基于重載及大交通量狀況下鋼棧橋的設(shè)計(jì)與施工

吳輝

摘 要：本文結(jié)合廈門翔安機(jī)場(chǎng)快速路南港海鋼棧橋?qū)嵺`，介紹重載及大交通量狀況下鋼棧橋的設(shè)計(jì)與施工，詳細(xì)闡述鋼棧橋的設(shè)計(jì)方案、施工方案及工程實(shí)施過程中所遇問題的處理，為類似工程提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：重載 大交通量 鋼棧橋

1.工程概況

廈門翔安機(jī)場(chǎng)位于廈門大嶝島，由于大嶝島與大陸的連接只有大嶝大橋唯一通道，新機(jī)場(chǎng)實(shí)施填海造地需要大量土石方，大嶝大橋難以滿足數(shù)千萬的土石方和建筑材料運(yùn)輸。因此，為保障新機(jī)場(chǎng)建設(shè)需要，亟需修建一條專供土石方運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸通道，而南港海鋼棧橋?yàn)檫\(yùn)輸通道控制性節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)機(jī)場(chǎng)建設(shè)需要，2019年前，運(yùn)輸通道需承擔(dān)3200萬方土石方，200萬噸水泥鋼材的運(yùn)輸。因此本工程具有承擔(dān)的土石方車輛載重較重，交通量大的特點(diǎn)。

2.棧橋設(shè)計(jì)

2. 1地質(zhì)概況、氣象和水文

根據(jù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及鉆探揭露，擬建工程場(chǎng)區(qū)沿線跨越多種地貌單元，巖土層構(gòu)成復(fù)雜，分布主要有填砂、淤泥、粉質(zhì)粘土、中砂、砂質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖。

南港海區(qū)域?qū)賮啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，溫暖濕潤(rùn)，年平均氣溫21℃左右。南港跨海通道所在地區(qū)全年最熱為7月份，月平均氣溫28.2℃，全年最冷為2月份，月平均氣溫12.5℃。歷年最高氣溫38.5℃，最低氣溫2℃，年平均降雨量1188.4毫米，蒸發(fā)量1850.7毫米，降雨多集中在3～9月份。

南港海潮波受臺(tái)灣海峽波系統(tǒng)控制，為諧振潮，潮汐類型屬正規(guī)半日潮，歷年最高潮位4.51m，最低潮位-3.33m，平均高潮位2.44m，低潮位-1.44m，平均潮差3.95m。1/10高潮水位為4.10m。平均海平面0.32m（黃?；鶞?zhǔn)面）。

2.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)速度：30Km/h

（2）設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：城市-A級(jí)，按80t土方車進(jìn)行驗(yàn)算。

（3）橋梁設(shè)計(jì)使用年限：5年。

（4）行車道數(shù)：2車道，橋面寬度10m。

2.3橋位選擇

南港海鋼棧橋位于翔安機(jī)場(chǎng)快速路西側(cè)，為保證高架橋施工過程中土石方車輛行車安全，南港海鋼棧橋距離主體工程6m建設(shè)。

2.4橋型布置

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，鋼棧橋通過比選，選擇12m跨徑作為標(biāo)準(zhǔn)跨徑進(jìn)行布置，結(jié)構(gòu)受力合理、且造價(jià)經(jīng)濟(jì)。為避免棧橋?qū)δ媳卑哆M(jìn)行破壞，靠近南北岸用小跨徑進(jìn)行調(diào)整。橋梁在直線段采用5跨一聯(lián)、曲線段采用3跨或4跨一聯(lián)。

鋼棧橋設(shè)計(jì)洪水頻率采用1/10高潮水位4.1m，設(shè)計(jì)標(biāo)高同時(shí)兼顧南北岸岸堤標(biāo)高，梁底高于堤壩頂標(biāo)高。綜合考慮橋面標(biāo)高為8.33m。

2.5橋面系的選擇

橋面系的選擇除考慮結(jié)構(gòu)受力方面，對(duì)于本工程鋼棧橋所承擔(dān)運(yùn)輸?shù)耐潦搅看螅煌看?。橋面直接與車輪接觸，勢(shì)必經(jīng)常破壞。為不中斷交通，因此橋面系的選擇還需重點(diǎn)考慮維修更換方便。前期設(shè)計(jì)采用以下方案進(jìn)行比選，推薦最優(yōu)方案?？紤]造價(jià)及維修方便，后期運(yùn)營(yíng)中不中斷交通，推薦方案四加厚鋼橋面板作為橋面系方案。

2.6貝雷主梁設(shè)計(jì)

貝雷梁在后期更換較困難，因此設(shè)計(jì)過程除保證結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求外，應(yīng)留有一定安全儲(chǔ)備，防止結(jié)構(gòu)在后期產(chǎn)生疲勞破壞。棧橋橫斷面布置5組貝雷片，貝雷片組間距1.1m，采用雙排單層加強(qiáng)貝雷梁結(jié)構(gòu)。

經(jīng)計(jì)算，貝雷梁跨中最大彎矩，如下式，滿足要求。

貝雷片之間采用花架進(jìn)行連接，貝雷片組之間采用剪刀撐進(jìn)行連接。為了提高貝雷梁橫向穩(wěn)定性、加強(qiáng)貝雷梁橫向聯(lián)系，在貝雷梁底部增設(shè)橫向花架。

2.8鋼管樁的設(shè)計(jì)

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，鋼管樁選用單墩設(shè)置6根φ600×10鋼管。

（1）鋼管樁樁頂豎向力計(jì)算

根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》，按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算樁的軸向承載力。

設(shè)計(jì)荷載按下式計(jì)算。

由于《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）對(duì)驗(yàn)算荷載無相關(guān)說明，參照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ021-85）對(duì)驗(yàn)算荷載進(jìn)行計(jì)算。

驗(yàn)算荷載按下式計(jì)算。

（2）鋼管樁樁長(zhǎng)計(jì)算

鋼管樁樁長(zhǎng)按《港口工程樁基規(guī)范》4.2.4-2公式采用。

Qd——單樁軸向承載力

γR——單樁軸線力分項(xiàng)系數(shù)，取1.3。

qfi，qR——極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

3.棧橋施工

3. 1鋼管樁樁基施工

（1）振動(dòng)錘的選擇

本工程實(shí)施時(shí)樁基選用振動(dòng)沉樁進(jìn)行施工。振動(dòng)錘運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生振動(dòng)力，振動(dòng)力使樁體產(chǎn)生垂直振動(dòng)，強(qiáng)迫樁體的周圍土壤產(chǎn)生液化、位移，由于土層移動(dòng)，在樁體自身重量和振動(dòng)錘重量的作用下，使樁體切入地層。選錘時(shí)，根據(jù)樁的類型、尺寸和地勘資料計(jì)算，振動(dòng)錘的激振力需大于樁基與土的動(dòng)摩阻力。

P0——振動(dòng)錘激振力

Tvi——第i層土的極限動(dòng)摩阻力

Hi——第i層土的厚度

取其中一段進(jìn)行計(jì)算，其余段落類似。土層3a粉質(zhì)粘土2.67m，3b中砂3.9m，粉質(zhì)粘土6.3m，極限動(dòng)摩阻力可參考文獻(xiàn)[5]中取值，如式（1）。

選用DZ90A型振動(dòng)錘，激振力如下式，

滿足要求。

（2）樁基施工要點(diǎn)

①插樁：為保證鋼管樁基的的垂直度，插樁時(shí)，鋼管樁必須進(jìn)行限位。可通過設(shè)置樁架或保證穩(wěn)定前提下將貝雷片伸長(zhǎng)作為樁架臨時(shí)固定。

②接樁，鋼管樁工廠出廠時(shí)12m一節(jié)，為保證鋼管樁接縫質(zhì)量，采用陸上接樁。本工程要求所有樁基拼接焊縫等級(jí)為一級(jí)焊縫，為保證焊縫飽滿，鋼管內(nèi)需設(shè)置環(huán)形襯墊。

③樁基在沉樁過程中，須一次完成，不可中途停頓過久，以免摩阻力恢復(fù)后，再次插打下沉困難。

（3）靜載試驗(yàn)

在大規(guī)模打樁之前，需進(jìn)行靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證鋼管樁的停錘標(biāo)準(zhǔn)，所選用樁錘是否能滿足要求。根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》，單樁軸向承載力分項(xiàng)系數(shù)取1.3，試驗(yàn)荷載取471.4×1.3=612.8KN。根據(jù)地質(zhì)情況等綜合確定試樁數(shù)量。

（4）停錘標(biāo)準(zhǔn)的控制

根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果及工程情況，確定樁基停錘標(biāo)準(zhǔn)如下：

①鋼管樁樁底標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，且鋼管樁貫入度≤20cm/5min，可終孔。

②鋼管樁樁底標(biāo)高與設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高差值<1.5m，且鋼管樁貫入度≤10cm/5min，同時(shí)滿足最小樁長(zhǎng)前提下，可終孔。

③鋼管樁樁底標(biāo)高與設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高差值≥1.5m，應(yīng)會(huì)同設(shè)計(jì)單位到現(xiàn)場(chǎng)研究處理。

④為保證鋼棧橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，樁基需保證最小入土深度6m（不包含淤泥層厚度）。

3.2上部結(jié)構(gòu)及其他施工

上部結(jié)構(gòu)的安裝包括貝雷梁的安裝、橫向分配梁安裝、橋面縱梁的鋪設(shè)、鋼橋面板的鋪設(shè)及其他附屬設(shè)施安裝。上部結(jié)構(gòu)鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)控制螺栓等緊固件的連接，其次應(yīng)注意曲線段貝雷梁的安裝。

4.施工中所遇問題的處理

本工程處于海域段，地質(zhì)復(fù)雜。特別是近岸處拋石較多，沉樁困難。其中近岸附近1處樁基入土深度只有1.38m。為保證鋼管樁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，對(duì)該橋墩進(jìn)行了加強(qiáng)處理。

加固思路：考慮樁基入土深度不足，考慮在樁身添加承臺(tái)，使鋼管樁連成整體，提高鋼管樁的穩(wěn)定性。

5.結(jié)語

橋梁施工用鋼棧橋較常采用，而對(duì)于承受重載、大交通量的鋼棧橋采用較少，與傳統(tǒng)鋼棧橋比較，除考慮結(jié)構(gòu)受力外，更應(yīng)注重后期檢查、維修方便。而對(duì)于此類特殊鋼棧橋，為保證橋梁的正常運(yùn)營(yíng)與使用，橋梁設(shè)計(jì)與施工時(shí)對(duì)橋梁各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求較高，應(yīng)特別注意施工的過程控制。翔安機(jī)場(chǎng)快速路南段南港海鋼棧橋現(xiàn)已完工，可滿足翔安機(jī)場(chǎng)建設(shè)運(yùn)送土石方、建筑材料要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司.廈門市翔安機(jī)場(chǎng)快速路南段施工運(yùn)輸通道工程施工圖設(shè)計(jì)文件[R].廈門：江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，2015.01

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