中砂特大橋鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究

李春宇

（中交（汕頭）東海岸新城投資建設(shè)有限公司，廣東 汕頭 515041）

1 工程概況

（1）項(xiàng)目概況。本工程地處汕頭市東南部灘涂及淺海地帶，位于汕頭市東部，東海岸新城以北。中砂特大橋起止里程K04+604.5-K05+924.5，橫跨汕頭市外砂河，距入?？诩s2 km，全長(zhǎng)1 366 m，采用雙向8車道，橋面寬44.5 m，設(shè)計(jì)車速80 km/h，主橋采用雙跨單索面結(jié)構(gòu)形式，跨度為80 m+180 m+80 m，主塔橋面以上預(yù)估高度64 m，外部造型采用鋼結(jié)構(gòu)。外砂河為Ⅴ級(jí)航道，通航高度為10 m，河道寬度約1 km，主航道河床面標(biāo)高-6 m，其中采用棧橋施工的橋梁長(zhǎng)度范圍為708 m。

（2）地質(zhì)。中砂特大橋所處于地貌屬于南方地區(qū)的沖擊平原，橋梁路線經(jīng)過(guò)的位置主要為魚塘和農(nóng)田等，少部分現(xiàn)狀的土路，穿越的地貌起伏不太大，場(chǎng)地地面的標(biāo)高基本上都位于0.15~6.23 m。場(chǎng)地的地層自上而下可劃分為13個(gè)層次，分別是雜填土、粘土、粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)土、中粗砂、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖等。

（3）水文。汕頭地區(qū)的雨季在4~9月，雨季的降水量占全年水量的80%，其中大部分雨量都位于5~8月。南區(qū)海域的潮汐屬不正規(guī)半日潮混合潮型，漲潮歷時(shí)大于落潮歷時(shí)。歷年最高潮位3.10 m，歷年最低潮位-1.85 m，多年平均高潮位0.34 m。

2 鋼棧橋設(shè)計(jì)

2.1 鋼棧橋設(shè)計(jì)

主棧橋位于主橋上游側(cè)，棧橋主要用于現(xiàn)場(chǎng)車輛通行、材料運(yùn)輸及80 t履帶吊吊裝工作（吊重20 t）、12 m3混凝土罐車行走的要求。棧橋全長(zhǎng)708 m，橋面寬度為7.5 m，單跨最長(zhǎng)跨徑為12 m，棧橋沿縱向每4跨設(shè)置一個(gè)雙排樁。棧橋?yàn)樯铣惺浇Y(jié)構(gòu)，從上至下依次由裝配式橋面板、I22a橫向分配梁、321型貝雷梁、2I56a承重梁、Φ630×8 mm鋼管樁構(gòu)成，棧橋橋面標(biāo)高為+5.6 m。棧橋平面布置圖見圖1。

圖1 鋼棧橋平面布置圖

主棧橋鋼管樁設(shè)計(jì)為三種型式：淺水區(qū)采用單排兩根Φ720×10 mm鋼管，深水區(qū)采用單排三根Φ630×10 mm鋼管，設(shè)計(jì)斷面圖見圖2。

圖2 棧橋設(shè)計(jì)斷面圖

2.2 棧橋結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》，貝雷梁材質(zhì)為16Mn，容許內(nèi)力為：弦桿560 kN，豎桿為210 kN，斜桿為171 kN。采用貝雷梁結(jié)構(gòu)形式的橋梁，其限制荷載的臨時(shí)橋梁，16Mn的容許拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎應(yīng)力為1.3×210 MPa=273 MPa，容許剪切應(yīng)力為1.3×160 MPa=208 MPa。

（2）荷載。①鋼棧橋施工期間：采用80 t履帶吊打設(shè)吊裝，考慮自重80 t+吊重20 t；②鉆孔平臺(tái)主要用于樁基施工，設(shè)備采用田野牌反循環(huán)鉆機(jī)，施工期每臺(tái)鉆機(jī)的重量為200 t；采用徐工100t履帶吊進(jìn)行鋼筋籠的吊放及接長(zhǎng)工作；③施工堆載：平臺(tái)臨時(shí)堆載按0.3 kPa計(jì)。

（3）荷載組合。鋼棧橋荷載組合分為施工狀態(tài)和工作狀態(tài)。

施工狀態(tài)：在臨時(shí)鋼棧橋搭設(shè)過(guò)程中，將履帶吊在單跨棧橋通行和吊裝作業(yè)時(shí)候的施工荷載作為組合。

工作狀態(tài)：鋼棧橋在使用過(guò)程中，車輛荷載與相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下的其他荷載作為組合。

根據(jù)以上主要機(jī)械荷載組合分析，取最不利荷載工況進(jìn)行校核：

工況一：80 t履帶吊吊裝作業(yè)，吊重按20 t計(jì)；

工況二：2輛12方混凝土罐車錯(cuò)車；

荷載組合情況見表1。

表1 荷載組合工況

（4）結(jié)構(gòu)模型。采用Midas軟件對(duì)棧橋的鋼管樁、橫梁、貝雷片進(jìn)行建模，建立的模型圖見圖3。

圖3 棧橋模型圖

（5）結(jié)構(gòu)計(jì)算。針對(duì)棧橋分配梁、貝雷梁、主橫梁、鋼管樁和鋼管樁的嵌固點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算分配梁的應(yīng)力、貝雷梁的強(qiáng)度和內(nèi)力以及位移、主橫梁的應(yīng)力、鋼管樁的內(nèi)力和樁端反力等。鋼管樁嵌固計(jì)算中去CKZK21鉆孔地質(zhì)編號(hào)結(jié)果為準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，各個(gè)受力結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、內(nèi)力等都滿足要求，臨時(shí)棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，可以應(yīng)用于中砂特大橋施工。

3 棧橋施工

（1）棧橋施工流程。鋼棧橋的施工流程為：原材料進(jìn)場(chǎng)→測(cè)量放樣→鋼管樁施沉→樁頂橫梁安裝→貝雷梁安裝→分配梁安裝→橋面鋼板安裝→防護(hù)欄桿安裝。

（2）第一跨棧橋與便道銜接。先進(jìn)行橋臺(tái)施工，橋臺(tái)完成后，臺(tái)背回填土方并壓實(shí)。履帶吊站位在橋臺(tái)位置施打第一排鋼管樁，調(diào)整切割鋼管樁頂標(biāo)高至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后安裝承重梁和貝雷梁。

（3）鋼管樁加工及運(yùn)輸。鋼管樁在外直接采購(gòu)成品，根據(jù)鋼管樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，按照實(shí)際需要的長(zhǎng)度在后場(chǎng)進(jìn)行加工，鋼管樁進(jìn)場(chǎng)和廠內(nèi)運(yùn)輸均采用平板車進(jìn)行。鋼管樁在進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，檢查鋼管樁所用的鋼材的質(zhì)量保證書和產(chǎn)品合格證，采用卡尺檢查鋼管樁的壁厚、直徑等尺寸。鋼管樁接長(zhǎng)的施工，采用補(bǔ)強(qiáng)對(duì)焊連接，每根鋼管樁在對(duì)接滿焊后，在周圍的焊縫處在焊接連接鋼板，加大連接處的鋼管樁強(qiáng)度。

鋼管樁的堆存不得超過(guò)2層，超過(guò)2層以上，需要采用鋼材或者其他的定位架進(jìn)行固定，避免鋼管樁滑落。鋼管樁在起吊的過(guò)程中吊點(diǎn)位于鋼管樁梁端1/4位置，采用多點(diǎn)起吊的方式，不得吊裝鋼管樁的兩頭，避免鋼管樁發(fā)生彎曲變形。

（4）鋼管樁插打施工。整體采用釣魚法進(jìn)行鋼棧橋的立柱施打，在已經(jīng)安裝固定焊接完成的第N跨棧橋上，用履帶吊吊裝施打第N+1跨的鋼管樁，每一跨鋼管樁立柱施打完成后，焊接平聯(lián)，安裝主梁，吊裝貝雷片，鋪設(shè)分配梁，安裝完成上部結(jié)構(gòu)后，履帶吊移動(dòng)至N+1跨站位，施打N+2跨的鋼管樁立柱。本項(xiàng)目采用的DZ90的振動(dòng)錘進(jìn)行施打，鋼管樁施打過(guò)程中采用全站儀進(jìn)行樁基位置放樣和偏位檢查。鋼管樁的施打以最終入土的貫入度為控制指標(biāo)，以樁頂標(biāo)高作為校核進(jìn)行檢驗(yàn)，施打停止的標(biāo)注為連續(xù)施打鋼管樁90 s，若鋼管樁標(biāo)高變化小于10 mm，就可以滿足停錘的標(biāo)準(zhǔn)，而且需要再繼續(xù)施打5 min左右，使鋼管樁的平均貫入度小于控制貫入度，施打過(guò)程中嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高。

（5）鋼管平聯(lián)及牛腿施工。單排的鋼管樁施打完成后，進(jìn)行棧橋的平聯(lián)、斜撐安裝焊接，斜撐和平聯(lián)采用槽鋼進(jìn)行連接成為一個(gè)整體，因?yàn)槭┐蜻^(guò)程中鋼管樁的位置存在一定的偏差，所以平聯(lián)和斜撐的下料長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)測(cè)的長(zhǎng)度確定。平聯(lián)和斜撐的作用是用于保證每排鋼管樁的穩(wěn)定性，所以這些連接機(jī)構(gòu)的焊接需要進(jìn)行焊縫檢測(cè)，保證焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求，保證棧橋的整體問(wèn)題性，棧橋可以每隔3跨或者5跨設(shè)置一道抗推墩，抗推墩的前后也要采用型鋼進(jìn)行連接。各個(gè)結(jié)構(gòu)焊接之前需要清理表面的銹蝕部分和雜物，保持表面干燥。鋼管的平聯(lián)和牛腿施工放樣及焊接中，因?yàn)榱⒅?，造成的相關(guān)位置無(wú)法焊接或者無(wú)法銜接的位置，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)措施加固。

（6）安裝樁頂橫梁。棧橋的主梁采用雙屏的I56a工字鋼，這個(gè)橫梁可以提前在岸上加工完成，然后通過(guò)平板運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，采用履帶吊進(jìn)行安裝，安裝在立柱樁施打完成以后進(jìn)行。主橫梁在加工的時(shí)候需要注意支點(diǎn)位置應(yīng)該補(bǔ)強(qiáng)加勁板，加勁板的焊接位置要準(zhǔn)確無(wú)誤。實(shí)際安裝過(guò)程中，如果存在主梁與牛腿不能緊密銜接的問(wèn)題，采用加墊鋼板或者是鋼楔進(jìn)行調(diào)平處理，樁頂橫梁與牛腿之間采用焊接固定。

（7）安裝貝雷梁。貝雷梁是主橫梁上面的傳力結(jié)構(gòu)，沿著棧橋的縱軸線放線布置，貝雷梁的安裝采用履帶吊進(jìn)行安裝，每一跨的貝雷也是在岸上先進(jìn)行預(yù)拼裝，拼裝完成后采用平板車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，履帶吊吊裝組合貝雷片至樁頂橫梁，調(diào)整好位置，焊接門式限位器，或者采用U型螺栓固定也可以，將貝雷梁與主橫梁進(jìn)行連接固定，如果由于誤差造成二者不能緊密銜接的時(shí)候，同樣也是需要塞墊鋼板進(jìn)行調(diào)平處理，增強(qiáng)貝雷梁橫橋向的穩(wěn)定性，每組貝雷片中間設(shè)置風(fēng)撐，加強(qiáng)貝雷梁的橫向連接剛度。

（8）安裝橫向分配梁。貝雷片上面按照設(shè)計(jì)間距鋪設(shè)I22a的工字鋼，工字鋼與貝雷梁中間同樣采用U型螺栓進(jìn)行固定，固定位置位于每個(gè)工字鋼的兩端，限制工字鋼的移位。

（9）鋪設(shè)橋面系。橋面分配梁鋪設(shè)完畢且連接牢固后，在分配梁上按圖紙放出橋面板位置，吊車吊裝，鋼板與分配梁采用點(diǎn)焊連接。

（10）附屬設(shè)施安裝。鋼面板安裝完成后，在分配梁上焊接護(hù)欄立桿，棧橋外側(cè)欄桿立桿采用12 cm×12 cm方鋼管，高度1.2 m，間距約2 m。橫向設(shè)置三道橫桿，橫桿采用4 cm×4 cm的方鋼管。護(hù)欄采用紅白相間油漆涂刷，每段間隔長(zhǎng)度300 mm。

4 注意事項(xiàng)

（1）盡量減少重型機(jī)械對(duì)鋼棧橋碾壓，施工中不得更換超越計(jì)算書中的機(jī)械設(shè)備荷載，機(jī)械設(shè)備在棧橋上行駛緩慢，減少對(duì)鋼棧橋的沖擊；（2）其中設(shè)備在棧橋上吊裝作業(yè)時(shí)，支腿應(yīng)落在橫梁上方，同時(shí)減少在鋼棧橋上對(duì)方荷載；（3）根據(jù)河流的漂浮物情況，若上游枯木等漂浮物較多，可考慮在沖擊范圍內(nèi)的鋼管樁上側(cè)施打防撞樁進(jìn)行棧橋保護(hù)。

5 結(jié)論

中砂特大橋主體結(jié)構(gòu)施工已經(jīng)結(jié)束，實(shí)踐表明鋼棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究合理，在汛期及施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，成為橋梁下部結(jié)構(gòu)施工中的重要保障通道，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，采用鋼棧橋作為橋梁施工中的臨時(shí)結(jié)構(gòu)是一種非常適宜的選擇。