1 工程概况
常州西绕城高速公路CRC-9标主要工程为鸣凰西枢纽互通立交, 通过该互通立交与原沿江高速公路拼宽连接, 因此原沿江高速公路中的武宜运河桥需两侧进行拓宽拼接。本工程设计时拼宽桥上部结构为4×30m预制箱梁, 下部结构为桩柱式墩、肋板式桥台, 双侧各拼宽3.75m, 其中2#、3#墩位于武宜运河中, 新建灌注桩直径150cm, 与老桥的防撞墩的桩基重叠 (中心偏位最大达72cm) , 另外在新建桩基外侧顺河道方向再新建直径为1m的防撞墩。原方案对老防撞墩进行拔除处理, 经过技术、经济等方面考虑, 现修改为对老防撞墩使用冲击钻破碎, 因此需搭设水上作业平台。
2 编制依据
(1) 常州西绕城高速公路施工图设计; (2) 相关水文资料和地质资料及现有施工条件; (3) 相关海事、航道的法律、法规及通航要求; (4) 施工期间人员、各种机械的施工荷载和空间要求。
3 编制原则
(1) 满足通航、防洪有关要求, 确定作业平台位置、大小; (2) 本着“安全第一”的原则, 确保施工期间人员设备的安全及通航船只的安全; (3) 以经济实用、减低成本为原则, 达到易施工、易拆卸的要求, 提高所使用的材料周转使用。
4 现场条件简介
(1) 现场情况。现有河道48m宽, 主航道宽30m, 现在水位高程1.44m, 历年设计水位3.97m, 防撞墩处水深1.4m, 附近驳岸高程4.33m。
(2) 地质情况。
如表1所示。
(3) 现场附近无电力可供, 施工时需发电机供电。
5 平台设计说明
作业平台主要承载冲击钻机6.4t自重, 及施工时的冲击动载, 人员荷载。根据现场条件和新设计的桩位, 平台搭设长12.5m, 宽8 m, 平台面高程为4.5 m, 平台面板采用1c m厚钢板铺设, 下铺20×20cm木方加固, 纵横主梁均采用工36a钢, 纵横向间隔1m或1.25m用[12a钢作加强连接。下部采用Φ406×10mm钢管桩作承力基础, 为加强钢管桩承载能力及稳定性, 拟在钢管桩打入设计深度后在管内底部灌注50cm砼, 其上再填满砂, 相邻钢管桩用[12a钢做剪刀支撑及横系加强。详见图1。
6 受力计算
集中荷载:冲击钻6.4t, 安全系数取1.4。
均布荷载:人:0.2t/m2。
1cm钢板:0.0785t/m2。
木方:0.1t/m2。
(1) 主梁计算。
根据钢管桩设计布置, 纵横向主梁最在间距4m, 以简支结构为计算模型, 最不利荷载是集中荷载作用在2m处, 同时有均布何载作用。
集中荷载:P=6.4t×10×1.4=89.6kN
均布荷载:q= (0.2+0.0785+0.1) ×4×4×10/ (4×4) =3.79kN/m (图2)
(1) 弯矩计算。
L为跨径为4m。
经计算:M m a x=8 9.6 k N·m
W为工36a钢截面积76.3cm2。
满足工36a弯曲容许强度要求。
(2) 挠度计算。
E为工36a钢截面模量取81.2cm3;
I为工36a钢截面惯性矩取552cm4。
经计算:f m a x=0.3 m m
满足工36a挠度容许要求。
(2) 钢管桩计算 (图3) 。
钢管桩采用Φ406×10mm钢管, 单根总长8m, 直接打入河床, 管内再填实, 根据经验, 拟打入河床4m深。
(1) 承载力检算。
单桩实际承载:P= (89.6+3.79×4) /2=52.38kN
单桩最大承载:[P]= (UΣλL iτi+λAδk) /2
U为钢管周长1.28m;
λ为侧阻挤土效应系数, 取0.77;
LI为桩在河床下第i层土中的长度;
τi为第i层土对桩侧的极限摩力 (KPa) ;
δk为桩底端土的承载力 (KPa) ;
A为钢管桩截面面积0.129m2。
经计算:[P]=100kN;
P<[P], 满足承载力要求。
(2) 稳定性检算。
桩身抗弯刚度临界荷载计算:
E为钢管截面模量取2404.12cm3;
I为钢管惯性矩取48803.65cm4;
经计算:P临=1809.4kN;
P=52.38k N
7 平台搭设中的要点
(1) 打桩船及运输船:搭设平台的材料运输、打入钢管的施工船只均是有航道施工许可证的施工船只, 在打钢管桩时须注意固定船只, 不得影响原有航道的通行, 打桩所用设备是电动冲击锤。 (2) 钢管桩:确保钢管桩的长度, 不够时应焊接加长, 打入时须保证垂直度和入土深度, 最后停振以入土速度1～2cm/分为标准。 (3) 剪刀撑:焊接剪刀撑时所用的槽钢, 其槽口方向必须背向行船位置。 (4) 工字钢与钢管桩连接:钢管桩顶端须开槽口安放工字钢, 焊接必须牢固, 不得悬空。 (5) 平台荷载:施工中钻机及其附属设施就位时, 如在空档较大处, 应加铺木方进行加固。其他施工机具一律不得进到平台上, 以避免超载。 (6) 平台安全防护:在平台外侧2m外打警示墩, 材料用钢管桩, 同时在来船方向10m处设三角防撞墩。平台四周应焊接脚手钢管作安全护栏。
8 结语
水上钢平台是桥梁施工的有效且经济的方案, 一方面可以尽量保持原有航道的通行要求;另一方面也为桥梁的桩基、水下系梁、立柱的施工提供牢固的依托。
摘要：介绍水上工作平台的设计及计算过程以及施工注意点。
关键词：水上钢平台,设计及计算
参考文献
[1] 北京土木建筑学会.建筑施工脚手架构造与计算手册[M].北京:中国电力出版社, 2008.
[2] 浙江大学.建筑结构静力计算实用手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.
[3] 曾正明.建筑五金速查手册[M].北京:机械工业出版社, 2005.