周振濤

中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000

近年來(lái)我國(guó)全面推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)，橋梁建設(shè)作為交通建設(shè)的重要組成部分［1-2］，已被廣泛應(yīng)用，且多數(shù)橋梁跨越河流，因此鋼棧橋使用率極高［3］。鋼棧橋施工中隨著現(xiàn)場(chǎng)條件的不同，采用的施工方法也有所變化，大部分施工棧橋結(jié)構(gòu)形式單一，采用標(biāo)準(zhǔn)跨逐跨推進(jìn)的施工工藝［4-5］，但對(duì)于有空間限界要求及交通運(yùn)載要求的棧橋施工不太適用，比如通航、跨徑、徑空要求，河流防洪排澇、施工場(chǎng)地受限等不良條件下的棧橋搭設(shè)［6-8］。為減輕對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，在棧橋設(shè)計(jì)和搭設(shè)過(guò)程中采取優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，加快成橋速度的工藝技術(shù)就顯得尤為重要。

1 工程概況

東苕溪大橋?yàn)镚25 德清至G60桐鄉(xiāng)高速段聯(lián)絡(luò)線湖州段工程中的一座大型橋梁，位于湖沼積平原區(qū)，主橋中心樁號(hào)為L(zhǎng)K1+961.5，路線與航跡線右交角85°。主橋跨越東苕溪Ⅳ級(jí)航道，通航凈空尺度為55 m×7 m，設(shè)計(jì)最高通航水位2.66 m，主橋及東側(cè)引橋位于整體式路段，橋梁配跨［16×25+（84+140+84）+14×25］m，橋長(zhǎng)1065.44 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力矮塔斜拉橋和預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）小箱梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用柱式臺(tái)、高樁承臺(tái)橋臺(tái)、樁基礎(chǔ)，橋墩采用實(shí)體墩、柱式墩、樁基礎(chǔ)。為滿足主橋施工要求，現(xiàn)場(chǎng)需要搭設(shè)臨時(shí)棧橋跨越航道，從而保證材料運(yùn)輸，但由于河道部門要求施工期間保證航道正常通行，因此在棧橋搭設(shè)過(guò)程中，必須滿足通航條件。于是常規(guī)棧橋在承重和跨徑上難以滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。

2 棧橋設(shè)計(jì)

2.1 棧橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

棧橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為上承式與下承式結(jié)構(gòu)交替運(yùn)用。上承式鋼棧橋橋面板為10 mm 厚花紋防滑鋼板，面板寬6 m，面板下方為Ⅰ12a工字鋼小分配梁，橫橋向布置，間距300 mm 一道，橫向分配梁下方為貝雷梁。下承式鋼棧橋橋面板為10 mm厚花紋防滑鋼板，面板寬6 m，面板下方為Ⅰ12a 工字鋼小分配梁，縱橋向布置，間距300 mm 一道。Ⅰ12a工字鋼小分配梁下方為Ⅰ32a 橫向分配梁，橫橋向布置，間距450 mm一道，橫向分配梁穿插在貝雷梁中；下承式33 m 主跨的貝雷梁上下弦桿加設(shè)加強(qiáng)弦桿，貝雷梁橫橋向左右兩側(cè)各5排布置，每排貝雷梁間距450 mm；橋臺(tái)側(cè)下承式貝雷梁橫橋向左右兩側(cè)各5排布置，每排貝雷梁間距900 mm；主跨兩側(cè)為普通跨，貝雷梁橫橋向6 排布置，相鄰兩排貝雷梁之間用特制連接片連接。面板上兩側(cè)設(shè)置防護(hù)欄桿，欄桿高度1.2 m。欄桿采用Ф48×3.5 mm鋼管，2.5 m 設(shè)置一根豎桿，上橫桿設(shè)置在豎桿頂端下方200 mm處，下橫桿設(shè)置在豎桿頂端下方700 mm處，在防護(hù)欄桿底下設(shè)置180 mm高的擋腳板。

2.2 棧橋基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

貝雷梁與鋼管樁基礎(chǔ)之間的分配梁采用雙拼Ⅰ36a型鋼，長(zhǎng)度為6、10.5、8.6 m。 鋼管樁基礎(chǔ)采用DN500鋼管，樁長(zhǎng)24 m，外徑529 mm或630 mm，壁厚10 mm。普通跨采用φ529 mm 鋼管樁基礎(chǔ)縱橋向一排，橫橋向3根；如圖1所示，33 m主跨采用φ630 mm鋼管樁基礎(chǔ)縱橋向兩排，橫橋向4 根，樁基礎(chǔ)之間設(shè)置剪刀撐，剪刀撐采用［18a 槽鋼，剪刀撐之間的連接、剪刀撐與鋼管樁基礎(chǔ)的連接采用電弧焊接。鋼管樁基礎(chǔ)嵌入土層為粉質(zhì)黏土及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，土的性狀為灰色、灰黃色，硬可塑，干強(qiáng)度及韌性中等。強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r基本承載力為400 kPa，內(nèi)摩擦角為15.5°，黏聚力為56 kPa，壓縮模量為7.29 MPa。鋼管樁基礎(chǔ)的承載力靠樁端阻力和樁側(cè)摩阻力提供。

圖1 棧橋主跨示意

3 棧橋受力驗(yàn)算

采用目前常用的Midas/Civil 有限元軟件對(duì)設(shè)計(jì)棧橋受力情況進(jìn)行模擬計(jì)算，首先建立了棧橋主跨整體有限元模型，再逐個(gè)單元進(jìn)行受力計(jì)算。

3.1 荷載計(jì)算

1）自重荷載：自重系數(shù)為-1，軟件自動(dòng)計(jì)算構(gòu)件自重；欄桿等附屬結(jié)構(gòu)自重荷載為1 kN/m2，采用壓力荷載施加于橋面板上；人群荷載為1.5 kN/m2，采用壓力荷載施加于橋面板上。流水壓力：作用于橋墩上的流水壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算［9-11］：

式中：Fw為流水壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

γ為水的重力密度，kN/m3；

v為設(shè)計(jì)流速，m/s；

A為橋墩阻水面積，計(jì)算至一般沖刷線處，m2；

g為重力加速度，取9.81 m/s2；

K為橋墩形狀系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 橋墩形狀系數(shù)

該項(xiàng)目為圓形橋墩，故橋墩形狀系數(shù)取0.8；水的重力密度取10 kN/m3；設(shè)計(jì)流速取3.68 m/s；鋼管樁直徑為630 mm；阻 水 面 積A=（58.74-43.98）×0.63=9.3 m2。則：流水壓力Fw=0.8×9.3×51.35 kN，即單樁承受最大流水壓力為51.35 kN。

2）車輛制動(dòng)力：車輛制動(dòng)力按混凝土攪拌車重力的10%計(jì)算，則制動(dòng)力為50×10×10%=50 kN。連續(xù)梁排架式柔性墩臺(tái)應(yīng)根據(jù)支座與墩臺(tái)的抗推鋼度的集成情況分配和傳遞制動(dòng)力。出于安全計(jì)算，剛構(gòu)按3跨考慮，則分配給每根鋼管樁頂?shù)闹苿?dòng)力為50 kN÷9=5.6 kN。

3）車道面寬度8 m，車輪距離1.8 m，與車道基準(zhǔn)線的偏心距離為1 m，車道基準(zhǔn)線選擇距離右側(cè)車道邊3.35 m處直線。車輛分別定義標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載及履帶吊荷載。移動(dòng)荷載工況分別定義標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載和履帶吊荷載作用情況下的移動(dòng)荷載工況。

3.2 受力分析

3.2.1 雙層貝雷梁驗(yàn)算結(jié)果

雙層貝雷梁組合應(yīng)力（最大）驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 雙層貝雷梁組合應(yīng)力(單位:MPa)

貝雷梁組合應(yīng)力（最大）為64.0 MPa＜310 MPa（Q345B 鋼材抗拉、抗壓和抗壓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值），符合要求。

3.2.2 鋼管樁組合應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

鋼管樁組合應(yīng)力（最大）驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 鋼管樁組合應(yīng)力(單位：MPa)

鋼管樁組合應(yīng)力（最大）為19.5 MPa＜310 MPa（Q345B 鋼 材抗拉、抗壓和抗壓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值），符合要求。

3.2.3 鋼管樁樁底反力驗(yàn)算結(jié)果

鋼管樁樁底反力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 鋼管樁樁底反力(單位：kN)

鋼管樁最大反力為141.3 kN，鋼管樁承載力計(jì)算時(shí)，根據(jù)棧橋位置土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼管樁長(zhǎng)度計(jì)算，鋼管樁單樁承載力大于141.3 kN，符合要求。

3.2.4 鋼棧橋整體驗(yàn)算結(jié)果

通航孔棧橋豎向位移計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

經(jīng)計(jì)算，通航孔棧橋最大豎向位移為13.2 mm＜27000/400=67.5 mm。計(jì)算結(jié)果表明，在最不利荷載工況作用下，通航孔棧橋強(qiáng)度、剛度均能滿足要求。

4 棧橋施工

4.1 施工工藝流程

由兩側(cè)河堤向中間33 m 主跨對(duì)向推進(jìn)，利用70 t 履帶吊結(jié)合DZ90 振動(dòng)錘進(jìn)行作業(yè)，采用“單排樁”+“板凳樁”設(shè)計(jì)+“釣魚(yú)法”施工。上承式下承式間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換采用“板凳樁”設(shè)計(jì)，預(yù)留100 mm 作為緩沖及伸縮縫，邊跨采用“釣魚(yú)法”施工，完成兩側(cè)引橋施工。最后在中間主跨完成全橋合龍，經(jīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后成橋，完成棧橋搭設(shè)。棧橋施工工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 棧橋及平臺(tái)施工工藝流程

4.2 主跨貝雷梁施工

如圖7 所示，通航跨33 m 為雙層下承式貝雷梁結(jié)構(gòu)，下層貝雷梁為雙層加強(qiáng)弦桿，底層左右各設(shè)5排、間距450 mm 上下加強(qiáng)弦桿貝雷梁，上層貝雷梁左右各設(shè)3 排、間距450 mm 上弦桿雙層加強(qiáng)弦桿。兩層貝雷梁之間除采用原有2 根高強(qiáng)螺栓連接外，還在每片貝雷梁中心增加一根通長(zhǎng)直徑25 mm的拉桿連接上下層貝雷梁。增加了上下弦桿之間的約束邊界條件，大幅度提高了雙層弦桿的約束剛度，增加了弦桿抗變形能力，減小了貝雷梁的變形撓度。采用雙層弦桿加強(qiáng)貝雷梁和雙層下承式貝雷梁結(jié)構(gòu)，能大幅度提高棧橋跨徑和通行荷載，提高了1.7 m 通航凈空高度。同時(shí)，下承式貝雷梁結(jié)構(gòu)保證了貝雷棧橋主跨全橋縱坡率小于5%的要求。

圖7 重載鋼棧橋下承式雙層貝雷梁面布置

4.3 棧橋防撞鋼墩施工

東苕溪規(guī)劃為Ⅳ級(jí)航道，選用1000 t級(jí)機(jī)動(dòng)駁船作為通航的代表船型。如圖8 所示，鋼棧橋33 m 主跨鋼管樁兩側(cè)上下游距離水中墩外圍4 m 處共設(shè)置防撞墩4 組，防撞墩采用DN800 鋼管，樁長(zhǎng)26 m，外徑800 mm，壁厚10 mm，間距4 m 布置，鋼管樁樁頂標(biāo)高與鋼棧橋橋面標(biāo)高一致。施工期間應(yīng)設(shè)置助航標(biāo)志，在防撞墩上粘貼反光貼、反光標(biāo)志、助航標(biāo)志、禁停標(biāo)志，懸掛夜間紅燈示警等通航導(dǎo)向標(biāo)識(shí)，參照河道管理部門及交通部標(biāo)準(zhǔn)和要求布置，保證施工安全。防撞墩內(nèi)側(cè)懸掛防撞輪胎，作為防護(hù)緩沖。

圖8 升降式施工棧橋河道水上漂浮物電動(dòng)鏈鋸切割裝置

水上的漂浮物通常是由木頭、木棍、竹子、蘆葦和水草類物料交織組成，常常會(huì)被施工棧橋的墩柱阻擋，漂浮物大片聚集在施工棧橋的上游，將河道堵塞，影響河道的通航安全，也會(huì)增加施工棧橋墩柱側(cè)向的水流沖擊壓力，導(dǎo)致施工棧橋失穩(wěn)傾覆的安全事故。電動(dòng)鏈鋸切割機(jī)裝置通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降，水面沒(méi)有漂浮物聚集時(shí)，卷?yè)P(yáng)機(jī)可以將電動(dòng)鏈鋸切割機(jī)提升到水面以上加油保養(yǎng)維護(hù)，有效地延長(zhǎng)了電動(dòng)鏈鋸切割機(jī)的使用壽命。水面有漂浮物聚集時(shí)，卷?yè)P(yáng)機(jī)可以將電動(dòng)鏈鋸切割機(jī)放入水面以下，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)鏈條高速旋轉(zhuǎn)，鏈條上的刀片將水上漂浮物切斷，漂浮物被切斷后隨水流漂走，消除了施工棧橋發(fā)生失穩(wěn)傾覆的安全隱患。切割機(jī)的升降是沿著安裝在防撞墩上的滑道上下升降運(yùn)動(dòng)，在垂直的豎向型鋼導(dǎo)向軌滑道槽內(nèi)，設(shè)有下移切割卡槽限位裝置，鏈鋸齒下移至水面以下一定深度時(shí)，限位裝置鎖定，防止操作人員提升電動(dòng)鏈鋸上下升降時(shí)，因操作失誤導(dǎo)致電動(dòng)鏈鋸入水而損壞電機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜條件下大跨徑（通航孔33 m）重載鋼棧橋施工技術(shù)，利用目前市場(chǎng)上普通321型貝雷及其組件，進(jìn)行科學(xué)合理的模數(shù)化裝配方式進(jìn)行搭設(shè)施工，滿足大跨徑重載通行要求。主要結(jié)論如下：

1）采用雙層弦桿加強(qiáng)貝雷和雙層下承式貝雷結(jié)構(gòu)，上下層之間除采用原有2根高強(qiáng)螺栓連接外，還在每片貝雷中心增加一根直徑為25 mm的通長(zhǎng)拉桿連接上下層貝雷梁，使之能大幅度提高棧橋跨徑和通行荷載，提高了1.7 m 通航凈空高度，滿足貝雷棧橋主跨縱坡率小于5%的規(guī)定要求。

2）主跨鋼管樁兩側(cè)上下游水中墩外圍設(shè)置防撞墩，通過(guò)在防撞墩上安裝可升降式電動(dòng)鏈鋸切割機(jī)，有效地解決施工棧橋漂浮物大片聚集的難題，保證了棧橋施工的安全，減少了水中作業(yè)時(shí)間，為水中漂浮物清理提供了新的方法。