深水中鋼棧橋和鋼平臺設(shè)計及施工技術(shù)要點

鄧 津

(福建省隆恩建設(shè)集團有限公司廣州分公司，廣東 廣州 511400)

現(xiàn)在我國的橋梁技術(shù)是越來越先進，跨河橋梁也在不斷地建設(shè)當中。但我們建設(shè)跨河橋梁時要面臨著在深水中建設(shè)橋梁的情況,施工難度特別大,這時鋼棧橋和鋼平臺的作用就突現(xiàn)了，它能幫助我們像在陸地上建設(shè)橋梁一樣方便。鋼棧橋和鋼平臺是結(jié)構(gòu)性的臨時設(shè)施，而且又在人員及物料運輸中起到關(guān)鍵性的作用，如果其在橋梁施工過程中出現(xiàn)問題則后果不堪設(shè)想。現(xiàn)就深水中鋼棧橋和鋼平臺設(shè)計的幾個技術(shù)要點進行一番探討。

1 概況

某特大橋鋼棧橋與鋼平臺位于河流堆積形成的河口三角洲地貌上，臨時施工鋼棧橋分為兩個部分，其中左側(cè)棧橋從河堤搭設(shè)至1號主墩位置，全長264.5 m。右側(cè)棧橋從河堤搭設(shè)至3號主墩位置，全長96 m。棧橋與主墩施工鋼平臺連接位置，棧橋設(shè)置加寬段，加寬段頂面寬度為12 m，長度為19 m，用于施工車輛在棧橋上轉(zhuǎn)彎掉頭以及錯車。

2 鋼棧橋與鋼平臺的設(shè)計與施工的幾個技術(shù)要點

2.1 收集水文資料和確定鋼管樁設(shè)計樁頂

橋地位區(qū)表水為西江河流，平常流量大。該處水道洪水發(fā)生在4月份～9月份，洪峰多出現(xiàn)在6月下旬，年最高水位為1.83 m～3.60 m，歷史最高水位為2005年的3.60 m。而枯水期在10月～3月，年最枯水位為-0.4 m～-0.6 m之間，最低-0.99 m。正常水位為0.2 m～1.8 m。在設(shè)計和施工過程中，最有用的數(shù)據(jù)是正常水位和高水位，枯水位期間也可以用來參考鋼棧橋和鋼平臺開工的時間。經(jīng)過分析，在施工期間考慮發(fā)生洪水時預(yù)留雜物通過的間隙，因此鋼管樁設(shè)計樁頂為3.90 m，比歷史最高水位高出30 cm。

2.2 施工材料、加工設(shè)備及機械的選擇及應(yīng)用

2.2.1棧橋面板方面

棧橋面板的選擇，有三種材料可供選擇，一是實木板，二是花紋鋼板，三是混凝土板。實木板優(yōu)點是經(jīng)濟，施工方便，但因雨水浸泡，局部會出現(xiàn)嚴重腐爛，重車行走時存在較大安全隱患，而且不防火?；y鋼板優(yōu)點是能多次周轉(zhuǎn)使用，但對于該項目而言，首次投入太多了，鋼板投入是混凝土板投入的2.5倍，不經(jīng)濟?；炷涟鍍?yōu)點是經(jīng)濟耐用，雖然極其笨重，但是可以利用搭設(shè)鋼棧橋的車輛及設(shè)備安裝，沒有存在資源浪費的現(xiàn)象，完工后附近一些河堤防護工程項目也可以利用到部分混凝土板面。最重要的是對于這個項目而言，采用混凝土板能節(jié)約項目前期投入，其發(fā)揮的效益是顯著的，因此棧橋面板優(yōu)先選擇混凝土面板。注意澆制混凝土板時在兩側(cè)預(yù)留4個小孔，以便安裝時用U環(huán)扣與貝雷梁緊密扣緊，板面與貝雷梁之間墊上橡膠帶，避免板面與貝雷梁產(chǎn)生滑移。

2.2.2加工設(shè)備及施工機械方面

鋼板采用數(shù)控切割機切割。縱縫和直管段環(huán)縫坡口用12 m刨邊機加工；彎管段環(huán)縫坡口用數(shù)控切割機加工，鋼板經(jīng)全數(shù)控四輥卷板機多次卷制，檢查達到設(shè)計弧度。組圓后管內(nèi)壁加臨時支撐增加剛性，然后進行鋼管縱縫的焊接，焊接應(yīng)嚴格按照焊接工藝指導(dǎo)書確定的焊接方法及焊接參數(shù)執(zhí)行。

棧橋的架設(shè)采用50 t浮吊、DZ40型振動錘、DZ90型振動錘(備用)逐跨打樁搭設(shè)棧橋。

2.3 鋼棧橋與鋼平臺結(jié)構(gòu)由上到下的受力驗算

鋼管樁、貝雷梁和工字鋼三者組合早已成為了成熟的棧橋搭設(shè)結(jié)構(gòu)。本項目鋼棧橋與鋼平臺設(shè)計跨徑為15 m，從下到上依次采用φ100 cm δ10 mm鋼管樁→2Ⅰ36a工字鋼下橫梁→3組貝雷梁→C30鋼筋混凝土預(yù)制板。

2.3.1混凝土預(yù)制板的受力驗算

在進行鋼筋混凝土預(yù)制板截面承載力驗算時，主要考慮的荷載作用效應(yīng)組合為永久荷載作用和可變荷載作用。設(shè)計預(yù)制板尺寸為長6 m,寬1.8 m，厚20 cm。預(yù)制板混凝土采用雙層配筋，主筋采用HRB335 Φ14鋼筋，箍筋采用HRB335 Φ12鋼筋。預(yù)制板混凝土采用C30標號。根據(jù)JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范在進行截面抗壓及抗彎強度計算，滿足技術(shù)要求。

2.3.2貝雷梁的受力驗算

混凝土板以下貝雷片縱梁按照簡支梁進行受力驗算?？紤]混凝土預(yù)制板結(jié)構(gòu)自重與車輛荷載作用組合效應(yīng)得到的彎矩設(shè)計值，來檢驗預(yù)制板的承載力。預(yù)制板結(jié)構(gòu)自重與550 kN車輛荷載按均布荷載計算。棧橋采用縱向3組貝雷梁作為管樁上的承重結(jié)構(gòu)，經(jīng)過強度及剛度計算符合技術(shù)要求。

2.3.3工字鋼下橫梁的受力驗算

工字鋼下橫梁由兩根Ⅰ36a工字鋼組成，按跨徑4.5 m的簡支梁來計算?？紤]最不利情況，整個車重平均分配到3組貝雷片梁上面，并傳力至工字鋼下橫梁。經(jīng)過抗彎及抗剪強度計算，Ⅰ36a工字鋼下橫梁滿足設(shè)計要求。

2.3.4鋼管樁的樁長計算及受力驗算

鋼管樁作為棧橋主要承重基礎(chǔ)，按照摩擦樁計算，注意淤泥的摩阻力忽略不計。棧橋鋼管樁沖刷考慮了一般沖刷和局部沖刷。計算時只考慮最大水深位置，其余水深位置的沖刷數(shù)據(jù)也可以根據(jù)JTG C30—2015公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范相關(guān)公式計算得出總沖刷高度。

設(shè)計時計算的最大總沖刷高度約6 m，但實際應(yīng)用時可根據(jù)實際需要增加安全系數(shù)，最后該項目取最大總沖刷高度為7 m。根據(jù)JTG C30—2015公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范中特殊大橋取埋置深度，則鋼管樁及鋼護筒埋置深度均應(yīng)埋入最大沖刷線下4.0 m，即鋼管樁及鋼護筒要埋入目前河床面以下11 m。利用鋼管樁設(shè)計樁頂標高、河床各斷面的標高、總沖刷高度及埋置深度等數(shù)據(jù)計算出各斷面上鋼管樁的樁長、入土深度及相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制出各斷面上鋼管樁材料用量表，以供施工參考。

最后根據(jù)《公路橋涵設(shè)計手冊》相關(guān)公式依次計算以下相關(guān)數(shù)據(jù)，一是單樁豎向承載力鋼管樁承載力計算，二是鋼管樁壓桿穩(wěn)定性計算，三是流水及漂流物對棧橋鋼管樁沖擊力橫橋向計算，四是鋼棧橋及平臺汽車制動力順橋向穩(wěn)定計算，五是鋼管樁在鋼棧橋及平臺形成階段和正常使用階段中各種工況下受力及變形驗算，由于本文篇幅有限，相關(guān)計算公式比較繁多，而且相關(guān)公式及計算方法也可以在《公路橋涵設(shè)計手冊》中輕易找到，故本文沒有就以上計算的公式展開討論。

2.3.5鋼管樁的振動下沉施工

棧橋的架設(shè)原采用50 t浮吊、DZ40型振動錘、DZ90型振動錘(備用)逐跨打樁搭設(shè)棧橋。施工時注意履帶吊懸出長度不準超過2 m。實際施工中，DZ40型振動錘的激振力才230 kN，遠遠達不到鋼管樁最大要下沉11 m的深度的要求，為了保證主河道中的鋼管樁的入土深度，故換成了激振力為530 kN的DZ90振動錘，其施工效率和施工質(zhì)量都大大提高。鋼管樁的打設(shè)順序為縱向從岸邊出發(fā)，橫向沿順水方向，所有打設(shè)的鋼管樁進入河床的設(shè)計深度時可以收錘，如遇到下沉幅度還較大時有必要打設(shè)到振動不下沉為止。

在施工過程中，很難做到振動錘中心和樁中心軸保持在同一直線上，這時要在沉放前做好測量放樣，安放好導(dǎo)向裝置，沉放過程中加強樁身豎直度觀測，保證鋼管樁偏位和傾斜度在容許范圍之內(nèi)。還要注意鋼管樁的對接施工，焊縫應(yīng)飽滿，焊縫處應(yīng)力集中部位應(yīng)用焊接鋼板加強。鋼棧橋及鋼平臺施工完成后，每天采集相關(guān)數(shù)據(jù)，利用相關(guān)公式測算鋼管樁的埋置深度，鋼管樁的埋置深度始終滿足沖刷后的埋置深度要求。

3 結(jié)語

在建設(shè)跨河橋梁的過程中，某些工程技術(shù)人員往往重視主體結(jié)構(gòu)而輕視臨時設(shè)施結(jié)構(gòu)，而一些盲目趕工期和技術(shù)力量薄弱的項目中的臨時設(shè)施施工方案并沒有經(jīng)過詳細計算或論證過就施工，這就令工程產(chǎn)生了巨大的安全隱患，本文就深水中鋼棧橋和鋼平臺設(shè)計與施工過程中應(yīng)該注意的一些技術(shù)要點進行了一番探討，希望能引起大多數(shù)工程技術(shù)人員的共鳴。