為橋墩,墩中心間距24m;採用貝雷梁作為主梁,橋面寬度為7m(棧橋橫斷面布置見圖3-1)。棧橋橋墩鋼管樁呈長方形布置,橫橋向樁間距5m,縱向樁間距3m。施工時,鋼管樁統一在岸邊接長,船運至墩位處,利用150t浮吊配合打樁船插打。
因橋墩鋼管樁長度較大,
圖3-1棧橋橫斷面布置圖
為增加棧橋橋墩的整體剛度,在每墩4根樁之間通過12根φ30cm鋼管連線加固(見圖3-2);樁頂上設定2工40作為橫樑,橫樑上按照1.2m的中心間距搭設6片貝雷梁作為縱樑,每兩片貝雷梁之間通過支撐架連線成一組;縱樑頂部縱向按0.75m的間距設定工25b分布工字鋼,工25b頂沿橋橫向按照33cm的中心距離設定[28,作為橋面(橋面布置見圖3-3)。
工25b型鋼與縱樑之間通過u型卡連線固定;同時在工25b之間採用[10呈45度角與工字鋼焊接,在貝雷梁底部按3m間距水平設定支撐架,以增加棧橋橫向剛度。鋼棧橋總體布置見(附圖
一、二)。
圖3-2 棧橋墩頂加固布置圖
圖3-3橋面布置圖
4、棧橋施工
1、施工流程
4-1 鋼棧橋插打施工工藝流程圖
2、棧橋基礎施工
由於河床為沙層,充分利用沙層震動液化的性質,採用振動法將鋼管樁下沉至一定深度,因為河床以下砂層最薄處只有6m,以下砂卵石層難以進行鋼管樁的插進,單樁結構的穩定性較差,所以採用以4根鋼管組成乙個墩的形式,以保證其整體的穩定性。並且在水上部分樁與樁之間由3根φ30鋼管連線加固。
鋼管樁施工採用150t浮吊配合90kw或120kw振動錘振動下沉,為了保證起吊、操作方便,同時確保施工安全,鋼管樁分兩節插打施工。由於水深在20m以上,鋼管樁首節長度需要在25m以上。
(1)首先在岸邊墩位進行鋼管樁對接和試打,檢驗鋼管樁對接工藝和機械夯打效率的可行性和安全性。
(2)經過施工放樣確定鋼管樁的位置,每次定位全站儀或兩台經緯儀通過角度交匯進行定位。施工時測量人員通過對講機與現場指揮人員聯絡,及時調整樁位,以滿足要求;同時要確保鋼管樁的垂直度,並多次精細調整進行定位。
(3)完成第一節插打後,在水面以上進行鋼管樁的對接,對接過程中要保證鋼管的垂直度,完成鋼管樁對接處滿接後,在鋼管樁外側採用4塊25×30cm同厚度的鋼板幫焊補強,以加強對接處剛度和強度;同時現場要專門派一名技術人員進行焊接質量檢查。完成鋼管樁接長後,採用振動錘繼續向下插打,因砂卵石層上部砂層較薄,施工時鋼管樁插打至無法繼續向下插打為止並保證鋼管樁底部插打到區域性線以下。
(4)將每個墩位的4根鋼管樁用φ30鋼管連線加固,使之連為一體,每兩根鋼管樁用三根φ30鋼管成三角形式連線。鋼管焊接爭取在一天水位最低時進行,最大程度的保證鋼管靠下連線,可提高鋼管間的連線剛度。φ30鋼管採取割口焊接,保證鋼管與鋼管樁之間滿焊。
3、橋面系施工
鋼管樁施工完畢,進行棧橋橋面系施工。
(1)首先對鋼管頂部按照+4.6m進行找平,隨後在橋墩橫橋向的兩根鋼管樁上搭設2根40工字鋼,並將工字鋼與鋼管樁焊接牢固,為加強鋼管樁頂部剛度,需要在每根鋼管樁上事先圍焊同厚度的鋼板,在工字鋼與樁頂接觸的腹板處兩側,豎向焊接肋板對工字鋼進行加強。工字鋼安裝時頂面標高按照+5m嚴格控制。
(2)在40工字鋼頂面安裝貝雷架縱樑,貝雷架縱樑在岸上拼裝成24m/片,每兩片利用1.2m支撐架橫向連線成一組。由駁船運輸到墩位處,採用浮吊吊裝就位並與前一孔樑端對接;每兩組貝雷架的中心距為2.
4m。施工中派專人指揮施工,並派專門技術人員對貝雷架的變形量以及貝雷架連線銷子安裝情況進行檢查,一切滿足要求後方可進行下道工序施工。
(3)在貝雷架縱樑上進行頂面型鋼鋪設,橫向鋪設工25b,間距75cm;工25b和貝雷架之間通過u型螺栓連線固定,工25b之間按照45度角斜向焊接[10以增加縱樑的橫向剛度。在工25b型鋼上縱向鋪設28槽鋼,槽鋼呈п型扣在工25b上,以槽鋼的腹板作為橋面,(見圖3-1);槽鋼和工字鋼之間通過焊接連線固定。槽鋼間距按照33cm控制,同時保證橋面寬度在7m,等一切施工完畢,進行橋面兩側護欄安裝。
棧橋欄杆高度1.1m,採用φ48鋼管加工,間距1.5m;欄杆縱向採用φ18鋼管作為圍欄,頂部縱向設定一根,中部設定第二根。
欄杆安裝完成後,採用紅白油漆按照25cm間距塗刷標識。
北江特大橋棧橋貝雷架檢算
一、結構布置如下圖
按照雙排加強結構布置進行檢算:
二、荷載
1、自重:
橋面分布工25b:42.01kg/m×7m/根×28根/跨=8234kg
橫向分布[28: 31.42 kg/m×21m/根×22根/跨=14516kg
貝雷架:270kg/片×7片/列×6列=11340kg
加強弦杆:80kg/根×14根/列×6列=6720kg
支撐架:21kg/片×6片/列×3列=378kg
銷軸:3kg/個×12個/列×6列=216kg
以上荷載合計: 41404kg 折算成均布荷載:19.716kn/m
(如不算貝雷架:22750 kg 折算成均布荷載:10.833kn/m)
2、汽車荷載
根據《公路橋涵設計規範》ⅱ級道路選取荷載(單車道)為:q=7.87kn/m p=437.3kn
三、彎矩計算
按照多跨連續梁最不利荷載組合:
mp=0.213pl=0.213×437.3×21=1956.04kn.m
mq=0.08ql2=0.08×(7.87+19.716)×21^2=973.2 kn.m
mp、mq彎矩疊加m=1956.04kn.m+973.2 kn.m=2929.27 kn.m
四、抗彎檢算
查閱裝配式鋼橋多用途施工手冊,三排單層加強布置時
w=23097.4cm3
σ=m/w
σ=2929270/(23097.4×10-6)=126.8mpa<273 mpa (210×1.3)滿足要求
五、抗剪計算
最不利荷載應該是外部荷載處於樑端時結構承受剪力最大,設重車的荷載為35噸,空車荷載為15噸(偏於安全,以上荷載已經包括了人群等施工荷載)。
根據荷載計算,樑端受到的剪力為:
(7.87+10.83)×21/2+350+150=696.35kn
150kn為雙向錯車時增加的空車荷載。
查閱裝配式鋼橋多用途施工手冊,此時可將其看做為3組單排單層加強組成
其最大抗剪力為:245.2×3=735.6kn>696.35kn 滿足要求。
通過本檢算,抗剪安全係數較小,施工時對橋墩附近貝雷架的豎桿及斜桿加強,增加抗剪能力,同時將橋墩頂部三組6片貝雷架連成一體,在貝雷架h/2處橫向增加一根φ28、長660cm的鋼管,沿貝雷架縱向每隔3m設一道橫向連線系,增強貝雷架抗剪穩定性。
六、北江特大橋棧橋40工字鋼檢算
40工字鋼受力情況如圖:
重車與輕車在樑端錯車時中間兩片梁分別承受1/2重車與輕車的荷載:
p1=35/2+41.404/12=209.5kn,
p2=15/2+41.404/12=109.5kn,
1、所以在工字鋼中部形成的最大彎矩荷載為:
mmax=m1+m2= (p2×1/3.2×3.5+ p2×1/3.2×3.5)/2=174 kn·m,
wz=1139cm3 2工40 w=1139×2=2278 cm3
∴174×103/2278×10-6=76.38mpa<=170 mpa,符合要求;
2、此時,工字鋼受剪力也越大
am=94.07cm2
=(p1×1/3.2+ p2×2.2/3.
2)/2/ am =(209.5×2.2/3.
2+109.5×1/3.2)/2/94.
07×10-4=17mpa<=170 mpa,符合要求。
七、結論
通過在檢算過程中計算調整,棧橋貝雷架按照三排單層加強布置,能夠滿足雙車道使用要求。在不錯車的情況下,通過最大汽車噸位為50t;考慮重車與空車錯車時,最大重車為35t,綜合上述檢算論證,棧橋安全係數為1.8。
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