小半徑曲線鋼棧橋及鉆孔平臺施工關鍵技術

彭哲 肖南

摘?要：三峽樞紐白洋港疏港鐵路工程中，與既有碼頭相接的四清閘大橋為小半徑曲線橋梁，施工區域存在人工拋石，如采用直線棧橋覆蓋其整個曲線范圍，勢必造成棧橋面積增大，材料成本增加等不利因素。在此背景下，施工過程中設計了一種小曲線半徑鋼結構簡支棧橋結構，擬合了四清閘大橋的線性，同時采用抓斗船清理拋石的方法，保障了棧橋及鉆孔平臺管樁基礎成功實施。此類型棧橋設計施工可為類似橋梁提供借鑒和參考。

關鍵詞：小半徑曲線；鋼棧橋；拋石；關鍵技術

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.05.096

1?工程概況

1.1?項目概況

四清閘鐵路大橋為三峽樞紐白洋港疏港鐵路跨越四清閘口段長江、順接既有白洋港一期碼頭棧橋而設，橋址位于長江岸邊，地貌單元為長江主堤、子堤及主河槽，地形有起伏，地標高32～52m，地形相對高差較大，設計最高水位為+48.48m（長江白洋港段H1/100洪水位），設計最低水位為+35.99m。橋梁位于鐵路線路平面R=250m的曲線上，線路縱坡-196‰、0‰。

橋梁里賣弄布置圖如圖1所示。

1.2?地質、水文情況

四清閘大橋跨越四清閘明渠排水溝，明渠水位受長江水位影響較大，橋梁順接白洋港一期碼頭，未跨越通航孔，無通航需求。通過查閱歷年水文資料可知四清閘大橋位處歷年最低水位（由宜昌站水位-1.5米）為當年12月～次年2月，最低水位約為+360m，最高水位為6～8月，最高水位為+45.6m。

四清閘大橋水域橋址區表層分布有人工拋石、第四系全新統沖洪積（Q?al+pl）粉土、粉細砂、卵石和第四系上更新統沖洪積（Q?al+pl）粉質黏土、粉土、卵石層，下伏基巖為下第三系方家河組（Ef）礫巖、砂巖、泥巖。其中人工拋石采用未風化和無裂隙片狀塊石，強度大于40MPa，單塊石頭重量在25-100kg之間，厚度為1.0m，拋石護坡原狀如下圖。

與通常鋼結構棧橋區別在于其每跨貝雷梁為非連續的簡支結構，以解決相關技術中對于水中小半徑曲線橋梁，常規連續結構鋼棧橋無法擬合小半徑曲線的問題。貝雷梁架主體包括貝雷片以及限位裝置，貝雷片通過螺栓、銷軸連接成桁架結構搭設于兩排鋼管立柱之間，通過限位裝置將其鎖定于柱頂分配梁上，使得每跨貝雷梁無法縱向和橫向位移。每跨貝雷梁之間交錯布置，通過線性的擬合橋梁線性。

2?總體施工方案

四清閘大橋采用樁柱式結構，樁基均采用鉆孔灌注樁形式，需要水上施工，為滿足水上施工需求。需搭設鋼棧橋及鉆孔平臺提供水上作業環境。棧橋施工沿橋位布置，距離橋位預留一定的施工距離，棧橋將河道拉通，保證同行順暢。棧橋主要承擔各種材料運輸設備、施工機械設備的通行任務，同時也是水上施工人員上下班的通道及各種電纜管線等的通道。鉆孔平臺在兩橋墩之間沿棧橋橫向引出，滿足樁基鉆孔施工及后續上部結構支架搭設施工。

本工程棧橋及鉆孔平臺采用鋼管樁基礎+貝雷梁+型鋼分配梁的形式，主梁采用貝雷梁交錯布置，每跨均為簡支梁，8mm鋼板，單車道設置（65m寬）。棧橋設防水位：20年一遇設計水位440m，設計水流流速25m/s，20年一遇水流力，棧橋頂面標高+470m。棧橋設計荷載：55t重車，80t履帶吊走行，80t履帶吊正吊、側吊20t，鉆孔平臺設計荷載：CK2000沖擊鉆機工作（整機重15t（含卷揚機），卷揚機拉力8t，沖錘最大重量6t，總重21t，考慮沖擊系數按30t考慮）。

3?鋼棧橋、鉆孔平臺設計

3.1?基礎設計

棧橋樁基采用φ630×8mm和φ820×10mm（與鉆孔平臺共用）兩種鋼管樁，鋼管樁連接系采用φ351×8mm和φ273×8mm鋼管，樁頂分配梁采用雙拼工50a。如圖2所示。

3.2?上部結構設計

鉆孔平臺設置在23～32#墩之間，順橋向長度約112m，橫橋向寬度11.8m，平臺頂標高為+47.0m。鉆孔平臺既作為主墩樁基施工作業平臺，也為后期主梁施工提供支架平臺。平臺上部結構采用貝雷梁、I22a、I10、8mm鋼板面組成，每一跨貝雷梁在鋼管樁頂部分配梁上交錯布置，如圖3所示。為防止車輛行駛時的動荷載使貝雷梁滑移，在貝雷梁的端頭通過縱向橫向限位裝置將其鎖定，限位裝置采用?[10槽鋼焊接組成，通過焊接于樁頂分配梁上，起到限位固定作用，如圖4所示。

3.3?鋼棧橋受力計算

通過建立有限元模型，并選取棧橋和平臺施工時的最不利工況荷載組合對各個結構部件進行驗算、以及整體穩定性驗算，以判斷棧橋結構設計是否合理。棧橋結構計算時考慮棧橋自重、平臺自重與水流力、8級風荷載組合效應，最不利工況為80t履帶吊跨中側吊20t重物，此時分配梁剪應力、貝雷梁各桿件應力值、貝雷梁的撓度、鋼管樁的穩定性均滿足鋼結構設計規范的要求，滿足安全使用的條件。

4?鋼棧橋、鉆孔平臺施工

根據地質情況，首先需對鋼棧橋基礎所在拋石區域進行清理，然后再采用“釣魚法”完成鋼棧橋及鉆孔平臺的安裝施工，采用90t履帶吊作為主要施工機械，吊掛DZ-90震動錘進行插打鋼管樁基礎，鋼管樁施工完成后，按照由下至上的方式逐一拼裝連接系、分配梁、貝雷梁、橋面板等是設施。單跨完成后履帶吊駛入，開始下一跨作業。

4.1?拋石層清理

施工時，利用抓斗船清理施工區域內的拋石。根據施工圖紙及相關資料顯示，施工段最低河床高程為+32.09，施工時五月份水位為+41.00，河床最低標高為+30.0。施工時，采用抓斗船對拋石進行清理，將拋石抓出水面后堆放在駁船上，待駁船達到滿載后，運至岸邊堆放，后期回填時，用挖掘機站位于駁船上，將原拋石按開挖區域進行拋填。

4.2?鋼管樁施工

購置鋼管樁單根最大長度為12m，每根棧橋鋼管樁按照設計長度分節加工，為增強接頭剛度，在后期插打鋼管樁時接頭處不會破壞，鋼管樁在結構處均勻焊接六塊長度為40cm，寬度為10cm的扒板。采用80t履帶吊和DZ-90型振動錘逐跨打樁搭設棧橋，整節鋼管樁須一次性打設到位。鋼管一節段插打完后復測鋼管樁位置及垂直度。若偏差超過容許值則需先調整糾偏，糾偏完成滿足設計要求后繼續后續施工。

4.3?連接系、柱頂分配梁施工

棧橋一個墩位處鋼管樁施工完成后，立即進行該墩鋼管樁間連接系、樁頂分配梁施工。按以下步驟施工：①在鋼管樁上進行連接系的測量放樣。測量組實測樁間連接系長度并在后場下料，同步進行樁頂分配梁的加工。②用吊裝設備懸吊連接系鋼管，到位后電焊工焊接連接系。⑤吊裝設備懸吊分配梁到測量放樣位置后安裝并簡易固定，電焊工按測量放樣位置焊接。

4.4?貝雷片安裝

樁頂貝雷片采用?[10型鋼及10mm鋼板加強，加強結構及布置如下圖5所示。

加強型貝雷梁施工完畢后，須對每件貝雷梁位置做好標注，施工時，將擬安裝的貝雷梁抬起，兩人用木棍穿過節點板將貝雷梁前端抬起，下弦銷孔對準后，插入銷栓，然后再抬起貝雷梁后端，插入上弦銷栓并設保險插銷。貝雷梁拼裝按組進行，每次拼裝一組貝雷梁，每組貝雷梁為對應安裝跨度長，貝雷片間用支撐架連接好，注意加強型貝雷梁的位置及方向。貝雷片安裝完畢后，在樁頂分配梁上部安裝縱向限位件，限位件采用?[10型鋼，與橫梁焊接，焊腳為8mm。

貝雷梁間采用支撐架進行連接，增加其整體穩定性，支撐架連接布置如圖6所示。

4.5?橋面系安裝

棧橋橋面系采用5m*3m半成品鋼橋面板，面板采用花紋鋼板、底部為I10工字鋼，安裝前在貝雷梁頂部鋪設I12工字鋼作為分配梁，分配梁與貝雷梁采用騎馬螺栓固定，騎馬螺栓在橫梁與貝雷梁之間抄墊橡膠墊防止滑移摩擦損壞貝雷梁。安裝時用履帶吊進行鋼橋面板吊裝，單塊橋面板吊裝至分配梁上后，I10工字鋼與I12分配梁交叉點通過焊接固定。每鋪設一跨橋面板即在兩側安裝安全防護欄桿。

5?結論

小半徑曲線鋼棧橋成功應用于三峽樞紐白洋港疏港鐵路工程四清閘大橋施工，針對本橋梁曲線半徑小、跨越大堤拋石區的典型特點。此類鋼棧橋是橋梁基礎及上部結構成功實施的基礎。尤其是采用了交錯布置貝雷梁的結構形式，通過有效的錨固手段，使其結構能夠在保障穩定的條件下與既有橋梁線性擬合，有效節約了成本提高了施工效率，為同類型橋梁施工提供借鑒和參考。

參考文獻

[1?]中鐵武漢勘察設計研究院有限公司.三峽樞紐白洋港疏港鐵路工程可行性研究?[R?].中鐵武漢勘察設計研究院有限公司，2019.

[2?]周全，王文進，曹蕾，等.跨海大橋棧橋施工?[J?].電網與清潔能源，2010，26（08）：8487.

[3?]李春廷.海中鉆孔樁基礎工作平臺的設計與施工?[J?].鐵道建筑，2009，（05）：1719.

[4?]吳曉龍，程海濱.潮汕環線高速水中棧橋及施工平臺設計方法?[J?].公路，2020，65（07）：129134.

[5?]王紅偉.水中鋼棧橋在施工中的運用與探討?[J?]．石家莊鐵道大學學報：自然科學版，2013，（S1）：5153

[6?]李楠.茅嶺江特大橋鋼棧橋設計和施工技術?[J?].中華建設，2017，（04）：147149.