橋梁施工作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算及施工全過程

橋梁施工作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算及施工

全過程

一、橋梁施工固定式作業(yè)平臺

施工中結(jié)合水中橋墩處的地質(zhì)、水文條件等選擇適宜的鉆孔平臺，對橋梁施工

的安全、工期、經(jīng)濟(jì)和社會效益具有重要的意義。

對于跨越海灣、江河、湖泊、水庫的水上橋梁工程，當(dāng)基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁等

非打入式結(jié)構(gòu)且無法采用筑島方式施工時，搭設(shè)固定式作業(yè)平臺是解決基礎(chǔ)施

工設(shè)備作業(yè)平臺的常用方法。

橋梁施工固定式作業(yè)平臺

影響作業(yè)平臺安全的因素:

(1)深水墩處于深水處，施工時受洪水、通航、水流和沖刷的影響；

(2)修建于近海的作業(yè)平臺還要考慮海潮、波浪、臺風(fēng)、海水腐蝕等因素；

(3)由于施工平臺為施工臨時結(jié)構(gòu)，所以其狀態(tài)處在不斷變化中：平臺上有大

量的施工設(shè)備和人員，荷載處于不斷變化的狀態(tài)，特別是由于鉆機(jī)鉆頭施加于

地基的鉆力而產(chǎn)生的反力處于不斷變化的狀態(tài)；

(4)有的施工平臺由于施工工藝的要求，在施工過程中施工平臺的形式會不斷

變化；

(5)在整個施工過程中，已澆筑的樁的剛度和強(qiáng)度還在不斷變化。

橋梁鉆孔施工平臺的種類主要有鋼管樁支撐平臺、鋼護(hù)筒支撐平臺、鋼圍堰支

撐平臺等固定式作業(yè)平臺和浮式平臺四大種類。

順橋向面

鋼管樁支撐貝雷梁平臺示意圖

I貝雷架（3雷）II

鋼陽地

鋼圍堰頂貝雷梁平臺示意圖

側(cè)錨

船組式鉆孔平臺結(jié)構(gòu)示意圖

浮箱式鉆孔平臺結(jié)構(gòu)示意圖

固定式作業(yè)平臺是水上橋梁基礎(chǔ)施工的作業(yè)平臺，平臺結(jié)構(gòu)通常采用鋼管樁基

礎(chǔ)、型鋼分配梁、貝雷桁架或型鋼梁及花紋鋼板橋面板的結(jié)構(gòu)形式；鋼管樁之

間、鋼管樁與鋼護(hù)筒之間焊接剪力撐，以使其成為一個整體，增加平臺的穩(wěn)定

性。

固定式作業(yè)平臺受水文條件影響小，且通過棧橋等輔助設(shè)施，施工機(jī)械方便就

位或退出。平臺整體穩(wěn)定性好、承載能力大，平臺整體穩(wěn)定性好、承載能力大。

固定式作業(yè)平臺受水文條件影響小，且通過棧橋等輔助設(shè)施，施工機(jī)械方便就

位或退出。平臺整體穩(wěn)定性好、承載能力大，平臺整體穩(wěn)定性好、承載能力大。

固定式作業(yè)平臺適用范圍：

對于跨越海灣、江河、湖泊、水庫的水上橋梁工程，當(dāng)基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁等

非打人式結(jié)構(gòu)且無法采用筑島方式施工時，均可采用固定式作業(yè)平臺。

二、固定式作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計與檢算

(-)固定式作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、固定式作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計總體方案

某平臺基礎(chǔ)采用①lOOOmmxIOmm鋼管樁，鋼管樁之間用剪刀撐連接。鋼管

樁頂部開口布置2156a工字鋼做下橫梁，橫梁上布置貝雷梁(或直接在橫梁上

鋪設(shè)132a工字鋼)，貝雷梁上再鋪設(shè)132a工字鋼，最后是平臺面板(8

=IOmm的防滑鋼板)和欄桿的附屬設(shè)施的施工。待整個工作平臺形成后，在

工作平臺四周布置拉錨，增強(qiáng)工作平臺的整體穩(wěn)定性，并根據(jù)實際需要在平臺

邊搭設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭。若無棧橋連接陸地，可鋪設(shè)一根水下電纜為鉆孔樁施工供電。

2、作業(yè)平臺分部結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)基礎(chǔ)

(2)承載分配梁

(3)平臺平面板

(4)平臺附屬設(shè)施

a、轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭b、欄桿c、照明設(shè)施

上游下游

拉錨

600250,600,6007506006006蛆600600600600

o.

o

O

工拘.雄

SN剪刀撐［25q

??，拉自苗

O

科600750600600600T拉錨

4200

圖5-7鋼管樁平面布置圖（尺寸單位：?m）

--------------------(&~~~G----------------@---------------------

T*單層忤通貝蕭梁

<>------o

四排單加普通貝南梁

四律單房普通貝南梁''

2156a<

L7,6m慘O

四排華以普通貝出s3

網(wǎng)排雌層忤通貝戰(zhàn)梁?人—

2156a-2156a臨時碼頭

￡~7靄.6m

Qd/76m3

e——(二-------O

四推電層杵通貝曲梁

?_?”（》=-A-7>,--------一§

四排單層怦通貝曲梁I

'一一'?一""T""*"一一—^――,

:排單層忤通貝南梁一

圖5-8貝定梁布置圖

（二）固定式作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)檢算

1.作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)檢算的依據(jù)

橋梁工程總體施工方案；現(xiàn)行橋梁設(shè)計、施工技術(shù)規(guī)范；現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、施

工技術(shù)規(guī)范；工程所在的地域的工程地質(zhì)、水文等環(huán)境資料。

2.荷載組合

(1)上部結(jié)構(gòu)恒載

施工平臺上的恒載主要包括防滑鋼板、型鋼分配梁和貝雷桁架三個部分。

(2)活載

施工平臺上的活載主要包括150t履帶吊及吊重、人群及小型機(jī)具荷載兩個部

分。

3.作業(yè)平臺分部結(jié)構(gòu)檢算

(1)平臺臺面板

，=(G]50r裝分用自宴+GM2￡.)24號長

O

1,

W=-bh2

6

a=-1―3

WjxlOOOxlO

(2)承載分配梁

1)貝雷梁的計算

a、貝雷梁計算工況B-1:履帶吊吊重工作狀況。

工況B-1-1:履帶吊于圖式位置是貝雷梁最不利工況，按兩跨連續(xù)梁計算B點(diǎn)

處貝雷梁受力。

夕=4l.6kN/m

4.5m4.5m

圖5-10貝宙梁計0：模式（I.況B-1-I）

工況B-1-2:當(dāng)荷載位于最大跨徑7.5m的跨中時，貝雷梁受力計算模式。

圖5/1貝宙梁i|算模式（I：況B-I-2）

工況B-1-3:當(dāng)荷載位于最大跨徑7.5m的一端時，貝雷梁受力計算模式。

6.5m

7.5m

圖5-12貝擊梁計算模式（I..況B-l-3）

b、貝雷梁計算工況B-2:履帶吊行走工況

當(dāng)履帶吊行走時一半的力直接作用在貝雷梁上，貝雷梁受力計算模式。

7.5m

圖5-13貝宙梁計算模式（「況B?2）

2）2156a工字鋼橫梁計算。

a、工況I56a-1:履帶吊吊重工作工況。

因為工字鋼布設(shè)在樁頂，樁尺寸為：①1000mmx10mm。

6.5m

圖5-14「?況I56a-I計算模式

b、工況156a-2:鋼護(hù)筒導(dǎo)向架荷載作用在工字鋼橫梁上。

導(dǎo)向架放在橫向2156a工字鋼橫梁上，按四跨連續(xù)梁7.5m+6m+6m+7.5m,

最大跨徑為7.5m,承受荷載為鋼護(hù)筒重量800kN,單面承重P=400kN計算。

A

圖5-16四跨工字鋼梁組余計算

3)132a工字鋼橫梁計算。

工字鋼按200mm間距布置，荷載計算分兩種工況：

a、工況I32a-1:履帶吊吊重在貝雷梁7.6m跨中間，荷載按三跨連續(xù)梁計算。

P=33.2kN

AA

7.6mJ

圖5-19132a1：字鋼梁受力計算模式

b、工況132a-2:履帶吊空載運(yùn)行在施工平臺。

履帶吊履帶寬度1.1m,按每邊履帶下密布5根132a工字鋼計算,132a順橋向

最大跨徑為7.6m。132a工字鋼梁與510mm厚防滑鋼板組合形心

i=175.82mm,慣性矩I=100127310.2mm4.抗彎截面模量

W=692500mm3o

圖520碼頭貝擊梁計算模型

(3)基礎(chǔ)

樁頂荷載=1634.72kN,鋼管樁選型：(plOOOmmxlOmm

①方法一：摩擦支承樁軸向承載力。

［尸］+4g)〉尸.

②方法二：用砂填實的鋼管樁。

「niFR

K

用砂填實的鋼管樁①lOOOmmxIOmm的容許承載力：

③方法三：按壓彎構(gòu)件計算。

a.工況一：單根沉樁完成時，樁處于懸臂狀態(tài)。

此工況時，鋼管樁承受水平荷載主要為流水力。

P=KA^—

2g

軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)

(P-0.373

則：

NM.

(T=---+--<rcr

(pAW

b.工況二：工作樁樁頂被橫向連接后。

此工況時，工作樁按兩端錢按計算

NA/「】

a=—+(—m—ax<[cri

AW

(4)平臺附屬設(shè)施碼頭

由于有防滑鋼板所以不考慮摩擦力不足問題。取水平平面計算，沒有考慮坡度

問題，本次只計算橫梁，橫梁材料為2156a。

圖5-21平臺附屬設(shè)施碼頭計算模型

三、固定式作業(yè)平臺施工

(一)固定式作業(yè)平臺施工總體方案

(1)鋼管樁打設(shè)利用150t浮吊掛擊振力為90t的振動錘進(jìn)行。

(2)按先上游后下游、先岸側(cè)后江側(cè)原則，依次插打工作樁。

(3)鋼管樁打設(shè)后焊接剪刀撐，增強(qiáng)已插打完成工作樁的整體穩(wěn)定性。

(4)架設(shè)2156a工字鋼做下橫梁，貝雷梁做縱梁，鋪設(shè)132a工字鋼做上橫梁,

6=IOmm的防滑鋼板做面板。

(5)測量放線，固定導(dǎo)向架，插打鋼護(hù)筒；4根鋼護(hù)筒插打完成后將其與工作

樁剛性連接。

(6)待整個工作平臺形成后，在工作平臺四周布置拉錨，增強(qiáng)工作平臺的整體

穩(wěn)定性。并在工作平臺四周用年60mm、940mm銅管布設(shè)欄桿。

(7)最后鋪設(shè)一根水下電纜供鉆孔樁施工用電。

(二)固定式作業(yè)平臺施工工藝流程

工藝流程

圖5-22施匚「.藝流程

（三）固定式作業(yè)平臺施工操作要點(diǎn)

1、鋼管樁基礎(chǔ)施工

鋼管樁制作

鋼管樁運(yùn)輸

鋼管樁打設(shè)（含振動錘選型）

橫向聯(lián)結(jié)系制作安裝：振動錘選型、確定打樁順序、施工放樣、打樁船就位、

沉樁

2、承載分配梁

分配梁制作T分配梁運(yùn)輸T分配梁安裝

3、平臺臺面板制作、運(yùn)輸、安裝

4、平臺附屬設(shè)施制作、運(yùn)輸、安裝

5、平臺拆除

（四）主要施工機(jī)械設(shè)備配備

序號設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注

1振動錘120型，90型個各1個

2吊車25t精2

3柴油發(fā)電機(jī)500kW臺1

4交流電焊機(jī)500kVA臺8

5彎曲機(jī)06-38臺8

6切斷機(jī)中32臺8

7浮吊150t艘1水上浮吊

8運(yùn)輸船300m3艘3

9腳踏船艘1

10千斤頂200t套16

11定位船300m3殷2

12卷板機(jī)臺1

13潛水設(shè)備套2

14平板車12t臺3

（五）質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、保證質(zhì)量的技術(shù)措施

1、工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

固定式施工作業(yè)平臺為臨時結(jié)構(gòu)，其施工可參照現(xiàn)行的橋梁鋼結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)工程

設(shè)計、施工及驗收標(biāo)準(zhǔn)。

2、保證工程質(zhì)量的技術(shù)措施

(1)作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)交底(設(shè)計要求、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工方法、施工注意事

項)。

(2)自檢、互檢、工序交接檢查。

施工過程的質(zhì)量控制：”跟蹤檢測、復(fù)測、抽樣檢測"。

(3)鋼管樁打設(shè)的平面位置、傾斜度、最終貫入度控制及整體性連接質(zhì)量是固

定式作業(yè)平臺的關(guān)鍵。

(4)貝雷梁的組裝方法和現(xiàn)場的整體性連接要求嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行。

(六)施工重大危險源及保證施工安全技術(shù)措施

1、工程施工的重大危險源

水上作業(yè)時，風(fēng)浪較大，應(yīng)防止失足掉人河中。過往船只對施工平臺的威脅，

應(yīng)當(dāng)注意船只沖撞平臺而引發(fā)事故。

2、保證施工安全的技術(shù)措施

(七)重大污染源及保護(hù)環(huán)境的技術(shù)措施

1、施工的重大污染源

施工垃圾和油污對河道的污染是平臺施工中的重大污染源。

2、保護(hù)環(huán)境的技術(shù)措施

(1)制訂詳細(xì)的環(huán)境保護(hù)措施。

(2)油和廢油的管理。

四、某橋施工平臺結(jié)構(gòu)計算

(-)基本情況

71?73號墩樁基施工平臺由鋼管樁、貝雷梁和型鋼分配梁組成。每個平臺共設(shè)

置18根(p800mmx8mm鋼管樁，鋼管樁上布設(shè)了8組單層雙排321貝雷梁，

貝雷梁上根據(jù)鉆機(jī)施工需要布設(shè)了136b型鋼。每個墩根據(jù)設(shè)計樁基情況安裝

11個鋼護(hù)筒，鋼護(hù)簡直徑3050mm、壁厚16mm,部分鋼護(hù)筒上設(shè)置支撐牛

腿，作為貝雷梁的支點(diǎn)，以減少鋼管樁數(shù)量。

鋼護(hù)筒和鋼管樁的入土深度

墩鋼護(hù)筒設(shè)計入土深度鋼管樁設(shè)計入土深度河床

7112.48*3.23=15.71m12.48?5.79=18.27m-5.

7214.49*3.42217.91m14.49*3.98=18.47m-7.

73I!.52*3.59xl5.llm11.5246.15=17.61m-5.

春數(shù)表(m)

口號片也%*.h.

71-2377-2121-552729

72-2577-2521?7.33131

73-22.77-20.21-5.12628

|38(?削|38。|叫,380；|380|

1/2平面圖\12AA

施工水位：

=2.634m

百年一遇的最大流量：

Qi%=8580m3Is

最局水位：

H1%=3.864777

最大流速：

VwvoI-1.36/77/5

各地沖刷深度表表5?3

取號?般沖刷線一般沖刷深度局部胞線局部沖刷深度

71-17.39m11.89m-20.33m14.83nl

72-17.53m10.23m-20.64m13.34m

73-16.62m11.S2m13.71m

（二）計算參數(shù)取值

鋼材密度：p=7.85/7

鋼材彈性模量：E=2.1x10-MPa

泊松比：0.3

Q235鋼抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計值：［刀=215MPa

Q235抗剪強(qiáng)度設(shè)計值：［fv］=125MPa

Q345鋼抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計值：［刀=31（U4Pa

Q345抗剪強(qiáng)度設(shè)計值：［＜］=180Mpa

321貝雷片容許彎矩：［M0］=975fcV?機(jī)

321貝雷片容許剪力：［乂］=245比V

主要計算構(gòu)件截面特性表我5-4

構(gòu)件ffilftim-l(rnr)ffinSUJnn4)WI轉(zhuǎn)ffl：r(rm)

鋼鐘樁201156009390027.86

________一

鋼護(hù)筒152417539550115()13107.28

2136b167331481S42

貝儒桁片2505003340

（三）計算內(nèi)容

鋼護(hù)簡：鋼護(hù)筒埋設(shè)深度和打入深度的計算，鋼護(hù)筒振打過程中強(qiáng)度和穩(wěn)定性

的計算。

321貝雷梁：最不力工況下貝雷梁強(qiáng)度和剛度的計算。

鋼管樁：單根鋼管樁在水流作用下的穩(wěn)定計算，鋼管樁受軸向力的強(qiáng)度和穩(wěn)定

性計算，承載能力驗算。

2136b工字鋼分配梁：最不力工況下的強(qiáng)度計算。

（四）荷載計算

1、恒載

恒載主要為施工平臺自重。

鋼管樁樁頂以上部分的恒載：

5二1150/加

鋼管樁自重：

G、=850kN

本恒載未計人鋼護(hù)筒重量。

2、施工活載

每個施工平臺按兩臺旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)同時作業(yè)考慮，

每臺鉆機(jī)自重（含鉆頭、配重、鉆桿）

G3=1100/CJV

配套空壓機(jī)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)等約

G4=400EV

人群荷載略。

3、總荷載

考慮1.2的附加系數(shù)作為水流沖擊力和風(fēng)力的影響，則平臺設(shè)計總荷載為：

G=1.2[G1+G2+2（G3+G4）]=6000左N

（五）結(jié)構(gòu)計算

1、鋼護(hù)筒計算

（1）鋼護(hù)筒埋置深度計算

鋼護(hù)筒埋設(shè)深度L:

_（h+H）rw-Hr0

L:護(hù)筒埋置深度(m);

H:施工水位至床面深度(m);

h:護(hù)筒內(nèi)水頭，即護(hù)筒內(nèi)水位與施工水位差(m);

4：護(hù)筒內(nèi)泥漿重度(kN/m3);

為:水的重度(kN/m)

rd:護(hù)筒外床體土層的飽和重度(kN/m3).

A+e

-G

1+e

A:土粒相對密度；

e:傾口±g的孑?比。

當(dāng)護(hù)筒穿過幾種不同土質(zhì)時，

r=Z7；/

「泓

rd:幾種不同土M平均脾口重度(帥m3);

rid:每種不同土的飽和重度(kN/m3);

/,：每種不同加層厚(m)。

將各參數(shù)帶入公式進(jìn)行計算，得：

71號墩

L—9.36m

72號墩

￡=10.37/77

73號墩

L-8.38/77

(2)鋼護(hù)筒打入深度計算

三個墩鋼護(hù)筒底端最小埋置深度分別為：9.36m,10.37m,8.38m;

三個墩護(hù)筒設(shè)計打入深度分別為：15.71m,17.91m,15.11m,滿足要求；

有效嵌固深度值為：2(d+l)=2*(3.05+l)=8.1m

鋼護(hù)筒周邊土的摩擦力：

R=fiiL

R:±6蟾阻力舶)；

f:土單位面積的動摩阻力(坦。)；

u:鋼護(hù)筒周邊長度(m);

L:鋼護(hù)筒的入土深度(m)。

71號墩

為二4092雨

72號墩

R、=4577kN

73號墩

4二4098雨

(3)鋼護(hù)筒強(qiáng)度計算

鋼護(hù)筒最不利工況是在振打過程中承受1176kN激振力。

鋼護(hù)筒截面面積：

A—l524cm2

壓應(yīng)力：

a=1176x10/1524=7.7AiP67<[cr]=215A￡P(guān)67

整體受壓強(qiáng)度滿足要求。

(4)鋼護(hù)筒受壓整體穩(wěn)定計算

鋼護(hù)筒長細(xì)比：

Z=￡/r

L取鋼護(hù)筒頂至護(hù)筒在土中有效嵌固深度位置的長度。

L為52725px。

2=￡/r=19.7

(4)鋼護(hù)筒受壓整體穩(wěn)定計算

整體穩(wěn)定性：

N/(S)Kf

.V：鋼護(hù)筒所受激振力；

A:鋼護(hù)筒截面面積；

中：軸心受力構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，查表為0.946;

f：鋼材抗國園宣設(shè)計值，取f=125MPao

N/(g)=8.2MPa<f.滿足要求。

2、貝雷梁計算

根據(jù)施工安排，兩臺鉆機(jī)不會同時在同一組貝雷梁上進(jìn)行作業(yè)，貝雷梁按一跨

承受鉆機(jī)荷載，另一跨無鉆機(jī)情況進(jìn)行計算，此時貝雷梁承受兩部分荷載，第

1部分為鋼管樁樁頂以上的平臺、空壓機(jī)和循環(huán)系統(tǒng)重量，總重195t,按在8

組貝雷梁上均布作用考慮，則每組貝雷梁上作用均布線荷載

q-10kN/m

；第2部分為鉆機(jī)自重，每臺鉆機(jī)鉆孔施工時重HOOkN,則在每組貝雷梁上

作用兩個F=275kN集中力，計算跨徑為2x12m連續(xù)。

i1i1i11I1if1i?1?1i??ii

F?1/II

375375

1.IL.-L45。1200

圖5-24貝雷梁計算簡圖(尺寸單位:cm)

左叫

最大彎矩：1070V<2x975=1950fcVJw

最大剪力：250kN<2x245=490fcV

最力：153MPa<310MPa

最大變形：12〃〃〃.12/12000=1/1000<1/400

支反力：292kN、500kN、-0.57kN;

以上各項均滿足要求。

3、鋼管樁計算

(1)單根鋼管樁在水流作用下的穩(wěn)定

單根鋼管樁的水阻力：

FN=KA(rv2/2g)

r：水的重度(kR/m3),取值為10@阿3；

v:^rH^(m/s),取1.36m/s;

A：鋼管樁阻水面積(m)

g:W3加g=9.81m2/s；

K:形狀系數(shù)，圓形結(jié)構(gòu)物，取K=0.8。

單根鋼管樁最大水阻:

F“=122kN

單根鋼管樁的位移和內(nèi)力：

由于地基為彈性地基，需按m法計算彈性地基的變形情況。

土中基礎(chǔ)變形系數(shù)：

4=0.9人(1.51+0.5)=1.53加

￡7=(2.1x108)x(156009x10-8)=327609^

查規(guī)范，偏安全取

m3000kN/m4o

利用"橋梁博士"進(jìn)行計算，

河床面位置最大位移4.5mm,轉(zhuǎn)角0.0022rad;

最