海上鋼棧橋施工技術措施及安全控制要點

■　黃奕佳（廈門火炬集團開發建設有限公司，廈門　361006）

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海上鋼棧橋施工技術措施及安全控制要點

■黃奕佳
（廈門火炬集團開發建設有限公司，廈門361006）

摘要以廈門高集海堤開口改造工程海上橋梁施工棧橋為例，根據全橋采用鋼結構及跨海施工特點，介紹貝雷梁與鋼管立柱組合的鋼棧橋結構設計、搭設和拆除施工等關鍵工序的技術措施，以及安全控制要點。

關鍵詞鋼棧橋鋼管立柱貝雷梁分配梁橋面系施工技術

1　工程概況

廈門高集海堤開口改造工程包含兩條線路，右線按公路工程建設，新建兩座橋梁，集美側新建一座120m的大橋，高崎側新建一座1000m的特大橋；左線按城市軌道工程建設，新建一座全線高架特大橋。破堤開口改造工程施工期間，原有高集海堤切斷封閉，社會車輛繞行右側廈門大橋，需要搭設兩座海上施工鋼棧橋：

（1）人行鋼棧橋：兩端順接原有海堤鐵路加寬路基，供自行車、摩托車及行人使用。總長度1056m，標準跨徑9m×96跨、12m×16跨，每4孔一聯，全橋共28聯。

（2）車行鋼棧橋：供施工運輸車輛和吊裝機械使用，橋面寬度8m，長度828m，標準跨徑9m，每4跨一聯，全橋共23聯。對應主線橋水上橋墩搭設橫向工作平臺。

鋼棧橋屬于大型臨時工程，未包含在主體橋梁工程設計范圍，應由施工單位自行設計和施工。本文以車行鋼棧橋為例，根據全橋采用鋼結構及跨海施工特點，介紹貝雷梁與鋼管立柱組合的鋼棧橋結構設計、搭設和拆除施工等關鍵工序所采取的技術措施，以及安全控制要點。

2　棧橋結構設計

2.1地質狀況

工程地質勘察報告表明，鋼棧橋橋址兩端原地貌為濱海潮間帶灘涂，中間為通航水域。鉆孔揭示橋址地層巖土主要由填筑拋石、有機質高液限粘土、殘積低液限粘土、細粒土質中砂及全風化至微風化花崗巖構成。

2.2設計荷載

鋼棧橋結構設計應綜合考慮自重荷載、9m3混凝土運輸車輛荷載400kN、履帶吊車荷載500kN、風荷載、波浪力、水流力、漂浮物等荷載，跨海棧橋還應考慮使用周期海水對鋼管立柱壁厚的腐蝕剝落折減因素，并按施工期可能出現的最不利荷載組合，自上而下對棧橋各部分構件的強度、剛度和整體穩定性進行驗算。

棧橋設計風荷載：最大使用風力9級，最大抵抗風力12級。

2.3設計方案

（1）橋位高程：據橋位水文資料調查，年平均高潮水位+2.618m，潮汐波浪按20年一遇頻率設計。取棧橋橋面設計標高為+5.5m，貝雷梁底面設計標高為+3.49m，梁底凈空高度能滿足日常最高潮水位加上預留高度要求。

（2）下部結構：每聯中墩為單排3根鋼管立柱，橫向間距2.56 m；邊墩為雙排6根鋼管立柱制動墩，縱向排距2.0m，橫向間距2.56 m。鋼管立柱直徑φ630mm、壁厚8mm，設計驗算過程考慮海水腐蝕壁厚按7mm折減計算。單樁入土深度平均18m，海床面以上平均高度10.36m，鋼管立柱設計長度28.36m。為確保實際入土深度及單樁承載力滿足設計要求，每個墩位立柱長度應根據海床標高進行調整。立柱頂面鋪設縱向及橫向2I36b雙拼工字鋼分配梁。

（3）上部結構：標準跨徑9m，每4跨一聯，端頭設置伸縮縫。縱梁采用6片3組貝雷桁架組合梁，底面擱置在雙拼工字鋼分配梁上；頂面設置I36b工字鋼橫向分配梁和I14工字鋼縱向分配梁，與行車道橋面鋼板連接。貝雷片間的連接采用銷接，貝雷片與橫梁用U型箍鎖定。

（4）橋面系：橋面鋪設1cm厚鋼板，橫向焊接鋼筋做防滑處理。兩側設置鋼管護欄，立柱及扶手涂刷紅白相間的反光油漆，每隔20m設置一座夜間照明燈具。棧橋兩端各設置一個高音喇叭，一旦發生緊急情況，可及時通知橋上人員盡快撤離。

鋼棧橋總體設計平面、立面及橫斷面布置如圖1所示。

圖1　鋼棧橋平面、立面及橫斷面布置示意圖

3　施工技術措施

3.1施工工藝流程

原材料準備→鋼管立柱制作→安裝導向定位支架→振動打樁及接樁→柱頂焊接封口鋼板→縱橫向水平撐、剪刀撐制安→（制動墩雙拼工字鋼縱向分配梁制安→）雙拼工字鋼橫向分配梁制安→貝雷片桁架組合梁制安→工字鋼橫向分配梁制安→工字鋼縱向分配梁制安→橋面鋼板鋪設固定→防滑鋼筋焊接→橋面護欄制安→橋面照明設施制安→附屬設施施工。

3.2機械設備配置

鋼棧橋施工投入的機械設備一覽表見表1。

機械設備進場前應認真檢查出廠合格證和定期檢驗證明。使用過程應定期保養和維修，嚴格遵守安全操作規程，認真填寫設備使用及保養臺帳，保持完好狀態。

表1　投入施工的主要機械設備一覽表

3.3鋼管立柱施工

鋼管立柱采用Q235A鋼板卷制成螺旋管，每根長14 m，根據施工進度分批運送至集美側加工場。已搭設的鋼棧橋上不能作為鋼材堆場，避免增加棧橋恒載和占用橋面空間，影響車輛通行和使用安全。

鋼管立柱插打前，應對低潮位以上外露部位進行防腐處理，并涂刷灰色面漆。

3.3.1立柱加工制作

鋼管立柱半成品應有出廠質量檢驗合格證，進場后應按現行標準進行檢驗，表面不得有裂縫、氣泡等外觀缺陷。存放期間為防止滾動，兩側必須使用木楔塞緊。運輸和起吊過程應避免碰撞，導致管壁變形和損傷。

焊接材料應采用與主材相匹配的材料，使焊縫達到與母材同等強度。考慮到海洋環境防腐要求，焊材應選擇自然腐蝕電位比母材電位低的材料。

鋼管立柱接長時，為確保環向對接焊縫質量和豎向軸線順直，設置管徑略小一號的圓環內襯鋼管，采取熔透焊接工藝，達到Ⅰ級焊縫質量，并采用超聲波探傷和射線檢測焊縫質量。

3.3.2立柱打入施工

（1）根據鋼棧橋平面布置圖，精確計算每根立柱的坐標和頂面高程，施工過程使用GPS定位，水準儀測量高程。

（2）鋼管立柱采用懸打法施工，用50t履帶吊機配合DZ－90A變頻振動樁錘施打。履帶吊停置在已施工完成的棧橋橋面，懸臂拼裝貝雷梁架設導向定位支架，精確測量立柱坐標及垂直度后，吊裝振樁錘和夾具與柱頂連接牢固，開動振動打樁。每振動1～2min暫停一次，校正立柱垂直度。

（3）導向定位支架應穩定，不得發生位移或轉動，影響立柱定位和垂直度。

（4）每根立柱的振動打入應連續進行，中途不可停頓時間過長，以免樁周的土恢復內聚力造成沉樁困難。

（5）振動錘與柱頂必須夾緊，無間隙或松動，否則振動力不能充分向下傳遞，影響鋼管立柱打入。立柱端頭如有變形或破損，在接樁或設置封口頂板前，應割除破損部分，采用砂輪機磨平接口。

（6）立柱打設采取“設計樁長”與“最終貫入度”兩項指標進行控制，最終貫入度控制標準為2cm/min。

3.3.3聯系桿件施工

（1）雙排立柱之間的縱橫向，以及單排立柱的橫向連接，采用［20槽鋼制作聯系桿件。

（2）縱橫向聯系桿件與立柱之間通過節點鋼板的方式進行連接。節點板與立柱和聯系桿件交接部位，接縫均應焊滿、焊牢。

（3）剪刀撐桿件應分別焊接在節點板的不同側面，避免桿件交叉重疊導致外側桿件與節點板面脫離。

（4）水平撐和剪刀撐應根據桿件尺寸通長下料，不得采用邊角廢料搭接，影響連接質量。

3.4墩頂分配梁施工

（1）同一墩位鋼管立柱頂面應切割平整，處在同一水平面上。

（2）立柱頂面不得采取管壁開槽的方式鑲嵌2I36b雙拼工字鋼，經驗算槽口部位局部穩定性不足，可能導致棧橋上部結構失穩。本工程在鋼管立柱頂面設置800mm×800mm×10mm封口鋼板，將立柱周邊與封口鋼板采取圍焊形式焊接牢固，并沿周邊焊接8塊10cm× 7cm×1cm肋形加勁鋼板。

（3）雙排制動墩頂先在兩排立柱頂面設置縱向2I36b工字鋼分配梁，然后在每聯分段部位兩側設置橫向2I36b工字鋼分配梁。

（4）墩頂縱向或橫向雙拼工字鋼分配梁之間采取焊接方式連接，并在分配梁兩端和中間支點部位，沿雙拼工字鋼外側翼緣板焊接加勁鋼板，形成整體受力組合梁。

（5）墩頂縱橫向分配梁采用吊車安裝就位后，交接部位均采取焊接方式固定。

3.5貝雷梁施工

鋼棧橋上部結構采用貝雷梁，由貝雷片桁架、支撐架、銷子、保險插銷、加強弦桿等構件，在施工現場拼裝，形成桁架組合梁。

鋼棧橋縱向每聯交接部位必須設置伸縮縫，橫向與施工平臺相接部位必須設置沉降縫，自上部結構、橋面系及護欄均應按照縫寬完全分離斷開。

3.5.1貝雷梁拼裝

（1）貝雷梁拼裝按組進行，每2個貝雷片一組，每個斷面布置3組。每組單個節段長3m，一次拼裝3個節段構成標準跨徑9m。

（2）每組兩片貝雷桁架之間連接，采用［8槽鋼制作定型支撐架，分別布設在每個節段端頭橫截面豎向和梁底水平方向，形成桁架組合梁。

（3）將待安裝的貝雷梁節段吊起，放在已裝好的貝雷梁后面，并與其成一直線。兩人用木棍穿過節點板將貝雷梁前端抬起，下弦銷孔對準后，打入下弦銷子。然后再抬起貝雷梁后端，插入上弦銷孔并打入上弦銷子，并在銷子尾端小圓孔穿上開口型保險插銷，防止節段之間銷子脫落導致貝雷梁折斷，影響結構安全。

（4）安裝保險插銷時如果找不到小圓孔，可順著銷子端頭凹槽平行的方向，在銷子尾端找到圓孔便能順利安裝上去。

（5）安插銷子時應使銷子端頭凹槽呈水平，與桁架弦桿平行，便于插上保險插銷。若端頭凹槽不水平，因弦桿槽鋼的翼緣阻礙使得保險插銷很難插入，這是貝雷梁組裝常見的通病現象。

（6）貝雷桁架組合梁所有連接構件均采用螺栓固定，嚴禁采用焊接工藝，以免損傷桁架桿件，影響后續周轉使用。

3.5.2貝雷梁架設

（1）在下部結構橫向分配梁上進行測量放樣，精準定出每組貝雷梁位置。

（2）將拼裝好的2片一組貝雷桁架梁通過50t履帶吊機安裝就位。立柱頂面橫向分配梁與貝雷梁的支點應在桁架節點上，當支點位于桁架水平弦桿上，必須在支點部位設置加強弦桿，或在上下弦桿槽鋼兩側翼緣之間增設立桿等加固措施。

（3）在每組貝雷梁兩端下弦桿與工字鋼分配梁交接部位，采用［8槽鋼制作U形限位裝置，控制貝雷梁橫向側移。

（4）在兩組貝雷梁之間設置定型支撐架連接，分別布設在每個節段端頭橫截面豎向。

（5）依此類推，完成每跨3組貝雷梁的安裝。

3.6橋面系縱橫向分配梁

（1）在貝雷縱梁頂面設置I36b工字鋼橫向分配梁，梁中線間距150cm。

（2）橫向分配梁與貝雷縱梁的上弦桿交接部位，采用Φ20mm鋼筋制作的U形限位箍鎖定。

（3）在橫向分配梁上方設置28根I14工字鋼縱向分配梁，梁中線間距30cm。

（4）I14縱向分配梁與I36b橫向分配梁采取焊接方式定位。

3.7橋面系鋼板施工

（1）車行鋼棧橋橋面采用普通鋼板，頂面沿橫橋向布設焊接Φ10mm防滑鋼筋，縱向間距30cm。

（2）人行鋼棧橋橋面采用厚度10mm帶花紋的防滑鋼板滿鋪，防止車輛在行駛過程打滑。

（3）每塊鋼板縱向間隔設置1cm的縫隙，防止因溫度變化而引起的橋面翹曲起伏。在鋼板與每根I14工字鋼縱梁頂面交接部位采取焊接方式固定。

3.8橋面系護欄施工

為確保施工人員作業安全，棧橋兩側及作業平臺四周均應設置安全防護欄桿。

（1）護欄立柱采用I20工字鋼制作，高130cm，底部焊接在橋面工字鋼橫向分配梁上。

（2）護欄橫桿采用2道Φ60mm鋼管，穿過立柱工字鋼腹板固定。下橫桿離橋面高度60cm，上橫桿高度120cm，掛設尼龍繩編制的密目安全網進行封閉。

（3）護欄底部采用［18槽鋼設置一道踢腳板。

（4）護欄立桿、橫桿、踢腳板等鋼結構表面必須除銹并涂刷防腐油漆。

3.9鋼棧橋拆除

（1）棧橋的拆除步驟按架設施工的反順序進行，遵循“后搭先拆、自上而下、逐層拆除”的原則。

（2）依次拆除橋面照明、護欄等附屬設施、橋面鋼板、橋面縱橫向分配梁、貝雷梁支撐架、貝雷梁節段、墩頂橫向分配梁、立柱縱橫向支撐聯系桿件及鋼管立柱。

（3）鋼管立柱拔除時，因為立柱太長，不能一次性拔出。采用履帶吊機配合振動拔樁機分段切割拆除。

（4）棧橋拆除以后退的方式逐跨進行，利用原棧橋將拆除構件運輸出場。

4　安全控制要點

4.1海上施工安全措施

（1）海上作業人員必須身穿救生衣、頭戴安全帽、腰系安全帶、腳穿防滑鞋，配齊個人安全防護用品。

（2）棧橋橋面兩側、工作平臺周邊、海上施工上下通道兩側均應設置高度不低于120cm的防護欄桿，掛設安全網和救生圈。

（3）高空臨時作業平臺腳手板應滿鋪、固定，嚴禁出現探頭板。

（4）交通船舶必須配有救生設備，載人嚴禁超過額定乘員。

（5）通航部位應打設鋼管立柱隔離措施，懸掛安全警示標志和夜間爆閃燈光信號，防止船舶撞擊棧橋。

（6）同氣象部門密切聯系，及時獲取潮汐信息和臺風暴雨預報，提前做好工序安排和安全防護措施。

4.2運營管理措施

（1）鋼棧橋運行使用期間，兩端應設立值班崗亭，安排專人24h輪班，實行交通管制。

（2）限制非施工車輛及人員進入，禁止閑雜人員上橋釣魚。

（3）棧橋兩端應設置限重、限速行駛等警示標志和安全告示牌，通航孔橋下應設置防止船舶碰撞措施，周邊應設置航行警示標志。不得在橋面上偏載堆放重型設備和超重材料。

（4）專職安全員應對棧橋進行日常安全巡視檢查制度，重點抓好對危險源的控制。

4.3維護檢修措施

鋼棧橋使用期間，項目經理部應編制鋼棧橋使用管理規程，建立定期檢查、保養和維修制度，安排專人對棧橋結構開展外觀檢查、變形監測和構件保養維修，并認真做好檢修記錄和臺帳，保存照片資料。

（1）觀察各種銷子、是否裝配齊全，有無松動現象，結構焊縫是否開裂松脫。

（2）檢查貝雷片連接處的銷子、保險插銷、螺栓的松動脫落情況。

（3）檢查U型限位裝置松動變形情況。

（4）檢查通航孔防撞設施、警示燈、橋面路燈等交通安全設施設施完好情況。

（5）對棧橋面板防滑鋼筋和欄桿發生變形或損壞的部位，應及時維修焊牢。

（6）在橋面設置側向位移、豎向沉降和跨中撓度觀測點，定期開展棧橋變形監測。

（7）海洋環境下鋼棧橋構件容易銹蝕，降低棧橋的承載能力和使用壽命。使用期間應定期除銹、刷漆保養。

（8）銷子周圍應涂油脂，以防雨水進入銷孔縫隙內。所有螺栓外露絲扣均應涂油脂，防止生銹。

4.4臨時用電安全措施

用電安全方面，鋼棧橋均為金屬構件組成，容易導電引發傷亡事故。

（1）施工現場臨時用電必須編制專項施工方案。

（2）施工架設的動力、照明線路必須采用TN—S接零保護系統，嚴格實行三相五線制。

（3）配電箱、開關箱以及各種電動機械設備外殼必須采取重復接地措施，接地電阻不得大于4Ω。

（4）每臺用電設備必須獨立設置開關箱，箱內裝設隔離開關及短路、過載、漏電保護器，嚴禁設置分路開關。

（5）鋼棧橋位于海域潮濕及有腐蝕介質環境，開關箱中漏電保護器應采用防濺型產品，額定漏電動作電流不得大于15mA，額定漏電動作時間不應大于0.1s。

（6）電焊機進線端和出線端不得裸露在外，應配置絕緣防護罩。露天使用電焊機應設防雨、防潮裝置。

（7）電焊作業點應按規定配備消防滅火器材。

（8）遇有臨時停電、停工、檢修或移動電氣設備時應切斷電源。

4.5氣焊切割安全措施

鋼結構電氣焊接與切割過程容易產生易燃易爆氣體泄漏，引發火災和爆炸安全事故。應遵守下列規定：

（1）氣瓶、閥門、焊具、膠管等器具不得沾污油脂，作業人員不得使用油污手套操作。

（2）壓力表、安全閥、橡膠軟管和回火保護器等均應定期校驗和試驗，標識應清晰，性能應完好。

（3）氣瓶與實際焊接或切割作業點的距離應大于10m，無法達到時應設置耐火屏障。

（4）氣割作業氧氣瓶與乙炔瓶之間的安全距離不得小于5m。

（5）氣焊切割作業點和氣瓶存放點應按規定配備消防滅火器材。

4.6臺風暴雨期間安全措施

（1）臺風來臨之前，橋面上的施工機械駛回安全區域停放，小型機具、零星材料要集中堆放并采取臨時固定措施。

（2）應切斷動力電源，將臨時供電線路、配電箱、開關箱、救生設備、消防器材等撤離現場，避免造成損失或傷害。

（3）臺風暴雨期間應停止鋼棧橋施工作業，禁止任何車輛和人員進入。

5　結語

貝雷梁與鋼管立柱組合的鋼棧橋具有結構簡單、拼裝快速、適應性強、周轉利用等特點，成功應用于高集海堤開口改造工程橋梁施工。現將梁柱式鋼棧橋施工技術措施及安全控制要點總結如下：

（1）鋼管立柱打設必須實行“設計樁長”和“最終貫入度”兩項指標進行控制。

（2）鋼管立柱接長應設置內襯圓環鋼管，采取熔透對接焊縫，并通過超聲波探傷和射線檢測，確保焊縫質量。

（3）貝雷梁每一節段上下連接銷孔應插入銷子，并在銷子尾端小圓孔穿上開口型保險插銷，防止節段之間銷子脫落導致貝雷梁折斷。

（4）每組兩片貝雷桁架之間連接，必須在每個節段端頭的橫截面豎向和梁底水平方向設置型鋼支撐架，形成桁架組合梁。

（5）立柱頂面橫向分配梁與貝雷梁的支點應在桁架節點上。當支點位于桁架水平弦桿上，必須在支點部位設置加強弦桿，或在上下弦桿槽鋼兩側翼緣之間增設立桿等加固措施。

（6）鋼棧橋縱向每聯交接部位必須設置伸縮縫，橫向與施工平臺相接部位必須設置沉降縫，自上部結構、橋面系及護欄均應按照縫寬完全分離斷開。

（7）鋼棧橋使用期間，必須建立定期檢查、保養和維修制度，對棧橋結構開展外觀檢查、變形監測和構件保養維修，并認真做好檢修記錄和臺帳，確保運行使用安全。

參考文獻

［1］公路橋涵施工技術規范．北京：人民交通出版社，2011．

［2］公路工程施工安全技術規范．北京：人民交通出版社股份有限公司，2015．