/鋼棧橋設計和施工

2007-10-2720:09:05|

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要：介紹了蘇通大橋B1標1854m鋼棧橋設計和施工過程中以及運用期遇到的問題關鍵詞：涌潮

水深

沖刷

第一長棧橋

設計

施工

試驗備

注：《2006年全國橋梁學術會爭辯文集》發表，作者：林樹奎

1、工程概況蘇通大橋B1標橋位區河段江中沙洲發育，槽深灘寬，江心沙洲中的新通海沙位于橋位線上，屬心灘地貌。新通海沙北側支汊發育快速，已基本貫穿，可通行小型船舶。北引橋穿過新通海沙夾槽河段，為雙向潮流，潮流平均流速為2.0m/s，水深達8m左右，風浪大，地質條件困難。北引橋B1合同段全長2010m，江中橋墩距離長江大堤最遠距離達1600m，基礎工程量大、施工工期緊，要求施工棧橋能覆蓋整個B1合同段，以便削減航運和水位對本合同段下部構造施工的干擾和限制。架空棧橋總長1854m，寬7m，起于長江大堤，止于45墩中心線后約324m。橋中心線和蘇通大橋引橋軸線一樣。應急碼頭前沿線距B1標引橋終點45墩中心線約337m，碼頭平臺通過喇叭口和棧橋相接。水上鋼棧橋擔當著繁重的交通運輸任務。水上鋼棧橋不僅擔當著大量材料、機械設備的運輸任務，而且還擔當著水上各個橋墩下部構造施工操作平臺的任務，變水上施工為陸上施工，同時也是應急船只和撤離人員的通道。鋼棧橋通航孔要求滿足最高通航水位時有5m的凈空、30m寬航道通航要求。2、鋼棧橋設計和驗算2.1鋼棧橋運用要求:2.1.1鋼棧橋承載力應滿足：650kＮ履帶吊在橋面行走及起吊20t要求、300kN混凝土罐車錯車要求。2.1.2鋼棧橋的調頭平臺寬度設置應滿足車輛掉頭的要求。2.1.3鋼棧橋的平面位置不得阻礙鉆孔樁施工、鋼吊（套）箱及承臺施工，能夠滿足B1標整個施工期間的要求。2.1.4鋼棧橋跨度、平面位置及高程應滿足通航要求。2.1.5鋼棧橋應急平臺需滿足應急船只的停靠和人員的撤離要求。2.2鋼棧橋施工區域劃分2.2.1淺灘區鋼棧橋起始墩（14#～15#墩之間，長江大堤旁）至18#墩止，全長約180m，為棧橋淺灘區。河床高程在+0.5～+2.5m之間，絕大部分河床高程為+2.4m左右。2.2.2深水區18#墩至30墩止，即新通海沙夾槽河段，為深水區，全長約600m，河床高程在-3～-7m之間，平均河床高程在-5m以下；從45#墩至應急平臺，為深水區，全長約320m，河床高程在-3m以下。2.2.3淺水區30#墩至45#墩，全長約750m為淺水區，該區域河床高程在-2.0m～-0.5m之間，平均河床高程-1.2m左右。鋼棧橋施工區域劃分如圖2.2-1所示。圖2.2-1棧橋施工區域劃分示意圖（單位：m）2.3鋼棧橋擬定布置形式2.3.1平面布置鋼棧橋從長江大堤起，沿橋軸線始終通至45#橋墩，最終沿橋軸線延長約324m至應急平臺，鋼棧橋全長1854m。鋼棧橋平面布置示看法圖2.3-1所示。

圖2.3-1棧橋平面布置示意圖（單位：m）2.3.2縱向布置鋼棧橋從長江大堤起（橋面高程▽+7.2m），至23#墩旁邊（橋面高程▽+9.9m）段設一上坡，坡度0.70%；23#墩（▽+9.9m）至24#墩（▽+9.9m）為通航孔；24#墩（▽+9.9m）至41#墩（▽+6.5m）為下坡（坡降1.53%）；41#墩（▽+6.5m）至45#墩（▽+6.5m）為平坡；45#墩（▽+6.5m）再延長324m至應急平臺（▽+6.5m）。2.4鋼棧橋擬定構造2.4.1總體結構擬定鋼棧橋橋面寬7.0m，高程+6.5m～+9.9m。鋼棧橋樁接受φ800mm×8mm的Q235a鋼管樁。下橫梁接受H600mm×200mm或H606mm×201mm。主縱梁一種是接受1.5m高的321一般型貝雷梁，共三組，每組兩榀，貝雷梁上依次鋪設I25a的橫向支配梁、間距1.5m，I12.6的縱向支配梁、間距40cm；另一種是接受12m跨和16m跨的萬能桿件，上方依次鋪設I28b的橫向支配梁、間距2.0m，I16的縱向支配梁、間距40cm；橋面δ=10mm花紋鋼板，最終安裝欄桿、照明和管線等附屬結構。棧橋通航孔跨度布置為30m，其余部分依據履帶吊車起重實力和位狀況跨度定為12m、15m、16m、18m交替分布。鋼棧橋斷面結構圖如圖2.4-1所示：

圖2.4-1棧橋斷面結構圖（單位：mm）2.4.2車輛調頭平臺沿鋼棧橋每間隔300m左右設一車輛調頭平臺，共5個。調頭平臺由長度為15m的鋼棧橋加寬5m而組成。調頭平臺斷面圖如圖2.4-2所示。

圖2.4-2調頭平臺斷面圖（單位：mm）2.4.3鋼棧橋通航孔布置航道位于23#、24#墩之間，鋼棧橋鋼管樁分別靠近23#、24#墩，在鋼管樁上下游設置通航孔鋼棧橋防撞設施。通航孔處鋼棧橋在最高通航水位凈高5m、跨度為30m，為減小鋼棧橋橋面標高，做成下承式形式。橋面標高+9.90m，底標高為+9.30m。通航孔斷面圖如圖2.4-3所示。

圖2.4-3通航孔斷面圖（單位：mm）2.4.4應急平臺應急平臺是依據整個蘇通大橋全部標段的須要而設置的。應急平臺是中小型交通船停靠的碼頭，需設置人員上下通道。棧橋由45#墩向前延長324m（B2標范圍），使平臺前沿水下河床標高為-6.0m～-7.0m，以保證足夠的水深。應急平臺斷面圖如圖2.4-4所示。

圖2.4-4

應急平臺斷面圖2.4.5活動鋼棧橋受19#墩～30#墩啞鈴型承臺施工的影響，此位置的棧橋將阻礙承臺吊箱的施工，越過墩位的棧橋設計為可拆卸式。為盡量削減棧橋中斷的時間，盡量降低棧橋中斷對全橋施工的影響，該段棧橋設計為用650kN履帶吊可整體吊移形式，即活動棧橋。為減輕重量，活動棧橋布置為15m或18m跨度，以便利起吊。活動棧橋布置圖如圖2.4-5所示。

圖2.4-5活動鋼棧橋布置示意圖假如在水上大范圍的施工，拆除棧橋影響了全橋的施工，那么將不拆除棧橋，解決承臺和系梁的施工主要方法就是在系梁模板加工時將每塊模板高度定為1.5m～2.0m，棧橋底標高+4.6m，施工水位為2.0m左右，套箱拼裝即為分節拼裝、分節下放，雖然施工時較麻煩、時效低，但不影響其他工序施工，所以特別留意在套箱系梁模板設計時要為組拼式，每節模板高度為1.5m～2.0m。2.4.6鋼棧橋溫度伸縮縫設置為適應棧橋鋼構件溫度變更,棧橋每隔150m左右設一道溫度縫,縫寬6cm，現場施工時依據實際溫度調整伸縮縫寬度。主縱梁為貝雷梁的棧橋溫度伸縮縫處下橫梁接受H606×201翼緣焊牛腿加寬至40cm，溫度縫處棧橋全部鋼構件均需斷開,貝雷梁的陰陽頭斷開，但陽頭仍套在陰頭內；主縱梁為萬能桿件或萬能桿件和貝雷梁交界處接受雙排樁。交界墩溫度伸縮縫構造圖如2.4-6所示。

圖2.4-6

交界墩溫度伸縮縫構造圖主縱梁為萬能桿件的棧橋溫度伸縮縫構造圖如2.4-7所示。圖2.4-7

棧橋溫度伸縮縫構造圖主縱梁為貝雷梁的棧橋溫度伸縮縫構造圖如2.4-8所示。圖2.4-8

棧橋溫度伸縮縫構造圖2.5鋼棧橋結構受力驗算2.5.1鋼棧橋荷載形式依據施工現場實際狀況,棧橋荷載形式如下:

鋼材容重

78.5kN/m3

設計風速

32.0m/s水流流速

2.17m/s波浪力

波高1.5m，波長60m

65t履帶吊（考慮吊重20t）：30m跨段行走比壓0.07MPa

其它跨段行走比壓0.18MPa

30t砼運輸車錯車（按汽-20重車考慮力的分布）施工荷載

4kN/m22.5.2特征參數設計高潮位

4.30m(20年一遇)設計低潮位

-1.46m（20年一遇）泥面高程

見各典型斷面設計沖刷深度

深水區考慮3m，淺水區考慮2m排架橫梁底標高

見斷面圖通航孔棧橋底標高

+9.30m應急平臺頂標高

+6.50m2.5.3地質條件見《蘇通大橋STXKZK2合同段工程地質勘察報告》。2.5.4鋼管樁基礎承載力計算(1)單樁最大需承力(僅以12m跨為例)。650KN履帶吊作用時鋼管樁所承受的壓力明顯大于砼車作用時的荷載，因此計算時只需考慮履帶吊作用和上層結構自重荷載組合時的工況，且650KN履帶吊的承重較大的一條履帶作用在一側鋼管樁正上方時，此時該側樁的承載力最大：q=30KN/m

Q1=600KN

Q2=200KN

則：最大承載力P=30×7/2+600+（5.5-4.4）×200/5.5=745KN按單樁承載力750kN計算(2)樁的嵌固點計算：

其中

I=1.56×103m4取樁嵌固點深度為4.5m（沖刷后泥面以下）(3)鋼管樁入土深度：(考慮沖刷深水區沖刷3m，淺水區沖刷2m)1)依據《公路橋涵地基和基礎設計規范》JTJ024-85第4.3.2條[P]=式中：u—周長u=2.513mk—平安系數，取k=1.55—影響系數，對于錘擊沉樁，=1.0τ—極限側磨阻力A—

樁的截面積，A=0.5m2—樁尖承載力=120kPa—開口樁樁尖承載力影響系數，取=0.696查看地質資料可得，12m跨棧橋下的樁，在17號墩處的地質資料最為不利，則有：

[P]=={2.513×1.0×[(2.4-2.0)×20+(12.85-2.4)×30+(H-12.85)×40]+0.5×0.696×120）}/1.55≥750則H≥15.95m取樁的入土深度為泥面以下16.5m(包含沖刷2.0m)2)依據《港口工程樁基規范》JTJ254-98第4.2.4條據P=(UΣqili+qRA)/1.55

則：π×0.8×[(2.4-2.0)×20+(12.85-2.4)×30+(H-12.85)×40]/1.55≥750H≥16.35m

取H=17.0m(包含沖刷2.0m)3)入土深度復核結果：設計樁底標高為－15.0m，河床標高為+2.47m，則入土深度為17.47m，和我部計算的最大入土深度17.0m多0.47m，基本相吻合。2.5.5鋼棧橋18米跨主縱梁受力計算（計算跨徑為L計=18m簡支計算）。(1)彎矩M:1)30t砼車（一輛）布置在跨中時Mmax1=0.25×120×18+5×30+60×7.6=1146kN.m在跨中錯車時：2)履帶-65布置在跨中時3)施工荷載及人群荷載(2)對支點剪力Q:1)30t砼車行駛接近支點時：Qmax1=120+120×16.6÷18+60×12.6÷18=272.3kN在接近支點錯車時：Qmax1=272.3+60+60×(16.6÷18)=387.6kN2)履帶-65前方接近支點時:Qmax2=800×15.35/18=682.2kN3)施工荷載及人群荷載：Qmax3=0.5×4×7.0×18=252KN4)恒載內力：Qmax4=16.5×18/2=148.5kN(3)荷載組合：貝雷梁上最大內力為65t履帶吊和恒載組合：履帶吊在吊重200KN的狀況下不考慮錯車及橋面施工荷載和人群荷載。Qmax=682.2+148.5=830.7kN＜[Q]=490.5×3=1471.5kN滿足。選用3組，每組2片,單排。2.5.6鋼棧橋30米跨主縱梁受力計算（計算跨徑為L計=30m簡支計算）。(1)彎矩M:1)30t砼車（一輛）布置在跨中時Mmax1=0.25×120×30+13.6/30×120×30/2+11/30×60×30/2=2046KN.m在跨中錯車時：Mmax1=2046+0.25×60×30+13.6/30×60×30/2+11/30×30×30/2=3417.02)履帶-65布置在跨中時，不考慮吊重，只考慮履帶吊通過：Mmax2=1/4×600×30=4500kN.m3)施工荷載及人群荷載Mmax4=0.125×4×7.0×302=3150kN.m(2)對支點剪力Q:1)30t砼車行駛接近支點時：Qmax1=120+120×28.6÷30+60×14.6÷30=263.6KN在接近支點錯車時：Qmax1=263.6+60+60×(28.6÷30)=380.8kN2)履帶-65前方接近支點時，考慮吊重200KN:Qmax2=800×27.35/30=729.3KN3)施工荷載及人群荷載：Qmax3=0.5×4×7.0×30=420KN4)恒載內力：Qmax4=16.5×30/2=247.5kN(3)荷載組合：貝雷梁上最大內力為65t履帶吊和恒載組合：履帶吊在吊重200KN的狀況下不考慮錯車及橋面施工荷載和人群荷載。Qmax=729.3+247.5=976.8kN＜[Q]=490.5×2=981kN滿足。30m跨接受2組，每組2片加強型貝雷梁。2.5.7下橫梁、橫向支配梁、縱向支配梁和面板驗算簡潔，略。3、鋼棧橋施工3.1鋼棧橋施工工藝流程

圖3.1-1

鋼棧橋施工工藝流程圖3.2主要施工方法3.2.1鋼棧橋0＃墩0＃墩砌筑寬9.75m的砼基礎，在大堤頂部延斜坡開挖1.3m深，為避開破壞大堤，保證防汛，在開挖的地方澆注30cm厚、寬80cm的砼基礎，豎直面砌筑紅磚，澆砼時，固定型鋼的預埋件確定要埋設精確。加寬平臺向棧橋下游延長2.75m，將橫向支配梁連通，上鋪I12.6及面板，作為棧橋橋頭錯車、轉彎的平臺。0＃橋臺施工完畢后剛好對大堤進行復原。鋼棧橋0＃橋臺斷面圖見圖3.2-1。

圖3.2-1

鋼棧橋0＃橋臺斷面圖3.2.2淺灘區施工淺灘區棧橋跨度為12m，棧橋的架設接受650kN履帶吊、DZ60型振動錘逐跨打樁搭設棧橋。施工時留意履帶吊懸出長度不準超過2.5米，現場要依據吊機的實際性能進行施工。淺灘區棧橋搭設示意圖如圖3.2-2所示。

圖3.2-2淺灘區棧橋搭設示意圖

3.2.3深水區施工深水區接受航工樁1#打樁船，600kN起重船協作搭設棧橋，干脆沉樁到位。打樁船接受拋錨定位，拋錨時考慮盡量能多打樁，削減拋錨次數，以加快施工進度。打樁船吊樁入導向架然后通過鉸錨機將船移到精確位置后沉樁。鋼管樁施沉前依據樁位圖計算每一根樁中心的平面坐標，直樁干脆確定其樁中心坐標，斜樁通過確定一個斷面標高后，再計算該標高處鋼管樁的樁中心坐標，同時確定好沉樁依次，防止先施打的樁阻礙后續的樁施工。沉樁依次：鋼管樁施沉總體依據先上游后下游，先岸側后江側的施工依次進行。依據沉樁依次進行打樁船的拋錨定位，拋錨方法是：打樁船的首、尾各拋兩只錨，成“八”字形，另外在船首、尾各拋設一只帶前進纜的錨，樁位的調整依靠6根錨纜進行。拋錨定位總原則：因為紅線范圍內有C1標的水下電纜，全部錨纜均應遠離橋幅紅線范圍，同時應便利運樁船喂樁，否則，打樁船須要重新拋錨定位。引橋紅線范圍示意圖如3.2-3所示。

圖3.2-3引橋紅線范圍示意圖打樁船拋錨定位后，打樁船后退讓出空檔。運樁船將樁運至打樁船船首處，打樁船上吊鉤將樁接受兩點起吊、吊立，然后拉入龍口，合攏機械手，測量限制，通過調整樁架的垂直度來調整鋼管樁垂直度。鋼管樁平面位置及垂直度調整完成后，起先壓錘，依靠鋼管樁及打樁錘的重量將其壓入土層，測量復測樁位和垂直度，偏差滿足要求后，起先錘擊。鋼管樁的最終樁尖標高由入土深度限制，若鋼管樁無法施打至設計標高，剛好匯報、分析緣由，拿出解決方法，直至鋼管樁的入土深度滿足設計要求和已證明鋼管樁達到了設計承載力。另外一種狀況時達到了設計入土深度，但鋼管樁還是急速下沉，要以錘擊度來復核。當現有打樁船船位不能滿足接著施沉鋼管樁要求時，應起錨，起錨盡量運用起錨艇，將打樁船重新拋錨定位，進行下一跨的沉樁。打樁船沉樁示意圖如圖3.2－4所示。

圖3.2-4

深水區沉樁示意圖3.2.4淺水區沉樁依據河床狀況，河床高程-2.0m～-0.5m，打樁船在淺水區水域低水位時無法進入打樁，需乘高潮位+1.5m以上沉樁。接受航工樁1#打樁船，600kN起重船協作搭設棧橋，或接受65t履帶吊上方駁沉樁，方法同深水區施工。假如船舶無法進入淺水區施工區域施工則按淺灘區施工方法施工。3.2.5聯系梁安裝每排鋼管樁下沉到位后，應剛好進行鋼管樁基礎之間的連接，增加樁的穩定性，避開潮汐來時發生意外事務，連接材料接受Φ600×6鋼管，鋼管尺寸需依據現場尺寸下料，接受哈佛接頭形式連接，高程位置依據施工時實際水位狀況確定，一般限制在+2.0m。焊縫質量滿足設計及規范要求。3.2.6下橫梁處理、安裝和樁頂處理下橫梁在和主縱梁接觸部分加焊加勁板，增加局部剛度。下橫梁安裝需經測量精確放線后進行，下橫梁干脆嵌入鋼管樁內40cm，露出樁頂20cm。樁頂擱置下橫梁的位置須要焊接耳板加強，并和下橫梁連接成整體。3.2.7主縱梁及橫、縱向支配梁拼裝主縱梁首先在陸上或已搭設好的棧橋上按每組規格、尺寸拼裝好，然后運輸到位，安裝在下橫梁上。主縱梁的位置需放線后確定，以保證棧橋軸線不偏移。主縱梁安裝到位后，橫向、豎向均需焊定位擋塊及壓板，將其固定在下橫梁上。主縱梁安裝完畢，其上鋪設橫向支配梁，橫向支配梁和主縱梁間接受Ф16“U”型螺拴固定，每個節點1套螺栓。然后在橫向支配梁上鋪設縱向支配梁，如遇和“U”型螺栓、螺母沖突時，可適當調整其間距。縱向支配梁要花焊在橫向支配梁上。3.2.8橋面板鋪裝及附屬結構施工橋面面板寬6.9m，點焊在縱向支配梁上，橋面板接受10mm厚的花紋鋼板，上方不焊防滑條，主要是防止車輛在上方行駛產生振動和異響。棧橋欄桿高0.8m，接受Φ48×3mm焊接鋼管焊接，立柱間距2.0m，焊在棧橋橫向支配梁上，欄桿統一用紅白油漆涂刷，交替布置，達到簡潔、美觀。電纜等擱置托架用∠50角鋼焊接在橫向支配梁上，每根支配梁上焊一根，主要是電纜和輸水管等設施擱