深水中鋼棧橋和鋼平臺設計及施工技術要點

鄧 津

(福建省隆恩建設集團有限公司廣州分公司，廣東 廣州 511400)

現在我國的橋梁技術是越來越先進，跨河橋梁也在不斷地建設當中。但我們建設跨河橋梁時要面臨著在深水中建設橋梁的情況,施工難度特別大,這時鋼棧橋和鋼平臺的作用就突現了，它能幫助我們像在陸地上建設橋梁一樣方便。鋼棧橋和鋼平臺是結構性的臨時設施，而且又在人員及物料運輸中起到關鍵性的作用，如果其在橋梁施工過程中出現問題則后果不堪設想?，F就深水中鋼棧橋和鋼平臺設計的幾個技術要點進行一番探討。

1 概況

某特大橋鋼棧橋與鋼平臺位于河流堆積形成的河口三角洲地貌上，臨時施工鋼棧橋分為兩個部分，其中左側棧橋從河堤搭設至1號主墩位置，全長264.5 m。右側棧橋從河堤搭設至3號主墩位置，全長96 m。棧橋與主墩施工鋼平臺連接位置，棧橋設置加寬段，加寬段頂面寬度為12 m，長度為19 m，用于施工車輛在棧橋上轉彎掉頭以及錯車。

2 鋼棧橋與鋼平臺的設計與施工的幾個技術要點

2.1 收集水文資料和確定鋼管樁設計樁頂

橋地位區表水為西江河流，平常流量大。該處水道洪水發生在4月份～9月份，洪峰多出現在6月下旬，年最高水位為1.83 m～3.60 m，歷史最高水位為2005年的3.60 m。而枯水期在10月～3月，年最枯水位為-0.4 m～-0.6 m之間，最低-0.99 m。正常水位為0.2 m～1.8 m。在設計和施工過程中，最有用的數據是正常水位和高水位，枯水位期間也可以用來參考鋼棧橋和鋼平臺開工的時間。經過分析，在施工期間考慮發生洪水時預留雜物通過的間隙，因此鋼管樁設計樁頂為3.90 m，比歷史最高水位高出30 cm。

2.2 施工材料、加工設備及機械的選擇及應用

2.2.1棧橋面板方面

棧橋面板的選擇，有三種材料可供選擇，一是實木板，二是花紋鋼板，三是混凝土板。實木板優點是經濟，施工方便，但因雨水浸泡，局部會出現嚴重腐爛，重車行走時存在較大安全隱患，而且不防火。花紋鋼板優點是能多次周轉使用，但對于該項目而言，首次投入太多了，鋼板投入是混凝土板投入的2.5倍，不經濟?；炷涟鍍烖c是經濟耐用，雖然極其笨重，但是可以利用搭設鋼棧橋的車輛及設備安裝，沒有存在資源浪費的現象，完工后附近一些河堤防護工程項目也可以利用到部分混凝土板面。最重要的是對于這個項目而言，采用混凝土板能節約項目前期投入，其發揮的效益是顯著的，因此棧橋面板優先選擇混凝土面板。注意澆制混凝土板時在兩側預留4個小孔，以便安裝時用U環扣與貝雷梁緊密扣緊，板面與貝雷梁之間墊上橡膠帶，避免板面與貝雷梁產生滑移。

2.2.2加工設備及施工機械方面

鋼板采用數控切割機切割?？v縫和直管段環縫坡口用12 m刨邊機加工；彎管段環縫坡口用數控切割機加工，鋼板經全數控四輥卷板機多次卷制，檢查達到設計弧度。組圓后管內壁加臨時支撐增加剛性，然后進行鋼管縱縫的焊接，焊接應嚴格按照焊接工藝指導書確定的焊接方法及焊接參數執行。

棧橋的架設采用50 t浮吊、DZ40型振動錘、DZ90型振動錘(備用)逐跨打樁搭設棧橋。

2.3 鋼棧橋與鋼平臺結構由上到下的受力驗算

鋼管樁、貝雷梁和工字鋼三者組合早已成為了成熟的棧橋搭設結構。本項目鋼棧橋與鋼平臺設計跨徑為15 m，從下到上依次采用φ100 cm δ10 mm鋼管樁→2Ⅰ36a工字鋼下橫梁→3組貝雷梁→C30鋼筋混凝土預制板。

2.3.1混凝土預制板的受力驗算

在進行鋼筋混凝土預制板截面承載力驗算時，主要考慮的荷載作用效應組合為永久荷載作用和可變荷載作用。設計預制板尺寸為長6 m,寬1.8 m，厚20 cm。預制板混凝土采用雙層配筋，主筋采用HRB335 Φ14鋼筋，箍筋采用HRB335 Φ12鋼筋。預制板混凝土采用C30標號。根據JTG D60—2015公路橋涵設計通用規范在進行截面抗壓及抗彎強度計算，滿足技術要求。

2.3.2貝雷梁的受力驗算

混凝土板以下貝雷片縱梁按照簡支梁進行受力驗算。考慮混凝土預制板結構自重與車輛荷載作用組合效應得到的彎矩設計值，來檢驗預制板的承載力。預制板結構自重與550 kN車輛荷載按均布荷載計算。棧橋采用縱向3組貝雷梁作為管樁上的承重結構，經過強度及剛度計算符合技術要求。

2.3.3工字鋼下橫梁的受力驗算

工字鋼下橫梁由兩根Ⅰ36a工字鋼組成，按跨徑4.5 m的簡支梁來計算?？紤]最不利情況，整個車重平均分配到3組貝雷片梁上面，并傳力至工字鋼下橫梁。經過抗彎及抗剪強度計算，Ⅰ36a工字鋼下橫梁滿足設計要求。

2.3.4鋼管樁的樁長計算及受力驗算

鋼管樁作為棧橋主要承重基礎，按照摩擦樁計算，注意淤泥的摩阻力忽略不計。棧橋鋼管樁沖刷考慮了一般沖刷和局部沖刷。計算時只考慮最大水深位置，其余水深位置的沖刷數據也可以根據JTG C30—2015公路工程水文勘測設計規范相關公式計算得出總沖刷高度。

設計時計算的最大總沖刷高度約6 m，但實際應用時可根據實際需要增加安全系數，最后該項目取最大總沖刷高度為7 m。根據JTG C30—2015公路工程水文勘測設計規范中特殊大橋取埋置深度，則鋼管樁及鋼護筒埋置深度均應埋入最大沖刷線下4.0 m，即鋼管樁及鋼護筒要埋入目前河床面以下11 m。利用鋼管樁設計樁頂標高、河床各斷面的標高、總沖刷高度及埋置深度等數據計算出各斷面上鋼管樁的樁長、入土深度及相關數據，繪制出各斷面上鋼管樁材料用量表，以供施工參考。

最后根據《公路橋涵設計手冊》相關公式依次計算以下相關數據，一是單樁豎向承載力鋼管樁承載力計算，二是鋼管樁壓桿穩定性計算，三是流水及漂流物對棧橋鋼管樁沖擊力橫橋向計算，四是鋼棧橋及平臺汽車制動力順橋向穩定計算，五是鋼管樁在鋼棧橋及平臺形成階段和正常使用階段中各種工況下受力及變形驗算，由于本文篇幅有限，相關計算公式比較繁多，而且相關公式及計算方法也可以在《公路橋涵設計手冊》中輕易找到，故本文沒有就以上計算的公式展開討論。

2.3.5鋼管樁的振動下沉施工

棧橋的架設原采用50 t浮吊、DZ40型振動錘、DZ90型振動錘(備用)逐跨打樁搭設棧橋。施工時注意履帶吊懸出長度不準超過2 m。實際施工中，DZ40型振動錘的激振力才230 kN，遠遠達不到鋼管樁最大要下沉11 m的深度的要求，為了保證主河道中的鋼管樁的入土深度，故換成了激振力為530 kN的DZ90振動錘，其施工效率和施工質量都大大提高。鋼管樁的打設順序為縱向從岸邊出發，橫向沿順水方向，所有打設的鋼管樁進入河床的設計深度時可以收錘，如遇到下沉幅度還較大時有必要打設到振動不下沉為止。

在施工過程中，很難做到振動錘中心和樁中心軸保持在同一直線上，這時要在沉放前做好測量放樣，安放好導向裝置，沉放過程中加強樁身豎直度觀測，保證鋼管樁偏位和傾斜度在容許范圍之內。還要注意鋼管樁的對接施工，焊縫應飽滿，焊縫處應力集中部位應用焊接鋼板加強。鋼棧橋及鋼平臺施工完成后，每天采集相關數據，利用相關公式測算鋼管樁的埋置深度，鋼管樁的埋置深度始終滿足沖刷后的埋置深度要求。

3 結語

在建設跨河橋梁的過程中，某些工程技術人員往往重視主體結構而輕視臨時設施結構，而一些盲目趕工期和技術力量薄弱的項目中的臨時設施施工方案并沒有經過詳細計算或論證過就施工，這就令工程產生了巨大的安全隱患，本文就深水中鋼棧橋和鋼平臺設計與施工過程中應該注意的一些技術要點進行了一番探討，希望能引起大多數工程技術人員的共鳴。