小半徑曲線鋼棧橋及鉆孔平臺(tái)施工關(guān)鍵技術(shù)

彭哲 肖南

摘?要：三峽樞紐白洋港疏港鐵路工程中，與既有碼頭相接的四清閘大橋?yàn)樾“霃角€橋梁，施工區(qū)域存在人工拋石，如采用直線棧橋覆蓋其整個(gè)曲線范圍，勢(shì)必造成棧橋面積增大，材料成本增加等不利因素。在此背景下，施工過程中設(shè)計(jì)了一種小曲線半徑鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支棧橋結(jié)構(gòu)，擬合了四清閘大橋的線性，同時(shí)采用抓斗船清理拋石的方法，保障了棧橋及鉆孔平臺(tái)管樁基礎(chǔ)成功實(shí)施。此類型棧橋設(shè)計(jì)施工可為類似橋梁提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：小半徑曲線；鋼棧橋；拋石；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TB?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.05.096

1?工程概況

1.1?項(xiàng)目概況

四清閘鐵路大橋?yàn)槿龒{樞紐白洋港疏港鐵路跨越四清閘口段長(zhǎng)江、順接既有白洋港一期碼頭棧橋而設(shè)，橋址位于長(zhǎng)江岸邊，地貌單元為長(zhǎng)江主堤、子堤及主河槽，地形有起伏，地標(biāo)高32～52m，地形相對(duì)高差較大，設(shè)計(jì)最高水位為+48.48m（長(zhǎng)江白洋港段H1/100洪水位），設(shè)計(jì)最低水位為+35.99m。橋梁位于鐵路線路平面R=250m的曲線上，線路縱坡-196‰、0‰。

橋梁里賣弄布置圖如圖1所示。

1.2?地質(zhì)、水文情況

四清閘大橋跨越四清閘明渠排水溝，明渠水位受長(zhǎng)江水位影響較大，橋梁順接白洋港一期碼頭，未跨越通航孔，無通航需求。通過查閱歷年水文資料可知四清閘大橋位處歷年最低水位（由宜昌站水位-1.5米）為當(dāng)年12月～次年2月，最低水位約為+360m，最高水位為6～8月，最高水位為+45.6m。

四清閘大橋水域橋址區(qū)表層分布有人工拋石、第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q?al+pl）粉土、粉細(xì)砂、卵石和第四系上更新統(tǒng)沖洪積（Q?al+pl）粉質(zhì)黏土、粉土、卵石層，下伏基巖為下第三系方家河組（Ef）礫巖、砂巖、泥巖。其中人工拋石采用未風(fēng)化和無裂隙片狀塊石，強(qiáng)度大于40MPa，單塊石頭重量在25-100kg之間，厚度為1.0m，拋石護(hù)坡原狀如下圖。

與通常鋼結(jié)構(gòu)棧橋區(qū)別在于其每跨貝雷梁為非連續(xù)的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，以解決相關(guān)技術(shù)中對(duì)于水中小半徑曲線橋梁，常規(guī)連續(xù)結(jié)構(gòu)鋼棧橋無法擬合小半徑曲線的問題。貝雷梁架主體包括貝雷片以及限位裝置，貝雷片通過螺栓、銷軸連接成桁架結(jié)構(gòu)搭設(shè)于兩排鋼管立柱之間，通過限位裝置將其鎖定于柱頂分配梁上，使得每跨貝雷梁無法縱向和橫向位移。每跨貝雷梁之間交錯(cuò)布置，通過線性的擬合橋梁線性。

2?總體施工方案

四清閘大橋采用樁柱式結(jié)構(gòu)，樁基均采用鉆孔灌注樁形式，需要水上施工，為滿足水上施工需求。需搭設(shè)鋼棧橋及鉆孔平臺(tái)提供水上作業(yè)環(huán)境。棧橋施工沿橋位布置，距離橋位預(yù)留一定的施工距離，棧橋?qū)⒑拥览?，保證同行順暢。棧橋主要承擔(dān)各種材料運(yùn)輸設(shè)備、施工機(jī)械設(shè)備的通行任務(wù)，同時(shí)也是水上施工人員上下班的通道及各種電纜管線等的通道。鉆孔平臺(tái)在兩橋墩之間沿棧橋橫向引出，滿足樁基鉆孔施工及后續(xù)上部結(jié)構(gòu)支架搭設(shè)施工。

本工程棧橋及鉆孔平臺(tái)采用鋼管樁基礎(chǔ)+貝雷梁+型鋼分配梁的形式，主梁采用貝雷梁交錯(cuò)布置，每跨均為簡(jiǎn)支梁，8mm鋼板，單車道設(shè)置（65m寬）。棧橋設(shè)防水位：20年一遇設(shè)計(jì)水位440m，設(shè)計(jì)水流流速25m/s，20年一遇水流力，棧橋頂面標(biāo)高+470m。棧橋設(shè)計(jì)荷載：55t重車，80t履帶吊走行，80t履帶吊正吊、側(cè)吊20t，鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)荷載：CK2000沖擊鉆機(jī)工作（整機(jī)重15t（含卷揚(yáng)機(jī)），卷揚(yáng)機(jī)拉力8t，沖錘最大重量6t，總重21t，考慮沖擊系數(shù)按30t考慮）。

3?鋼棧橋、鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1?基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

棧橋樁基采用φ630×8mm和φ820×10mm（與鉆孔平臺(tái)共用）兩種鋼管樁，鋼管樁連接系采用φ351×8mm和φ273×8mm鋼管，樁頂分配梁采用雙拼工50a。如圖2所示。

3.2?上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉆孔平臺(tái)設(shè)置在23～32#墩之間，順橋向長(zhǎng)度約112m，橫橋向?qū)挾?1.8m，平臺(tái)頂標(biāo)高為+47.0m。鉆孔平臺(tái)既作為主墩樁基施工作業(yè)平臺(tái)，也為后期主梁施工提供支架平臺(tái)。平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)采用貝雷梁、I22a、I10、8mm鋼板面組成，每一跨貝雷梁在鋼管樁頂部分配梁上交錯(cuò)布置，如圖3所示。為防止車輛行駛時(shí)的動(dòng)荷載使貝雷梁滑移，在貝雷梁的端頭通過縱向橫向限位裝置將其鎖定，限位裝置采用?[10槽鋼焊接組成，通過焊接于樁頂分配梁上，起到限位固定作用，如圖4所示。

3.3?鋼棧橋受力計(jì)算

通過建立有限元模型，并選取棧橋和平臺(tái)施工時(shí)的最不利工況荷載組合對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行驗(yàn)算、以及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，以判斷棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理。棧橋結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮棧橋自重、平臺(tái)自重與水流力、8級(jí)風(fēng)荷載組合效應(yīng)，最不利工況為80t履帶吊跨中側(cè)吊20t重物，此時(shí)分配梁剪應(yīng)力、貝雷梁各桿件應(yīng)力值、貝雷梁的撓度、鋼管樁的穩(wěn)定性均滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，滿足安全使用的條件。

4?鋼棧橋、鉆孔平臺(tái)施工

根據(jù)地質(zhì)情況，首先需對(duì)鋼棧橋基礎(chǔ)所在拋石區(qū)域進(jìn)行清理，然后再采用“釣魚法”完成鋼棧橋及鉆孔平臺(tái)的安裝施工，采用90t履帶吊作為主要施工機(jī)械，吊掛DZ-90震動(dòng)錘進(jìn)行插打鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁施工完成后，按照由下至上的方式逐一拼裝連接系、分配梁、貝雷梁、橋面板等是設(shè)施。單跨完成后履帶吊駛?cè)耄_始下一跨作業(yè)。

4.1?拋石層清理

施工時(shí)，利用抓斗船清理施工區(qū)域內(nèi)的拋石。根據(jù)施工圖紙及相關(guān)資料顯示，施工段最低河床高程為+32.09，施工時(shí)五月份水位為+41.00，河床最低標(biāo)高為+30.0。施工時(shí)，采用抓斗船對(duì)拋石進(jìn)行清理，將拋石抓出水面后堆放在駁船上，待駁船達(dá)到滿載后，運(yùn)至岸邊堆放，后期回填時(shí)，用挖掘機(jī)站位于駁船上，將原拋石按開挖區(qū)域進(jìn)行拋填。

4.2?鋼管樁施工

購(gòu)置鋼管樁單根最大長(zhǎng)度為12m，每根棧橋鋼管樁按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度分節(jié)加工，為增強(qiáng)接頭剛度，在后期插打鋼管樁時(shí)接頭處不會(huì)破壞，鋼管樁在結(jié)構(gòu)處均勻焊接六塊長(zhǎng)度為40cm，寬度為10cm的扒板。采用80t履帶吊和DZ-90型振動(dòng)錘逐跨打樁搭設(shè)棧橋，整節(jié)鋼管樁須一次性打設(shè)到位。鋼管一節(jié)段插打完后復(fù)測(cè)鋼管樁位置及垂直度。若偏差超過容許值則需先調(diào)整糾偏，糾偏完成滿足設(shè)計(jì)要求后繼續(xù)后續(xù)施工。

4.3?連接系、柱頂分配梁施工

棧橋一個(gè)墩位處鋼管樁施工完成后，立即進(jìn)行該墩鋼管樁間連接系、樁頂分配梁施工。按以下步驟施工：①在鋼管樁上進(jìn)行連接系的測(cè)量放樣。測(cè)量組實(shí)測(cè)樁間連接系長(zhǎng)度并在后場(chǎng)下料，同步進(jìn)行樁頂分配梁的加工。②用吊裝設(shè)備懸吊連接系鋼管，到位后電焊工焊接連接系。⑤吊裝設(shè)備懸吊分配梁到測(cè)量放樣位置后安裝并簡(jiǎn)易固定，電焊工按測(cè)量放樣位置焊接。

4.4?貝雷片安裝

樁頂貝雷片采用?[10型鋼及10mm鋼板加強(qiáng)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)及布置如下圖5所示。

加強(qiáng)型貝雷梁施工完畢后，須對(duì)每件貝雷梁位置做好標(biāo)注，施工時(shí)，將擬安裝的貝雷梁抬起，兩人用木棍穿過節(jié)點(diǎn)板將貝雷梁前端抬起，下弦銷孔對(duì)準(zhǔn)后，插入銷栓，然后再抬起貝雷梁后端，插入上弦銷栓并設(shè)保險(xiǎn)插銷。貝雷梁拼裝按組進(jìn)行，每次拼裝一組貝雷梁，每組貝雷梁為對(duì)應(yīng)安裝跨度長(zhǎng)，貝雷片間用支撐架連接好，注意加強(qiáng)型貝雷梁的位置及方向。貝雷片安裝完畢后，在樁頂分配梁上部安裝縱向限位件，限位件采用?[10型鋼，與橫梁焊接，焊腳為8mm。

貝雷梁間采用支撐架進(jìn)行連接，增加其整體穩(wěn)定性，支撐架連接布置如圖6所示。

4.5?橋面系安裝

棧橋橋面系采用5m*3m半成品鋼橋面板，面板采用花紋鋼板、底部為I10工字鋼，安裝前在貝雷梁頂部鋪設(shè)I12工字鋼作為分配梁，分配梁與貝雷梁采用騎馬螺栓固定，騎馬螺栓在橫梁與貝雷梁之間抄墊橡膠墊防止滑移摩擦損壞貝雷梁。安裝時(shí)用履帶吊進(jìn)行鋼橋面板吊裝，單塊橋面板吊裝至分配梁上后，I10工字鋼與I12分配梁交叉點(diǎn)通過焊接固定。每鋪設(shè)一跨橋面板即在兩側(cè)安裝安全防護(hù)欄桿。

5?結(jié)論

小半徑曲線鋼棧橋成功應(yīng)用于三峽樞紐白洋港疏港鐵路工程四清閘大橋施工，針對(duì)本橋梁曲線半徑小、跨越大堤拋石區(qū)的典型特點(diǎn)。此類鋼棧橋是橋梁基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)成功實(shí)施的基礎(chǔ)。尤其是采用了交錯(cuò)布置貝雷梁的結(jié)構(gòu)形式，通過有效的錨固手段，使其結(jié)構(gòu)能夠在保障穩(wěn)定的條件下與既有橋梁線性擬合，有效節(jié)約了成本提高了施工效率，為同類型橋梁施工提供借鑒和參考。

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