一種淺水區(qū)桿塔基礎施工用鋼構(gòu)平臺與棧橋結(jié)構(gòu)設計方法
【專利摘要】一種淺水區(qū)桿塔基礎施工用鋼構(gòu)平臺與棧橋結(jié)構(gòu)設計方法，其特征在于，其包括如下步驟：確定鋼構(gòu)棧橋與平臺結(jié)構(gòu)所用材料；根據(jù)材料運輸通道需要，確定棧橋?qū)挾龋瑮蜷L度由具體塔位離岸邊距離，綜合交通運輸條件，施工難度確定；綜合確定鋼構(gòu)平臺外圍尺寸；確定棧橋與平臺設計荷載；明確結(jié)構(gòu)計算假定，規(guī)定結(jié)構(gòu)設計使用期限；平臺與棧橋結(jié)構(gòu)力學分析；確定鋼構(gòu)棧橋與平臺適用范圍，鋼構(gòu)棧橋平臺和平臺結(jié)構(gòu)普遍應用于水面上施工項目，確定所設計的棧橋和平臺結(jié)構(gòu)的適用范圍；規(guī)范棧橋與平臺布置型式與構(gòu)造要求，便于實際施工操作。本發(fā)明它能夠有效解決傳統(tǒng)的土石臨時筑路和圍堰筑島施工土方工程量巨大、容易破壞周圍環(huán)境以及水域養(yǎng)殖的賠償難度大以及傳統(tǒng)圍堰筑島施工周期長，圍堰壩體易受水體的影響的問題。
【專利說明】
一種淺水區(qū)桿塔基礎施工用鋼構(gòu)平臺與棧橋結(jié)構(gòu)設計方法
技術(shù)領域：
[0001] 本發(fā)明涉及高壓輸電線路技術(shù)領域，尤其涉及一種鋼構(gòu)平臺與棧橋結(jié)構(gòu)設計方 法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著我國經(jīng)濟建設和電網(wǎng)建設的發(fā)展，輸電線路建設環(huán)境日趨復雜，由于我國水 系分布較廣，線路在圩區(qū)走線時，不可避免的有塔位位于水中。當前在水中立塔，通常采取 土石修筑臨時施工道路和圍堰筑島（土石或土袋+木粧圍堰）的方式，這種傳統(tǒng)的施工方案 土石方量巨大、場地恢復困難，無法循環(huán)利用并且容易造成周圍環(huán)境的破壞，特別是在魚 塘、蟹塘等養(yǎng)殖產(chǎn)地，將對其生態(tài)養(yǎng)殖造成較大影響，賠償問題尤為突出。隨著建設"資源節(jié) 約型"、"環(huán)境友好型"社會的提出，當架空輸電線路在水中立塔時，迫使電力建設者尋求更 加經(jīng)濟、環(huán)保和高效的施工方法，這就需要對淺水區(qū)桿塔基礎施工技術(shù)開展系統(tǒng)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種淺水區(qū)桿塔基礎施工用鋼構(gòu)平臺與棧橋結(jié)構(gòu)設計方法， 它能夠有效解決傳統(tǒng)的土石臨時筑路和圍堰筑島施工土方工程量巨大、容易破壞周圍環(huán)境 以及水域養(yǎng)殖的賠償難度大的問題，能夠有效解決傳統(tǒng)圍堰筑島施工周期長，圍堰壩體易 受水體的影響的問題。
[0004] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] 步驟1，執(zhí)行現(xiàn)行《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》和《鋼管腳手架扣 件》規(guī)定，確定鋼構(gòu)棧橋與平臺結(jié)構(gòu)所用材料；
[0006] 步驟2,根據(jù)材料運輸通道需要，考慮現(xiàn)場流水作業(yè)人力車尺寸和施工人員交叉通 行，確定棧橋?qū)挾龋瑮蜷L度由具體塔位離岸邊距離，綜合交通運輸條件，施工難度確定；
[0007] 步驟3,鋼構(gòu)平臺外圍尺寸則根據(jù)桿塔基礎根開、鉆機尺寸、桿塔單件最大長度、粧 粧徑、以及護筒放置空間等綜合確定，以滿足基礎施工、桿塔組立及放線階段施工作業(yè)需 要；
[0008] 步驟4,確定棧橋與平臺設計荷載，針對鋼管腳手架平臺和棧橋，根據(jù)具體施工方 案，關注鉆機發(fā)動機、變速箱及卷揚機、鉆機轉(zhuǎn)盤、鉆機底座和鉆機橫梁、小型混凝土攪拌 機、下料導管、鋼筋籠、地籠、施工作業(yè)人員及混凝土運輸推車的施工荷載，形成荷載標準 值，同時結(jié)構(gòu)受力分析，應根據(jù)使用過程中可能出現(xiàn)的荷載，考慮必要的動力系數(shù)，取其最 不利組合進行計算，給出結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及地基承載力荷載效應組合；
[0009] 步驟5,①明確結(jié)構(gòu)計算假定，規(guī)定結(jié)構(gòu)設計使用期限，②所有鋼管桿互相連結(jié)點 按鉸接，立桿支點在塘底下< 〇.3m土壤內(nèi)，按固定考慮，③斜撐桿內(nèi)力按結(jié)構(gòu)形式乘以形狀 系數(shù);水壓力按靜水力壓力計算，不考慮風浪和水的流動，④忽略鋼管桿、扣件、竹膠板自 重;荷載系數(shù)按規(guī)范取值;水平桿考慮承受不小于1.0kN/m2的施工維護荷載，⑤水中立塔支 撐與圍擋結(jié)構(gòu)設計時，綜合考慮塔位基坑周圍環(huán)境和地質(zhì)條件的復雜程度、開挖基坑深度、 鉆孔粧徑與粧長等因素，考慮結(jié)構(gòu)坍塌對施工人員、桿塔與基礎施工和基坑周邊環(huán)境安全 的影響嚴重程度，留有足夠的安全裕度，必要時提高結(jié)構(gòu)安全等級，⑥鋼構(gòu)棧橋、平臺結(jié)構(gòu) 設計以及地下水控制和穩(wěn)定性驗算應分別采用承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)； [0010]步驟6,平臺與棧橋結(jié)構(gòu)力學分析
[0011] 理論分析:鋼構(gòu)棧橋及平臺主要通過縱向及橫向水平桿受彎強度、撓度計算、跨度 取值、扣件抗滑承載力驗算、立桿穩(wěn)定性計算，研究其布置形式及構(gòu)造措施，規(guī)范規(guī)定針對 鋼管立柱計算承載能力應按概率極限狀態(tài)設計法的要求，采用分項系數(shù)設計表達式進行設 計，主要包括下列設計計算：
[0012] 縱向、橫向水平桿等受彎構(gòu)件的強度計算；
[0013] 立桿的穩(wěn)定性計算；
[0014] 立桿地基承載力計算；
[0015] 立桿穩(wěn)定性計算是鋼管立柱計算的主要內(nèi)容，在確保施工安全、保證立桿不失穩(wěn) 前提下，基于常見土層條件，可根據(jù)相關公式確定出立桿的臨界幾何長度；
[0016] 數(shù)值模擬:借助有限元軟件對鋼構(gòu)平臺與棧橋主要水平桿受彎強度、撓度、扣件 抗滑承載力驗算、立桿穩(wěn)定性進行計算，研究其布置形式和局部加強構(gòu)造措施；
[0017] 步驟7,確定鋼構(gòu)棧橋與平臺適用范圍，鋼構(gòu)棧橋平臺和平臺結(jié)構(gòu)普遍應用于水面 上施工項目，確定所設計的棧橋和平臺結(jié)構(gòu)的適用范圍：
[0018] (1)平臺和棧橋豎桿的最小入土深度確定：
[0019] 1)依據(jù)軸力大小確定豎桿最小入土深度:根據(jù)理論計算與有限元分析模擬得出的 平臺與棧橋鋼管的最大軸力，把支撐的鋼管視為微型鋼管粧，依據(jù)《建筑粧基技術(shù)規(guī)范》計 算最小入土深度；
[0020] 2)依據(jù)變形量確定豎桿最小入土深度:失效分析表明，一旦個別桿件失效造成的 后果比較嚴重，一般桿件的失效有多種，其中一種為桿件體系沉降不均勻造成部分桿件失 效；
[0021] (2)鋼管立柱的臨界幾何長度：
[0022]根據(jù)立桿穩(wěn)定性計算是鋼管立柱計算的主要內(nèi)容，在確保施工安全、保證立桿不 失穩(wěn)前提下，基于常見土層條件，可根據(jù)相關公式確定出立桿的臨界幾何長度：
[0023] (3)各種水深情形下平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用范圍：
[0024] 根據(jù)不同的土質(zhì)和水深情況，通過力學分析，設計相應的平臺與棧橋結(jié)構(gòu)尺寸與 布置型式，對結(jié)構(gòu)進行修改和分析，研究各種土質(zhì)情況和多種水深情況下，結(jié)構(gòu)立桿需打入 硬土的深度，確定典型地質(zhì)條件下，不同水深平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用范圍，以指導平臺和棧橋 結(jié)構(gòu)設計及施工；
[0025] 步驟8,規(guī)范棧橋與平臺布置型式與構(gòu)造要求，便于實際施工操作：
[0026] (1)棧橋：
[0027] ①依據(jù)水深和淤泥層厚度，根據(jù)荷載確定鋼構(gòu)棧橋鋼管立桿長度和打入水下土層 的最小深度(含淤泥層厚度），兩側(cè)設安全護欄；
[0028]②棧橋立桿間距:據(jù)施工荷載定；
[0029]③橫撐、斜撐設置:棧橋兩側(cè)每根縱向立桿設置插入塘底的斜撐，主梁鋼管上鋪設 小橫撐，棧橋立桿間間隔1設置一道剪刀撐，水面高度處設置縱橫向掃地水平桿；
[0030] (2)施工平臺：
[0031] ①依據(jù)水深和淤泥層厚度確定鋼構(gòu)棧橋鋼管立桿長度，打入水下土層的最小深 度，臨水側(cè)均設安全護欄；
[0032]②立桿間距:計算確定，靠近粧孔位置處立桿應根據(jù)計算加密，最小間距0.3m，一 般按0.5m進行加密，建議按線路走向和四塔腿對角走向的支撐腳手架鋼管間隔加密，以滿 足鉆機就位后平整、穩(wěn)固；
[0033]③橫撐、斜撐設置:立桿與主梁鋼管連接，每隔一排鋼管柱設置一排支撐，水面高 度處設置一道掃地桿，平臺根據(jù)基礎根開及基礎立柱大小預留4個粧孔位置用于埋設護筒； [0034] (3)鋪設腳手板：
[0035] ①棧橋及操作平臺搭設好后，在表面鋪設竹板作為腳手板鋪墊在鋼管腳手架上， 腳手板下橫向每隔150~300mm設一道水平鋼管；
[0036] ②腳手板對接平鋪時，兩相鄰腳手板應對接因嚴密，用鐵絲牢固綁扎在主梁鋼管 上，接頭處必須設不少于兩道橫向水平鋼管，腳手板外伸不大于150mm;
[0037] ③腳手板搭接鋪設時，接頭必須支在橫向水平鋼管上，搭接長度應大于300mm，其 伸出橫向水平鋼管的長度應不小于150mm;
[0038] (4)扣件安裝應符合下列規(guī)定：
[0039]①扣件規(guī)格應與鋼管外徑相同；
[0040] ②螺栓抒緊扭力矩不應小于40N · m，且不應大于65N · m;
[0041] ③在主節(jié)點處固定橫向水平桿、縱向水平桿、剪刀撐、橫向斜撐等用的直角扣件、 旋轉(zhuǎn)扣件的中心點的相互距離不應大于150mm;
[0042] ④對接扣件開口應朝上或朝內(nèi)；
[0043] ⑤各桿件端頭伸出扣件蓋板邊緣的長度不應小于100mm;
[0044] (5)平臺、棧橋的欄桿和擋腳板的搭設應符合下列規(guī)定：
[0045] ①欄桿和擋腳板均應搭設在立桿的內(nèi)側(cè)；
[0046]②上欄桿上皮高度應為1.2m;
[0047] ③擋腳板高度不應小于180mm;
[0048] ④平臺和棧橋腳手板應鋪滿、鋪穩(wěn)，當采用對接或搭接時均應符合下述規(guī)定：
[0049] i)操作平臺采用50mm厚的木板作為腳手板鋪墊在鋼管腳手架上，木板下橫向每隔 300mm設一道水平鋼管；
[0050] ii)腳手板對接平鋪時，接頭處必須設兩道橫向水平鋼管，腳手板外伸不大于 150mm；
[0051 ] i i i)腳手板搭接鋪設時，接頭必須支在橫向水平鋼管上，搭接長度應大于200mm， 其伸出橫向水平鋼管的長度應不小于1 〇〇mm;
[0052] IV)腳手板探頭應用直徑3.2mm的鍍鋅鋼絲固定在支承桿件上;在拐角、斜道平臺 口處的腳手板，應用鍍鋅鋼絲固定在橫向水平桿上，防止滑動。
[0053]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0054] (1)能夠有效解決傳統(tǒng)的土石臨時筑路和圍堰筑島施工土方工程量巨大、容易破 壞周圍環(huán)境以及水域養(yǎng)殖的賠償難度大的問題；
[0055] (2)能夠有效解決傳統(tǒng)圍堰筑島施工周期長，圍堰壩體易受水體的影響的問題；
[0056] (3)鋼構(gòu)棧橋與平臺已在淺水區(qū)桿塔施工早有應用，但尚未形成一套系統(tǒng)的理論 計算方法，當前的鋼構(gòu)棧橋平臺在搭設及基礎施工過程中均存在一定的安全隱患，而且現(xiàn) 行我國輸電線路行業(yè)相關文件對淺水區(qū)桿塔基礎施工方案未提出相關規(guī)定和指導性建議， 實際工程中設計與施工無章可循，亟待探索淺水區(qū)水中塔位一套系統(tǒng)的規(guī)范化和標準化的 工程解決方案，以指導后續(xù)同類工程建設。
【附圖說明】：
[0057] 圖1為本發(fā)明棧橋結(jié)構(gòu)搭設示例圖；
[0058]圖2為腳手板對接鋪設構(gòu)造示意圖；
[0059] 圖3為腳手板搭接鋪設構(gòu)造示意圖。
【具體實施方式】：
[0060] 本發(fā)明采用以下方法：
[0061] 步驟1，執(zhí)行現(xiàn)行《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》和《鋼管腳手架扣 件》規(guī)定，確定鋼構(gòu)棧橋與平臺結(jié)構(gòu)所用材料。
[0062] 步驟2,根據(jù)材料運輸通道需要，考慮現(xiàn)場流水作業(yè)人力車尺寸和施工人員交叉 通行，確定棧橋?qū)挾?棧橋長度由具體塔位離岸邊距離，綜合交通運輸條件，施工難度確定， 實際工程中常見的棧橋長度從5.0m~200m不等，當塔位最近塔腿距靠近岸邊，可直接搭設 平臺，省去棧橋的設置。
[0063] 步驟3,鋼構(gòu)平臺外圍尺寸則根據(jù)桿塔基礎根開、鉆機尺寸、桿塔單件最大長度、粧 粧徑、以及護筒放置空間等綜合確定，以滿足基礎施工、桿塔組立及放線階段施工作業(yè)需 要。
[0064] 步驟4,確定棧橋與平臺設計荷載(設備自重、施工荷載、動力系數(shù)）。針對鋼管腳手 架平臺和棧橋，根據(jù)具體施工方案，重點關注鉆機含發(fā)動機、變速箱及卷揚機、鉆機轉(zhuǎn)盤、鉆 機底座和鉆機橫梁等）、小型混凝土攪拌機、下料導管、鋼筋籠、地籠、施工作業(yè)人員及混凝 土運輸推車等施工荷載，形成荷載標準值。同時結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)受力分析，應根據(jù)使用過程中可 能出現(xiàn)的荷載，考慮必要的動力系數(shù)，取其最不利組合進行計算，給出結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及地基承 載力荷載效應組合。
[0065]步驟5，明確結(jié)構(gòu)計算假定
[0066]①規(guī)定結(jié)構(gòu)設計使用期限(施工周期）；
[0067]②所有鋼管桿互相連結(jié)點按鉸接，立桿支點在塘底下< 0.3m土壤內(nèi)，按固定考慮； [0068]③斜撐桿內(nèi)力按結(jié)構(gòu)形式乘以形狀系數(shù);水壓力按靜水力壓力計算，不考慮風浪 和水的流動；
[0069] ④忽略鋼管桿、扣件、竹膠板自重;荷載系數(shù)按規(guī)范取值;水平桿考慮承受不小于 1.0kN/m2的施工維護荷載；
[0070] ⑤水中立塔支撐與圍擋結(jié)構(gòu)設計時，綜合考慮塔位基坑周圍環(huán)境和地質(zhì)條件的復 雜程度、開挖基坑深度、鉆孔粧徑與粧長等因素，考慮結(jié)構(gòu)坍塌對施工人員、桿塔與基礎施 工和基坑周邊環(huán)境安全的影響嚴重程度，留有足夠的安全裕度，必要時提高結(jié)構(gòu)安全等級；
[0071] ⑥鋼構(gòu)棧橋、平臺結(jié)構(gòu)設計以及地下水控制和穩(wěn)定性驗算應分別采用承載能力極 限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。
[0072] 步驟6,平臺與棧橋結(jié)構(gòu)力學分析
[0073] 理論分析:鋼構(gòu)棧橋及平臺主要通過縱向及橫向水平桿受彎強度、撓度計算、跨 度取值、扣件抗滑承載力驗算、立桿穩(wěn)定性計算，研究其布置形式及構(gòu)造措施。
[0074] 實際施工中，不同的工程存在不同的地質(zhì)條件，而同一工程中的不同位置，地質(zhì)條 件也并非完全相同?？紤]到棧橋與平臺結(jié)構(gòu)方案采用細長鋼管作為受力構(gòu)件，鋼管的長度 不能過長，否則會導致失穩(wěn)而致使結(jié)構(gòu)破壞。規(guī)范規(guī)定針對鋼管立柱計算承載能力應按概 率極限狀態(tài)設計法的要求，采用分項系數(shù)設計表達式進行設計，主要包括下列設計計算：
[0075] 縱向、橫向水平桿等受彎構(gòu)件的強度計算；
[0076]立桿的穩(wěn)定性計算；
[0077]立桿地基承載力計算。
[0078]立桿穩(wěn)定性計算是鋼管立柱計算的主要內(nèi)容，在確保施工安全、保證立桿不失穩(wěn) 前提下，基于常見土層條件，可根據(jù)相關公式確定出立桿的臨界幾何長度。假設棧橋平臺所 承受的施工荷載的大小和位置一定，則其力學模型有限元分析所得的結(jié)構(gòu)變形云圖、應力 云圖以及桿件的軸力均未發(fā)生改變。由確定鋼管最小入土深度計算公式孖可知，鋼 Trdq、 管尺寸、土體側(cè)阻力確定時，如果桿件軸力不變，那么鋼管的最小入土深度是固定不變的。 由于鋼管扣件的偏心距很小，鋼管立柱又具有一定高度，其底部立桿接近軸心受力構(gòu)件，計 算立桿有效長度時將鋼管立柱視為軸心受壓構(gòu)件。
[0079] 數(shù)值模擬:借助有限元軟件對鋼構(gòu)平臺與棧橋主要水平桿受彎強度、撓度、扣件抗 滑承載力驗算、立桿穩(wěn)定性進行計算，研究其布置形式和局部加強構(gòu)造措施，若打粧機處某 一立桿沉降過大而失效，可在立桿上部節(jié)點增加十字形橫桿和斜撐進行加固。
[0080] 步驟7,確定鋼構(gòu)棧橋與平臺適用范圍。鋼構(gòu)棧橋平臺和平臺結(jié)構(gòu)普遍應用于水面 上施工項目，確定所設計的棧橋和平臺結(jié)構(gòu)的適用范圍，對于輸電線路桿塔與基礎施工和 材料循環(huán)利用有著極其重要的意義。
[0081 ] (1)平臺和棧橋豎桿的最小入土深度確定
[0082] 1)依據(jù)軸力大小確定豎桿最小入土深度:根據(jù)理論計算與有限元分析模擬得出的 平臺與棧橋鋼管的最大軸力，把支撐的鋼管視為微型鋼管粧，依據(jù)《建筑粧基技術(shù)規(guī)范》計 算最小入土深度。依據(jù)地質(zhì)勘察報告，淤泥層的側(cè)阻力不計，確定各層土體的側(cè)阻力，考慮 到微型粧端部支撐效用較小，忽略鋼管的端承作用；
[0083] 2)依據(jù)變形量確定豎桿最小入土深度：失效分析表明，一旦個別桿件失效造成的 后果比較嚴重，一般桿件的失效有多種，其中一種為桿件體系沉降不均勻造成部分桿件失 效。為了杜絕此類情況的出現(xiàn)，設定最大沉降量，相鄰立桿的沉降差。給出設計的最大沉降 差的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，依據(jù)沉降控制得到平臺和棧橋立桿的最小入土深度。
[0084] (2)鋼管立柱的臨界幾何長度
[0085] 實際施工中，不同的工程存在不同的地質(zhì)條件，而同一工程中的不同位置，地質(zhì)條 件也并非完全相同?？紤]到此棧橋平臺結(jié)構(gòu)方案采用細長鋼管作為受力構(gòu)件，鋼管的長度 不能過長，否則會導致失穩(wěn)而致使結(jié)構(gòu)破壞。根據(jù)上文論述立桿穩(wěn)定性計算是鋼管立柱計 算的主要內(nèi)容，在確保施工安全、保證立桿不失穩(wěn)前提下，基于常見土層條件，可根據(jù)相關 公式確定出立桿的臨界幾何長度。
[0086]假設棧橋平臺所承受的施工荷載的大小和位置一定，則其力學模型有限元分析所 得的結(jié)構(gòu)變形云圖、應力云圖以及桿件的軸力均未發(fā)生改變。由確定鋼管最小入土深度計 N 算公式# = 可知，鋼管尺寸、土體側(cè)阻力確定時，如果桿件軸力不變，那么鋼管的最小 入土深度是固定不變的。
[0087]由于鋼管扣件的偏心距很小，鋼管立柱又具有一定高度，其底部立桿接近軸心受 力構(gòu)件，計算立桿有效長度時將鋼管立柱視為軸心受壓構(gòu)件。
[0088] 1)按照彈性方法確定鋼管立柱的臨界幾何長度(此臨界幾何長度范圍內(nèi)未考慮可 能存在的斜撐和水平支撐）：理想軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性（即發(fā)生彈性彎曲屈曲）確定。 考慮到實際工程應用，平臺和棧橋鋼管立柱模型的邊界支承條件模擬為下端固定，而上端 介于固定(扣件均完整扣上)和鉸接(部分扣件沒有扣上)兩種狀態(tài)之間 [0089] 2)按照彈塑性方法確定鋼管立柱的臨界幾何長度(非理想軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定 性確定方法，實際結(jié)構(gòu)往往是非彈性的，有一定的撓度，有一定的荷載偏心。因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 承載能力的確定，應該考慮幾何缺陷和力學缺陷對整體結(jié)構(gòu)做彈塑性二階分析。由于結(jié)構(gòu) 與腳手架結(jié)構(gòu)還是存在本質(zhì)區(qū)別的，首先，腳手架鋼管立柱是立在底座或墊板上面的，屬于 懸臂端，而本工程的立桿是插入硬土中的，屬于固接端;其次，腳手架的步距h是考慮工人實 際操作距離并結(jié)合規(guī)范而事先取定的，而本工程并不存在對步距的要求。所以，在這部分計 算時，仍然采用彈性方法的計算長度系數(shù)法來確定計算長度。在設計階段考慮到鋼管立柱 未進入塑性階段，因此這樣取值也是合理的。
[0090] (3)各種水深情形下平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用范圍
[0091] 根據(jù)不同的土質(zhì)和水深情況，通過力學分析，設計相應的平臺與棧橋結(jié)構(gòu)尺寸與 布置型式，對結(jié)構(gòu)進行修改和分析，研究各種土質(zhì)情況和多種水深情況下，結(jié)構(gòu)立桿需打入 硬土的深度，確定典型地質(zhì)條件下，不同水深平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用范圍，以指導平臺和棧橋 結(jié)構(gòu)設計及施工。
[0092] 步驟8,規(guī)范棧橋與平臺布置型式與構(gòu)造要求，便于實際施工操作。
[0093] (1)棧橋
[0094] ①依據(jù)水深和淤泥層厚度，根據(jù)荷載確定鋼構(gòu)棧橋鋼管立桿長度和打入水下土層 的最小深度(含淤泥層厚度），兩側(cè)設安全護欄，見圖1。
[0095]②棧橋立桿間距:據(jù)施工荷載定。
[0096]③橫撐、斜撐設置:棧橋兩側(cè)每根縱向立桿設置插入塘底的斜撐，主梁鋼管上鋪設 小橫撐，棧橋立桿間間隔1設置一道剪刀撐，水面高度處設置縱橫向掃地水平桿。
[0097] (2)施工平臺
[0098] ①依據(jù)水深和淤泥層厚度確定鋼構(gòu)棧橋鋼管立桿長度，打入水下土層的最小深度 (含淤泥層厚度），臨水側(cè)均設安全護欄。
[0099]②立桿間距:計算確定，靠近粧孔位置處立桿應根據(jù)計算加密，最小間距0.3m，一 般按0.5m進行加密，建議按線路走向和四塔腿對角走向的支撐腳手架鋼管間隔加密，以滿 足鉆機就位后平整、穩(wěn)固。
[0100]③橫撐、斜撐設置:立桿與主梁鋼管連接，每隔一排鋼管柱設置一排支撐，水面高 度處設置一道掃地桿。平臺根據(jù)基礎根開及基礎立柱大小預留4個粧孔位置用于埋設護筒。 [0101] (3)鋪設腳手板
[0102] ①棧橋及操作平臺搭設好后，在表面鋪設竹板作為腳手板鋪墊在鋼管腳手架上， 腳手板下橫向每隔150~300mm設一道水平鋼管。
[0103] ②腳手板對接平鋪時，兩相鄰腳手板應對接因嚴密，用鐵絲牢固綁扎在主梁鋼管 上，接頭處必須設不少于兩道橫向水平鋼管。腳手板外伸不大于150mm，見圖2-3。
[0104] ③腳手板搭接鋪設時，接頭必須支在橫向水平鋼管上，搭接長度應大于300mm，其 伸出橫向水平鋼管的長度應不小于150mm。
[0105] (4)扣件安裝應符合下列規(guī)定：
[0106]①扣件規(guī)格應與鋼管外徑相同；
[0107] ②螺栓抒緊扭力矩不應小于40N · m，且不應大于65N · m;
[0108] ③在主節(jié)點處固定橫向水平桿、縱向水平桿、剪刀撐、橫向斜撐等用的直角扣件、 旋轉(zhuǎn)扣件的中心點的相互距離不應大于150mm;
[0109] ④對接扣件開口應朝上或朝內(nèi)；
[0110] ⑤各桿件端頭伸出扣件蓋板邊緣的長度不應小于100mm。
[0111] (5)平臺、棧橋的欄桿和擋腳板的搭設應符合下列規(guī)定：
[0112] ①欄桿和擋腳板均應搭設在立桿的內(nèi)側(cè)；
[0113]②上欄桿上皮高度應為1.2m;
[0114]③擋腳板高度不應小于180mm;
[0115] ④平臺和棧橋腳手板應鋪滿、鋪穩(wěn)。當采用對接或搭接時均應符合下述規(guī)定：
[0116] i)操作平臺采用50mm厚的木板作為腳手板鋪墊在鋼管腳手架上，木板下橫向每隔 300mm設一道水平鋼管。
[0117] ii)腳手板對接平鋪時，接頭處必須設兩道橫向水平鋼管，腳手板外伸不大于 150mm；
[0118] i i i)腳手板搭接鋪設時，接頭必須支在橫向水平鋼管上，搭接長度應大于200mm， 其伸出橫向水平鋼管的長度應不小于1 〇〇mm。
[0119] IV)腳手板探頭應用直徑3.2mm的鍍鋅鋼絲固定在支承桿件上;在拐角、斜道平臺 口處的腳手板，應用鍍鋅鋼絲固定在橫向水平桿上，防止滑動。
[0120] 根據(jù)上述步驟，確定了鋼棧橋與平臺結(jié)構(gòu)型式及搭設范圍，即可通過縱向及橫向 水平桿受彎強度、撓度計算、跨度取值、扣件抗滑承載力驗算、立桿穩(wěn)定性計算，研究其具體 布置形式及構(gòu)造要求，再根據(jù)巖土地質(zhì)和水文勘測資料，水中塔位施工平臺使用要求和施 工載荷，考慮各種危險的施工工況，對平臺與棧橋結(jié)構(gòu)進行了多次設計、調(diào)整、比較和相應 多次的結(jié)構(gòu)力學分析，最終確定平臺結(jié)構(gòu)和棧橋設計與施工方案。
[0121 ]現(xiàn)針對實際工程塔位地質(zhì)和場地情況進行說明，見表1。
[0122]表1示例塔位地質(zhì)主要參數(shù)
[0123]
[0124] 按照步驟1，執(zhí)行建筑施工扣件式鋼管腳手架規(guī)范，確定鋼管與扣件材料，便于租 賃使用。
[0125] 按照步驟2、3，考慮運輸通行、施工作業(yè)所需空間。
[0126] 執(zhí)行步驟4流程，施工操作平臺主要作用在于施工和行車，其主要荷載為：鉆機 (含發(fā)動機、變速箱及卷揚機、鉆機轉(zhuǎn)盤、鉆機底座和鉆機橫梁等）總質(zhì)量約為20kN，按動力 系數(shù)1.3設計?？紤]岸上攪拌混凝土，由岸邊向塔位運輸混凝土進行澆筑，2輛推車裝滿混凝 土加2輛空車質(zhì)量按llkN考慮；混凝土下料導管質(zhì)量2kN、鋼筋籠2副共7.5kN、地籠4副共 lkN，施工人員6人共4.8kN。即：
[0127] 鉆機荷載:20kNX1.3 = 26kN
[0128] 推車荷載:llkN
[0129] 其他荷載:2+7.5+l+4.8 = 15.3kN。
[0130] 棧橋是為運輸材料、設備、人員而修建的臨時設施，其最大的特點就是為施工帶來 方便的同時也起著很重要的承載作用。
[0131] 棧橋上部的主要是施工移動荷載為：1輛現(xiàn)場手推車(車尺1500X520X480)，按滿 載3.5kN，考慮2輛一前一后同時運輸，1車按兩人操作，人重2X0.8=1.6kN;同時2輛空車還 回（一人操作），人重合重2 X (0 · 8+0 · 3) = 2 · 2kN。合計：3 · 5 X 2+2 X 0 · 8 X 2+2 X (0 · 8+0 · 3)= 12 · 4kN。按動力系數(shù)1 · 1考慮，棧橋總共受到12.4X1.1 = 13.64kN。設計時按15kN考慮。
[0132] 明確計算假定與計算原則。鋼橫梁與鋼管柱之間全部設為鉸接，鋼管柱底部固定； 并忽略平臺、棧橋護欄構(gòu)件影響。
[0133] 通過明確桿塔與基礎施工操作平臺使用要求和施工載荷，考慮各種危險的施工工 況，通過對示例桿塔基礎施工的操作平臺結(jié)構(gòu)和棧橋結(jié)構(gòu)進行了多次設計、調(diào)整、比較，確 定了平臺與棧橋結(jié)構(gòu)設計方案，平臺的平面尺寸為15mX 11m，棧橋的平面尺寸為16mX 2.5m〇
[0134] 平臺與棧橋結(jié)構(gòu)力學模型。考慮到平臺上方鋪設有木板，荷載通過木板傳遞到橫 桿及鋼管柱上，分析時，將荷載等效成線荷載施加到模型上。
[0135] 計算結(jié)果表明，平臺結(jié)構(gòu)的最大變形量與最大應力值分別為1mm和81.2MPa，均出 現(xiàn)在荷載施加區(qū)域的橫梁上。鋼管柱相比，變形與應力值均較小，處于安全范圍內(nèi)。平臺最 大軸力值為5.3kN，出現(xiàn)在鋼管柱上。施加荷載區(qū)域周邊柱軸力為3.2kN，平臺所有鋼管柱軸 力值均較小，應力水平也較低。
[0136] 考慮特殊情況，平臺打粧機部位受力區(qū)內(nèi)某根鋼管柱失效(如沉降量太大），喪失 承載能力。此時，平臺結(jié)構(gòu)使用情況較惡劣，該工況下平臺結(jié)構(gòu)受力區(qū)某根鋼管柱失效會 導致應力急劇增大，變形量為4.6mm，該鋼管柱周圍橫桿會出現(xiàn)明顯的應力集中，最大值達 到171MPa，未過Q235鋼材的標準值205MPa(參考《JGJ130-2011建筑施工扣件式鋼管腳手架 安全技術(shù)規(guī)范》），結(jié)構(gòu)強度滿足要求。
[0137] 某根柱失效時，其周圍鋼管立柱也可能因不均勻沉降導致其承載力下降。針對這 種情況，分析時，柱1失效，形成局部塌陷。此時柱2-5有可能正常承載，也有可能因沉降差太 大失去部分承載能力。分析時，考慮柱2-5從正常承載狀態(tài)到半失效狀態(tài)。
[0138] 假設正常承載時柱1~5豎向支反力分別為F1~F5。柱1完全失效，底部不施加任何 約束與荷載。約束柱2-5水平位移，施加豎向支反力。支反力大小從F逐漸變?yōu)镕/2。分析結(jié)果 見表2。
[0139] 表2鋼管立柱局部塌陷情況(6)結(jié)構(gòu)應力和沉降量計算結(jié)果
[0140]
[0141]平臺結(jié)構(gòu)局部塌陷導致相鄰鋼管立柱的沉降存在較大差異。計算結(jié)果表明，當沉 降量差在17mm左右時，結(jié)果應力與變形在容許范圍之內(nèi)，但不宜繼續(xù)增大。為保證平臺在工 作期間鋼管柱正常使用，如果發(fā)現(xiàn)打粧機附近因某一立桿沉降過大導致失效，可以在該立 桿上部節(jié)點增加十字形橫桿和斜撐連接進行加固。考慮到表2的計算結(jié)果，平臺結(jié)構(gòu)實際設 計圖中，在洞口和打粧機腳附件已經(jīng)加密橫桿，其間隔為350 X350(mm)。因此，平臺實際結(jié) 構(gòu)的最大應力值比表2中第3行應力值減小了。
[0142]棧橋結(jié)構(gòu)分析時類似施工操作平臺，設計時主要考慮豎向荷載。棧橋的最大變形 量為2.4mm，出現(xiàn)在棧橋橋面的橫連桿上，最大應力值為132MPa，出現(xiàn)在橫連桿與柱的連接 處。棧橋的最大軸力值為5.6kN。棧橋在該受力情況下處于安全狀態(tài)。
[0143] 針對平臺與棧橋結(jié)構(gòu)軸力，進行穩(wěn)定性驗算。按壓彎考慮進行驗算驗算表明，桿件 的穩(wěn)定性滿足要求。
[0144] 依據(jù)軸力大小確定豎桿最小入土深度，經(jīng)過有限元計算得到平臺區(qū)域鋼管的最大 軸力為5.3kN，棧橋區(qū)域的最大軸力為5.6kN。把本工程支撐的鋼管視為微型鋼管粧，依據(jù) 《建筑粧基規(guī)范-2008》進行最小入土深度計算。依據(jù)地質(zhì)勘察報告，淤泥層的側(cè)阻力不計， 第一層土體的側(cè)阻力為qsl = 53kPa，第二層土體的側(cè)阻力qs2 = 85kPa。
[0145] 考慮到微型粧端部支撐效用較小，忽略鋼管的端承作用。則最小入土深度計算公 N 式為：H 丁.
[0146] 經(jīng)計算，對于平臺區(qū)域，最小入土深度(不含淤泥層厚度)為0.66m;對于棧橋區(qū)域， 最小入土深度(不含齡泥層厚度)為0.70m。
[0147] 依據(jù)變形量確定豎桿最小入土深度
[0148] 通過失效分析可知，一旦個別桿件失效造成的后果比較嚴重，一般桿件的失效有 多種，其中一種為桿件體系沉降不均勻造成部分桿件失效。為了杜絕此類情況的出現(xiàn)，設定 最大沉降量為15 mm，相鄰立桿的沉降差不超過5 mm。給出設計的最大沉降差的結(jié)構(gòu)分析結(jié) 果。
[0149] 沉降量計算模型，采用等效分層總和法，其理論計算公式相關參數(shù)的意義可參見 《建筑粧基規(guī)范-2008》第5.5.6和5.5.7條。
[0150]需要指出的是：由于勘查報告未提供變形模量E，本節(jié)計算采用經(jīng)驗取值。
[0151 ]結(jié)合實際平臺和棧橋的布置，可將鋼管布置分為4類：
[0152] 第一類:0.7m X 0.7m間距布置鋼管，荷載為5.3kN/根；
[0153] 第二類:0.7m X 1.0m間距布置鋼管，荷載為3.2kN/根；
[0154] 第三類：1. Om X 1. Om間距布置鋼管，荷載為3.2kN/根；
[0155] 第四類:1. Om X 1.5m間距布置鋼管，荷載為5.6kN/根；
[0156] 經(jīng)計算，計算結(jié)果列于表3中。
[0157] 表3不同入土深度對應的沉降量/mm
[0158]
[0159] 由表3的計算結(jié)果可以看出，依據(jù)沉降控制得到平臺和棧橋立桿的最小入土深度 (不含淤泥層厚度)為l.〇m。
[0160] 按照彈性方法確定鋼管立柱的臨界幾何長度。實際構(gòu)件中常有各種影響承載力的 缺陷，而且鋼管立柱的承載能力對鉆孔工作平臺使用的穩(wěn)定性和安全性起者決定性的作 用，結(jié)合查閱的相關資料，計算時鋼管立柱安全系數(shù)取為K = 2。因其實際工況的復雜性，安 全系數(shù)的取值不應低于一定水平，本實例安全系數(shù)取值2是經(jīng)濟安全的。
[0161]
[0162] 所以，立桿的臨界幾何長度1 = 6.5m。
[0163] 按照彈塑性方法確定鋼管立柱的臨界幾何長度。立桿的極限承載力值通過結(jié)構(gòu)實 驗或結(jié)構(gòu)計算分析確定，可以表達為：0 · A · fy，其中：fy-鋼材的屈服強度。根據(jù)建筑施工 腳手架結(jié)構(gòu)安全度的要求，腳手架立桿的設計承載力=腳手架立桿的極限承載力/K，式中： K 一安全系數(shù)，根據(jù)工作條件取2.0~3.0,本工程選取安全系數(shù)K = 2進行計算。
[0164] 綜合以上表達式可以得出
[0165] 如果立桿采用Q235鋼管：
[0166] 則：
[0167] 計算得到：
所以，立桿的臨界幾何長度1 = 5.8m。 … m?
[0168] 如果立桿采用Q345鋼管，
[0169] 貝 1J:

[0170] 計算得到： 所以，立桿的臨界幾何長度1 = 6.97m。 m'，.
[0171] 由于本工程與已建的水上施工平臺采用的材料和結(jié)構(gòu)不同，所以并沒有具體的規(guī) 范和實例可以借鑒，因此，為了保證施工的安全，考慮取用兩種算法的較小值，即：
[0172] 如果立桿采用Q235鋼管：1 = 5.8m;
[0173] 如果立桿采用Q345鋼管：1 = 6.5m。
[0174] 鋼管立柱臨界幾何長度計算與立柱所承受的最大軸力有很大的關聯(lián)。施工操作平 臺中打粧機三個支撐腳處承受的動荷載影響立桿承受最大軸力，為保證打粧機支撐腳處立 桿的穩(wěn)定性以及安全性，在每個打粧機支撐腳處增設四根斜橫桿進行加固措施。經(jīng)過對加 固結(jié)構(gòu)進行有限元分析，立桿最大軸力較未加固結(jié)構(gòu)的立桿最大軸力有明顯的降低趨勢。 說明該加固結(jié)構(gòu)的承載力增大。
[0175] 平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用性研究結(jié)論：
[0176] (1)
[0177] 針對示例平臺結(jié)構(gòu)和棧橋結(jié)構(gòu)的適用性研究，采用了兩種計算方法，分別為彈性 計算方法和彈塑性計算方法。結(jié)合工程實際，建議取用兩種方法計算結(jié)果的平均值。如果立 桿采用Q235鋼管，則立桿的臨界失穩(wěn)長度為6.15m;如果立桿采用Q345鋼管，則立桿的臨界 失穩(wěn)長度為6.73m;且立桿臨界長度指的是立桿在此長度上無水平支撐的情況。在本工程 中，立桿臨界長度指從硬土層下〇.5m處到水面處水平支撐的距離。
[0178] (2)
[0179] 在彈性方法和彈塑性方法的計算過程中，均存在安全系數(shù)K。本工程取安全系數(shù)K =2進行計算。此安全系數(shù)的選取需要考慮工程的安全等級以及現(xiàn)場的施工條件等客觀因 素，不是一成不變的。
[0180] (3)彈塑性計算方法是參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范(JGJ130-2011)》以及《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB50017-2003)》進行計算的，但由于本結(jié)構(gòu)并不完全屬于地 面上腳手架的范圍，所以對計算方法進行了一些合理調(diào)整。且由于本工程的結(jié)構(gòu)高度比較 小，所以計算時并未考慮風荷載。
[0181] (4)
[0182] 為保障平臺結(jié)構(gòu)工作時的整體穩(wěn)定性，需在平臺結(jié)構(gòu)四周外側(cè)布置一些斜向撐 桿，平臺結(jié)構(gòu)在打粧機的機腳處下面立桿附近布置若干斜支撐(進入硬土層內(nèi)）。
[0183] (5)
[0184] 平臺和棧橋上面除了必要的施工荷載，不要堆積其他原材料等荷載，若有其他荷 載，需按步驟計算。
[0185] (6)
[0186] 原平臺結(jié)構(gòu)和棧橋結(jié)構(gòu)的場地條件是:水深1.5m，淤泥0.5m，該結(jié)構(gòu)的入硬土深度 為1.0m。雖然鋼管尺寸、土體側(cè)阻力固定，由計算公式Η =+確定鋼管最小入土深度時， 如果桿件軸力不變，那么鋼管的最小入土深度固定不變。但水深增加，對結(jié)構(gòu)不利。建議在 采用該結(jié)構(gòu)形式時，豎桿入硬土深度可適當加大，保證鋼管立柱的穩(wěn)定性。
[0187] (7)理論計算結(jié)果可以得知：從硬土層下0.5m處到水面處水平支撐（扣件連接處） 的距離不得超過立桿臨界長度1，即：0.5m+淤泥0.5m+水深< 1。因此，該棧橋結(jié)構(gòu)和平臺結(jié) 構(gòu)的使用條件為：
[0188] 如果立桿采用Q235鋼管，則最大水深不得超過4.8m;或者水深+淤泥厚度不得超過 5.3m〇
[0189] 如果立桿采用Q345鋼管，則最大水深不得超過5.5m;或者水深+淤泥厚度不得超過 6.0m〇
[0190] (8)施工時盡可能降低對土體的擾動。
[0191] (9)加強施工全程監(jiān)測，確保工程安全。
[0192] (1〇)
[0193] 施工操作平臺承受鉆機動荷載，需在平臺孔洞四周布置加密橫桿。將孔洞邊緣向 外2.0m范圍視為加密區(qū)，加密區(qū)的大小可根據(jù)孔洞大小適當加大。加密區(qū)橫桿間距在0.5m 左右。
[0194] (11)
[0195] 施工操作平臺中打粧機三個支撐腳處附近豎桿承受動荷載較大，需在打粧機每個 支撐腳最近的一根豎桿周圍增設四根斜撐桿，以此對結(jié)構(gòu)進行加固。加固后的平臺結(jié)構(gòu)承 載力得到提高。
[0196] (12)
[0197] 當水深+淤泥厚度合計小于4m時，平臺內(nèi)部斜支撐可不設置，僅在平臺四周設置斜 支撐;水面處水平橫桿在橫、縱兩個方向可間隔一排布置，但需保證在水面處每根立桿至少 有一個扣件與橫桿相連。當水深+淤泥厚度合計大于4m時，平臺水面處水平橫桿應每排橫、 縱兩個方向均布置，且需在水面上和平臺上與立桿用扣件扣緊;斜支撐應在(打粧機腳處） 加密區(qū)與平臺四周設置。
[0198] 各種水深情形下平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用范圍
[0199] 根據(jù)不同的土質(zhì)和水深情形，通過力學分析，設計相應的平臺與棧橋結(jié)構(gòu)，平臺與 棧橋結(jié)構(gòu)使用常規(guī)的腳手架鋼管Φ 48.6mm X 3.6mm構(gòu)成。
[0200] 綜合考慮棧橋、平臺結(jié)構(gòu)分析的研究成果，三種結(jié)構(gòu)設計方案相應水深+淤泥厚度 的適用范圍見表4。表4中立桿入土深度按示例塔位土質(zhì)情況(見表1)計算得來。
[0201] 平臺和棧橋結(jié)構(gòu)主要是依靠鋼管立桿與土的摩擦力承重，所以影響平臺和棧橋結(jié) 構(gòu)入土深度計算結(jié)果的主要因素是土體的側(cè)摩阻力qs，針對不同土體的qs值，平臺和棧橋 結(jié)構(gòu)入土深度計算結(jié)果也是不同的。使用此平臺和棧橋結(jié)構(gòu)時可根據(jù)不同qs查表5獲取相 應的立桿入土深度。
[0202] 表4無土圍堰與平臺結(jié)構(gòu)各設計方案的適用范圍
[0203]
[0204]
[0205] 表5常見土質(zhì)下平臺和棧橋結(jié)構(gòu)立桿入土深度(單位:m)
[0206]
[0207] 注:①當qs非表列值時，入土深度可內(nèi)插取值。
[0208] ②表中所列數(shù)值為平臺和棧橋結(jié)構(gòu)立桿的最大軸力為5.6kN時的計算結(jié)果，若軸 力不是5.6kN，可按照軸力大小的比例關系計算獲得。
【主權(quán)項】
1. 一種淺水區(qū)桿塔基礎施工用鋼構(gòu)平臺與棧橋結(jié)構(gòu)設計方法，其特征在于，其包括如 下步驟： 步驟1，執(zhí)行現(xiàn)行《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》和《鋼管腳手架扣件》規(guī) 定，確定鋼構(gòu)棧橋與平臺結(jié)構(gòu)所用材料； 步驟2，根據(jù)材料運輸通道需要，考慮現(xiàn)場流水作業(yè)人力車尺寸和施工人員交叉通行， 確定棧橋?qū)挾?，棧橋長度由具體塔位離岸邊距離，綜合交通運輸條件，施工難度確定； 步驟3,鋼構(gòu)平臺外圍尺寸則根據(jù)桿塔基礎根開、鉆機尺寸、桿塔單件最大長度、粧粧 徑、以及護筒放置空間等綜合確定，以滿足基礎施工、桿塔組立及放線階段施工作業(yè)需要； 步驟4，確定棧橋與平臺設計荷載，針對鋼管腳手架平臺和棧橋，根據(jù)具體施工方案，關 注鉆機發(fā)動機、變速箱及卷揚機、鉆機轉(zhuǎn)盤、鉆機底座和鉆機橫梁、小型混凝土攪拌機、下料 導管、鋼筋籠、地籠、施工作業(yè)人員及混凝土運輸推車的施工荷載，形成荷載標準值，同時結(jié) 構(gòu)受力分析，應根據(jù)使用過程中可能出現(xiàn)的荷載，考慮必要的動力系數(shù)，取其最不利組合進 行計算，給出結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及地基承載力荷載效應組合； 步驟5,①明確結(jié)構(gòu)計算假定，規(guī)定結(jié)構(gòu)設計使用期限，②所有鋼管桿互相連結(jié)點按鉸 接，立桿支點在塘底下< 〇.3m土壤內(nèi)，按固定考慮，③斜撐桿內(nèi)力按結(jié)構(gòu)形式乘以形狀系 數(shù);水壓力按靜水力壓力計算，不考慮風浪和水的流動，④忽略鋼管桿、扣件、竹膠板自重； 荷載系數(shù)按規(guī)范取值;水平桿考慮承受不小于1.0kN/m2的施工維護荷載，⑤水中立塔支撐 與圍擋結(jié)構(gòu)設計時，綜合考慮塔位基坑周圍環(huán)境和地質(zhì)條件的復雜程度、開挖基坑深度、鉆 孔粧徑與粧長等因素，考慮結(jié)構(gòu)坍塌對施工人員、桿塔與基礎施工和基坑周邊環(huán)境安全的 影響嚴重程度，留有足夠的安全裕度，必要時提高結(jié)構(gòu)安全等級，⑥鋼構(gòu)棧橋、平臺結(jié)構(gòu)設 計以及地下水控制和穩(wěn)定性驗算應分別采用承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)； 步驟6,平臺與棧橋結(jié)構(gòu)力學分析 理論分析：鋼構(gòu)棧橋及平臺主要通過縱向及橫向水平桿受彎強度、撓度計算、跨度取 值、扣件抗滑承載力驗算、立桿穩(wěn)定性計算，研究其布置形式及構(gòu)造措施，規(guī)范規(guī)定針對鋼 管立柱計算承載能力應按概率極限狀態(tài)設計法的要求，采用分項系數(shù)設計表達式進行設 計，主要包括下列設計計算： 縱向、橫向水平桿等受彎構(gòu)件的強度計算； 立桿的穩(wěn)定性計算； 立桿地基承載力計算； 立桿穩(wěn)定性計算是鋼管立柱計算的主要內(nèi)容，在確保施工安全、保證立桿不失穩(wěn)前提 下，基于常見土層條件，可根據(jù)相關公式確定出立桿的臨界幾何長度； 數(shù)值模擬:借助有限元軟件對鋼構(gòu)平臺與棧橋主要水平桿受彎強度、撓度、扣件抗滑承 載力驗算、立桿穩(wěn)定性進行計算，研究其布置形式和局部加強構(gòu)造措施； 步驟7,確定鋼構(gòu)棧橋與平臺適用范圍，鋼構(gòu)棧橋平臺和平臺結(jié)構(gòu)普遍應用于水面上施 工項目，確定所設計的棧橋和平臺結(jié)構(gòu)的適用范圍： (1)平臺和棧橋豎桿的最小入土深度確定： 1)依據(jù)軸力大小確定豎桿最小入土深度:根據(jù)理論計算與有限元分析模擬得出的平臺 與棧橋鋼管的最大軸力，把支撐的鋼管視為微型鋼管粧，依據(jù)《建筑粧基技術(shù)規(guī)范》計算最 小入土深度； 2)依據(jù)變形量確定豎桿最小入土深度:失效分析表明，一旦個別桿件失效造成的后果 比較嚴重，一般桿件的失效有多種，其中一種為桿件體系沉降不均勻造成部分桿件失效； (2) 鋼管立柱的臨界幾何長度： 根據(jù)立桿穩(wěn)定性計算是鋼管立柱計算的主要內(nèi)容，在確保施工安全、保證立桿不失穩(wěn) 前提下，基于常見土層條件，可根據(jù)相關公式確定出立桿的臨界幾何長度： (3) 各種水深情形下平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用范圍： 根據(jù)不同的土質(zhì)和水深情況，通過力學分析，設計相應的平臺與棧橋結(jié)構(gòu)尺寸與布置 型式，對結(jié)構(gòu)進行修改和分析，研究各種土質(zhì)情況和多種水深情況下，結(jié)構(gòu)立桿需打入硬土 的深度，確定典型地質(zhì)條件下，不同水深平臺和棧橋結(jié)構(gòu)適用范圍，以指導平臺和棧橋結(jié)構(gòu) 設計及施工； 步驟8,規(guī)范棧橋與平臺布置型式與構(gòu)造要求，便于實際施工操作： (1) 棧橋： ① 依據(jù)水深和淤泥層厚度，根據(jù)荷載確定鋼構(gòu)棧橋鋼管立桿長度和打入水下土層的最 小深度(含淤泥層厚度），兩側(cè)設安全護欄； ② 棧橋立桿間距:據(jù)施工荷載定； ③ 橫撐、斜撐設置:棧橋兩側(cè)每根縱向立桿設置插入塘底的斜撐，主梁鋼管上鋪設小橫 撐，棧橋立桿間間隔1設置一道剪刀撐，水面高度處設置縱橫向掃地水平桿； (2) 施工平臺： ① 依據(jù)水深和淤泥層厚度確定鋼構(gòu)棧橋鋼管立桿長度，打入水下土層的最小深度，臨 水側(cè)均設安全護欄； ② 立桿間距:計算確定，靠近粧孔位置處立桿應根據(jù)計算加密，最小間距0.3m，一般按 0.5m進行加密，建議按線路走向和四塔腿對角走向的支撐腳手架鋼管間隔加密，以滿足鉆 機就位后平整、穩(wěn)固； ③ 橫撐、斜撐設置:立桿與主梁鋼管連接，每隔一排鋼管柱設置一排支撐，水面高度處 設置一道掃地桿，平臺根據(jù)基礎根開及基礎立柱大小預留4個粧孔位置用于埋設護筒； (3) 鋪設腳手板： ① 棧橋及操作平臺搭設好后，在表面鋪設竹板作為腳手板鋪墊在鋼管腳手架上，腳手 板下橫向每隔150~300mm設一道水平鋼管； ② 腳手板對接平鋪時，兩相鄰腳手板應對接因嚴密，用鐵絲牢固綁扎在主梁鋼管上，接 頭處必須設不少于兩道橫向水平鋼管，腳手板外伸不大于150_; ③ 腳手板搭接鋪設時，接頭必須支在橫向水平鋼管上，搭接長度應大于300mm，其伸出 橫向水平鋼管的長度應不小于150mm; (4) 扣件安裝應符合下列規(guī)定： ① 扣件規(guī)格應與鋼管外徑相同； ② 螺栓抒緊扭力矩不應小于40N · m，且不應大于65N · m; ③ 在主節(jié)點處固定橫向水平桿、縱向水平桿、剪刀撐、橫向斜撐等用的直角扣件、旋轉(zhuǎn) 扣件的中心點的相互距離不應大于150mm; ④ 對接扣件開口應朝上或朝內(nèi)； ⑤ 各桿件端頭伸出扣件蓋板邊緣的長度不應小于100mm; (5)平臺、棧橋的欄桿和擋腳板的搭設應符合下列規(guī)定： ① 欄桿和擋腳板均應搭設在立桿的內(nèi)側(cè)； ② 上欄桿上皮高度應為1.2m; ③ 擋腳板高度不應小于180mm; ④ 平臺和棧橋腳手板應鋪滿、鋪穩(wěn)，當采用對接或搭接時均應符合下述規(guī)定： i) 操作平臺采用50mm厚的木板作為腳手板鋪墊在鋼管腳手架上，木板下橫向每隔 300mm設一道水平鋼管； ii) 腳手板對接平鋪時，接頭處必須設兩道橫向水平鋼管，腳手板外伸不大于150mm; i i i)腳手板搭接鋪設時，接頭必須支在橫向水平鋼管上，搭接長度應大于200mm，其伸 出橫向水平鋼管的長度應不小于100mm; IV)腳手板探頭應用直徑3.2mm的鍍鋅鋼絲固定在支承桿件上;在拐角、斜道平臺口處 的腳手板，應用鍍鋅鋼絲固定在橫向水平桿上，防止滑動。
【文檔編號】E01D15/12GK105887913SQ201510578732
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年9月10日
【發(fā)明人】鄒本為, 羅正幫, 王力, 梁東躍, 王向陽, 葛娜, 李靜坤, 楊雪鋒, 許瑾, 尹雪超, 王夢博, 周轉(zhuǎn)
【申請人】安徽華電工程咨詢設計有限公司