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 墩位 20# 21# 22# 23# 24# 25# 26# 27#

标高 -2.522 -2.002 -2.402 -6.882 -10.782 -11.602 -1.334 +3.4

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） 墩位 20# 21# 22# 23# 24# 25# 26# 27# 桩长 24.522 24.502 24.402 28.882 32.782 33.602 23.334 18.6 计算长度 20 20 22 26 33 35 23 19

数量 6 14 18 12 14 16 4 2

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。 Mmax=1664 KNM <3941KNM Qmax=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）

层次 层厚（m） 岩性描述 σ τ 1 11.6 中砂 100 30 2 12.4 含中砂淤泥 48 12 3 6 淤泥质粘土 60 16

SZK7钻孔资料：（Ф630*8） 层次 层厚（m） 岩性描述 σ τ 1 9.8 中砂 100 30 2 14.2 含中砂淤泥 50 12 3 6.3 淤泥质粘土 60 16

SZK9钻孔资料：（Ф800*10）

层次 层厚（m） 岩性描述 σ τ 1 11.0 中细砂 100 30 2 10.5 淤泥 50 12 3 8.7 淤泥质粘土 60 16

ZK2钻孔资料：（Ф800*10）

层次 层厚（m） 岩性描述 σ τ 1 5.3 中细砂 100 35 2 4.2 淤泥 50 12 3 10 淤泥质粘土 60 16 4 5.1 含砂淤泥质粘土 80 20

SZK10钻孔资料：（Ф630*8）

层次 层厚（m） 岩性描述 σ τ 1 10.9 含淤泥中细砂 100 30 2 11.9 含细砂淤泥 50 12 3 4.2 淤泥质粘土 60 16

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PO=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：QUK≥1.5P0=1.5×261=392KN。 由开口桩承载力公式：QUK=QSK+QPK=λSUΣqskLi+λPqPKAP

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） QUK=QSK+QPK=λSUΣqskLi+λPqPKAP=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） QUK=QSK+QPK=λSUΣqskLi+λPqPKAP=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） QUK=QSK+QPK=λSUΣqskLi+λPqPKAP=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） QUK=QSK+QPK=λSUΣqskLi+λPqPKAP=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） QUK=QSK+QPK=λSUΣqskLi+λPqPKAP=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 图图 对于A图，L=22米， Pcr1=π2EI/4L2=[3.14162×210×109×3.1416×（0.84-0.784）]/[4×64×222]=2073KN 对于B图，L=17米 Pcr2=π2EI/4L2=[3.14162×210×109×3.1416×（0.634-0.6144）]/[4×64×172]=1356KN 取安全系数为nst=4 Pcr1=2073KN>nstP0=1044KN；Pcr2=1356KN>nstP0=1044KN 故结构是安全的，为保证深水区Ф800*10的压曲稳定，我们采取在两桩上焊接倒牛腿，并下沉哑铃式套筒联系梁 见下图