裝配式鋼棧橋設計施工新技術

劉忠友

（中交第二航務工程勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430071）

裝配式鋼棧橋設計施工新技術

劉忠友

（中交第二航務工程勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430071）

為加快鋼棧橋施工速度，降低施工成本，降低能源消耗，在寧高項目鋼棧橋設計施工中對鋼棧橋的裝配化進行研究與實施，裝配式鋼棧橋基礎采用了鎖固式夾樁抱箍、承插、自鎖連接桿件，結構采用工廠化加工，現場施工只需要進行結構安裝；面板系統為標準、通用結構設計，全部焊接工作在工廠內完成，現場只需要用卡板連接在貝雷梁上即可。裝配式鋼棧橋在寧高項目成功實施，與普通鋼棧橋相比可節省成本30%以上，結構安全可靠，施工效率提高1倍以上。實踐證明裝配式鋼棧橋具有較好的應用前景。

鋼棧橋；裝配；貝雷梁；抱箍；U形鋼板卡

0 引言

水上工程結構，特別是橋梁工程的施工，為了方便施工，需要搭設臨時棧橋作為施工通道，搭設臨時鋼平臺作為施工場地。目前國內樁基式鋼棧橋、鋼平臺，樁基部分除采用鋼管樁外，也有采用PHC樁的報道；棧橋面層部分除采用鋼結構面層外，也有部分棧橋采用預制、安裝的鋼筋混凝土板結構。鋼結構面層也有很多的結構組合，但基本都沒走出舊有的框架，不具有裝配化性能。

采用鋼管樁作為基礎的常規鋼棧橋、鋼平臺，通過焊接剪刀撐、鋼橫梁，上面擺放貝雷梁、面板系統。上述結構基本都是采用焊接加螺栓連接，現場的焊接工作量大，安裝、拆除費時費工，剪刀撐等材料不具有周轉性，材料損耗大，成本高。對于需多次周轉的材料經過重復的焊接，造成鋼材局部損傷從而降低鋼材的力學性能，形成結構使用期間的安全隱患。

棧橋面板系統與貝雷梁的連接通常采用的是騎馬螺栓連接方式，采用騎馬螺栓連接時，面板系統的分配梁無法放置在貝雷梁的節點位置，影響到貝雷梁的結構安全；在施工的可行性方面，主分配梁、次分配梁及面板要分批次在現場焊接、效率低、質量保證率低，費時、費工。

針對目前國內鋼棧橋周轉性差，費時、費工的現狀，結合南方某跨湖橋梁項目研究了一種具有裝配結構的鋼棧橋，可提高棧橋的裝配化程度，將棧橋現場施工的大部分環節轉化為工廠化的施工，最大限度地降低現場的工作強度，加快施工進度，降低材料損耗。

1 常規棧橋、平臺設計方案

1.1 常規結構

常規棧橋、平臺為上承式結構，基礎采用樁基，同排架樁間采用剪刀撐連接，用以加強基礎的整體剛度；樁頂采用較大型號的型鋼作為橫梁，上部結構主桁架采用321型裝配式公路鋼橋桁架；鋼結構橋面橫向分配梁一般采用中形工字鋼，次梁則采用較小型號的工字鋼，次梁焊接在分配梁上，分配梁與貝雷片用U形螺栓連接；面板一般采用花紋鋼板滿鋪，與次梁焊接[1]。常規鋼棧橋結構見圖1所示。

圖1 常規鋼棧橋結構圖Fig.1 Regular steel trestle structure chart

1.2 常規結構實施中存在的問題

常規結構的鋼棧橋、鋼平臺由于結構的局限性，存在較多問題。

1）現場焊接工作量大：樁基間剪刀撐全部采用焊接連接，現場工作量大，施工效率低，而且由于野外環境的影響，焊接質量難以保證；

2）連接件需對應下料：由于鋼管樁在打設過程中出現不同程度的偏位，剪刀撐的桿件長度就會各不相同，需要對每對樁距實施預先丈量，對應下料，這種方式制作的剪刀撐只能使用一次，也造成材料的巨大浪費；

3）對樁基的損害大：在棧橋、平臺拆除的過程中，剪刀撐要進行氧氣切割，切割過程中對鋼管樁損害大；

4）貝雷梁受力狀態不理想：貝雷片與分配梁采用騎馬螺栓進行連接，由于騎馬螺栓的特點，使得分配梁無法擱置在貝雷梁的節點位置，而是壓在腹桿上，影響貝雷梁的承載能力[2]；

5）面層焊接工作量大、不具周轉性：面層結構要現場鋪設、層層焊接，工作量大，施工效率低，而且由于焊接量大，又不具周轉性，將來拆除時工作量、材料損壞量大。

2 裝配式鋼棧橋設計方案

鑒于常規鋼棧橋、鋼平臺的缺陷，新設計方案在繼承常規棧橋設計方案的基礎上，重點在裝配化方面進行了探索，裝配式鋼棧橋結構見圖2所示，主要有以下創新點。

圖2 裝配式鋼棧橋、平臺結構圖Fig.2 Structure chart of fabricated steel trestle and platform

2.1 剪刀撐系統實現裝配化

剪刀撐系統裝配化主要從3個方面著手：

1）采用鎖固式鋼抱箍替代原來剪刀撐與樁焊接的連接模式：鎖固式鋼抱箍采用專項設計[3]，見圖3所示。鎖固式鋼抱箍為2個半圓體組成，一側采用鉸接，鎖固側采用八字形的工字插銷連接。插銷為上口小、下口大的八字形結構，橫斷面為工字，插銷利用自鎖原理將鋼抱箍鎖緊。施工時將插銷插入鋼抱箍的鎖口，用錘擊打插銷即可將抱箍與鋼管牢固連接。

圖3 抱箍設計圖Fig.3 Hold hoop design

2）采用承插管式剪刀撐結構適應樁距的變化：剪刀撐連接桿采用承插管式結構，通過其具有的伸縮功能來適應樁基距離的變化。承插管設有鎖固斜槽，利用鋼楔鎖固。鎖固時，將鋼楔插入鎖固槽，用錘擊加壓后將鋼楔點焊在鎖固槽上。

3）采用球狀連接頭適應空間扭曲：考慮到鋼管樁和剪刀撐在空間上存在扭曲，在裝配式工藝設計上特別采用了具有萬向性的球狀體支座對空間扭曲進行調節，球狀體支座為大球包小球結構，小球為完整球，大球為2個半球體，通過螺栓連接，將小球夾緊[4]。

平聯設計[5]是裝配式鋼棧橋工藝的核心工藝，通過該工藝實現了鋼棧橋及平臺下部結構的平穩連接。它改變了傳統的焊接工藝，通過鉸接或栓接保證結構的穩定性。在設計時考慮了鋼管樁在施工過程中出現上下、左右、前后位置的偏位情況。該結構的巧妙之處在于能夠在三維空間內適應樁基的偏位。在長度方向上，通過鋼管之間的承插可伸長、縮短連接鋼管，可調節距離達1 m，外管和內管間采用三角鍥形塊通過摩擦力進行固定。平聯通過抱箍連接在鋼管樁上，抱箍為壁厚16 mm的2塊半圓形鋼板，通過軸銷相連，開口端采用八字形的斜插銷將2塊半圓體夾在一起。抱箍摩擦力的大小主要取決于八字形插銷的打擊力。平聯與抱箍采用球狀體連接，球狀體外側采用球狀外殼將球體包裹住，待角度調整好后采用螺栓將球狀外殼與球體進行夾緊連接[6]。采用球狀體的主要作用是調節鋼管樁在空間上的偏位，角度調節范圍較大，能適合現場工況。

2.2 橋面層整體化

面層結構主要有橫向分配梁、次梁及面板組成，為提高裝配化程度，面層結構采用工廠化整體焊接，按照圖4的結構模式統一標準。焊接完成后運至現場直接吊裝。由于采用工廠化焊接，改善了施工條件，有利于加快施工進度和提高施工質量，改善了施工環境。

圖4 面層示意圖Fig.4 Sketch of surface layer

2.3 貝雷梁與面板系統實行U形鋼板卡點焊快速連接

面層結構安裝后必須與貝雷梁可靠連接以形成整體，為此研發了一種U形鋼板卡（見圖5所示），當面層系統安裝到位后用U形鋼板卡連接貝雷梁及面層的分配梁。連接時，將U形鋼板卡的槽口卡住貝雷梁的上腹桿及分配梁的型鋼翼緣板，按45°方向角插入，并用手錘敲緊，然后將U形鋼板卡點焊在上面的面層分配梁上。拆除時只需用手錘反方向敲擊U形鋼板卡即可輕松拆除。

圖5 U形鋼板卡大樣圖Fig.5 U-shape steel plate card detail

3 實施成果分析

寧高速通道跨湖工程需搭設鋼棧橋12余km，搭設鋼平臺215座，為加快施工進度，該項目部分鋼棧橋及平臺采用了裝配式鋼棧橋新結構。

原計劃鋼平臺共周轉3次，共需投入鋼平臺為：215/3=71個；鋼管樁及平聯損耗率為8%。經過裝配式工藝改進后，鋼平臺周轉次數提高到4次，實際投入鋼平臺為：215/4=53個；材料損耗率降為3%。每個鋼平臺鋼材質量為200 t；鋼管樁材料為90 t。工藝改進后鋼平臺節省的材料費為：（71-53）×200×3 000=1 080萬元，鋼管樁減少損耗為：71×90×（8%-3%）×3 000= 95萬元，合計降低成本為：1 080+95=1 175萬元。另外，采用的裝配式鋼棧橋具有廣泛的通用性，本工程拆下的所有鋼構件可以無損耗地應用在其它項目的臨時棧橋中，效益可觀。

通過裝配式工藝研究，在一定層次上解決鋼棧橋的快速周轉問題，提高了施工功效。裝配式鋼棧橋的大規模使用，有效避免了棧橋焊接工藝質量不穩定等相關問題，將現場焊接改為工廠化集中焊接，提高了工程質量，有效減少鋼管樁的破損，提高了材料的周轉效率。裝配式剪刀撐結見圖6。

圖6 裝配式剪刀撐結Fig.6 Fabricated scissors junction

對于裝配式鋼棧橋，橋面板及平聯等都在加工場內按圖紙加工成標準件，隨時運輸至現場進行安裝，現場平聯焊接以及面板下工字鋼的安裝不再占用大量時間，施工效率由原先的3 d 2跨加快至現在的1 d 2跨，在湖區有打樁船配合沉樁的情況下最快每天能施工4跨鋼棧橋。施工時只需要1臺80 t的履帶吊即可滿足施工強度要求，大大提高了工效，節約了工期，節省了費用。同時裝配式鋼棧橋主要工序為整體拼裝，避免了棧橋施工過程中長時間的水上高危作業，大大提高了鋼棧橋施工的安全性。

4 結語

在總結了常規鋼棧橋存在問題的基礎上，對相關問題提出了解決辦法，引入了鋼棧橋、鋼平臺的裝配化設計方案，研發了剪刀撐的伸縮桿件、球形萬向接頭、鎖固式樁抱箍，將原來現場焊接的面層系統進行了工廠化設計。

裝配式臨時鋼棧橋及鋼平臺為大型橋梁基礎施工尤其是特大型跨海（湖）橋梁的基礎施工開辟了良好的技術條件，在行業發展上具有創新意義，有利于推動橋梁施工領域向著工廠化、裝配化方向發展，從而提高橋梁施工的質量及安全保障，對整個施工行業的技術發展有著較大的推動作用。

[1]龍亮.鋼棧橋施工技術[J].黑龍江科技信息，2008（10）：76-79. LONG Liang.Construction technology of steel trestle bridge[J]. HeilongjiangScienceandTechnologyInformation,2008(10):76-79.

[2]趙興旺.淺析鋼棧橋的設計[J].科技情報開發與經濟，2009（27）：91-95. ZHAOXing-wang.Analysisonthedesignofsteel trestle[J].Sci-Tech Information Development and Economy,2009(27):91-95.

[3]劉忠友，姚平，常紅金，等.鎖固式樁基夾樁：，201310299082.X [P].2013-07-17. LIU Zhong-you,YAO Ping,CHANG Hong-jin,et al.Pile gripper of locking type pile foundation:201310299082.X[P].2013-07-17.

[4]劉忠友，常紅金，黃磊，等.裝配式鋼棧橋：201310354878.0[P]. 2013-08-15. LIU Zhong-you,CHANG Hong-jin,HUANG Lei,et al.Fabricated steel trestle:201310354878.0[P].2013-08-15.

[5]JTS 152—2012，水運工程鋼結構設計規范[S]. JTS 152—2012,Code for design of steel structures in port and waterway engineering[S].

[6]GB 50755—2012，鋼結構工程施工規范[S]. GB 50755—2012,Code for construction of steel structures[S].

New technology for design and construction of fabricated steel trestle

LIU Zhong-you
（CCCC Second Harbor Engineering Consultants Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430071,China）

For speeding up steel trestle construction speed,reducing construction cost and energy consumption,we researched and implemented the assembly of steel trestle during the steel trestle design and construction in Nanjing-Gaochun railway project.The foundation of fabricated steel trestle used the locking type clip pile hold hoop,bearing plug,and self-lock connecting rods pieces,its structure used factory of processing,the site construction only need for structure installation;the panel system for standard,and general structure design,all welding works were completed in factory,only need with card board connection in Bailey beam in the site.The fabricated steel trestle successfully implemented can savings over 30%cost compared with conventional steel trestle,its structure is safe and reliable,and efficiency increased by more than 1 time. Practice proved fabricated steel trestle should have good application prospects.

steel trestle;fabricated;bailey beam;hold hoop;U-shape steel plate

U445.55；U448.218

A

2095-7874（2017）01-0046-04

10.7640/zggwjs201701010

2016-08-30

2016-10-22

劉忠友（1963— ），男，江蘇沛縣人，教授級高級工程師，主要從事水運工程的施工與管理。E-mail：lzy630906@126.com