南溪大橋鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工

王福亮

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，福建 福州 350000)

0 前 言

橋梁建設(shè)期間，為了施工便捷，往往會(huì)在橋梁建設(shè)中修筑鋼棧橋和鋼平臺(tái)[1]。如何對(duì)鋼棧橋的設(shè)計(jì)計(jì)算和施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，是前期施工能否節(jié)約成本的同時(shí)保證安全施工的關(guān)鍵核心所在。本文結(jié)合南溪大橋工程，簡(jiǎn)單闡述了鋼棧橋的設(shè)計(jì)和施工，為相關(guān)施工建設(shè)給予參考和建議。

1 工程概況

南溪大橋位于福建省龍海市九龍江南港南溪出口上游約1 000 m處，跨越南溪。大橋的起點(diǎn)在東園鎮(zhèn)秋租村，終點(diǎn)位于浮宮鎮(zhèn)草埔頭村。橋長(zhǎng)949.16 m，主橋長(zhǎng)度222 m，起點(diǎn)側(cè)引橋長(zhǎng)334 m，終點(diǎn)側(cè)引橋長(zhǎng)394 m，引橋總長(zhǎng)728 m，橋梁總寬度40 m。橋孔采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁分七聯(lián)布設(shè)，第一、二、五聯(lián)和第七聯(lián)為4×30 m連續(xù)T梁，第三聯(lián)為3×30 m連續(xù)T梁，第四聯(lián)為連續(xù)懸澆梁62 m+98 m+62 m，第六聯(lián)為5×30 m連續(xù)T梁。T梁采用柱式墩、樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)采用肋板臺(tái)、樁基。南溪大橋位于九龍江南港河段，屬九龍江河口區(qū)感潮河段，河水受潮汐作用明顯，地貌為河口海積平原，場(chǎng)地地面平坦，河床高程-3.00 m左右，岸上地面高程3.25～4.55 m，岸坡坡度2.5°～3.0°。

2 鋼棧橋設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目橋梁屬于水中橋，以棧橋作為項(xiàng)目施工平臺(tái)，采用水上貝雷梁鋼棧橋，滿(mǎn)足橋梁下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)施工需要。設(shè)計(jì)時(shí)除了要承受豎向車(chē)輛荷載以外，風(fēng)、水流沖擊等對(duì)鋼棧橋的作用必須考慮，按照上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。

2.1 鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式

2.1.1 基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)鋼棧橋的實(shí)際地質(zhì)情況和水位深度[3]，鋼棧橋橋墩的基礎(chǔ)布置如下：普通墩采用單排三個(gè)Φ630 mm的管狀鋼管樁基礎(chǔ)，壁厚為10 mm(水平放置3個(gè)，間隔3.2 m)。而制動(dòng)墩柱采用8行管雙排Φ530 mm鋼樁基礎(chǔ)，壁厚10 mm(水平方向4個(gè)，間隔2.6 m，垂直方向2個(gè)，間隔3.0 m)，管樁頂部放置兩道45a型工字鋼梁。管樁頂部間采用16槽鋼并沿剪切力的方向焊接。

2.1.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋梁的每個(gè)縱梁的跨度均設(shè)置為12 m。實(shí)際的施工中可以根據(jù)建筑需要和工地條件進(jìn)行調(diào)整，但不超過(guò)12 m。根據(jù)交通負(fù)荷載和橋面板的寬度要求，縱向大梁分為一層五組水平布置，總共10個(gè)貝雷梁片(規(guī)格150 cm×300 cm)；貝雷片通過(guò)貝雷梁銷(xiāo)縱向連接，90型支撐板橫向連接以確保整體穩(wěn)定性，U型鐵用于連接貝雷片和工字梁以防止打滑，產(chǎn)生位移。

2.1.3 橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋面板上裝有I20型工字鋼水平分布梁+10 mm印刷鋼板，橋面板系統(tǒng)組成包括：20 cm工字鋼作為分配橫梁(間距35 cm)+10 mm厚印花鋼板。分配橫梁直接用螺栓連接(或鋪10槽鋼限位器)在貝雷片縱梁上，預(yù)制的橋面板直接用螺栓安放在貝雷片縱梁上。

2.1.4 防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋面板由高1.2 m，長(zhǎng)2.6 m(與橋面板焊接)的小型管狀鋼護(hù)欄桿(直徑4.5 cm)保護(hù)。沿高度方向布置雙導(dǎo)軌。

2.1.5 鋼棧橋其他設(shè)施

橋頭兩側(cè)設(shè)置應(yīng)限載限速標(biāo)志和其他安全警示標(biāo)志以確保棧橋通行安全；橋面應(yīng)設(shè)置專(zhuān)用電纜管道，確保施工用電正常供應(yīng)；棧橋臨邊護(hù)欄采用鋼管?chē)o(hù)，其豎桿、扶手橫桿刷上紅白相間的警示反光油漆，同時(shí)在棧橋兩側(cè)橋頭設(shè)置交通崗?fù)ぃ⑴蓪?zhuān)人進(jìn)行值班上崗，防止非施工人員上橋。鋼棧橋橫斷面布置見(jiàn)圖1，鋼棧橋單聯(lián)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖1 鋼棧橋橫斷面布置圖

圖2 鋼棧橋單聯(lián)結(jié)構(gòu)

3 棧橋施工工藝

將鋼棧橋組件吊起并用起重設(shè)備進(jìn)行安裝，焊接橋墩位剪刀撐。頂部依組次拼裝，單組貝雷梁由兩排貝雷梁片(每組9 m或12 m長(zhǎng))組成，沿著側(cè)梁按0#墩或5#墩順序一一焊接。拼裝后使用卡車(chē)運(yùn)輸鋼管，貝雷梁，型鋼和橋面板等材料，逐跨施工工藝流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 逐跨施工工藝流程圖

3.1 下部結(jié)構(gòu)施工

對(duì)于鋼棧橋下部結(jié)構(gòu)[4]，使用懸打法施工。在施工過(guò)程中，用吊車(chē)和吊式振動(dòng)錘將鋼管樁固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。在施工過(guò)程中，必須確保鋼管的垂直度。當(dāng)插搗深度超過(guò)2 m允許連續(xù)打樁。及時(shí)檢查鋼管是否發(fā)生傾斜，一旦產(chǎn)生傾斜，及時(shí)進(jìn)行調(diào)試。必須連續(xù)打樁，不允許長(zhǎng)時(shí)間停頓，否則，樁周?chē)耐寥罃_動(dòng)將加大沉樁施工的難度。沉樁步驟如下。

1)第一步：立樁，安裝鋼管樁，使用履帶式鋼絲繩與卸扣配合，垂直提起首節(jié)鋼管柱的頭部，將其插入棧橋附近的水中，并與鋼棧橋暫時(shí)綁在一起。

2)第二步：定位，用履帶起重機(jī)的振動(dòng)錘將鋼管樁夾緊后，利用履帶起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)臂通過(guò)測(cè)量來(lái)協(xié)調(diào)定位鋼管樁，并在精確的定位后落鉤。自重沉降后，在操作中，待沉降穩(wěn)定后，應(yīng)再次檢查樁基的水平位置。如果符合條件，繼續(xù)下一個(gè)過(guò)程。否則，使用履帶式起重機(jī)提起鋼管樁，將其重新放置，然后再次浸入。

3)第三步：沉樁，定位放置后，啟動(dòng)振動(dòng)錘使振動(dòng)沉樁，直至達(dá)到設(shè)計(jì)高度，然后對(duì)樁身?yè)隙冗M(jìn)行測(cè)定和驗(yàn)證。在下降過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)樁頂偏移要立即進(jìn)入糾偏程序。沉樁過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：①調(diào)整振動(dòng)錘的夾頭尺寸，然后將管狀鋼樁固定到位，打開(kāi)振動(dòng)錘，并擰緊夾頭，當(dāng)壓力達(dá)到20 MPa時(shí)，執(zhí)行下一步操作；②特別注意鋼管樁下降速度，如果迅速下沉或無(wú)法下沉到設(shè)計(jì)要求高度，需要綜合考慮各種因素分析原因并進(jìn)行妥善處理；③沉樁偏差：平面位置：±10 cm，樁頂標(biāo)高：±5 cm，樁身垂直度：1%；④埋置鋼管樁下沉到指定位置后，在鋼管樁之間使用鋼管鋼聯(lián)軸節(jié)連接起來(lái)，以確保棧橋底部的整體穩(wěn)定性。

同時(shí)，在沉樁施工過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：①樁開(kāi)始下落的力來(lái)自于自身的重量，在將振動(dòng)錘和設(shè)備牢固地連接到樁的頂部之后，用振動(dòng)錘將樁下沉，下降速度接近計(jì)算值，并且振幅符合規(guī)定才算合格，利用設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)和灌入度進(jìn)行雙重控制，以達(dá)到設(shè)計(jì)沉樁位置；②必須精準(zhǔn)控制振動(dòng)時(shí)間，如果振動(dòng)持續(xù)時(shí)間較短，則土壤結(jié)構(gòu)不會(huì)被松散損壞，如果振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則很容易損壞振動(dòng)錘和其他組件，振蕩周期可以根據(jù)機(jī)器和施工現(xiàn)場(chǎng)土壤的質(zhì)量來(lái)確定，通常不超過(guò)10～15 min；③用液壓鉗擰緊振動(dòng)錘和樁頭，它們之間存在間隙或游隙，可造成鋼管樁塌陷，并且不完全的應(yīng)力傳遞會(huì)損壞接頭，如果在振動(dòng)錘振動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樁的頂部局部變形或損壞，則必須及時(shí)進(jìn)行維修；④樁的位置和垂直度必須由檢查員精確定位和引導(dǎo)，在鋼管樁的建造過(guò)程中，必須完成對(duì)立柱頂部高度和位置的檢測(cè)，如果管狀鋼管樁是傾斜的，必須及時(shí)將其拔出并進(jìn)行調(diào)整，并且每1～2 min調(diào)整一次鋼管樁，管樁只能在安裝設(shè)備全部就位后開(kāi)始施工；⑤為了確保鋼管樁的整體剛度，在連接后必須將其進(jìn)行滿(mǎn)焊，延伸的加強(qiáng)板也必須采用滿(mǎn)焊工藝，并滿(mǎn)足焊縫厚度的要求。技術(shù)人員必須在現(xiàn)場(chǎng)檢查所有管樁的接頭質(zhì)量。

3.2 上部結(jié)構(gòu)施工

3.2.1 貝雷梁安裝

采用起重機(jī)等吊裝設(shè)備對(duì)棧橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝需首先進(jìn)行型鋼分配梁的安裝。使用起重機(jī)將工字鋼連接到鋼管樁上，并用固定螺栓將其固定。為了滿(mǎn)足力的要求，梁的樞軸點(diǎn)必須位于貝雷梁的垂直樞軸點(diǎn)或菱形桿樞軸點(diǎn)的位置。然后，架設(shè)貝雷梁。在與下部銜接處橫隔梁上進(jìn)行測(cè)繪，定位貝雷梁架設(shè)點(diǎn)。將附加的貝雷梁放置在附加的貝雷梁后面，形成一條直線(xiàn)。用粗木棒提起貝雷梁的前邊緣穿過(guò)角撐板。下弦銷(xiāo)孔對(duì)準(zhǔn)后，插入安全銷(xiāo)。提起貝雷橫梁的后端，插入上弦銷(xiāo)，然后增設(shè)安全插銷(xiāo)。該過(guò)程按組進(jìn)行重復(fù)鋪設(shè)，每組由兩個(gè)水平列的貝雷梁組成，每組長(zhǎng)12 m。貝雷梁之間通過(guò)連接零件連接。兩個(gè)貝雷梁通過(guò)一個(gè)90型的支撐件相互連接。整跨貝雷梁的安裝需進(jìn)行分布安裝，單組吊裝時(shí)，將其正確放置，穩(wěn)固安裝到橫梁上，焊接限制位移裝置，然后安裝另一組貝雷梁套件。以相同的方式在整個(gè)跨距上完成貝雷梁的安裝(見(jiàn)圖4)。注意，各組之間使用剪刀撐連接。

圖4 貝雷梁安裝施工圖

3.2.2 橋面鋪裝

在橋面板上放置鋼板，沿橋方向的設(shè)置寬5 cm的伸縮縫。縱向梁按設(shè)計(jì)間隔安置。放置到位后，將它們整體焊接到工字梁橫梁接觸點(diǎn)，并且焊縫的厚度要符合設(shè)計(jì)要求。將橋面板垂直放置在面板上，將面板和工字梁焊接在一起，最后安裝并噴涂油漆于護(hù)欄立桿、護(hù)欄扶手和護(hù)欄鋼筋。

3.3 棧橋施工重難點(diǎn)

對(duì)鋼棧橋施工過(guò)程中遇到的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并給與針對(duì)性解決辦法，具體如下。

1)由于本項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)位于東南沿海，惡劣的天氣情況會(huì)影響施工進(jìn)度。例如，在施工過(guò)程中發(fā)生來(lái)自7級(jí)的強(qiáng)風(fēng)可能會(huì)對(duì)測(cè)量和起吊運(yùn)送產(chǎn)生影響，針對(duì)可能產(chǎn)生的季節(jié)性臺(tái)風(fēng)對(duì)施工的影響，應(yīng)事先與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)聯(lián)系，加強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)的信息收集，避免在不利氣象時(shí)間段進(jìn)行施工。

2)在建區(qū)域的地質(zhì)狀況較差，這對(duì)起重設(shè)備的要求很高，特別是針對(duì)復(fù)雜多變地質(zhì)情況下的沉管樁的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理。應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)高效設(shè)備、有經(jīng)驗(yàn)的管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，增加了定位導(dǎo)向架等輔助措施來(lái)控制沉樁質(zhì)量。

3)工程工期緊，質(zhì)量要求高，需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的管理。為此，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備以生產(chǎn)經(jīng)理為主，以工長(zhǎng)、技術(shù)員、安全員、現(xiàn)場(chǎng)帶班等各個(gè)部門(mén)人員為輔的團(tuán)隊(duì)，嚴(yán)格按照施工方案以及規(guī)范要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管控。

4)在南溪大橋第13跨有通航要求，須對(duì)過(guò)往船只進(jìn)行警示引導(dǎo)。針對(duì)通航要求，需在12#、13#墩棧橋航道兩側(cè)上下游10 m外設(shè)置4組3根530的鋼管警示樁，按三角形布置，并沿航道兩側(cè)設(shè)置10組3根530的鋼管警示樁，按三角形布置，在鋼管柱上設(shè)置反光標(biāo)標(biāo)志和警示燈，警示燈的安裝高度需要高出棧橋頂標(biāo)高2 m。

4 棧橋運(yùn)營(yíng)管理

棧橋的正確運(yùn)營(yíng)和必要的維護(hù)是施工過(guò)程中延長(zhǎng)棧橋使用壽命的有力保證[5]。定期檢查和維護(hù)鋼棧橋，以確保安全使用。

1)在施工和操作過(guò)程中，必須遵守鋼棧橋運(yùn)營(yíng)管理制度。棧橋觀測(cè)工作主要包含河水沖刷觀測(cè)、流速觀測(cè)、風(fēng)速觀測(cè)和沉降位移觀測(cè)。詳細(xì)備案并及時(shí)保留原始數(shù)據(jù)信息，為鋼棧橋的安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

2)在棧橋?qū)Ш近c(diǎn)的防撞橋墩處安裝紅色轉(zhuǎn)向警告燈和霧燈，并安裝上下游河道安全標(biāo)志。建立安全信息系統(tǒng)，并與有關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)，解決各施工活動(dòng)期間與通航期之間的矛盾和沖突。海路運(yùn)輸部門(mén)必須發(fā)布建設(shè)施工告知，對(duì)水域進(jìn)行分區(qū)，以在橋梁建造過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)控，并加強(qiáng)日常巡邏。當(dāng)視線(xiàn)不正確時(shí)，應(yīng)停止施工船舶的活動(dòng)。

3)為了滿(mǎn)足橋梁的結(jié)構(gòu)要求，并確保鋼棧橋在使用過(guò)程中的安全性和平穩(wěn)性，有必要有效地控制棧橋上的交通流量。建立并執(zhí)行嚴(yán)格的交通管理、人員管理、車(chē)輛維護(hù)管理、橋面施工管理和能耗管理相關(guān)的法規(guī)。

4)建立專(zhuān)業(yè)的棧橋維修養(yǎng)護(hù)團(tuán)隊(duì)，對(duì)棧橋底部、大梁和棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和維護(hù)。一旦發(fā)現(xiàn)損壞及時(shí)上報(bào)，并進(jìn)行維修和改進(jìn)，確保施工期間可以安全使用鋼棧橋。

5 結(jié) 語(yǔ)

鋼棧橋是水中橋梁施工的常見(jiàn)施工措施，通過(guò)對(duì)南溪大橋鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及施工要點(diǎn)進(jìn)行探討總結(jié)，可以為類(lèi)似橋梁工程施工提供參考。

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