深水無覆蓋層地區(qū)鋼棧橋技術(shù)研究

熊志剛

摘要：當(dāng)前形勢下，山區(qū)及高原地區(qū)基建項(xiàng)目的日益增多，為適應(yīng)高山、深水以及地形起伏較大等復(fù)雜地形中臨時(shí)棧橋施工，本文從鋼棧橋的設(shè)計(jì)與施工兩個角度分別進(jìn)行分析研究，并通過實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，分析總結(jié)了一套適應(yīng)復(fù)雜地形地區(qū)棧橋設(shè)計(jì)及施工技術(shù)，指導(dǎo)后期類似項(xiàng)目的施工。

Abstract： Under the current situation， the number of infrastructure projects in mountainous areas and plateau areas is increasing. In order to adapt to the construction of temporary trestles in complex terrain such as high mountains， deep water and large terrain fluctuations， this paper analyzes and studies the design and construction of steel trestles. Through detailed examples， the paper analyzes and summarizes a set of bridge design and construction techniques for complex terrain， ?to guide the construction of similar projects in the later stage.

關(guān)鍵詞：深水;無覆蓋層;棧橋;貝雷梁

Key words： deep water;no cover;trestle;bailey beams

中圖分類號：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）07-0130-04

0 ?引言

棧橋作為一種重要施工通道，是為工程建設(shè)服務(wù)的一項(xiàng)大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)，尤其在跨江、跨河、跨深溝甚至是跨海大型橋梁建設(shè)中，打通項(xiàng)目縱向運(yùn)輸、完成施工作業(yè)，是一項(xiàng)有效及常用的工程措施。但近年來，隨著國家基建項(xiàng)目向山區(qū)及高原地方的投入越來越大，工程項(xiàng)目面臨著高山、深水、地形起伏較大等諸多問題，大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程也是越來越多，越來越復(fù)雜，平原地區(qū)常規(guī)棧橋施工技術(shù)已無法完全適應(yīng)山區(qū)施工，如何在保證安全質(zhì)量的前提下，保障工程順利完成，成本進(jìn)一步降低的情況下，棧橋設(shè)計(jì)及施工技術(shù)都值得我們深入研究。

1 ?常規(guī)棧橋施工技術(shù)

2 ?山區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)

①地形起伏較大，通常山區(qū)地勢較復(fù)雜，局部高差可達(dá)數(shù)百米，山體坡度近90度。

②河流水面較窄，水流湍急，部分河底巖層裸露。

③河岸陡峭，覆蓋層薄或無覆蓋層，多為碎石土或粉質(zhì)粘土，穩(wěn)定性差。

3 ?深水無覆蓋層棧橋技術(shù)

以銀川至北海高速公路建始至恩施段廣潤河棧橋?yàn)槔瑯蛑穮^(qū)屬構(gòu)造溶蝕侵蝕低山巖溶峰叢谷地地貌區(qū);受廣潤河切割，地形起伏較大，微地貌為“U”型河谷，河谷底部寬約105米，頂部寬約450米，河谷兩岸為峰叢地貌，地面標(biāo)高在538-666米之間，相對高差約128米，自然坡坡角45-60度，局部為陡崖。橋址區(qū)地表水主要為廣潤河河水，河床寬約130米，水位標(biāo)高在536.7米左右，水位隨季節(jié)性而變化，范圍為528-540米之間。經(jīng)實(shí)地踏勘，橋址區(qū)水深約5-6米，兩岸有3-5米粉質(zhì)粘土覆蓋層，河中間河底僅部分有2-3米厚淤泥層，其余部分巖層裸露，為單斜地層，角度約15度。

3.1 鋼棧橋設(shè)計(jì)方案

棧橋的設(shè)計(jì)本著“安全可靠、滿足施工、經(jīng)濟(jì)合理”的原則，考慮河中部分巖石裸露，鋼管樁無法入巖的情況，鋼管樁無法提供可靠的水平位移限制，計(jì)算時(shí)僅考慮鋼管樁的豎向約束，水平約束忽略不計(jì)。棧橋擬鋼管樁采用單排與雙排間隔設(shè)置，采用426鋼管和槽鋼“八”字撐與鋼管樁縱向連接形成整體，并在兩側(cè)增加斜向支撐增強(qiáng)棧橋的橫向穩(wěn)定性。

棧橋橋址處現(xiàn)場實(shí)測水面寬度為 140m，設(shè)置 15 跨全長 150 米鋼棧橋，跨度為 9+3+3*9+3+3*9+3+3*9+3+4*9+3+9m，基礎(chǔ)為？準(zhǔn)820 鋼管，上部橫梁為 2I40b 工字鋼，縱梁為貝雷梁片，分配梁為 I22a 工字鋼，最后滿鋪模板或鋼板作為橋面，橋面寬為 6m。（圖2）

棧橋結(jié)構(gòu)自下而上依次為：

①管樁基礎(chǔ)：采用雙排？準(zhǔn)820*8mm 鋼管樁和單排？準(zhǔn)820*8mm 鋼管樁布置形式，鋼管中心間距縱向9m，橫向4.0m，樁間采用[16 槽鋼設(shè)置連接，以增加棧橋的整體穩(wěn)定性，鋼管樁長度20～25m，不能打入河床部位鋼管樁采用？準(zhǔn)630*8mm 型號鋼管雙面斜向支撐，保證鋼管樁的橫向穩(wěn)定。鋼管樁縱向采用？準(zhǔn)426*8mm 單側(cè)雙排連接，鋼管之間采用[32a 槽鋼八字型連接，保證鋼管樁的縱向穩(wěn)定。

②樁頂橫梁：鋼管樁樁頂部采用開槽形式，槽口底部增加三組三角形加勁肋，橫向設(shè)置 2 根并排焊接的Ⅰ40b工字鋼做為上部貝雷梁的墊梁。

③縱向主梁：桎梏縱向主梁采用左右對稱的2組貝雷梁桁架結(jié)構(gòu)，單組貝雷梁由三排貝雷片組成，采用標(biāo)準(zhǔn)的1.8m連接花架進(jìn)行連接，每組貝雷片間中心距 0.9m，兩組中心間距1.2m。

④棧橋橋面結(jié)構(gòu)：貝雷梁上鋪I20a工字鋼的橫向分配梁，采用U型螺栓與貝雷梁連接，橋面采用[32a槽鋼反扣作為橋面，槽鋼間預(yù)留1cm間隙，并點(diǎn)焊于橫向分配梁上，槽鋼頂面橫向布置 1 米長間距 2 米的 20 螺紋鋼，梅花型布置，并點(diǎn)焊于[32a 槽鋼頂面。

⑤橋面防護(hù)：兩側(cè)欄桿采用75*75*5角鋼立柱，63*63*5角鋼扶手，20圓鋼縱向布置兩道，并在橋面兩側(cè)邊緣縱向布置20工字鋼，與橋面槽鋼進(jìn)行焊接。（圖3）

3.2 理論計(jì)算

采用 MIDAS civil對全橋進(jìn)行建模，有限元法對全橋進(jìn)行應(yīng)力分析，鋼管柱為Q235鋼彈性模量取 2.06*105N/mm2，泊松比取 0.3，容重為78.5kN/m3。計(jì)算分為兩種工況進(jìn)行計(jì)算：

工況一（梁部最不利荷載）：履帶吊位于跨中，考慮50噸履帶吊與60振動錘自重及沖擊系數(shù)影響，總荷載為77噸。按公路I級布置汽車荷載，單車道布置。

工況二（鋼管樁最不利荷載）：履帶吊位于鋼管樁頂部，考慮50噸履帶吊與60振動錘自重及沖擊系數(shù)影響，總荷載為77噸。按公路I級布置汽車荷載，單車道布置。

考慮河中部分鋼管柱底部為裸露巖層，鋼管柱僅處于巖層面上，為此除兩側(cè)三組鋼管立柱底部設(shè)置為三向約束外，其余均設(shè)置為Z軸方向的單向約束，進(jìn)行鋼管柱的結(jié)構(gòu)受力分析，這里僅對鋼管柱的受力進(jìn)行展示，其余構(gòu)件受力分析均在外部完成。

鋼管柱工況一最大壓組合應(yīng)力為33.9MPa，工況二最大壓組合應(yīng)力為34.1MPa，最大位移僅3.39mm，符合要求。

鋼管柱間支撐工況一最大壓組合應(yīng)力為14.5MPa，工況二最大壓組合應(yīng)力為13.6MPa，符合要求

對全橋強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均做了計(jì)算，分析結(jié)果可以得出：

抗力富裕較大;

對于應(yīng)力而言，各種工況下，按照各種最不利荷載組合全部通過驗(yàn)算;

對于變形而言，各種工況下，按照各種最不利荷載組合全部通過驗(yàn)算;

可見，在各種最不利工況下，結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形數(shù)據(jù)均未超過規(guī)范允許值，結(jié)構(gòu)始終處于彈性受力階段，結(jié)果較好，能夠滿足棧橋設(shè)計(jì)要求。

3.3 現(xiàn)場施工

棧橋南岸側(cè)岸邊向北岸側(cè)推進(jìn)插打鋼管樁，先進(jìn)行南岸側(cè)橋臺施工，然后采用50T履帶吊配合60錘逐跨進(jìn)行鋼管樁插打，安裝橫梁、橫縱向連接、貝雷梁以及橋面系，循環(huán)施工直至北岸橋臺。施工流程如圖7所示。

3.3.1 鋼管樁基礎(chǔ)施工

①吊裝超前一跨縱向貝雷梁，放置導(dǎo)向架，利用測量儀器精確定出樁位中心線，并固定鋼管樁導(dǎo)向架。

②吊裝鋼管樁，利用履帶吊起吊鋼管至導(dǎo)向架上部約50cm，由鋼管自由垂直對準(zhǔn)導(dǎo)向架鋼管樁位中心位置，嚴(yán)禁人為干涉對準(zhǔn)。符合要求后下放鋼管樁，下放過程中嚴(yán)禁移動履帶吊及其吊點(diǎn)位置，以鋼管樁不碰撞或輕微碰撞導(dǎo)向架為宜。待鋼管樁不再下沉后，測量垂直度，如發(fā)現(xiàn)垂直度不符合要求時(shí)，提起重新安裝。

③起吊振動錘使其自由對準(zhǔn)鋼管樁頂部并夾緊下壓鋼管樁，啟動振動錘先打5～6錘，穩(wěn)定后進(jìn)一步觀察鋼管樁是否有傾斜，調(diào)整完成后再進(jìn)行連續(xù)下打，待發(fā)現(xiàn)鋼管樁無明顯下沉或有回彈現(xiàn)象時(shí)及時(shí)停錘，測量鋼管樁標(biāo)高，再試打2錘，復(fù)核標(biāo)高確定樁底已達(dá)巖層后停錘，進(jìn)一步測量鋼管樁的傾斜度，不符合要求時(shí)采用必要的糾正措施或重打。

④安裝鋼管樁橫縱向連接，采用施工吊籃在設(shè)計(jì)位置焊接連接耳板，安裝鋼管樁橫向連接系。縱向采用426鋼管連接，安裝時(shí)需提前按照鋼管樁與426鋼管弧度加工連接板，履帶吊與導(dǎo)鏈配合完成縱向鋼管安裝，再安裝縱向連接系之間的“八”字斜撐。

⑤斜向支撐安裝，利用振動錘邊下沉邊調(diào)整斜向支撐鋼管的傾斜度直至巖層面，待支撐鋼管不再下沉后，連接支撐鋼管與鋼管樁之間的橫向連接系。

3.3.2 棧橋上部結(jié)構(gòu)安裝

①測量樁頂標(biāo)高，在樁頂設(shè)計(jì)位置進(jìn)行開槽，開槽深度不超過橫梁高度為宜，可取35cm，槽底焊接三組加勁板。吊裝2 根并排焊接的Ⅰ40b工字鋼組焊件，焊接鋼管樁與工字鋼之間的連接板，使工字鋼與鋼管樁形成整體。

②采用導(dǎo)鏈調(diào)整貝雷梁的橫向中心線位置，貝雷梁每組位置應(yīng)與設(shè)計(jì)中心線重合，確保棧橋中心線不偏移，并在Ⅰ40b工字鋼橫梁頂部焊接[10槽鋼限制貝雷梁的橫向位移。

③貝雷梁固定完成后，鋪設(shè)I20a工字鋼的橫向分配梁，并采用U形螺栓與貝雷梁進(jìn)行連接，然后安裝橋面板，設(shè)置防滑鋼筋，最后安裝兩側(cè)防護(hù)欄桿及縱向20工字鋼。

4 ?總結(jié)

該棧橋于2016年施工完成，并設(shè)置觀測點(diǎn)定期對棧橋的線形、位移進(jìn)行觀測，期間還經(jīng)過數(shù)次洪水的沖擊，經(jīng)多年來的觀測，棧橋線形及位移均較小，可以忽略不計(jì)，目前各類施工車輛仍可以正常通行，綜上，在深水無覆蓋層地區(qū)，通過增加棧橋鋼管柱的縱向連接及側(cè)向斜向支撐體系，是可以滿足棧橋設(shè)計(jì)及施工要求的，對我們后期類似項(xiàng)目起到了很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]田學(xué)林，王立輝.深水急流鋼棧橋施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2009（12）.

[2]張上偉.深水區(qū)域砂卵石地質(zhì)鋼棧橋設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（01）.

[3]李垚，盧勇，關(guān)成元，丁富軍.淺覆蓋地層鋼棧橋施工技術(shù)[J].公路工程，2013（05）.