中砂特大橋鋼棧橋設計與施工技術研究

李春宇

（中交（汕頭）東海岸新城投資建設有限公司，廣東 汕頭 515041）

1 工程概況

（1）項目概況。本工程地處汕頭市東南部灘涂及淺海地帶，位于汕頭市東部，東海岸新城以北。中砂特大橋起止里程K04+604.5-K05+924.5，橫跨汕頭市外砂河，距入海口約2 km，全長1 366 m，采用雙向8車道，橋面寬44.5 m，設計車速80 km/h，主橋采用雙跨單索面結構形式，跨度為80 m+180 m+80 m，主塔橋面以上預估高度64 m，外部造型采用鋼結構。外砂河為Ⅴ級航道，通航高度為10 m，河道寬度約1 km，主航道河床面標高-6 m，其中采用棧橋施工的橋梁長度范圍為708 m。

（2）地質。中砂特大橋所處于地貌屬于南方地區的沖擊平原，橋梁路線經過的位置主要為魚塘和農田等，少部分現狀的土路，穿越的地貌起伏不太大，場地地面的標高基本上都位于0.15~6.23 m。場地的地層自上而下可劃分為13個層次，分別是雜填土、粘土、粉細砂、淤泥質土、中粗砂、強風化花崗巖和中風化花崗巖等。

（3）水文。汕頭地區的雨季在4~9月，雨季的降水量占全年水量的80%，其中大部分雨量都位于5~8月。南區海域的潮汐屬不正規半日潮混合潮型，漲潮歷時大于落潮歷時。歷年最高潮位3.10 m，歷年最低潮位-1.85 m，多年平均高潮位0.34 m。

2 鋼棧橋設計

2.1 鋼棧橋設計

主棧橋位于主橋上游側，棧橋主要用于現場車輛通行、材料運輸及80 t履帶吊吊裝工作（吊重20 t）、12 m3混凝土罐車行走的要求。棧橋全長708 m，橋面寬度為7.5 m，單跨最長跨徑為12 m，棧橋沿縱向每4跨設置一個雙排樁。棧橋為上承式結構，從上至下依次由裝配式橋面板、I22a橫向分配梁、321型貝雷梁、2I56a承重梁、Φ630×8 mm鋼管樁構成，棧橋橋面標高為+5.6 m。棧橋平面布置圖見圖1。

圖1 鋼棧橋平面布置圖

主棧橋鋼管樁設計為三種型式：淺水區采用單排兩根Φ720×10 mm鋼管，深水區采用單排三根Φ630×10 mm鋼管，設計斷面圖見圖2。

圖2 棧橋設計斷面圖

2.2 棧橋結構計算

根據《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》，貝雷梁材質為16Mn，容許內力為：弦桿560 kN，豎桿為210 kN，斜桿為171 kN。采用貝雷梁結構形式的橋梁，其限制荷載的臨時橋梁，16Mn的容許拉應力、壓應力、彎應力為1.3×210 MPa=273 MPa，容許剪切應力為1.3×160 MPa=208 MPa。

（2）荷載。①鋼棧橋施工期間：采用80 t履帶吊打設吊裝，考慮自重80 t+吊重20 t；②鉆孔平臺主要用于樁基施工，設備采用田野牌反循環鉆機，施工期每臺鉆機的重量為200 t；采用徐工100t履帶吊進行鋼筋籠的吊放及接長工作；③施工堆載：平臺臨時堆載按0.3 kPa計。

（3）荷載組合。鋼棧橋荷載組合分為施工狀態和工作狀態。

施工狀態：在臨時鋼棧橋搭設過程中，將履帶吊在單跨棧橋通行和吊裝作業時候的施工荷載作為組合。

工作狀態：鋼棧橋在使用過程中，車輛荷載與相對應的狀態下的其他荷載作為組合。

根據以上主要機械荷載組合分析，取最不利荷載工況進行校核：

工況一：80 t履帶吊吊裝作業，吊重按20 t計；

工況二：2輛12方混凝土罐車錯車；

荷載組合情況見表1。

表1 荷載組合工況

（4）結構模型。采用Midas軟件對棧橋的鋼管樁、橫梁、貝雷片進行建模，建立的模型圖見圖3。

圖3 棧橋模型圖

（5）結構計算。針對棧橋分配梁、貝雷梁、主橫梁、鋼管樁和鋼管樁的嵌固點進行計算，計算分配梁的應力、貝雷梁的強度和內力以及位移、主橫梁的應力、鋼管樁的內力和樁端反力等。鋼管樁嵌固計算中去CKZK21鉆孔地質編號結果為準，計算結果見表2。

表2 計算結果統計

根據計算結果，各個受力結構的強度、內力等都滿足要求，臨時棧橋結構設計合理，可以應用于中砂特大橋施工。

3 棧橋施工

（1）棧橋施工流程。鋼棧橋的施工流程為：原材料進場→測量放樣→鋼管樁施沉→樁頂橫梁安裝→貝雷梁安裝→分配梁安裝→橋面鋼板安裝→防護欄桿安裝。

（2）第一跨棧橋與便道銜接。先進行橋臺施工，橋臺完成后，臺背回填土方并壓實。履帶吊站位在橋臺位置施打第一排鋼管樁，調整切割鋼管樁頂標高至設計標高，然后安裝承重梁和貝雷梁。

（3）鋼管樁加工及運輸。鋼管樁在外直接采購成品，根據鋼管樁的設計長度，按照實際需要的長度在后場進行加工，鋼管樁進場和廠內運輸均采用平板車進行。鋼管樁在進場前應進行質量驗收，檢查鋼管樁所用的鋼材的質量保證書和產品合格證，采用卡尺檢查鋼管樁的壁厚、直徑等尺寸。鋼管樁接長的施工，采用補強對焊連接，每根鋼管樁在對接滿焊后，在周圍的焊縫處在焊接連接鋼板，加大連接處的鋼管樁強度。

鋼管樁的堆存不得超過2層，超過2層以上，需要采用鋼材或者其他的定位架進行固定，避免鋼管樁滑落。鋼管樁在起吊的過程中吊點位于鋼管樁梁端1/4位置，采用多點起吊的方式，不得吊裝鋼管樁的兩頭，避免鋼管樁發生彎曲變形。

（4）鋼管樁插打施工。整體采用釣魚法進行鋼棧橋的立柱施打，在已經安裝固定焊接完成的第N跨棧橋上，用履帶吊吊裝施打第N+1跨的鋼管樁，每一跨鋼管樁立柱施打完成后，焊接平聯，安裝主梁，吊裝貝雷片，鋪設分配梁，安裝完成上部結構后，履帶吊移動至N+1跨站位，施打N+2跨的鋼管樁立柱。本項目采用的DZ90的振動錘進行施打，鋼管樁施打過程中采用全站儀進行樁基位置放樣和偏位檢查。鋼管樁的施打以最終入土的貫入度為控制指標，以樁頂標高作為校核進行檢驗，施打停止的標注為連續施打鋼管樁90 s，若鋼管樁標高變化小于10 mm，就可以滿足停錘的標準，而且需要再繼續施打5 min左右，使鋼管樁的平均貫入度小于控制貫入度，施打過程中嚴格控制樁頂標高。

（5）鋼管平聯及牛腿施工。單排的鋼管樁施打完成后，進行棧橋的平聯、斜撐安裝焊接，斜撐和平聯采用槽鋼進行連接成為一個整體，因為施打過程中鋼管樁的位置存在一定的偏差，所以平聯和斜撐的下料長度根據實測的長度確定。平聯和斜撐的作用是用于保證每排鋼管樁的穩定性，所以這些連接機構的焊接需要進行焊縫檢測，保證焊接質量滿足規范要求，保證棧橋的整體問題性，棧橋可以每隔3跨或者5跨設置一道抗推墩，抗推墩的前后也要采用型鋼進行連接。各個結構焊接之前需要清理表面的銹蝕部分和雜物，保持表面干燥。鋼管的平聯和牛腿施工放樣及焊接中，因為立柱偏位，造成的相關位置無法焊接或者無法銜接的位置，應進行補強措施加固。

（6）安裝樁頂橫梁。棧橋的主梁采用雙屏的I56a工字鋼，這個橫梁可以提前在岸上加工完成，然后通過平板運輸車運輸到現場，采用履帶吊進行安裝，安裝在立柱樁施打完成以后進行。主橫梁在加工的時候需要注意支點位置應該補強加勁板，加勁板的焊接位置要準確無誤。實際安裝過程中，如果存在主梁與牛腿不能緊密銜接的問題，采用加墊鋼板或者是鋼楔進行調平處理，樁頂橫梁與牛腿之間采用焊接固定。

（7）安裝貝雷梁。貝雷梁是主橫梁上面的傳力結構，沿著棧橋的縱軸線放線布置，貝雷梁的安裝采用履帶吊進行安裝，每一跨的貝雷也是在岸上先進行預拼裝，拼裝完成后采用平板車運輸到施工現場，履帶吊吊裝組合貝雷片至樁頂橫梁，調整好位置，焊接門式限位器，或者采用U型螺栓固定也可以，將貝雷梁與主橫梁進行連接固定，如果由于誤差造成二者不能緊密銜接的時候，同樣也是需要塞墊鋼板進行調平處理，增強貝雷梁橫橋向的穩定性，每組貝雷片中間設置風撐，加強貝雷梁的橫向連接剛度。

（8）安裝橫向分配梁。貝雷片上面按照設計間距鋪設I22a的工字鋼，工字鋼與貝雷梁中間同樣采用U型螺栓進行固定，固定位置位于每個工字鋼的兩端，限制工字鋼的移位。

（9）鋪設橋面系。橋面分配梁鋪設完畢且連接牢固后，在分配梁上按圖紙放出橋面板位置，吊車吊裝，鋼板與分配梁采用點焊連接。

（10）附屬設施安裝。鋼面板安裝完成后，在分配梁上焊接護欄立桿，棧橋外側欄桿立桿采用12 cm×12 cm方鋼管，高度1.2 m，間距約2 m。橫向設置三道橫桿，橫桿采用4 cm×4 cm的方鋼管。護欄采用紅白相間油漆涂刷，每段間隔長度300 mm。

4 注意事項

（1）盡量減少重型機械對鋼棧橋碾壓，施工中不得更換超越計算書中的機械設備荷載，機械設備在棧橋上行駛緩慢，減少對鋼棧橋的沖擊；（2）其中設備在棧橋上吊裝作業時，支腿應落在橫梁上方，同時減少在鋼棧橋上對方荷載；（3）根據河流的漂浮物情況，若上游枯木等漂浮物較多，可考慮在沖擊范圍內的鋼管樁上側施打防撞樁進行棧橋保護。

5 結論

中砂特大橋主體結構施工已經結束，實踐表明鋼棧橋的結構設計研究合理，在汛期及施工過程中結構穩定安全，成為橋梁下部結構施工中的重要保障通道，取得了良好的經濟效益，采用鋼棧橋作為橋梁施工中的臨時結構是一種非常適宜的選擇。