225省道南延工程钢便桥设计方案与施工组织设计

'1#拌和站钢便桥设计方案单位:中交一公局万利万达高速公路项目总承包部二0一三年十二月五日 1、适用范围和编制依据1.1适用范围万利七分部1#拌和站钢便桥1.2编制依据1.2.1、业主关于225省道南延工程钢便桥的要求；1.2.2、现场踏勘、调查所了解的信息；1.2.3、设计院提供的地质报告；1.2.4、有关标准、规范文件；1.2.5、我公司现有生产及施工技术水平。2、编制原则和管理目标2.1编制原则本公司在认真领会业主对本项目意图和对现场考察基础上，便桥设计主要考虑单车单向通行（汽-20，履-50，拖-80）。由于该便桥通行时间较长，且交通量较大，因此桥梁等级相对于一般便桥较高。2.2管理目标工程质量目标：“合格”。制定并严格执行各项施工保证措施，确保工程质量。加强便桥的维护、保养。确保通行畅通、安全。施工工期：2011年8月10日至2011年9月15日。保证重点，兼顾一般，统筹安排，科学合理地安排进度计划，组织连续均衡而又序艺衔接紧凑的现场施工，确保施工工期。2.3、采用或参考的主要技术规范 2.3.1、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）2.3.2、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）2.3.3、《工程建设标准强制性条文（公路工程部分）》2.3.4、《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）2.3.5、《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94）2.3.6、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）2.3.7、《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）2.3.8、《公路路基施工技术规范》（JTJF10-2006）2.3.9、《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）2.3.10、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）2.3.11、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）2.3.12、《公路路基路面现场测试规程》（JTGE60-2008）2.3.13、《公路路面面层施工技术规范》（JTGF40-2004）2.3.14、《公路桥涵施工手册》2.3.15、《材料力学》（教科书）2.3.16、《墩台与基础》（公路桥涵设计手册）3、工程概况3.1、项目基本概况新建工程位于如东县新店镇，横跨飞路河。河口宽度50m，路中线与河道正交，通航等级VII级，最高通航水位为3.01m(国家85高程)，允许通航净高大于3.5m。本临时便桥允许通航净宽18m，航道中心线与河道中心线一致，拟建便桥位于新建工程西侧。 3.2、自然条件场区地貌类型属于长江三角洲冲积平原区，处于长江三角洲的近前缘地段。地势平坦开阔，地面自西向东微倾，海拔高度一般2-4m，东高西低。人工改造的河、沟渠纵横交错，水系丰富。3.3、地质概况：勘探深度内地层主要为第四系全新统冲海积物，岩性自上而下依次为素填土、亚粘土、淤泥质亚粘土（夹粉砂）、粉砂夹亚粘土、亚粘土、粉砂。（详见地质报告）4.钢便桥设计4.1概况4.1.1、设计方案概况设计便桥采用双排单层“321”军用贝雷梁搭设，其纵、横梁均采用标准部件组建，同时设加强弦杆。桥墩基础采用ø50cm×1cm钢筒桩，入土深度12m，桥台采用砼桥台，台后填土接顺，纵坡2.5%，边坡为1：1.75，接坡顶面宽7m。桥面净宽3.7m，跨径组合21m+27m+21m。便桥通行能力，汽-20、拖-80，“小心慢行”（指不考虑车辆冲击系数）。（选用标准《公路施工手册-桥梁》下册第1043页，表20-1中，双排单层加强型，满足中孔跨径27m）。4.1.2、技术标准4.1.2.1便桥：21+27+21双排单层加强型标准“321” 军用贝雷桥4.1.2.2通航等级VII级，通航净空大于3.5m，通航净宽18m。4.1.2.3高程引用标准：国家85高程4.1.2.4河底高程-0.294.1.2.5便桥通行能力，汽-20、拖-80，“小心慢行”，单向通行，保持车距25m。4.1.3、采用规范及引用依据4.1.3.1业主传真文件及初步方案会议精神。4.1.3.2《公路施工手册-桥梁》下册4.1.3.3《材料力学》（教科书）4.1.3.4《墩台与基础》（公路桥涵设计手册）4.1.3.5《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）4.2钢便桥设计4.2.1结构尺寸及标高的确定4.2.1.1节点高程的确定①通航最高水位：3.01m②通航净高：3.5m③贝雷梁的挠度及施工预控高度：0.59m④加强弦杆截面高：0.1m⑤贝雷梁桁片下杆截面高：0.1⑥横梁截面高：0.27m⑦纵梁截面高度：0.1m ⑧桥面板厚度:0.01m（采用防滑钢板）梁底标高①~④：7.1m台帽背墙顶高程①~⑧：7.68m柱顶标高：6.52m贝雷梁下采用纵向32a工字钢，横向25b工字钢及垫板1cm钢板钢筒桩入土深度12m，河底标高-0.29桩底标高：-12.29m桩长：18.81m附图：桥墩一般示意图044.2.1.2桥台尺寸的确定采用双排单层加强型贝雷桥，细部尺寸见贝雷桥断面图。根据断面图尺寸，贝雷梁外清尺寸5.3m，桥台挡块30cm宽，高30cm，间隙5cm（橡胶板填充），道路顶宽7m因此桥台台身长7m，背墙高度0.58m。自然地面标高为3.1~3.2m，拟承台顶标高为2.6m，承台采用三级台阶，每级高60cm，砼刚性角为40度（设计院提供），因此承台底尺寸为5.621*10.018。（见桥台示意图3）初步桥台尺寸设计为：台身：7(底长)×2.6（底宽）×4.5（高）（梯形），背墙高:0.58m承台(底):5.621×10.0184.2.2桥台验算4.2.2.1荷载的计算及组合 4.2.2.1.1恒载计算取值：混凝土γ1=25KN/m3台后填土γ1=18KN/m3填土的内摩擦角φ＝30°（设计院提供）上部荷载为贝雷梁的荷载双排单层贝雷桥材料用量表（参见《公路施工手册-桥涵》下册第1044页）序号部件名称部件重量KN跨径内数量合计数量合计重量KN21m跨径荷载KN21m27m1桁架2.7283692248.475.62加强弦杆0.84056136108.8323销子0.0310413634410.323.124横梁2.45172155134.7541.655横梁夹具0.0356721845.521.686无扣纵梁1.0528369296.629.47阳头端柱0.692　42.761.388阴头端柱0.072　40.280.149斜撑0.111620525.721.7610支撑架0.211418469.662.9411抗风拉杆0.3314184615.184.6212护轮木0.4422267030.89.6813弦杆螺栓0.02801122725.441.614斜撑螺栓0.000532401040.0520.01615撑架螺栓0.000556721840.0920.02816护木螺栓0.0002881042800.0560.0176178mm防滑钢板　　　　177.6654.07合计重量（KN）852.09259.70241）上部恒载：P=130KN，е=0m(偏心距，下同) 1）恒载计算:弯矩按顺时针为“负”，逆时针为“正”，偏心矩在基底中心轴右为“负”，基底中心轴左为“正”①P=0.58×0.4×7×25=41KN,е=-0.4m，M=-16②P=1.6×4.5×7×25=1260KN,е=0m③P=0.5×4.5×7×25/2=197KN,е=0.967m,M=190④P=5.08×0.5×7×25/2=222KN,e=-1.133m,M=-252⑤P=0.6×3.607×(7+0.503×2)×25=433KNP=4.614×0.6×(7+0.503×4)×25=624KNP=5.621×0.6×(7+0.503×6)×25=845KNe=0⑥P=0.5×5.08/2×18×7=160,e=-1.133M=-181⑦P=1.51×5.08/2×18×7=483KN,e=-1.855,M=-896⑧P=130,e=0∑M=-1155KN.m∑P=4395KN 承台受力简图（一)4.2.2.1.2土压力计算桥台主动土压力，按库仑公式计算，按桥上无荷载，台后有车辆荷载进行最不利的计算。以侧墙后缘垂线作为假想台背，a=0，取台背与填土间的外摩擦角δ＝φ2/3＝20°（内摩擦角φ=30°）μa=0.2974.2.2.1.2.1台后破棱体上有汽车荷载时破坏棱体长度L0=HtanH-填土高度5.08m -内摩擦角30度δ-外摩擦角a=0=5.08×0.374=1.9m由汽车荷载换算等代土层厚度：∑G一辆车两后轴重=2*120=240KNB-台身长7m土-土的容重18KN/m3=1mA计入汽-20级荷载的影响，后台主动土压力：土-土的容重18KN/m3H-填土高度5.08mh-等代土层厚度1mB-台身长7mμa主动压力系数0.297=673KN其水平分力: 作用点离基础底面的距离:对基底形心轴的力矩:竖直分向力:作用点离基础底面的距离:对基底形心轴的力矩:B计入拖-80级荷载的影响，后台主动土压力：∑G一辆车两后轴重=2×200=400KN=1.67m土-土的容重18KN/m3H-填土高度5.08m h-等代土层厚度1.67mB-台身长7mμa主动压力系数0.297=800KN其水平分力:作用点离基础底面的距离:对基底形心轴的力矩:竖直分向力:作用点离基础底面的距离:对基底形心轴的力矩:4.2.2.2荷载组合对于承台抗倾及抗滑，荷载组合为桥后有荷载，桥上无荷载。 由上计算可处采用拖-80荷载进行验算。荷载组合后：水平力：N=752KN竖向力：P=4395+274=4669KN力矩：M=-1155-493+1527=-121KN.m4.2.2.3基础稳定性验算，=b/2=5.621/2=2.81，=121/4669=0.026K0=2.81/0.026=108>[k0]=1.5（1）滑动稳定验算满足要求。4.2.2.4地基强度验算基底应力验算=4669/(10.018×5.621)121/(1/6×10.018×5.621×5.621)=82.92.29KN/m2=[]=100KPa>[]=97KPa地基承载力符合要求 4.2.2.5基底偏心距验算应满足=W/A=1/6.b=5.621/6=0.94=121/4669=0.03<0.75×0.94=0.7满足要求4.3墩设计及计算4.3.1．概况采用四根ø50钢筒桩，=10mm,横向间距4.65m，纵向间距1.25m。4.3.2荷载组合：上部构造贝雷梁重：852.09/69=12.349KN/m1)纵横梁32a及25b工字钢：5.85×4×0.314+2.75×4×0.5269=13KN2)桩间剪刀撑[20a,(5.174+4.15+3.18+0.75)×4×22.63=10KN3)活载在墩顶设为1000KN（按桩顶静载算）4)计算贝雷梁支座反力上部构造贝雷梁重：852.09/69=12.349KN/m三不等跨受力简图二 n=27/21=1.29（系数）根据《路桥施工计算手册》767页B点最大支座外力为：-0.6737-0.7836=1.4573Q=nql=1.4573×21×12.35=378KN（支座反力）5）钢筒桩直径50cm,长度按18.82m18.82×3.14×0.5×7.85×0.01×4=9.3t=93KN1)~5)荷载组合为：13+10+1000+378+93=1494KN4.3.3墩桩承载力计算钢筒桩入土深度12m根据地质报告CK6点的参数：2-2淤泥质亚粘土，土层厚度：0.21m,=25kPa3-1粉砂夹亚粘土，土层厚度：2.9m,=30kPa3-2粉砂，土层厚度：8.89m,=45kPa不考虑桩尖承载,按摩擦桩P=.LP-承载力-周长3.14×0.5=1.57m-桩周土极限摩阻 桩入土深度按12m计算P=1.57×0.21×25+1.57×2.9×30+8.89×1.57×45=773KN共设四根桩，则[P]=773×4=3092KNK=3092/1495=2.1符合要求4.3.4稳定性计算钢筒在施工过程中，四根桩之间采用槽钢联接，侧面及水平方向均设计剪刀撑，有效的确保稳定性。压杆稳定计算简图三Pi=37.4t3.458mL0=2L(安全考虑)Jz=3.14×D4/64-3.14×d4/64=4.62×10-4m4临界力Plj=3.142×E×j/L02=19.6×106NE=2.06×105MPa A=3.14×r2=3.14×2502=196250mm2=0.19625m2临界应力δlj=Plj/A=99.9MPa[δ]=160MPa>δlj=99.9MPa满足要求柔度λ=μl/rl=3.459mμ=2γ==0.0485λ=2×3.458/0.0485=142λ>λp=100(3号钢)符合欧拉公适用范围Plj>P=3.74×105N满足要求4.3.5钢筒桩抗压强度验算N<(路桥计算手册437页)=3.458i=(路桥计算手册732页)==3.458/0.173=20查表得（材料力学A3钢）=0.937×0.5×3.14×0.01×215×106=12.65×106N(路桥计算手册437页，钢材强度极限值215MPa)P=1494KN/4=3.74×105N（四根桩）<=12.65×106N符合要求 4.3.6进行桩顶纵梁验算纵梁拟采用工字钢。根据4.3.2中荷载：1）+3）+4）荷载:13+1000+378=1391KN工字钢计算简图四1391KN1.25Mmax=PL/4=1391×1.25/4=435KN.mWX=Mmax/许=435×103/160×106=0.00272m3=2720cm3查表得选用工32a工字钢，Wx=692.5×4=2770cm3,每座墩采用4根。Ymax=Pl3/(48EI)=1391×103×1.253/(48×2.06×105×106×11020×10-8)=0.0025m