鋼棧橋兼做鋼梁運輸通道的應用研究

黃堅HUANG Jian

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545027）

0 引言

當橋梁跨越長江航道時，由于長江航道船舶運輸頻繁，運輸量大，因此跨越長江的橋梁一般跨度較大，高度較高，考慮到兼顧受力荷載及大跨度要求，斜拉橋是理想橋型選擇。該類型橋梁不但跨度較大，而且橋梁受力明確，橋梁承載力大。目前斜拉橋梁體多采用懸臂拼裝法，梁體多為鋼梁。由于鋼梁重量較大，且斜拉橋索塔位于航道范圍內，因此鋼梁運輸是橋梁施工的重中之重。當航道水深滿足運輸條件時，可采用大噸位運輸船進行運輸，但當水位較淺甚至主墩位于灘涂地區時，傳統運輸方式無法滿足施工要求。在某項目公鐵兩用長江大橋施工中，針對橋址區域水深較淺，主墩位于灘涂地區的問題，項目部通過對周邊地形及地質條件進行調查，決定采用鋼棧橋兼做主橋鋼梁運輸通道，與船舶運輸不同，該運輸方式不受水深及周邊環境影響，可將鋼梁通過船只在航道中心位置提升至棧橋處，然后通過架設在棧橋上的運梁車進行梁體運輸。該方法不但克服了灘涂淺水地區運輸船無法運達的難題，而且提高了棧橋的使用率，降低了大噸位鋼梁吊裝的施工風險。同時減少了運輸船占用航道時間，減少了對長江航道的影響。通過現場實際使用，該運梁方式在灘涂淺水區域橋梁吊裝施工中取得很好的效果。

1 工程概況

某項目公鐵兩用長江大橋在常合高速馬鞍山長江公路大橋上游約2.3km處姑孰橋位跨越長江，跨江段采用巢馬鐵路+預留鐵路+城市快速路多通道合建的橋梁方案，跨江段總長9.799km。其中主汊航道橋為三塔三索面鋼桁梁斜拉橋，跨度布置為（112+392+2×1120+392+112）m=3248m。兩個主跨分別跨越和縣側長江灘地（即牛屯河邊灘）和主汊航道。

主梁采用鋼桁梁，橫向為三片主桁，縱向采用N形桁式，主桁間距2×15.5m，總寬度為36m。邊桁高15.5m，中桁高15.737m，節間距14m。公路橋面為正交異性板整體橋面，鐵路橋面采用箱桁組合結構。鋼梁標準節段采用2節間全焊設計，節段長度為28m，最重為1764t（E8-E9節段）。見圖1。

圖1 主橋橋跨布置圖

2 運梁鋼棧橋設計結構

某項目長江公鐵大橋運梁棧橋中心線與橋軸線平行，分左右兩幅布置，兩幅橫向中心距31.0m。起始里程為DK49+956.193，終止里程為DK50+869.793，全長為2×913.6=1827.2m。橋跨布置：（1+15+2×15.1+2×15+14.97）m+0.06m+6×[（14.97+2×15+2×15.1+2×15+14.97）m+0.06m]+（14.97+2×15+2×15.1+12+13+1）m。

棧橋墩采用鋼管樁基礎，根據灘地高程分布及受力情況，分別采用φ820×8mm、φ820×12mm、φ820×14mm鋼管。鋼管樁為半敞口打入樁，樁底設一道豎向隔板以提高閉塞效，樁頂設“井”字加強形樁帽。非制動墩均采用單排樁，制動墩采用雙排樁。除提升站位置處制動墩鋼管樁縱向間距為5.0m外，其余制動墩鋼管樁縱橋向樁間距為3.0m，制動墩橫橋向每排布置3根鋼管樁，間距3.0m；除G4類墩外非制動墩橫橋向每排布置4根鋼管樁，間距2.5m。G4類非制動墩橫橋向每排布置2根鋼管樁，間距3.0m。除提升站處，其余制動墩均布置在每聯中間。樁間聯結系均采用2[20b型鋼。棧橋墩采用2層分配梁體系，其中上層分配梁均采用高1400mm箱梁。下層分配梁F2采用3HN700×300mm型鋼，分配梁F3與分配梁F5采用2HN900×300mm型鋼。見圖2。

圖2 運梁棧橋結構設計圖

3 運梁鋼棧橋受力驗算

3.1 荷載參數

3.1.1 運梁臺車自重

運梁臺車采用1800t移動臺車，整套1800t移動臺車總重72.8t，按運梁臺車運梁走行，實際輪位加載。

3.1.2 鋼梁自重

根據某項目長江公鐵大橋設計文件，鋼梁最大節段重量約為1800t。運梁臺車運梁走行時按臺車實際輪位加載，存梁時按抄墊位置加載。

3.1.3 其他荷載

①欄桿荷載：按人行道欄桿設計，作用于欄桿立柱頂上的水平推力標準值為：0.75kN/m；作用于欄桿扶手上的豎向力標準值為：1.0kN/m。

②人員通道荷載：2.0kN/m2。

3.2 結構計算

利用Midas Civil軟件建立運梁棧橋有限元模型元（見圖3），鋼管樁、分配梁、主縱梁均采用梁單元。根據水深、鋼管樁規格、鋼管樁橫向布置不同，分別建立第一～第二聯處運梁棧橋模型，此時水深5m、φ820×8mm鋼管樁（制動墩）+φ1200×16mm及φ820×12mm鋼管樁（非制動墩）；第二～第五聯處運梁棧橋模型，此時水深9m、φ820×8mm鋼管樁（制動墩）+φ820×12mm鋼管樁（非制動墩）；第五～第八聯處運梁棧橋模型，此時水深5m、φ820×8mm鋼管樁（制動墩）+φ820×8mm鋼管樁（非制動墩）；第八～第九聯處運梁棧橋模型，此時水深12.5m、φ820×12mm鋼管樁（制動墩）+φ820×14mm鋼管樁（非制動墩）。

圖3 棧橋整體模型圖

3.2.1 貝雷梁驗算結果分析

①貝雷梁強度驗算。（圖4）

圖4 貝雷梁應力計算結果圖

由以上計算結果圖4可知，貝雷梁所受應力為188MPa，最大應力188MPa＜σw=273MPa。故貝雷梁強度滿足要求。

②貝雷梁擾度驗算。（圖5）

由以上計算結果圖5可知，下貝雷梁最大擾度為5.5mm，貝雷梁最大擾度5.5mm＜f=L/400=22mm，故貝雷梁擾度滿足要求。

圖5 貝雷梁位移計算結果圖

3.2.2 樁頂橫梁驗算結果分析（圖6）

由以上計算結果圖6可知，橫梁的最大應力為79.8MPa，橫梁所受最大應力79.8MPa＜σw=215MPa，故橫梁強度滿足要求。

圖6 橫梁應力計算結果圖

3.2.3 鋼管樁驗算結果分析

①鋼管樁強度分析。（圖7）

由以上計算結果圖7可知，鋼管樁最大應力均為13.5MPa。鋼管樁所受最大應力13.5MPa＜σw=215MPa，故鋼管樁強度滿足要求。

圖7 鋼管樁應力計算結果圖

②鋼管樁穩定性分析。（圖8）

由以上計算結果圖8可知，鋼管樁反力為837kN。

圖8 鋼管樁反力計算結果圖

1）鋼管樁長細比。

③鋼管樁承載能力分析。

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》沉樁的單樁軸向受壓容許承載力：

鋼管樁參數：

鋼管樁采用外徑D=630mm，壁厚d=10mm；

鋼管樁樁底投影面積A=0.312m2；

鋼管樁周長U=1.979m。

土層摩阻力統計見表1。

不計地基承載力，鋼管樁長度按穿過淤泥層與卵石層，打入強風化花崗巖1m，打入深度共19.6m。

表1土層摩阻力統計表

鋼管樁單樁容許承載力：

由上面計算可知鋼管樁最大反力N=837kN＜[Ra]=928.151kN。

承載力滿足要求。

4 運梁棧橋施工工藝及注意事項

4.1 鋼管樁施工

鋼管樁測量定位采用全站儀前方交會法精確測量定位后，履帶吊機安裝振動打樁錘插打鋼管樁，振動沉樁，直至鋼管樁樁底達到設計標高。插打過程中應注意鋼管樁的垂直度，當發生傾斜時，應該及時糾正。鋼管樁對位完成后，慢速松鉤使鋼管樁在自重作用下插入土中。在此過程中，應隨時觀察鋼管樁偏位以便及時進行調整，待自重下沉穩定后，應觀測鋼管樁偏位，若超出規定要求，起吊鋼管樁重新對位。樁尖對準樁位，從兩個側面校正樁身垂直度，待其偏差小于1%時方可正式打樁。

鋼管樁平面位置及垂直度調整完成后，開始振動下沉。依靠振動打樁錘的振壓力將其壓入土層，在插打過程中要不間斷地測量樁位和傾斜度，偏差要滿足設計及規范要求。

4.2 樁間連接系、樁頂分配梁施工

樁間連接系及樁頂分配梁均在鋼結構加工場加工成成品，由履帶吊機起吊安裝。鋼管樁上安裝必要的工作平臺，以利于安裝工作的安全、順利進行。樁間連接系組件及樁頂分配梁安裝位置應符合設計要求；樁間聯結系組件、樁帽加勁板、樁頂分配梁各單元間焊縫滿足設計要求。

4.3 貝雷片施工

運梁棧橋臨時平臺貝雷梁直接安裝在樁頂分配梁上，對于分配梁兩側長度不足的情況采取型鋼抄墊。樁頂分配梁與貝雷梁之間采用型鋼作為限位件對主梁進行縱、橫向限位。具體做法如下：樁頂分配梁安裝就位后，貝雷梁采取整孔按組拼裝后分組吊裝就位法安裝，貝雷梁組吊裝就位后與分配梁間間隙采用薄鋼板抄墊密實，然后在樁頂分配梁上焊接縱、橫向限位裝置，連接各貝雷梁組之間的連接系，完成安裝。貝雷梁組在岸上預先安裝，2片或3片貝雷梁為1組、中間用連接系連接，采用平板車倒運至橋跨位置安裝。貝雷片均采用“321”型貝雷梁片，貝雷片應根據《裝配式公路鋼橋使用手冊》要求安裝。

5 安全保證措施

①按方案定期做好運梁棧橋的檢查、觀測及維護：棧橋構件出現損壞應及時修復；定期觀測棧橋沉降情況，超出限值及時調整抄墊；定期觀測河床水位高程對棧橋的影響，河床沖刷深度大于設計限值時，應在四周拋填片石維護；人員通道僅允許人員通行及小型工具擺放，嚴禁超重堆放物料。②首次運梁前及運梁后對運梁棧橋各做一次全面的檢查和測量，若出現問題先進行分析，整改完善后方可后續施工。③運梁臺車運梁行駛時，遵循慢—快—慢的節奏，即慢速啟動，正常行駛，減速停止。④運梁棧橋需進行定期監控量測，縱橋向相鄰墩容許沉降偏差值為2cm；左右兩幅相鄰墩容許沉降偏差值為2cm；主縱梁跨中撓度容許值為2cm。

6 結束語

通過使用將鋼棧橋兼做鋼梁運輸通道，從而很好解決了在長江航道范圍內大噸位鋼梁運輸的難題。該棧橋不但可以滿足主體工程下部施工，而且也可兼做鋼梁運輸通道，提高了棧橋的使用效率，大大降低了施工措施費用。并且由于鋼棧橋承載噸位較大，鋼梁運輸更加安全，避免了采用水運運輸的安全隱患，減少了對長江航道的影響。此方法為后續類似施工提供了借鑒和參考。