茅嶺江特大橋鋼棧橋設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

李楠

茅嶺江特大橋鋼棧橋設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

李楠

當(dāng)下蓬勃發(fā)展的橋梁技術(shù)和越來越受國家重視的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)使得大型水上橋梁工程數(shù)量日益增多。在進(jìn)行深水基礎(chǔ)施工時(shí)，一般需修建棧橋作為運(yùn)輸通道，并依附棧橋搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)由水中作業(yè)到陸地作業(yè)的轉(zhuǎn)換。本文針對(duì)茅嶺江特大橋的地質(zhì)及水文條件，介紹了其鋼棧橋的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，以供類似條件下的工程參考借鑒。

一、工程概況

本橋跨越通航航道茅嶺江，且江兩岸分屬防城港和欽州兩市。橋梁范圍DK29+281.512～DK30+895.59，橋梁全長1614.078米，孔跨樣式為m；2個(gè)橋臺(tái)、共46個(gè)墩柱，1.25m樁7380延米/364根；1.5m樁585延米/30根；4#、12#號(hào)橋墩下為擴(kuò)大基礎(chǔ)。水中墩最高為20m（45#墩），最長樁為34m（25#、26#）。本橋主跨主墩為37#、38#墩，橋梁下游約200米處有欽防二級(jí)公路橋及既有欽防鐵路橋，通航跨度為80米。按照與既有橋?qū)椎脑瓌t及本河段通航現(xiàn)狀的情況，按通航論證要求采用88米主通航孔。

二、棧橋設(shè)計(jì)總體方案

本工程河面寬約400米，常水深約7米，潮差約2米。建成后的鋼棧橋橋底標(biāo)高距高水面約2米，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的需要，本工程擬采用施工鋼棧橋。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地形地貌與荷載使用要求等多種因素后，擬定鋼棧橋的全長約369m，橋面凈寬均為4.5m，縱梁各跨及標(biāo)準(zhǔn)跨徑均為12m。

三、棧橋結(jié)構(gòu)

鋼棧橋結(jié)構(gòu)類型及主要構(gòu)成材料表

1.樁基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單墩布置單排3根橫向間距2m的鋼管，且用槽鋼進(jìn)行樁間的水平、剪刀向的焊接工作。并可通過布置排距3米的排架樁支墩來提高便橋的縱向穩(wěn)定性。

施打鋼管樁時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)書要求的位置和標(biāo)高打樁，鋼管樁中軸線斜率應(yīng)小于1%L且其入土深度必須大于7m。若樁入土深度＜5m，在經(jīng)過錘擊后不再向下深入，且承受2分鐘樁錘激烈振動(dòng)錘擊后仍無下沉跡象時(shí)，需在分析后采取措施。新橋建成后應(yīng)拔除鋼管樁。

2.護(hù)欄設(shè)計(jì)

采用直徑5cm的小鋼管做成欄桿進(jìn)行防護(hù)，欄桿沿縱向每1.5米設(shè)置1根立柱并在高度方向設(shè)置兩道橫桿，其高度為1.2米。

3.橋面設(shè)計(jì)

橋面采用由5.5mm厚印花鋼板、間距50cm的槽鋼底豎肋及間距30cm的工字鋼底橫肋組成的裝配式鋼棧橋定型橋面板。將制作成型的橋面板用螺栓聯(lián)結(jié)后放置在縱梁上，橋面欄桿間需要安裝槽鋼。

4.上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在縱梁上布置4片橫向形式為90+170+90cm規(guī)格為150cm×300cm的貝雷片。貝雷片的整體穩(wěn)定性、縱向強(qiáng)度及防止滑動(dòng)的要求可分別由貝雷銷縱向聯(lián)結(jié)、支撐片橫向聯(lián)結(jié)和U型鐵件來實(shí)現(xiàn)。

5.其他設(shè)施

為滿足大橋施工時(shí)的水電要求，棧橋上需要設(shè)置電纜和供水用管道，并采取防腐涂裝的方法進(jìn)行保護(hù)；欄桿上刷紅白兩色相間的反光漆，防止船樁相撞；橋兩邊設(shè)置崗?fù)?，由專人上崗值班，棧橋只允許施工人員上下。

6.鋼棧橋驗(yàn)算要點(diǎn)

（1）貝雷片縱梁驗(yàn)算

通過將汽車荷載和縱梁自重加載于鋼棧橋縱梁上后，按照規(guī)范規(guī)定的靜力計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算，可得出縱梁最大彎矩、縱梁最大強(qiáng)度、縱梁最大剪力及貝雷片縱梁最大撓度的結(jié)果均小于容許值。因此茅嶺江特大橋的鋼棧橋縱梁架設(shè)符合結(jié)構(gòu)上的要求。

（2）工字鋼橫梁驗(yàn)算

按二等跨連續(xù)梁驗(yàn)算鋼管立柱，在每跨中作用1個(gè)集中力進(jìn)行驗(yàn)算車輛荷載加在墩位上并需要計(jì)算貝雷片自重，由橫梁均勻地承擔(dān)荷載，經(jīng)過對(duì)橫梁強(qiáng)度、支座剪力及撓度進(jìn)行驗(yàn)算后，發(fā)現(xiàn)橫梁采用的工字鋼可滿足結(jié)構(gòu)使用要求。

（3）鋼管立柱受力驗(yàn)算

鋼管高度按入土7米計(jì)算，鋼管樁長度為18.18m。考慮到茅嶺鄉(xiāng)岸邊與龜墩的實(shí)際情況，棧橋不宜過高，鋼管樁長度為14.05米。根據(jù)設(shè)計(jì)圖地質(zhì)分析，水底為砂層厚度深，摩阻力180Kpa。經(jīng)計(jì)算，鋼管摩擦力計(jì)算入土3m即滿足要求，且露出鋼管所受應(yīng)力小于失穩(wěn)臨界應(yīng)力。因此單排3根鋼管立柱可滿足要求。

四、鋼棧橋主要施工技術(shù)

1.鋼棧橋施工流程

茅嶺江特大橋的鋼棧橋的施工流程如圖1所示：

圖1 鋼棧橋施工流程

2.下部結(jié)構(gòu)施工

（1）樁的生產(chǎn)制造要求

棧橋的鋼管樁需要分成2節(jié)進(jìn)行加工，此外應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做節(jié)長調(diào)整。因?yàn)榫植繘_刷線的存在，為防止樁的制造加工不符合要求，所以生產(chǎn)時(shí)應(yīng)避免樁接頭處于其附近。

（2）樁的運(yùn)輸要求

為簡化鋼管樁在吊運(yùn)和安裝中的繁雜過程，出廠前，應(yīng)在樁上標(biāo)示出樁的重量、樁的重心和吊車起吊時(shí)樁身吊點(diǎn)的位置。選用掛車作為運(yùn)輸工具將鋼管樁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

（3）樁的下沉施工要求

施工時(shí)采用懸打法。施打樁時(shí)應(yīng)保持連續(xù)。因?yàn)槭┐蜻^程中產(chǎn)生的土擾動(dòng)會(huì)有利于樁的繼續(xù)下沉，所以懸打法施工中途只允許有短時(shí)間的停頓，避免樁下沉困難的情況發(fā)生。梁與板施工鋪設(shè)完成后，履帶吊前移進(jìn)行循環(huán)施打。

（4）沉樁施工要求及注意事項(xiàng)

①施工過程中應(yīng)采用灌入度、設(shè)計(jì)樁長進(jìn)行雙標(biāo)準(zhǔn)控制。

②每根樁下沉?xí)r不可中途間歇時(shí)間過長。振動(dòng)持續(xù)時(shí)間的長短根據(jù)機(jī)械與土質(zhì)的不同在經(jīng)過試驗(yàn)后確定。

③振動(dòng)過程中，樁頭與振動(dòng)錘間需夾緊，不允許有間隙或者松動(dòng)，并檢查樁頂是否有損壞或變形，如果有應(yīng)盡快修復(fù)。

④必須精確引導(dǎo)樁的定位，確保樁位的準(zhǔn)確性，持續(xù)檢測(cè)樁的垂直度，且傾斜時(shí)應(yīng)及時(shí)牽引校正。

⑤樁與樁間的接頭及所有加長加勁板都須滿焊并且符合設(shè)計(jì)焊縫厚度要求，質(zhì)量合格后才能打設(shè)鋼管樁。

⑥鋼管樁施工完成后，采用吊機(jī)架設(shè)主桁縱梁，貝雷桁架分組拼裝好后用汽車運(yùn)至鋪設(shè)位置，吊機(jī)起吊安裝形成主桁整體，并與分配梁連結(jié)。施工棧橋鋼梁架設(shè)詳見圖2：

圖2 施工棧橋鋼梁架設(shè)圖

3.上部結(jié)構(gòu)施工

采用38t履帶吊對(duì)鋼棧橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。

（1）拼裝貝雷梁

一前一后安裝的梁應(yīng)成直線狀，且貝雷梁的拼裝應(yīng)按組進(jìn)行，每次按橫向兩排的形式拼裝一組，貝雷片之間用連接片連接牢固。

（2）架設(shè)貝雷梁

完成整跨貝雷梁的安裝需要以下幾個(gè)步驟：

第一步：對(duì)需要架設(shè)貝雷梁的頂橫梁進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)量和定位，在此基礎(chǔ)上再將一組貝雷梁牢固地捆綁在橫梁上；

第二步：焊接限位器，每兩組安裝好的貝雷片之間，用剪刀撐支撐連接；

第三步：重復(fù)上述兩步操作，依此類推，最后完成安裝。

（3）安裝型鋼分配梁

為滿足受力要求，用騎馬螺栓固定安裝完成的鋼橫梁的同時(shí)，需要保證貝雷梁豎弦桿與橫梁支點(diǎn)兩點(diǎn)重合；再按間距安裝縱梁，吊裝到位后與橫梁接觸點(diǎn)焊接成整體。縱橫梁安裝到位后即可沿橋面縱向鋪設(shè)面板，面板與橫梁焊接，最后安裝護(hù)欄相關(guān)構(gòu)件、完成油漆涂刷。

4.施工注意事項(xiàng)

（1）樁施工注意事項(xiàng)

需用全站儀對(duì)鋼管樁進(jìn)行平面定位，且平面位置的偏差和垂直度均有明確規(guī)定，施工單位應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制。施打鋼管樁后，應(yīng)立即進(jìn)行橫向連接、剪刀撐焊接及鋼管平聯(lián)工作。為防止船只碰撞事件發(fā)生，照明設(shè)施需提前安裝，并設(shè)置警示標(biāo)示；為防止傾覆現(xiàn)象發(fā)生，需確保鋼管樁間連接穩(wěn)固。

（2）棧橋施工注意事項(xiàng)

為確保棧橋的整體穩(wěn)定性，須將承重梁型鋼、分配梁及橋面鋼板等構(gòu)件全部焊接牢固，且應(yīng)密切關(guān)注并掌握潮汐情況及河床位置的變化，采取相對(duì)應(yīng)的加固措施。

（3）自然災(zāi)害影響下的注意事項(xiàng)

為確保工程施工安全，避免自然災(zāi)害如臺(tái)風(fēng)發(fā)生時(shí)造成人員和施工機(jī)械的損失，應(yīng)采取相應(yīng)措施保證已施工完成結(jié)構(gòu)的安全。

五、結(jié)語

由茅嶺江特大橋施工過程中鋼棧橋發(fā)揮的作用可見，在江河中施工特大橋時(shí)采用鋼棧橋作為施工便橋是適宜之選。我們只有在實(shí)踐中不斷地總結(jié)和學(xué)習(xí)，注重設(shè)計(jì)與施工之間相輔相成的關(guān)系，才能不斷提高自身的設(shè)計(jì)水平和施工能力。

（作者單位：中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司）