深水鋼棧橋穩(wěn)定性分析與施工

王 國 民

(銅陵長江公路大橋管理處，安徽 銅陵 244011)

深水鋼棧橋穩(wěn)定性分析與施工

王 國 民

(銅陵長江公路大橋管理處，安徽 銅陵 244011)

以長江中下游某橋墩加固工程為背景，結合該工程的施工要求，綜合考慮地基承載能力、水流速、沖刷深度、承受荷載等因素，分析了鋼棧橋的穩(wěn)定性，介紹了棧橋的施工流程與方法，并提出了施工控制措施與注意事項，對今后同類工程施工具有一定的借鑒意義。

鋼棧橋，穩(wěn)定性，鋼管樁，承載力

1 工程概況

某大橋跨越長江，其引橋采用T梁結構，橋梁跨徑為50 m。橋梁下部結構形式為兩個圓柱形高墩及鉆孔灌注樁基礎。因考慮橋墩防撞安全，橋梁設計部門對原樁基礎增設4根鉆孔灌注樁，并設置承臺以提高墩身承載力?；谠擁椖吭陂L江中下游岸坡邊，水深約在25 m～30 m之間，為方便施工，利用長江沽水期，提出了既能滿足工程施工又能保護長江岸邊穩(wěn)定性的鋼棧橋及平臺作為施工棧道和工作平臺。

2 工程所在地水文及工程地質條件

2.1 水文條件

1)水位。根據(jù)工期安排，主體工程主要在長江水文年內(nèi)10月～次年4月之間實施。根據(jù)大橋所在地上游水文站多年統(tǒng)計資料分析[1]，此時間段內(nèi)水文站、工程所在處多年月平均水位標高如表1所示。

表1 多年月平均水位統(tǒng)計表 m

2)流速。經(jīng)測量，在工程所在位置處，其河道水流速度為1.76 m/s～2.0 m/s。

2.2 地質條件

工程所在處的地層主要由淤泥質粘土、粉細砂、砂卵石、細砂巖、砂礫巖組成，其河床處工程地質參數(shù)見表2。

表2 橋墩處河床工程地質參數(shù)表

3 鋼棧橋穩(wěn)定性分析

鋼棧橋的穩(wěn)定性應綜合地基承載能力、水流速、沖刷深度、平臺承受荷載等因素進行分析計算。本工程施工水深達30 m，棧橋長度近100 m。為確保施工平臺安全，結合施工經(jīng)驗，我們采取了鋼管樁和貝雷架作為棧橋結構[2,3]，其鋼棧橋結構形式見圖1。

3.1 棧橋承臺荷載分析

根據(jù)工程工況情況，其棧橋承臺荷載包括結構恒載和活載兩部分，其活載包括人群荷載及物件堆載、混凝土罐車、履帶吊車、鉆機等荷載。設人群荷載為3.0 kN/m2；混凝土及鉆機等堆載為40 kN/m2。車輛荷載考慮三種工況情況：8 m3混凝土罐車其載重為300 kN；50 t履帶吊按作業(yè)時吊鋼筋籠20 t其總重量按70 t考慮，在計算時按全部重量作用在同一條履帶的最不利情況考慮；20 t平板車按總重280 kN考慮。

3.2 鋼管樁局部沖刷計算

鋼管樁打入江中，將導致鋼管周圍河床局部沖深，根據(jù)《公路工程水文勘察設計規(guī)范》[4]計算河床局部沖刷深度：

(1)

(2)

其中，kξ為橋墩系數(shù)，圓形截面取1.0；BI為橋墩計算寬度，取0.63 m；hp為一般沖刷后的最大水深，取0.887+5=5.887 m；IL為沖刷范圍內(nèi)粘性土液性指數(shù)，取1.281；V為一般沖刷后橋墩前行流速，取1.76 m/s。

根據(jù)橋墩工程地質勘察報告，經(jīng)計算，鋼管樁打入水中，河床局部沖刷深度為1.509 m。

3.3 棧橋承載力驗算

根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》[5]計算單樁極限承載力特征值為：

(3)

其中，γR為單樁軸向承載力分期系數(shù)，根據(jù)規(guī)范表4.2.2取1.45；U為樁身截面周長,m；qfi為第i層土側摩阻力標準值，取25 kPa；li為樁身穿過第i層土厚度，取22 m；qR為樁端阻力標準值，取1 000 kPa；A為樁身截面面積。

經(jīng)計算，單樁承載力特征值為701.9 kN，樁端反力設計值為675.38 kN，滿足施工要求。

3.4 縱橫向梁強度計算

根據(jù)不同工況條件計算混凝土罐車或履帶吊車作業(yè)時梁的強度，現(xiàn)以履帶吊作業(yè)時分析計算Ⅰ25a 工字鋼強度。

根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》，分配梁間距為0.75 m，取最不利荷載即跨中承重梁受履帶吊重量，則單根梁縱向受力分析如下：

彎矩：M=6.33 kN·m。

滿足設計要求，同理，可計算梁的橫向受力情況，貝雷梁的受力情況按上述方法分析計算。

3.5 棧橋整體穩(wěn)定性分析

棧橋設置深水與淺水兩個區(qū)，在深水區(qū)鋼管樁排架采用φ800×8，在淺水區(qū)為φ630×8的鋼管樁排加，鋼管樁之間用 φ530×8 mm 規(guī)格鋼管平聯(lián)，上設置貝雷架，貝雷梁之間用支撐架聯(lián)結成整體，按間距750 mm鋪設25a工字鋼作為主分配梁，主分配梁與貝雷梁之間采用特制U 型螺栓固定，然后按照間距鋪設次分配梁，兩層分配梁間斷焊接固定。其水平受力按承受水流力和最大風荷載同一方向時作用工況條件下整體穩(wěn)定性分析計算。

1)垂直方向穩(wěn)定應力計算。深水區(qū)鋼管樁排架采用φ800×8，樁端反力設計值為856.95 kN，面積為19 905.1 mm2，最大長度為33 318 mm，回轉半徑i=280 mm,長細比λ=l/i=118.993<150，φ800×8為焊接鋼管，屬于b類構件，則φ=0.442，則：

2)水平方向應力計算。

水平方向最大彎矩為：Mmax=800.328kN·m。

W=7 804.403cm3。

選擇P800×8，則W=7 804.403cm3。

則水平方向荷載作用下最大壓應力為：

3)最大壓應力：σ1+σ2=97.402+89.172=186.574 MPa<215 MPa。

滿足施工穩(wěn)定性要求。

4 棧橋施工工藝

鋼棧橋施工主要由鋼管樁制作與振打、貝雷架架設、橋面鋪裝三部分組成，棧橋基礎施工采用履帶吊配合打樁錘施打鋼管樁[6]。棧橋施工工藝流程與具體施工方法如下：

1)鋼管制作與運輸。鋼管樁采用Q235鋼板卷制拼焊而成。鋼管樁的制作流程為：劃線、號料和切割→矯正鋼板邊緣加工→卷板→單件組裝→裝配→焊接→分段接長。鋼管焊接均采用對接焊縫，接長時采用環(huán)向焊縫。每根管節(jié)只準有一條縱向焊縫，相鄰管節(jié)的焊縫須錯開并不小于 90°。

棧橋與施工平臺的鋼管樁統(tǒng)一采用12 m/節(jié)段，使用普通12 m運輸車運輸。

2)測量放樣。根據(jù)提供的坐標基準點，采用全站儀進行測量控制。

3)振沉鋼管樁。采用“釣魚法”沉樁施工工藝。根據(jù)鋼管樁打入土層的深度和土層摩擦力選擇DZ150振動錘配以70 t履帶吊進行鋼管樁搭設，則振動錘的振動力為1 779.556 kN。履帶吊通過振動錘及備用鋼絲繩直接起吊鋼管樁，在測量引導下調整鋼管樁到測量標定的樁位后快速下鉤，鋼管樁靠自重入土穩(wěn)定后，開啟振動錘振動下沉鋼管樁。在打下一跨樁時，可以先安裝好貝雷架做導向架，利用夾具夾住鋼管樁，同時用履帶吊通過備用鋼絲繩吊住鋼管樁，依次類推打入鋼管樁。

4)貝雷梁安裝。單排鋼管樁施打就位后，開始平聯(lián)的連接。平聯(lián)采用φ530×8 mm規(guī)格鋼管，鋼管樁與平聯(lián)之間的連接通過“哈弗接頭”焊接連接。橫梁安裝完畢后，在橫梁上測量放樣定出貝雷梁位置，將拼裝成12 m一節(jié)的貝雷梁用70 t履帶吊安裝就位，各組貝雷梁之間再用支撐架聯(lián)結成整體。

貝雷梁安裝后按間距750 mm鋪設25a工字鋼作為主分配梁，主分配梁與貝雷梁之間采用特制U型螺栓固定，然后按照間距鋪設次分配梁，兩層分配梁間斷焊接固定。

5)待工程結束后，鋼棧橋與施工平臺的拆除工作同搭設的工作順序基本相反，依次拆除橋面附屬設施、橋面槽鋼、型鋼分配梁、貝雷、樁頂分配梁及鋼管樁，拆除方法基本與搭設方法相同，從鋼棧橋深水區(qū)一端倒退拆除施工，一邊拆除，一邊利用原鋼棧橋運送材料到岸上指定的位置。

5 施工注意事項

1)沉樁開始時，可依靠樁的自重下沉，然后吊裝振樁錘和夾具與樁頂連接牢固，開動振動錘使樁下沉。施工過程中可采用標高和貫入度進行雙控。2)振動時每次振動持續(xù)時間不宜超過10 min～15 min，不可中途停頓，以免樁周土恢復造成持續(xù)下沉困難，振動下沉過程中隨時監(jiān)控垂直度。3)振動錘與樁頭法蘭盤連接螺栓必須擰緊，無間隙或松動，如發(fā)現(xiàn)樁頂有局部變形或損壞，要及時修復。4)懸臂導向支架應固定，以便打樁時穩(wěn)定樁身；但樁在導向支架上不應鉗制過死，使樁身產(chǎn)生超過許可的拉力或扭矩。5)測量人員用GPS現(xiàn)場指揮精確定位，沉樁時要不斷的檢測樁位和樁的垂直度，并控制好樁頂標高。6)鋼管樁之間的接頭必須滿焊，各加長加勁板也需滿焊并符合設計的焊縫厚度要求，按規(guī)范要求進行超聲波探傷。經(jīng)現(xiàn)場技術員檢查鋼管樁接頭焊接質量合格后方可打設鋼管樁。7)為確保安全，棧橋設計標高應高于正常平均水位1 m以上。8)考慮安全，設置防滑裝置，在棧橋與施工平臺的連接處，間隔50 cm焊接一道8 mm圓鋼用于車輛轉彎時防滑。9)為保證施工人員安全，在棧橋和工作平臺均設立防護欄桿。10)鋼管樁基礎拆除時，需采用水下切割的方法，將鋼管沿河底沖刷面齊平切割，以確保船行安全。

6 結語

通過以上論述，筆者對在深水區(qū)設置棧橋施工提出以下建議：1)對于鋼棧橋設計要綜合考慮工程地質及水文情況，特別是要注重載重汽車和吊車的荷載與制動力的作用下棧橋的穩(wěn)定性分析。2)對深水區(qū)棧橋施工，要結合河床具體情況，對深淺不同水區(qū)其鋼管樁設置區(qū)別對待，可節(jié)約資金。3)棧橋標高應考慮特大水位的特殊情況，應高于常年平均水平的1.0 m～1.5 m高度。4)棧橋橋面鋪裝要做好人與汽車的防滑設置以及安全護欄。

[1] 長江水利委員會水文局長江下游水文資源勘測局.銅陵長江公路大橋局部橋墩加固工程防洪評價報告[R].2014.

[2] 張 波.鋼棧橋施工技術分析[J].交通科技與經(jīng)濟，2011(6)：4-9.

[3] 朱政敏.無履蓋層深水鋼棧橋施工技術分析[J].西部交通科技，2015(7)：34-38.

[4] JTG C30—2002，公路工程水文勘察設計規(guī)范[S].

[5] JTS 167—4—2012，港口工程樁基規(guī)范[S].

[6] 李長效.弱覆蓋層淺海海區(qū)鋼結構棧橋施工技術[J].鐵道建筑，2013(4)：23-25.

Stability analysis and construction of deep water steel trestle

Wang Guomin

(TonglingYangtzeRiverHighwayBridgeManagementOffice,Tongling244011,China)

In the lower reaches of the Yangtze River pier reinforcement project, combining with construction the requirements, considering the bearing capacity of foundation, flow velocity, scour depth, load factors such as stability analysis of steel trestle, this paper introduces the construction process and method of trestle, and puts forward the control measures and pay attention to the construction of the problem, with a certain reference to similar construction in the future.

steel trestle, stability, steel pipepile, bearing capacity

1009-6825(2017)05-0186-03

2016-11-26

王國民(1960- )，男，高級工程師

U445.55

A