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工作平台钢管桩施工方案工作平台钢管桩施工方案
本工作平台为扬州市邗江经济开发区吉安路南延伸段中仪扬河大桥5＃、6＃主墩的施工平台。该平台既是钻孔灌注桩施工平台，又是施工水中承台的无底套箱围堰拼装、下沉或钢板桩围堰的吊装振打的工作平台，也是施工上部结构0＃块的支架基础平台，同时也是日后悬浇箱梁中塔吊的基础平台。该平台集四大功能于一身，是仪扬河大桥重大施工方案之一。该工作平台拟采用钢管桩基础，钢贝雷拼成平台方案，平台面板下拟用I25a作为分配梁，面板为δ＝10mm的钢板。
根据该桥5＃、6＃墩的基础设计图和以往的施工经验，绘制施工平台构造图（附图）GB／T38840-2020 建筑及居住区数字化技术应用 基础数据元，设计计算如下：
1、仪扬河大桥施工图设计
2、工地绘测的河床断面图
3、工地收集的仪扬河近年水文资料
4、各种桥涵设计、施工规范和设计计算手册
二、平台尺寸及标高的确定
根据仪扬河的近年水文资料及一般以十年一遇的水位作为施工水位。在7、8、9月份施工，拟将施工水位定为6.0m。水中桩施工时，为保证护筒有一定的稳定水位及适当的操作空间，拟将施工平台的面板标高定为7.21m。
该施工平台考虑到日后拼装及下沉钢套箱的需要，拟承台的外缘向外2.0m左右作为钢管桩的中心轴线，及25t吊车的作业宽度综合考虑，半幅平台尺寸为21.0m×16.0m，栈桥平面宽度为6m，长度根据河岸现场实际情况确定。
1、25t吊车，一般25t国产吊车自重为27～28t，考虑到吊车吊臂及主要部件更换或加固，则自重按30t计算。
2、砼罐车（8m3），一般自重12.5t，装载7m3砼重16.8t，总重为∑G＝12.5+16.8＝29.3t。
3、20型钻机自重一般12t左右，考虑钻杆7～8t，空压机5t，总重∑G＝12+8+5＝25t。
4、0＃块及底模，内模的重量由墩身及贝雷架直接传给承台，1＃块及其模板重量的38.3％由钢管桩承受（详见后面的具体计算）。
由上可知25t吊机和砼罐车的总重约为30t，也都有10个轮子，每个轮子载重为30/10＝3.0t，以此来控制平台设计，以0＃支架重量控制钢管桩设计。
4、施工平台面板及分配梁恒载
平台面板采用δ＝10mm的钢板
q＝1000×1000×10×7.85＝78.5kg/m2
q＝38.08÷0.6＝63.47kg/m2
∑q＝78.5+63.47＝142.0kg/m2
每片贝雷长3.0m，包括联结配件按300kg/片
q＝2×300/3＝200kg/m
从施工平台构造图中可见，贝雷梁最大单跨Lmax＝11.70m，为简化计算，将贝雷梁作为简支考虑。
平台面层作用在贝雷梁上的线荷载：
q1＝4.5×2/2××142.0＝639.0kg/m
q＝∑qi＝639+200＝839≈840kg/m
恒载：Mmax＝ql2＝×0.84×11.72＝14.37t·m
Qmax＝ql＝×0.84×11.7＝4.91t
活载：重车的一侧车轮落在贝雷梁顶，且在梁的跨中
P＝6+3.6＝9.6t
R=【P×11.7/2＋P（11.7/2－1.4）】/11.7＝8.45t
Mmax＝P×11.7/2×（1＋μ）＝8.45×11.7/2×（1＋0.2）＝59.32t·m
式中（1＋μ）为活载对弯矩的冲击影响，从安全考虑，按1.2计。
Qmax＝【9.6＋9.6（11.7－1.4）/11.7】×1.2＝21.6t
Mmax＝14.37+59.32＝73.69t·m
Qmax＝4.91+21.6＝26.5t
【M】=78.82t·m＞Mmax＝73.69t·m（安全）
1.3【Q】＝1.3×24.52＝31.88＞Qmax＝26.5t（安全）
注：临时结构，取1.3的容许应力增大系数。
五、钢管桩联结梁的强度验算
1、钢管桩联结梁的计算简图
联结梁拟采用2I32aq＝2×52.69＝0.105T/m
P1为贝雷传来的集中恒载＝4.91T；P2为贝雷梁传来的集中活载＝21.6T；
显然，B、E支座处的P1直接传给B、E支座(钢管桩)，对联结梁不产生任何影响，只有联结梁恒重q及G点处的P1·P2集中力使梁产生内力。根据经验判断，最大弯矩将发生在C、G、D三点处，最大剪力将发生在C右和D左处，故下面将对上述点位进行计算，其他点位予以忽略。
M'G＝0.046ql2＝0.046×0.105×3.02＝0.0435T·m
Q'C右＝Q'D左＝0.5ql＝0.5×0.105×3.0＝0.158T
在集中荷载P1+P2作用下：P＝P1+P2＝4.91+21.6＝26.51T
M"G＝0.171PL＝0.171×26.51×3＝13.60T·m
Q"C右＝Q'D左＝0.5P=0.5×26.51＞＝13.255T
在均布和集中荷载、恒载的共同作用下，则予以叠加，得到：
MG＝M'G＋M"G＝0.044＋13.6＝13.644T·m
QC右＝QD左＝Q'C右＋Q"C右＝0.518＋13.255=13.413T
C、D支座反力（即钢管桩反力）＝QC左＋QC右＝13.413＋2.773=16.186T
σ＝＝14.04×105/（2×692.5）＝1013.7kg/cm2＜【σ】＝1450kg/cm2（安全）
τ＝＝＝255.2kg/cm2＜【τ】＝850kg/cm2（安全）
4、联结梁与钢管桩的承压验算
联结梁与钢管桩承压面积A＝2bδk
式中b为Ⅰ32a的宽度为13cm，δ为钢管桩的壁厚0.8cm
k为烧割的钢管桩与联结梁底不能完全接触的折减系数，拟定为0.5
A＝2×13×0.8×0.5＝10.2cm2
σ＝Rmax/A=16.186×103/10.4＝1556.3kg/cm2＜1.3【σ】＝1.3×1400=1820kg/cm2（安全）
5、联结梁作为0＃块支架梁的强度验算
在此工况中，墩身已出水建成，联系梁所受的荷载是浇筑1＃块时包括模板支架在钢管桩上的支点反力。（部分0＃块及其模板的重量已全部由墩身及贝雷梁传给承台）
根据1＃块的截面尺寸不难求出,重心位置距0#块边线1.815m。5#、6#墩承台宽度770cm（顺桥向）,故可假设0#块中心600cm范围内的,包括支架、模板、钢筋砼重量全部由蹲身和承台承受。
A1＝2×3×=2.25㎡
A2＝（18.5－6.0）×0.28＝3.5㎡
A3＝1.8×0.4×0.27/2＝0.972㎡
V＝∑Ai×3.0＝（2.25＋3.5＋0.972）×3.0＝20.166m3
A1＝12.5×0.537＝6.713m2
A2＝(0.606－0.537)/2×12.5＝0.431m2
A3＝4×1.0×0.3/2＝0.6m2
∑Ai＝6.713＋0.431＋0.6＝7.744m2
V＝∑Ai×3.0＝7.744×3.0＝23.23m3
注：底板的厚度是变化的，但相差不大，可认为是等厚的。该荷载对联结梁的验算而言是偏于安全的。
A1＝2.375×3.0＝7.125m2；V'3＝A1×0.7×3＝14.964m3
A2＝（2.677－2.375）×3.0/2＝0.453m2；V"3＝A2×0.7×3＝0.951m3
V3＝14.964＋0.951＝15.915m3
重心距A支点距离：e3＝1.2m；e4=3.0/3－0.3＝0.7m
e＝∑Vi×ei/∑Vi＝(20.166×1.2＋23.23×1.2＋14.964×1.2＋0.95×0.7)/59.307
＝1.192≈1.2m
B点支点反力（钢管桩反力）
Rb＝59.307×1.2×2.6∕2.55＝72.56T(占总重的47%)
Ra＝59.307×2.6－Rb＝154.20－72.56＝81.64T(占总重的53%)
20.166/59.307＝34％假设平均分布在18.5m范围内。
23.23/59.307＝39.2％假设平均分布在12.5m范围内。
15.915/59.307＝26.8％假设与三个集中力作用在腹板中心处。
AB面以上的支架及内外模板、顶撑、拉杆重量估算约为15.8T。
总重量G＝154.2＋15.8＝170.0T
所以：q1＝170×34％×47%÷18.5＝1.47t/m
q2=170×39.2％×47%÷12.5＝2.51t/m
P=170×26.8％×47%÷3＝7.14t
仍取联结梁与5跨连续梁计算简图如上所示。
由简图中可见，因第一、第五跨的均布荷载不是满布及集中力P离跨中10cm，而使计算变得较为繁琐。为简化计算现作出偏于安全的两个假设：
假设一：假设第一、第五跨的集中力P作用在跨中，距离中心为6m；
假设二：第一、第五跨的均布荷载均为满布，即在1.25m范围也布满q2。
显然：正弯矩最大将发生在6、7、8断面；
负弯矩最大将发生在1、2断面；
剪力最大将发生在1左、2右断面；
支座反力最大将发生在1或2支座。
现利用《建筑结构静力计算手册》查相关表格可得到：
在均布荷载q＝q1＋q2＝1.47＋2.51＝3.98÷4.0t/m的作用下：
M6＝0.078ql2＝0.078×4×32＝2.808t·m
M7＝0.046ql2＝0.078×4×32＝1.656t·m
Q1右＝0.526ql＝0.526×4×3＝6.312t
Q2右＝0.50ql＝0.50×4×3＝6.0t
在一、三、五跨中的集中力P＝7.14T作用下：
M6＝0.211Pl＝0.211×7.14×3＝4.52t·m
M7＝0.191Pl＝0.191×7.14×3＝4.09t·m
Q1右＝0.20P＝0.20×7.14＝1.428t
Q2左＝0.20P＝0.20×7.14＝1.428t
Q2右＝0.50P＝0.50×7.14＝3.57t
M6＝2.808＋4.52＝7.328t·m
M7＝1.656＋4.09＝5.746t·m
Q1右＝6.312＋1.428＝7.74t
Q2右＝6.0＋3.57＝9.57t
R1＝11.97＋7.74＝19.71t
R2＝4.262＋9.57＝13.76t
从上述计算结果不难看出Mmax与Qmax不在同一断面，故应力不叠加。
Mmax＝M6＝7.328t·m
Rmax＝R1＝19.71t
σ＝Mmax/W＝7.328×105/2×692.5＝592.1Kg/cm2＜【σw】＝1450Kg/cm2（安全）
τ＝Qmax·S/I·δ＝11.97×103×400.5/（2×11080×0.95）＝227.7Kg/cm2＜【τ】=850Kg/cm2（安全）
综上可见，本工况对联结梁的强度不控制且富余量较大,可以考虑将河心侧的联系梁用2I25a来代替2I32a。
从公路荷载规范中得知，后轮着地宽度为0.6m×0.25m（横车向或顺车向）
面板q1＝0.01×0.6×7.85＝0.047t/m
自身q2＝0.038t/m
∑q＝q1＋q2＝0.047＋0.038＝0.085t/m
Qmax＝ql＝×0.085×4.5＝0.192t
Mmax＝ql2＝×0.085×4.52＝0.215t·m
Q'max＝6×1.95＋6×（1.95+1.8）/4.05＝8.44t
M'max＝[6×0.225＋6×(0.225＋1.8)]/4.05×2.025＝6.75t·m
活载横向分配：（对分配梁而言）假定车轮作用在分配梁中心，着地0.25m（顺车向），故将均布荷载视为集中荷载时，集中荷载离分配梁中心距e＝0.25/4＝0.0625m。
横向分配系数：R'＝0.5375×÷0.6＝0.45P
R＝2R'＝2×0.45P＝0.9P
可见横向分配系数γ＝0.9
所以Qmax＝μQ'max＝0.9×8.44＝7.60t
Mmax＝μM'max＝0.9×6.75＝6.075t·m
Qmax＝＋μ＝0.192＋1.2×7.60＝9.312t
Mmax＝＋μ＝0.215＋1.2×6.075＝7.505t·m
＝Mmax/W＝7.505×105/401.4＝1869Kg/cm2＜1.3【σ】＝1.3×1450＝1885Kg/cm2（安全）
＝＝＝535.25Kg/cm2＜1.3【τ】＝1.3×850＝1105Kg/cm2（安全）
式中：1.3为临时结构材料容许应力的提高系数。
钢管桩可以用σ＝8mm钢板，卷焊接成Φ60cm钢管桩。每米重118.4Kg,考虑焊接接缝及评接钢板重，故按120Kg/m计算。
根据平台钢管桩所处位置及受力大小，可以按前排桩（近河心侧）和中排桩分别设计计算。后排桩可参考中排桩实施。
1、前排的钢管桩单桩最大反力：
面层作用在贝雷梁上的线荷载
q1＝4.5×142×2/2＝639Kg/m
贝雷自身线荷载q2=200Kg/m
q＝639＋200＝839Kg/m
贝雷在近河侧连系梁上的恒载反力
P1＝/2＝839×11.7/2＝4.9t
（2）混凝土罐车荷载：
罐车有10个轮胎每个轮胎重3.0t＝P，贝雷梁反力（前轮）:
后轮：R＝2×4.8＝9.6t
前排桩反力：R前＝（9.6×6.5+9.6×7.9＋4.8×11.7）∕11.7＝16.61t
这种极端情况可以控制不会出现，假设后轮在跨中
R前＝（9.6×5.8+9.6×7.2＋4.8×11）∕11.7＝15.2t
因钻机荷载20型钻机自重12T，故不控制设计。
罐车荷载下R＝4.9＋15.2＝20.1T
浇筑0#块时R＝19.71T
可见，前排桩最大反力Rmax＝21.1控制设计。
钢管桩容许承载力[P]＝1/2U·L·τ
式中：U为钢管桩周长U＝π×0.6＝1.885m
[P]＝1/2×1.885×2.2×L＝20.1
故L入土＝20.1×2/(2.2×1.885)＝9.69m
考虑土面钢管桩的重量，按L入土10m计
中排钢管桩单桩最大反力
贝雷在中排连系梁上的恒载反力P1＝839×(11.7+4.3)/2＝6.7T
R中＝9.6+[9.6×（6.5+3.8）+4.8×6.5]/11.7＝9.6+11.12＝20.72T
罐车荷载作用下R＝6.7＋20.72＝27.42T
浇筑0#块时，R＝19.71T。
显然，中排桩最大反力Rmax＝27.42T控制设计。
[P]＝1/2×（1.885×2.2×L入土）＝27.42T
L入土＝2×27.42∕（1.885×2.2）＝13.22m
按入土深度14.0m考虑。
（5）施工时承载力的动力校核
在打入桩入土深度计算时，设计参数取值不够准确，将直接影响桩的承载力，故要求在实际施工时采用格尔谢万诺夫或其它成熟的沉桩动力公式，根据单桩承载力推算最后的控制贯入度，以便校核桩的入土深度。
从尽量减少工程成本出发，在施工基桩及深水承台时，拟采用半幅半幅施工，将平台面层节省40％左右，即施工另外半幅时，将这半幅的面层材料倒运过去，但钢管桩和联系梁则需全幅一次性施工完毕。考虑到工期异常紧张，无法半幅半幅施工现将一个墩的平台工程数量统计如下：
前排桩（河心侧）：单根长L＝5.2+10＝15.2m;
L＝15.2×(2×7＋1)＝228m
L＝17.2×(2×7＋1)＝258m
L＝12.2×(2×7＋1)＝183m
L＝12.0×7＝84m
L＝16.0×4＝64m
∑L＝228＋258＋183＋84＋64≈817m＝820m
注：若钢管桩为Φ50cm，则入土深度需相应增加20%。
2、钢管桩联系梁：Ⅰ32a52.69kg/m
平台：L1＝21.5×2×2×3＝258m
L2＝16×2×3＝96m
栈桥：L3＝6.5×2×3＝39m
∑L＝258＋96＋39＝393m
G＝393×52.69＝20.71t
平台：5×2×2×18/3＝120片
栈桥：2×2×21/3＝28片
总计＝120＋28＝148片
栈桥：L2＝21/0.6×6＝210m
∑L＝1066＋210＝1276m
G＝1276×38.08＝48.6t
5、面板δ＝10mm，单位重78.5kg/㎡
平台：A1＝0.85×21×2×16＝571.2㎡
式中0.85为面板扣除钻孔等因素的摆放系数。
栈桥：A2＝6×20＝120㎡
∑A＝571.2＋120＝691㎡
G＝691×78.5÷1000＝54.24t
九、钢管桩的制作和连接
1、制作：钢管桩可采用在工厂焊制的纵缝接管，纵向焊缝在任一横载面内，宜采用一条焊缝，最多不得超过2条，若必须使用2条焊缝时，纵缝的间距应大于300mm。
为了减少对接环缝的数量，管节制作长度应尽量长。钢管桩分段长度以8.0m为宜。
焊接钢管桩必须用对接焊接焊缝，并达到与母材等强的要求。卷管方向应与钢板压延方向一致，且注意管端平面与管轴线垂直。
±0.5％周长，且不大于10mm
±0.5％D且不大于5mm
在相邻管节拼接时，必须符合：
管径Ф＝600mm，相邻管节的管径偏差≤2mm；相邻管节对口板边高差＜1.0mm；钢管桩连接可采用斜衬圈连接或拼接板连接。为了施工方便，选用外拼接板连接。
根据该桥工程地质纵断面图所示，桩位河床表面向下十米的范围内深度不等的淤泥质亚粘土及亚粘土。故选用振动锤振动沉桩为主，射水为辅的沉桩方式。
选振动锤的另一个理由是，待施工结束后拔桩时使用。
振动锤的振动力Fv，应能克服桩在振动下沉中土的摩擦力Fr：
土的摩擦力Fr＝FUL
Fr＝22×1.885×14.0＝580KN
振动锤的振动力Fv按下式估算：
式中：N振动锤转速f/s
M振动锤偏心力矩n·m
拟选用DZ60查有关资料得：
N=1000r/min＝16.67r/s
Fv＝0.04×16.672×300＝3334.6KN＞Fr
在软土地基中：M＝Aω
式中：振幅A=0.0078m
桩重0.120×15.2＝1.824＝18.24KN
锤重4490kg＝44.9KN
ω＝18.2+44.9＝63.1KN
M＝0.0078×63100＝492.2N·M
可见492.2＞300满足要求。
桩架为沉桩得主要设备。利用船，这一可移动得载体，在水中移至确定得桩位进行沉桩。根据以往的施工经验，该打桩船以局部经过加固的铁驳船为佳，承载力大于150t为宜。
H1－滑轮组高度（包括适当工作长度余量）约为2.0m
H2－锤的轮廓高度。查有关资料为2.34m
H3－桩帽高度，约为0.5m
H4－送桩高度，可为0
H5－桩长，估为8.0m
H6－桩下端可能伸出桩架地盘以下的长度，估为4.0m左右
可见，打桩架的有效高度不得小于11m。若沉桩时水位较高，高于计算水位2.0m时，桩架的有效高度可相应减小，否则将相应增加。
如果现有的桩架高度小于11.0m，而又必须利用时，则只有将桩长相应缩短，以增加接桩的次数来解决现有设备的高度不足。
此外，在打桩船上需配备5t的卷扬机5台以上及足够长度的钢丝绳和一定数量的滑轮组，用于起吊重物和稳定船体。
1）、应保证桩轴线的大致准确，特别是要保证每排横桥向的五根桩在一条直线上，单桩桩位控制在5cm以内，这样才能保证联系梁顺直。
2）、为达到上述要求，故在沉桩施工时，测量人员应跟踪放样并予以控制，本桥礅位处水较深，为保证桩位正确，建议采用导向框架控制桩位。框架的桩位空间应比桩径大2～3cm。
3）、沉桩开始时，将桩吊起平稳地徐徐落入水中（依靠桩的重力作用，保证桩轴垂直）靠桩和锤的重量切入土中一定深度，以后再开启震动下沉。
4）、沉桩过程中，如发现桩轴倾斜度超过控制范围或桩位偏差较大，应立即将桩拔起，重新锤打，保证施工质量。
5）、桩的入土深度除参考所给数值以外GB／T 37005-2018 油漆饰面人造板，要以动力公式反算的最终贯入度控制施工。
6）、施工中有异常情况，应暂停施工，召集有关人员查找原因后，再继续施工，切忌不问青红皂白盲目施工，给后续施工造成后遗症。
7）、施工中应统一指挥，切忌“打空锤”而造成机械或人员安全事故。
8）、经常地及时地检查起重系统，电路油路系统，机械运行系统的状态完好，确保机械使用安全。
9）、震动锤的开放时间不宜过短也不宜过长，过短则土壤尚未液化，下沉困难，过长则伤机械。振动持续时间应根据不同机械和土质通过试验决定，一般不宜超过10min～15min。
10）、若有射水配合振动沉桩，沉桩至设计标高2.0m时应停止射水，立即通过干振至设计标高。
11）、施工前必须进行技术交底弹子石E3、E3-1平场与边坡治理工程施工组织设计，使各工种明确职责，明确相互间的联系，使之分工明确，责任分明。
12）、施工前各工种应对各种机械进行检查和维修，保证机械的安全技术性能处于良好状态。