水上鋼平臺及鋼便橋的設計與施工

◎ 廣東省建筑工程機械施工有限公司 劉熱強

1.工程概況

睦洲大橋屬于新中一級公路三睦合同段中的第二合同段，大橋全長702.36米，橋梁范圍起止里程樁號為K5+719.74～K6+422.1，整橋均為直線段范圍。睦洲大橋分左右兩幅，左右兩幅橋面寬均為12.25米，中間間隔0.5米。睦洲大橋除15、16、27、28號墩的樁基礎位于睦洲河道內，其余均為陸上樁基礎。

跨過的睦洲河水位高程變化范圍為：2.5～3.2，水深約3～4米，受潮汐影響較??；睦洲河屬內陸河，且河道淺窄，水面最大寬度在60～100米之間，水深約為3米，故平時無大船通行，僅一些農用小船偶爾通行。本地航道局定性睦洲河為4級航道。

2.施工平面布置

如下圖1所示，睦洲河及其支流將橋區分割成三部分，中間形成一個類似三角形小島，東岸鋼便橋主要目的是連通因支流隔斷的東岸及小島，形成施工便道。其長度范圍為27#～29#之間。

睦洲河主河道因通航需要，不允許整個河面設置鋼便橋，故西岸鋼便橋設置長度僅在14#～15#墩之間，15#～16#墩間約有50米寬河面為施工期間航道。

鋼平臺在15#、28#墩處設置；16#、27#墩因靠近河堤，可采用鋼圍堰內填土方式施工。

3.鋼平臺及鋼便橋設計方案

睦洲大橋鋼便橋共2部分，一處設于睦洲河分支河面（29#→27#墩之間），為東岸鋼便橋；另一處設置在主河道濕地上（14#→15#墩之間），可稱為西岸鋼便橋。鋼便橋橋面寬為6米。

鋼平臺共2處，分別在28#墩和15#墩設置。考慮一臺樁機在平臺上施工，平臺尺寸為25米×8米。

3.1 東岸鋼便橋及鋼平臺設計

睦洲河道在大橋施工區域分主河道及支流，根據現場交通情況，從K6+640平交路口往小里程方向填筑施工便道到達睦洲河分支(29#墩)河堤，然后在距左幅橋梁滴水線外6米處作為鋼便橋的中心線，搭設長度約為36米橫跨整個分支河道的鋼便橋（29#墩→27#墩之間）。搭設完分支河面的鋼便橋后，再填筑便道至主河道河堤處（27#墩→16#墩），進行16#墩鋼圍堰打設及填筑。

28#墩鋼平臺的搭設可在26#～17#墩之間便道施工完畢后再擇時搭設，以利各工序順利銜接。因鋼便橋在28#墩左側設置，故搭設時可從鋼便橋處開始向右側搭設。鋼便橋與鋼平臺間設置1cm寬斷縫，橋面與平臺面同一水平面。

3.2 西岸鋼便橋及鋼平臺設計

西岸鋼便橋搭設需打通九子沙（K5+250～K5+400）山頭才能進入場地進行施工，故西岸鋼便橋只能待山頭便道開通后才能進行。

西岸鋼便橋從河堤處（14#墩）開始向15#墩方向搭設，便橋中線與道路中線重合，長度約為36米。

鋼便橋搭設完畢即開始15#墩鋼平臺搭設。鋼便橋與鋼平臺間設置1cm寬斷縫，橋面與平臺面同一水平面。

圖1 睦洲河鋼平臺及鋼便橋平面布置

圖2 鋼平臺搭設平面、側立面及大樣圖

4.鋼平臺、鋼便橋施工方案及施工

4.1 鋼平臺施工方案

鋼平臺上考慮一臺樁機施工，擬設計尺寸為8×25米。平臺緊靠鋼便橋搭設。鋼平臺自上至下結構分別為：橋面鋪10mm厚鋼板，橋面下為縱平臺方向I32B工字鋼，間距50cm，縱梁下為并排雙I32B工字鋼橫梁，橫梁置于鋼管樁頂開口處，鋼管樁在樁機位8米范圍間距為3.5米，在輔助平臺位置間距為4.5米。鋼管樁直徑φ50cm，由8mm厚的A3鋼板卷制而成，鋼平臺具體搭設平面布置圖、側立面圖、大樣圖見下圖2。

4.2 鋼便橋施工方案

鋼便橋搭設寬度擬為6米，由河堤向水中樁方向搭設，鋼平臺寬度擬為8米，長度為25米，與鋼便橋相接。考慮豐水期影響，睦洲大橋河涌最高水位為3.3米左右，鋼便橋的樁頂工字鋼底標高須在3.8以上。睦洲河水位高程變化范圍為：2.5～3.2，水深約3～4米，受潮汐影響較小。采用Ф50cm鋼管(壁厚8mm)樁間距為5m，順橋向布設3排鋼管樁。鋼管樁上部固定在上部工字鋼梁上。橋面結構鋼梁橫橋向設兩排，縱向用I25b字鋼做主梁，橫向用I25b工字鋼做次梁，間距0.8m。鋼便橋自下而上結構依次為：Φ50cm（壁厚0.8cm）鋼管樁→雙I25b工字鋼下橫梁→貝雷片縱梁→I25b工字鋼上橫梁→[25b槽鋼。鋼便橋搭設平面、側立面圖、斷面及施工圖詳見下圖3、圖4、圖5。

圖3 鋼便橋搭設平面及側立面圖

圖4 鋼便橋搭設斷面圖

圖5 鋼便橋搭設施工圖

4.3 鋼平臺及鋼便橋搭設

4.3.1 鋼管樁運輸、堆放

由專業廠家加工的9米長的Φ50cm的鋼管樁，用平板車運至工地即可，根據現場施工進度組織分批運送至工地。鋼管樁運輸過程堆放按沉樁順序可采用多層疊放，各層墊木位于同一垂直面上，管樁的疊放層數不宜超過三層，以保證安全。鋼管樁起吊、運輸和堆存過程中須避免因碰撞等原因而造成管身變形的損傷。注意在鋼管樁沉放前再次檢查管節焊縫。

4.3.2 鋼管樁沉放

沉放前先計算出每條鋼管樁的坐標，在兩岸大堤上針對各樁分別布置一條基線，基線上的每一個觀測點用全站儀精確測量其坐標位置，并用水準儀測出其高程；然后計算出每一根樁上觀測點的坐標及交會角，并匯總成表供觀測沉樁使用。沉放時在正面布置一臺全站儀觀測定位，側面設置兩臺經緯儀校核。

鋼管樁沉放使用DZ60振動錘，能提供額定振動力為60t，可以滿足本工程的要求。起吊設備采用25t汽車吊。鋼管樁定位后，先期依靠鋼管樁重力插入淤泥層中，待樁身有一定穩定性后，再利用汽車吊吊上振動沉樁機夾住鋼管樁，開動振動沉樁機振動下沉鋼管樁到位。鋼管樁逐排沉放，一排樁沉放完成后則開始鋪設I25b橫梁。

鋼管樁沉放應注意：振動錘中心和樁中心軸應盡量保持在同一直線上；每一根樁的下沉應連續，不可中途停頓過久，以免土的摩阻力恢復，繼續下沉困難。沉放過程加強觀測，鋼管樁偏位不得大于10厘米，垂直度不得大于1%。

鋼管樁的打設由振動錘的最終貫入度控制，最后一分鐘連續振動鋼管樁的貫入度不大于5mm即可滿足荷載要求。

鋼管樁按設計要求沉入后，對上部超出部分予以切除，不夠長的則給予接長，接樁采用焊接，要求滿焊，焊縫符合鋼結構施工規范要求。鋼管樁自由長度若大于4米，則必須設置剪刀撐。

4.3.3 樁頂下橫梁安裝

鋼管樁沉放完畢后，開始進行樁頂鋼橫梁安裝。各鋼管樁在順水流向測定標高位置處開口，將樁頂割成“凹”狀，同一排的3根鋼管樁凹槽必須在同一直線上，以利契入樁頂橫梁；鋼橫梁工字鋼下底與樁頂焊接。樁頂凹槽開口下方用鋼板補強，以免開口撕裂。

4.3.4 鋼便橋縱向貝雷梁拼裝及鋼平臺安裝

鋼便橋貝雷梁的定位需測量確定，以保證便橋軸線不偏移，拼裝貝雷梁時，應檢查貝雷片陰陽頭的連接銷是否擰緊，連接牢固，保證貝雷片的力學性能。采用U形卡扣將工字鋼下橫梁與貝雷片連接成整體，以保證貝雷梁的穩定性。貝雷片縱梁安裝到位后，橫向、豎向均焊定位擋塊及壓板，將其固定在I25B工字鋼下橫梁上。貝雷縱梁拼裝完畢后，在其橫向上鋪I25B工字鋼上橫梁，工字鋼上橫梁全部與貝雷片縱梁焊接，以固定縱橫梁并加強棧橋的整體性。

樁頂下橫梁安裝完畢一排后，則開始安裝縱梁，焊接固定在I32B工字鋼下橫梁上，與下橫梁形成穩定的水平“井”字架。

4.3.5 橋面附屬結構施工

橋面板采用[25b槽鋼，與貝雷梁上的I25b上橫梁焊接固定。橋面寬為6米。便橋兩邊設置護欄，護欄立柱采用Φ50×3.5mm鋼管焊接于橋面板槽鋼上，立柱間距1.5米，高為1.3米，護欄橫桿采用Φ16鋼筋焊接于鋼管立柱上，設置3根，間距為50cm，離地高度30cm。護欄統一用紅白油漆涂刷，交替布置，達到簡潔美觀及醒目警示作用。鋼便橋兩邊懸掛夜間航行警示燈，并設置路燈，考慮照明效果，在便橋橋頭各設置一個路燈即可滿足要求。便橋橋頭位置安放一集裝箱，安排專人看守鋼便橋，以免閑雜人員進入施工現場。

4.3.6 橋面附屬結構施工

平臺面板采用10厚A3鋼板，鋼板點焊于縱梁I32B上。平臺四周均設置護欄，護欄立柱采用Φ50×3.5mm鋼管焊接于橋面板槽鋼上，立柱間距1.5米，高為1.3米，護欄橫桿采用Φ16鋼筋焊接于鋼管立柱上，設置3根，間距為50cm，離地高度30cm。護欄統一用紅白油漆涂刷，交替布置，達到簡潔美觀及醒目警示作用，以防施工人員跌落平臺。

5.受力驗算

對于受力狀況，按簡支梁驗算；對于貝雷縱梁及跨徑的選用參考《公路施工手冊(橋涵分冊(下)》，驗算略。對于單樁允許承載力，則按《公路橋涵施工手冊》沉樁動力公式進行計算，每個墩位三根鋼管樁作為棧橋的承重基礎，按照摩擦樁計算。鋼管樁間距2.5m，φ50cm，由8mm厚的A3鋼板卷制而成。根據睦洲大橋原位地勘資料，對比27～29#墩地層資料，在40米長度范圍變化不大，因27#墩處淤泥最厚，且粉質粘土最薄，故在計算時取27#墩作最不利地質計算。鋼管樁樁頂標高受橋面標高控制，統一為2.2米，樁底統一進入細砂層20cm，故所有樁長按21.52米配樁?！豆窐蚝┕な謨浴烦翗秳恿綖椋篬P]=1/m×{-nA/2+[(nA/2)2+nAE/e.(Q+k2q)/(Q+kq)]1/2}(1)

荷載計算：

55t汽車最不利作用在每根鋼管樁上的荷載：P=（550+12×0.2747×17+0.3808×6×17+1×12×6+0.3808×6×4）/3=218KN，φ0.5m鋼管樁自身荷載（樁長21.52m）：20.8KN；考慮系數1.2（上面計算時已經考慮系數1.3，這里不計鋼管樁水中部分浮力）。根據經驗公式計算單樁豎向承載力∶[P]=1/2[UΣαiliti+αAδR]，所取參數均取最不利情況。打入樁底處土為細砂層，取其極限承載力σR=1000Kpa(考慮最不利狀態，液限＞1)，打入土層取粉質粘土（軟塑），極限摩阻力τi=15KPa，φ0.5m鋼管樁承受荷載力P=（218+20.8）=238.8KN，設計按照300KN考慮。27#墩棧橋管樁如上面地層圖所示，入淤泥土層厚度為8.8m，粉質粘土（按上表軟塑層側向摩阻力取值15KPa）12米，則鋼管樁單樁摩擦樁承載力為∶

[P]=1/2[UΣαiliti+αAδR]=0.5×(3.14×0.5×1.0×8.8×10+3.14×0.5×1.0×12×15+3.14×0.5×1.0×0.2×30+1.0×3.14×0.252×1000）=313.2KN＞300KN,滿足要求。

6.荷載試驗

鋼便橋及鋼平臺搭建完成后，首先應對結構進行荷載性試驗，經檢驗合格后方能正式投入使用。本項目鋼便橋及鋼平臺設計荷載為55T汽車掛，按照《裝配式公路鋼橋制造》JTT 728-2008第6.12條測試規定，采用公路2級荷載加載，鋼橋設計荷載大于規范要求的測試荷載，故按設計荷載的55T的120%進行試驗荷載，經檢驗其承載力、撓度滿足設計要求。

7.施工階段及運營階段安全措施

7.1 施工階段安全措施

水上施工的人員防護，進入施工現場必須戴好安全帽和其它個人勞動保護用品，另配備好救生圈及救生衣；因現場機械種類較多，應防止各類機械傷害事故發生；現場氧氣瓶、乙炔瓶放置時不得露天暴曬，必須遮蓋，同時保證兩者間距不小于5米的安全距離。

未經允許嚴禁與施工無關的人員到便橋上參觀、游玩；平臺施工開始時即設置航標，懸掛夜間紅燈示警等通航導向標志，并打設鋼管樁防撞墩，以策安全。

7.2 運營階段安全措施

便橋施工完成后，在鋼便橋的通航孔懸掛霓虹燈，在夜間開啟，提醒過往船只；

在便橋上下游各400m左右位置處設置告示牌，“前方施工請過往船只減速慢行，注意安全”及便橋限高標牌等提醒過往船只減速慢行，并設置航標；在鋼便橋通航孔上懸掛限高標志牌；便橋使用期間安排專職人員指揮過往船只，提醒船只減速慢行、嚴禁施工區域會船、超船；便橋建成投入使用后，將定期對便橋進行檢查、維修，重點觀測橋梁基礎沉降，及時對便橋進行加固整修，以保證便橋的使用安全；在鋼便橋及鋼平臺處每隔30米放置一個救生圈，總數量不少于3個，以備不時之需。

棧橋上單向通行車輛間距不得小于6米，車速不得大于8KM/h。

8.環保措施

①施工前項目部組建環境保護小組，設專職負責人。

②對所有參建員工進行教育，提高保護意識，把學習和教育貫穿到工程施工的始終，使所有員工明確環境保護的重要性。

③做好便橋搭設及使用過程中雜物、垃圾的處理措施，集中將雜物、垃圾打堆運至岸上，確保雜物、垃圾 不拋入航道中。

④項目部定期派專人清理便橋上雜物、垃圾。

⑤項目部環境保護小組定期開展環保檢查，及時處理破壞環境的行為。

8.結語

新中一級公路睦洲河鋼平臺及鋼便橋在使用階段的定期水準測量結果及實際使用情況表明，墩臺的沉降量非常小，現場施工車輛都能安全通過。這證明該設計方案是成功的，可為類似工程提供借鑒。