超大縱坡連續(xù)多跨斜棧橋設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)研究

曾延平

摘要 以四川成樂高速公路擴(kuò)容項(xiàng)目為工程對(duì)象，針對(duì)施工中特殊條件影響，提出了一種超大縱坡、連續(xù)多跨傾斜鋼棧橋作為施工上下連接的臨時(shí)通道。超大縱坡連續(xù)多跨斜棧橋在施工中相關(guān)案例較少，無過多設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，文章對(duì)斜棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，解決了鋼棧橋因?yàn)閮A斜、連續(xù)多跨、跨徑長等因素引起的整體及局部穩(wěn)定性差等問題，提出了在橋臺(tái)底部支撐及棧橋頂部與已有橋梁連接構(gòu)造措施等方式解決穩(wěn)定問題，并對(duì)該類型棧橋施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，總結(jié)了棧橋搭設(shè)、連接、拆除施工工藝及施工技術(shù)要點(diǎn)，為類似工程提供了借鑒參考意義。

關(guān)鍵詞 棧橋；超大縱坡；連續(xù)多跨；施工工藝；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào) U448.18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B文章編號(hào) 2096-8949（2024）12-0094-03

0 引言

近年來，隨著公路交通線路網(wǎng)的不斷完善，橋梁建設(shè)取得了顯著成就，眾多大跨度的過河、過江大橋陸續(xù)建成通車。但是在建設(shè)過程中，由于橋梁跨徑的不斷增大，施工難度也越來越高，受地形、地質(zhì)及其他各種因素影響，臨時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用對(duì)施工安全的保證至關(guān)重要。鋼棧橋在大跨度跨水、跨江橋梁的施工中承擔(dān)著極為重要的角色，為提升施工效率起到了積極作用，也得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。同時(shí)為適應(yīng)不同環(huán)境條件，一些特殊形式的棧橋結(jié)構(gòu)被提出，例如可以適應(yīng)復(fù)雜惡劣水文地質(zhì)條件的超長鋼棧橋[4]、針對(duì)大型水利樞紐工程施工的貝雷架式棧橋[5]、重載鋼棧橋及鋼平臺(tái)施工技術(shù)[6]等。關(guān)于棧橋施工應(yīng)用，有關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了一系列研究，伍彥斌[7]探究了深水棧橋鋼管樁雙向壓彎的整體穩(wěn)定性，對(duì)棧橋下部結(jié)構(gòu)的定量優(yōu)化具有指導(dǎo)意義；徐洋洋[8]計(jì)算了連續(xù)多跨鋼棧橋的承載力，保證了施工安全；鄭雅文[9]針對(duì)裝配式鋼棧橋，分析了橋梁在自重以及車輛輪壓荷載作用下不同跨徑、分配梁間距、鋼板厚度結(jié)構(gòu)體系的受力性能，保證了施工安全性。

該工程高架橋與110 kV、220 kV高壓線交叉，導(dǎo)致施工通道斷開，影響下部結(jié)構(gòu)旋挖機(jī)鉆桿不能立桿、上部結(jié)構(gòu)施工材料無法上橋等問題。針對(duì)此問題，該文提出了一種超大縱坡連續(xù)多跨斜棧橋結(jié)構(gòu)并對(duì)其開展研究。

1 工程概況

四川成樂高速公路擴(kuò)容改造項(xiàng)目成都第二繞城高速至青龍場段的土建工程路線長6.46 m。橋梁下部為柱式墩或薄壁墩，上部為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。高壓線影響了互通匝道橋施工，針對(duì)后續(xù)高架橋無上橋通道，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，擬選取在A、B匝道中修筑斜棧橋通往已施工現(xiàn)澆箱。

2 斜棧橋設(shè)計(jì)

2.1 棧橋組成

棧橋長度達(dá)117 m，設(shè)置從低到高0號(hào)～12號(hào)墩，如圖1所示。從A匝道底以10%縱坡向上接入主線現(xiàn)澆梁，高差約為11.75 m，平面上與主線呈53 °夾角相交。

棧橋上部結(jié)構(gòu)由貝雷梁拼裝而成，采用4片（2組）貝雷梁結(jié)構(gòu)形式，其上鋪設(shè)橫、縱分配型鋼及橋面板。其中橫向分配梁間距取75 cm，主梁采用雙工字鋼，棧橋下部為鋼管柱，結(jié)構(gòu)布置形式如圖2所示，主要構(gòu)件規(guī)格如表1所示。

2.2 棧橋結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）計(jì)算參數(shù)。根據(jù)施工情況，主要以混凝土罐車（12 m3）滿載運(yùn)輸及結(jié)構(gòu)自重作為主要荷載來源。荷載組合工況為：1.3×恒載+1.5×罐車荷載。

（2）計(jì)算結(jié)果。該次計(jì)算采用Midas Civil有限元軟件，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果與極限值的對(duì)比如圖3所示。由圖3可知，結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求，均小于規(guī)范要求的限制，可以用于施工。

3 斜棧橋施工工藝

3.1 安裝流程

棧橋搭設(shè)之前，首先開挖橋臺(tái)及鋼管立柱基礎(chǔ)，基礎(chǔ)形式為C30混凝土條形基礎(chǔ)；然后依次安裝焊接鋼管立柱、樁頂橫梁、貝雷梁，并采用連接措施將各構(gòu)件進(jìn)行連接；再鋪設(shè)縱向分配梁和橋面鋼板形成橋面；最后在橋面安裝附屬設(shè)施保證車輛能夠上橋，包括護(hù)欄、護(hù)輪坎以及標(biāo)識(shí)語等。

3.2 主要構(gòu)件之間連接

（1）鋼管立柱間縱橋方向上通過平聯(lián)連接，連接位置為頂托鋼板下50 cm處。由于該棧橋結(jié)構(gòu)跨徑較大，上橋處具有車輛沖擊荷載，因此在上橋最后兩跨內(nèi)縱橋向再各增加1道鋼管斜撐，以提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（2）貝雷梁通過型鋼限位器固定于樁頂主梁上。

（3）組間貝雷梁采用8型鋼形成剪刀撐連接成整體；相鄰貝雷梁之間采用連接銷連接；貝雷梁與上部橫向分配梁，采用U形螺栓（騎馬卡）固定。

（4）縱橫向分配梁之間、縱向分配梁與橋面板之間采用焊接的方式進(jìn)行連接。

3.3 穩(wěn)定性保證措施

由于該棧橋結(jié)構(gòu)形式具有超大縱坡、連續(xù)多跨等特點(diǎn)，棧橋在豎向荷載及車輛制動(dòng)力作用下將同時(shí)產(chǎn)生水平作用分力，整體結(jié)構(gòu)有向下滑移的趨勢，穩(wěn)定性較差。針對(duì)該斜棧橋結(jié)構(gòu)，在棧橋首尾分別與橋臺(tái)、已有橋梁結(jié)構(gòu)建立有效連接，以此保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[10]。

3.3.1 底部橋臺(tái)連接構(gòu)造

在斜棧橋底部橋臺(tái)臺(tái)背處，在墻背與貝雷梁主梁端部預(yù)留有一定間隙，如圖4所示，采用一定厚度橡膠填塞，該措施的運(yùn)用滿足了超大縱坡連續(xù)多跨棧橋在溫度變化、受力作用下的縱向變形需要，同時(shí)在車輛上橋時(shí)，還對(duì)車輛沖擊荷載有一定的減弱作用。

3.3.2 已有橋梁處連接構(gòu)造

傾斜棧橋高處上橋后，在棧橋邊緣設(shè)置槽鋼進(jìn)行加固，受力于棧橋末端墩柱上，棧橋貝雷梁端頭通過銷軸連接雙拼型鋼主梁，如圖5所示。棧橋與橋梁通過工字鋼連接固定，并在橋梁上設(shè)置預(yù)埋φ20鋼筋的加固工字鋼，通過受拉承受一部分水平分力，消除了結(jié)構(gòu)因?yàn)閮A斜導(dǎo)致水平荷載的不利影響，提升了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了與主線橋的接入。

3.4 施工工藝

3.4.1 測量

利用全站儀、水準(zhǔn)儀等多種測量控制技術(shù)、控制方法，對(duì)鋼管樁、橋臺(tái)等構(gòu)件進(jìn)行安裝定位控制，控制棧橋施工全過程標(biāo)高。各種測量方法相互補(bǔ)充、校核保證了測量的準(zhǔn)確性，提升了施工質(zhì)量。

3.4.2 橋臺(tái)施工

橋臺(tái)臺(tái)背填料選用內(nèi)摩擦角大的透水性材料，如砂卵石和級(jí)配良好的碎石。采用壓路機(jī)進(jìn)行分層壓實(shí)，松鋪厚度為20 cm；對(duì)于靠近橋臺(tái)處，壓路機(jī)無法壓實(shí)的位置，輔以直立式打夯機(jī)進(jìn)行壓實(shí)?；靥钔瓿珊笸ㄟ^回填土上澆筑便道，接入橋臺(tái)臺(tái)背。橋臺(tái)預(yù)埋鋼板坡度應(yīng)與縱向坡度一致，預(yù)埋板長邊平行于縱橋向，埋設(shè)平面位置與高程需嚴(yán)格控制。

3.4.3 鋼管立柱及平聯(lián)施工

鋼管立柱根據(jù)基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板的高程與橋面高程測量好長度進(jìn)行切割與焊接，鋼管立柱的焊接接長是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

鋼管對(duì)接處接口采用預(yù)作45 °的坡口處理。鋼管樁接頭處必須滿焊，必要時(shí)進(jìn)行多層焊接；焊縫必須飽滿，無焊渣、焊瘤等缺陷；要求熔透焊接，焊縫余高不小于2 mm。鋼管頂設(shè)置頂托鋼板與三角加勁板。

鋼管立柱架設(shè)、焊接完成后，將主梁放入頂托鋼板，立即點(diǎn)焊固定以防止變位、傾覆，然后對(duì)橫梁與鋼管樁的焊接進(jìn)行連接固定。橫梁下正對(duì)工字鋼肋板位置設(shè)置三角形加勁肋板，每道橫梁設(shè)置16個(gè)加勁肋板。

3.4.4 貝雷梁施工

貝雷梁桁架在地面進(jìn)行拼裝后整體安裝于主梁上。由于棧橋坡度為10%，貝雷梁與工字鋼之間全截面接觸，在工字鋼與鋼管接觸處，增加楔形塊以保證連接緊密。

（1）貝雷梁的拼裝和運(yùn)輸。單片桁架及各種構(gòu)配件運(yùn)輸至現(xiàn)場后，用裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)并配合進(jìn)行拼設(shè)。每組貝雷長度由跨徑確定。貝雷片拼設(shè)應(yīng)要求銷栓插入到位，保險(xiǎn)插銷安裝可靠。支撐架螺栓應(yīng)擰牢固，不得有松動(dòng)。

（2）貝雷梁架設(shè)、安裝。棧橋上部結(jié)構(gòu)的安裝通過吊裝方式進(jìn)行，根據(jù)已安裝構(gòu)件定出貝雷架的準(zhǔn)確位置；然后將貝雷梁吊起，放在已裝好的貝雷梁后面并與其呈一直線；再將貝雷梁下弦銷孔對(duì)準(zhǔn)后，插入銷栓；最后抬起貝雷梁后端，插入上弦銷體并設(shè)保險(xiǎn)插銷。貝雷拼裝應(yīng)按組進(jìn)行，貝雷片間用花架連接好。

（3）吊車首先安裝一組貝雷，準(zhǔn)確就位后先牢固捆綁在橫梁上，然后焊接限位器；再安裝另一組貝雷，同時(shí)與已安裝好的一組貝雷用型鋼進(jìn)行連接，以此類推完成整跨貝雷梁的安裝。

3.4.5 橋面施工

通過履帶吊依次安裝橫、縱向分配梁，橫向分配梁吊裝到位后用騎馬螺栓固定好。橫向分配梁的支點(diǎn)必須放在貝雷梁豎弦桿或菱形弦桿的支點(diǎn)位置，間距為0.75 m，以滿足受力要求?？v向分配梁按照0.3 m的間距安裝，吊裝到位后與橫向分配梁在接觸位置點(diǎn)焊接成整體，焊縫厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

橋面板與縱向分配梁接觸角點(diǎn)均需滿焊，焊縫質(zhì)量應(yīng)滿足要求，每塊面板間設(shè)置2 cm的伸縮縫，避免因溫度變化而引起的橋面翹曲起伏，減少風(fēng)荷載對(duì)橋面系的頂托作用。

3.4.6 拆除

棧橋拆除按照先搭設(shè)后拆除、后搭設(shè)先拆除的原則，依次拆除橋面附屬設(shè)施、橋面板、貝雷梁、主梁、鋼管立柱及橋臺(tái)。鋼管樁基礎(chǔ)拆除時(shí)，采用振動(dòng)錘將其拔除。拆除棧橋時(shí)，采用一個(gè)工作面，從棧橋的終點(diǎn)位置處開始，后退到起點(diǎn)的方式進(jìn)行拆除，邊拆除，邊利用原棧橋運(yùn)行材料到指定位置。

3.5 安全及維護(hù)措施

為了保證施工過程中棧橋運(yùn)行的安全性，在棧橋兩側(cè)設(shè)置欄桿，護(hù)欄采用φ48×3.5 mm鋼管。由于該棧橋主要用于混凝土車輛的運(yùn)輸，并且為傾斜形式布置，應(yīng)定期檢測棧橋運(yùn)行維護(hù)情況，采用全站儀觀測棧橋基礎(chǔ)、橋身的沉降及位移情況。

4 結(jié)語

該文以四川成樂高速公路擴(kuò)容工程為依托對(duì)象，提出了一種超大縱坡連續(xù)多跨斜棧橋，在對(duì)棧橋結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行論證后，總結(jié)了施工工藝及施工流程，結(jié)論如下：

（1）經(jīng)過對(duì)超大縱坡連續(xù)多跨斜棧橋有限元計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足要求，整體穩(wěn)定性良好。

（2）針對(duì)該工程特殊施工條件，斜棧橋底部橋臺(tái)支撐及與已有橋梁處連接構(gòu)造措施的運(yùn)用，解決了棧橋傾斜、連續(xù)多跨導(dǎo)致的棧橋受水平力較大、穩(wěn)定性較差等問題。

（3）施工工藝及施工要點(diǎn)的總結(jié)保證了施工安全性，同時(shí)斜棧橋合理的設(shè)計(jì)及應(yīng)用推動(dòng)了主線橋的施工，對(duì)于類似公路橋梁及棧橋的施工具有一定的借鑒參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張玉斌， 王云， 徐鐳. 張灣特大橋鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2020（S1）： 1153-1155.

[2]張福群. 北江特大橋鋼棧橋和施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)、施工與使用[J]. 四川水泥， 2023（12）： 223-227.

[3]李春宇. 中砂特大橋鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[J]. 大眾標(biāo)準(zhǔn)化， 2022（15）： 62-64.

[4]林樹奎. 蘇通長江大橋B1標(biāo)鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工[C]//中國公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會(huì)， 江蘇省蘇通大橋建設(shè)指揮部， 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 江蘇省公路學(xué)會(huì). 中國公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會(huì)2006年全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集. 中港二航路橋建設(shè)有限公司， 2006：13.

[5]汪良軍. 大型水利樞紐工程施工棧橋設(shè)計(jì)與施工[J]. 廣西水利水電， 2023（5）： 98-100+122.

[6]盧振有， 曾云峰， 鄧海常， 等. 基于有限元分析的重載鋼棧橋及鋼平臺(tái)施工技術(shù)研究[J]. 大眾科技， 2023（6）： 20-23.

[7]伍彥斌. 基于ANSYS的深水棧橋鋼管樁壓彎穩(wěn)定性計(jì)算[J]. 湖南交通科技， 2023（4）： 109-113+119.

[8]徐洋洋， 范柯杰， 陳強(qiáng)， 等. 鋼棧橋在古海塘加固工程施工中的應(yīng)用[J]. 山西建筑， 2023（16）： 142-145.

[9]鄭雅文. 普通型裝配式鋼棧橋力學(xué)性能及穩(wěn)定性分析[D]. 長沙：長沙理工大學(xué)， 2022.

[10]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： GB 50017—2017[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2017.