淺析拱北灣大橋棧橋設計和施工技術

摘 要：拱北灣大橋是連接珠澳口岸人工島與珠海的大型跨海大橋。棧橋是大型水上橋梁的必備施工技術，不僅具有運輸通道、吊裝平臺等多種功能，而且安拆方便、經濟實用。本棧橋采用 321 標準貝雷桁架作為主梁，采用鋼管樁作為棧橋基樁。本文結合拱北灣大橋施工，提出了一套從棧橋的設計到施工的整體方法。

關鍵詞：拱北灣大橋；貝雷桁架；鋼管樁；棧橋驗算；有限元

1 工程概況

拱北灣大橋東起珠澳口岸人工島，設置了A、B、C、D、E、F六條匝道；西至珠海接線人工島，全長約900米，雙向六車道，設計時速80km/h，為港珠澳大橋主橋與珠海連接線的連接紐帶。

2 棧橋設計

2.1 使用要求

（1）棧橋承載力最大應滿足80t履帶吊的行走及常規吊裝要求。

（2）平面位置不得妨礙主體工程的施工，且應滿足橋梁的整體施工要求。

2.2 設計參數

行車荷載：根據現場施工情況

人群荷載：1.5kN/m2

設計跨度：15m/跨

橋面寬度：6m

設計風速：24m/s

2.3 棧橋結構

棧橋橋面寬度為6m，樁采用直徑為630mm，厚度為10mm的Q345鋼管樁。下橫梁采用I40b雙拼工字鋼，主縱梁采用1.5m高的“321”型標準型貝雷梁，共三組，每組布置二榀。貝雷梁上依次鋪設I14b工字鋼分布梁，分布梁間距為30cm，分布梁頂鋪10mm花紋鋼板做橋面。兩側鋼護欄采用Φ30mm鋼管縱向布置，高度1.0m。棧橋斷面如圖1所示；車輛需轉彎掉頭位置設置加寬段，加寬段長度為18m，寬度為6m。

3 棧橋施工

棧橋施工工藝流程（如圖3所示）

3.1測量定位

采用全站儀與鋼尺控制架橋機走行軌道與鋼管樁導向架中心位置。

3.2吊機就位

棧橋施工機械采用80T履帶吊及DZ60型柴油振動錘逐孔搭設棧橋。

3.3導向框安裝

導向定位架采用貝雷片和型鋼拼裝而成，長12m，與已安裝完成貝雷片縱梁拼接。在懸臂前端下一墩的樁位處，采用型鋼焊接輕型導向框架定位，定位過程要有測量人員配合。導向框空間比樁徑大2-3cm。導向框示意圖見圖4。

3.4鋼管樁施工

1）鋼管樁的制作

鋼管樁使用對接焊焊接，并要求達到母材強度。先焊接接口再焊接連接板，焊接控制如下：

①接口清理：鋼管樁對接前接口兩側30mm內的鐵銹、氧化鐵皮、油污、水分清除干凈，并顯露出鋼材的金屬光澤。

②焊接：焊接為手工焊，按焊接工藝要求，焊接應控制走向順序、焊接電流、焊縫尺寸。接頭處加勁板必須保證焊縫密貼；每一焊道熔敷金屬的深度和熔敷的最大寬度不應超過焊道表面的寬度，同一焊縫應連續施焊，一次完成。

2）鋼管樁的插打

將履帶吊定位，自制導向架定位鋼管樁，保證其偏差在3cm范圍內。用履帶吊帶動振動錘吊起鋼管樁，放入導向架內，徐徐插入水中，沉樁過程中通過專人觀測、擺動振動錘調整鋼管樁垂直度。

3.5橫梁安裝

每排鋼管樁沉樁就位后在樁頂開槽口，開口位置需在一條直線、同一標高位置，切口寬度需滿足雙拼I40b工字鋼要求，且應保證型鋼安放平穩，并使用35*30*0.8弧形鋼板對切口進行加固。槽口施工完成后放出橫梁軸線及下邊線位置，使橫梁軸線和鋼管樁排架軸線重合，以保證鋼管樁軸心受力均衡；I40b雙拼工字鋼加工成6m一條，位置安放準確后進行點焊固定，橫梁兩側與槽口間滿焊連接。

3.6貝雷梁安裝

下橫梁安裝就位后，測量定位縱梁的位置。貝雷梁按設計拼裝成15米一組，貝雷銷在安裝時敲打緊密，避免銷孔內留下空隙以減少撓度。貝雷梁安裝時，與上一跨貝雷梁接頭組合，且保證節點位置落在橫梁上。安裝就位后，采用10#槽鋼將貝雷梁與下橫梁連接限位。為減少貝雷梁的磨損，在下橫梁與貝雷梁之間放置1cm厚橡膠墊板。貝雷架的安裝、加固示意圖見圖5、6。

3.7橋面鋪設

I14b工字鋼加工成6m一條，與整塊δ10mm鋼板按設計要求焊接成整體，點焊間距40-60cm，焊縫長度不小于5cm，以防止重車行駛引起鋼板反卷。鋼板之間預留焊接縫隙3cm，焊接完成后使用平板運輸車運送、履帶吊安裝。橋面鋪好后，用卡槽鋼板把分配梁卡在貝雷梁上，同時焊接卡槽鋼板與分配梁接觸面，與貝雷梁接觸面不得焊接，每條工字鋼都要正對貝雷梁的豎桿或斜桿位置，確保受力滿足要求。

3.8剪刀撐加固鋼板樁

在低潮位時，采用槽鋼對鋼管樁進行剪刀撐連接，且剪刀撐盡量在兩條鋼管樁的中心連線上，以最大限度的達到受力要求。

3.9棧橋拆除

棧橋采用80t履帶吊逐跨拆除，拆除順序與棧橋搭設順序基本相反。拆除順序為：棧橋附屬設施→圍欄→橋面（鋼板、分配梁）→貝雷梁→橫梁→鋼管樁。

4 設計驗算

4.1棧橋整體驗算

根據棧橋的構造形式利用Midas Civil 2012建立標準跨徑（15m）的棧橋模型，貝雷梁、分配梁和樁頂橫梁、鋼板樁采用梁單元，支撐架采用桁架單元，橋面采用板單元，整個模型一共建立1251個單元，714個節點。模型的鋼板樁和橋面板施加一般支承，分配梁與貝雷梁上部、貝雷梁下部與雙拼工字鋼以及雙拼工字鋼與鋼板樁之間連接用彈性支承，兩片貝雷梁之間的聯系釋放梁端約束；荷載施加自重為靜力荷載工況，人群荷載和車輛荷載為移動荷載工況，具體模型如圖7所示

根據《荷載規范》和《棧橋使用手冊》綜合模擬各種工況下，計算出：棧橋最大擾度（位移）為10.61mm（小于1/300L）；鋼板樁最大應力為 （Q345鋼容許應力），鋼板樁支墩最大豎向反力為290.56KN，滿足施工要求。

4.2鋼管樁入土深度驗算

根據上述計算分析，鋼管樁單樁承載力最大的情況出現在三根鋼管樁中間的那個根，其最大承受荷載約290.56kN。

假設鋼管樁入土深度為11m，根據《拱北灣大橋現場調查及踏勘資料設計圖紙》和《公路橋涵地基與基礎設計規范》鉆孔灌注樁的允許承載力：

5 總結

本棧橋的設計、施工技術在拱北彎大橋施工過程中的成功應用，為其類似橋梁工程施工的應用積累了經驗。

參考文獻：

[1] 陳重，劉平.鋼棧橋施工方法研究[J].技術論壇，2001（1）；31-34.

[2] 王勇.水上棧橋的設計與施工[J].鐵道建筑技術，2007（1）；45-47.

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