超大縱坡連續多跨斜棧橋設計及施工關鍵技術研究

曾延平

摘要 以四川成樂高速公路擴容項目為工程對象，針對施工中特殊條件影響，提出了一種超大縱坡、連續多跨傾斜鋼棧橋作為施工上下連接的臨時通道。超大縱坡連續多跨斜棧橋在施工中相關案例較少，無過多設計及施工經驗，文章對斜棧橋結構設計及施工關鍵技術進行研究，解決了鋼棧橋因為傾斜、連續多跨、跨徑長等因素引起的整體及局部穩定性差等問題，提出了在橋臺底部支撐及棧橋頂部與已有橋梁連接構造措施等方式解決穩定問題，并對該類型棧橋施工關鍵技術進行了闡述，總結了棧橋搭設、連接、拆除施工工藝及施工技術要點，為類似工程提供了借鑒參考意義。

關鍵詞 棧橋；超大縱坡；連續多跨；施工工藝；關鍵技術

中圖分類號 U448.18文獻標識碼 B文章編號 2096-8949（2024）12-0094-03

0 引言

近年來，隨著公路交通線路網的不斷完善，橋梁建設取得了顯著成就，眾多大跨度的過河、過江大橋陸續建成通車。但是在建設過程中，由于橋梁跨徑的不斷增大，施工難度也越來越高，受地形、地質及其他各種因素影響，臨時結構的設計與應用對施工安全的保證至關重要。鋼棧橋在大跨度跨水、跨江橋梁的施工中承擔著極為重要的角色，為提升施工效率起到了積極作用，也得到了廣泛應用[1-3]。同時為適應不同環境條件，一些特殊形式的棧橋結構被提出，例如可以適應復雜惡劣水文地質條件的超長鋼棧橋[4]、針對大型水利樞紐工程施工的貝雷架式棧橋[5]、重載鋼棧橋及鋼平臺施工技術[6]等。關于棧橋施工應用，有關學者也進行了一系列研究，伍彥斌[7]探究了深水棧橋鋼管樁雙向壓彎的整體穩定性，對棧橋下部結構的定量優化具有指導意義；徐洋洋[8]計算了連續多跨鋼棧橋的承載力，保證了施工安全；鄭雅文[9]針對裝配式鋼棧橋，分析了橋梁在自重以及車輛輪壓荷載作用下不同跨徑、分配梁間距、鋼板厚度結構體系的受力性能，保證了施工安全性。

該工程高架橋與110 kV、220 kV高壓線交叉，導致施工通道斷開，影響下部結構旋挖機鉆桿不能立桿、上部結構施工材料無法上橋等問題。針對此問題，該文提出了一種超大縱坡連續多跨斜棧橋結構并對其開展研究。

1 工程概況

四川成樂高速公路擴容改造項目成都第二繞城高速至青龍場段的土建工程路線長6.46 m。橋梁下部為柱式墩或薄壁墩，上部為預應力混凝土現澆連續箱梁。高壓線影響了互通匝道橋施工，針對后續高架橋無上橋通道，嚴重影響施工進度，擬選取在A、B匝道中修筑斜棧橋通往已施工現澆箱。

2 斜棧橋設計

2.1 棧橋組成

棧橋長度達117 m，設置從低到高0號～12號墩，如圖1所示。從A匝道底以10%縱坡向上接入主線現澆梁，高差約為11.75 m，平面上與主線呈53 °夾角相交。

棧橋上部結構由貝雷梁拼裝而成，采用4片（2組）貝雷梁結構形式，其上鋪設橫、縱分配型鋼及橋面板。其中橫向分配梁間距取75 cm，主梁采用雙工字鋼，棧橋下部為鋼管柱，結構布置形式如圖2所示，主要構件規格如表1所示。

2.2 棧橋結構計算

（1）計算參數。根據施工情況，主要以混凝土罐車（12 m3）滿載運輸及結構自重作為主要荷載來源。荷載組合工況為：1.3×恒載+1.5×罐車荷載。

（2）計算結果。該次計算采用Midas Civil有限元軟件，內力計算結果與極限值的對比如圖3所示。由圖3可知，結構中各構件內力滿足設計要求，均小于規范要求的限制，可以用于施工。

3 斜棧橋施工工藝

3.1 安裝流程

棧橋搭設之前，首先開挖橋臺及鋼管立柱基礎，基礎形式為C30混凝土條形基礎；然后依次安裝焊接鋼管立柱、樁頂橫梁、貝雷梁，并采用連接措施將各構件進行連接；再鋪設縱向分配梁和橋面鋼板形成橋面；最后在橋面安裝附屬設施保證車輛能夠上橋，包括護欄、護輪坎以及標識語等。

3.2 主要構件之間連接

（1）鋼管立柱間縱橋方向上通過平聯連接，連接位置為頂托鋼板下50 cm處。由于該棧橋結構跨徑較大，上橋處具有車輛沖擊荷載，因此在上橋最后兩跨內縱橋向再各增加1道鋼管斜撐，以提升結構穩定性。

（2）貝雷梁通過型鋼限位器固定于樁頂主梁上。

（3）組間貝雷梁采用8型鋼形成剪刀撐連接成整體；相鄰貝雷梁之間采用連接銷連接；貝雷梁與上部橫向分配梁，采用U形螺栓（騎馬卡）固定。

（4）縱橫向分配梁之間、縱向分配梁與橋面板之間采用焊接的方式進行連接。

3.3 穩定性保證措施

由于該棧橋結構形式具有超大縱坡、連續多跨等特點，棧橋在豎向荷載及車輛制動力作用下將同時產生水平作用分力，整體結構有向下滑移的趨勢，穩定性較差。針對該斜棧橋結構，在棧橋首尾分別與橋臺、已有橋梁結構建立有效連接，以此保證結構的整體穩定性[10]。

3.3.1 底部橋臺連接構造

在斜棧橋底部橋臺臺背處，在墻背與貝雷梁主梁端部預留有一定間隙，如圖4所示，采用一定厚度橡膠填塞，該措施的運用滿足了超大縱坡連續多跨棧橋在溫度變化、受力作用下的縱向變形需要，同時在車輛上橋時，還對車輛沖擊荷載有一定的減弱作用。

3.3.2 已有橋梁處連接構造

傾斜棧橋高處上橋后，在棧橋邊緣設置槽鋼進行加固，受力于棧橋末端墩柱上，棧橋貝雷梁端頭通過銷軸連接雙拼型鋼主梁，如圖5所示。棧橋與橋梁通過工字鋼連接固定，并在橋梁上設置預埋φ20鋼筋的加固工字鋼，通過受拉承受一部分水平分力，消除了結構因為傾斜導致水平荷載的不利影響，提升了整體結構的穩定性，實現了與主線橋的接入。

3.4 施工工藝

3.4.1 測量

利用全站儀、水準儀等多種測量控制技術、控制方法，對鋼管樁、橋臺等構件進行安裝定位控制，控制棧橋施工全過程標高。各種測量方法相互補充、校核保證了測量的準確性，提升了施工質量。

3.4.2 橋臺施工

橋臺臺背填料選用內摩擦角大的透水性材料，如砂卵石和級配良好的碎石。采用壓路機進行分層壓實，松鋪厚度為20 cm；對于靠近橋臺處，壓路機無法壓實的位置，輔以直立式打夯機進行壓實。回填完成后通過回填土上澆筑便道，接入橋臺臺背。橋臺預埋鋼板坡度應與縱向坡度一致，預埋板長邊平行于縱橋向，埋設平面位置與高程需嚴格控制。

3.4.3 鋼管立柱及平聯施工

鋼管立柱根據基礎預埋鋼板的高程與橋面高程測量好長度進行切割與焊接，鋼管立柱的焊接接長是質量控制的關鍵環節。

鋼管對接處接口采用預作45 °的坡口處理。鋼管樁接頭處必須滿焊，必要時進行多層焊接；焊縫必須飽滿，無焊渣、焊瘤等缺陷；要求熔透焊接，焊縫余高不小于2 mm。鋼管頂設置頂托鋼板與三角加勁板。

鋼管立柱架設、焊接完成后，將主梁放入頂托鋼板，立即點焊固定以防止變位、傾覆，然后對橫梁與鋼管樁的焊接進行連接固定。橫梁下正對工字鋼肋板位置設置三角形加勁肋板，每道橫梁設置16個加勁肋板。

3.4.4 貝雷梁施工

貝雷梁桁架在地面進行拼裝后整體安裝于主梁上。由于棧橋坡度為10%，貝雷梁與工字鋼之間全截面接觸，在工字鋼與鋼管接觸處，增加楔形塊以保證連接緊密。

（1）貝雷梁的拼裝和運輸。單片桁架及各種構配件運輸至現場后，用裝載機轉運并配合進行拼設。每組貝雷長度由跨徑確定。貝雷片拼設應要求銷栓插入到位，保險插銷安裝可靠。支撐架螺栓應擰牢固，不得有松動。

（2）貝雷梁架設、安裝。棧橋上部結構的安裝通過吊裝方式進行，根據已安裝構件定出貝雷架的準確位置；然后將貝雷梁吊起，放在已裝好的貝雷梁后面并與其呈一直線；再將貝雷梁下弦銷孔對準后，插入銷栓；最后抬起貝雷梁后端，插入上弦銷體并設保險插銷。貝雷拼裝應按組進行，貝雷片間用花架連接好。

（3）吊車首先安裝一組貝雷，準確就位后先牢固捆綁在橫梁上，然后焊接限位器；再安裝另一組貝雷，同時與已安裝好的一組貝雷用型鋼進行連接，以此類推完成整跨貝雷梁的安裝。

3.4.5 橋面施工

通過履帶吊依次安裝橫、縱向分配梁，橫向分配梁吊裝到位后用騎馬螺栓固定好。橫向分配梁的支點必須放在貝雷梁豎弦桿或菱形弦桿的支點位置，間距為0.75 m，以滿足受力要求。縱向分配梁按照0.3 m的間距安裝，吊裝到位后與橫向分配梁在接觸位置點焊接成整體，焊縫厚度應滿足設計要求。

橋面板與縱向分配梁接觸角點均需滿焊，焊縫質量應滿足要求，每塊面板間設置2 cm的伸縮縫，避免因溫度變化而引起的橋面翹曲起伏，減少風荷載對橋面系的頂托作用。

3.4.6 拆除

棧橋拆除按照先搭設后拆除、后搭設先拆除的原則，依次拆除橋面附屬設施、橋面板、貝雷梁、主梁、鋼管立柱及橋臺。鋼管樁基礎拆除時，采用振動錘將其拔除。拆除棧橋時，采用一個工作面，從棧橋的終點位置處開始，后退到起點的方式進行拆除，邊拆除，邊利用原棧橋運行材料到指定位置。

3.5 安全及維護措施

為了保證施工過程中棧橋運行的安全性，在棧橋兩側設置欄桿，護欄采用φ48×3.5 mm鋼管。由于該棧橋主要用于混凝土車輛的運輸，并且為傾斜形式布置，應定期檢測棧橋運行維護情況，采用全站儀觀測棧橋基礎、橋身的沉降及位移情況。

4 結語

該文以四川成樂高速公路擴容工程為依托對象，提出了一種超大縱坡連續多跨斜棧橋，在對棧橋結構性能進行論證后，總結了施工工藝及施工流程，結論如下：

（1）經過對超大縱坡連續多跨斜棧橋有限元計算，結構設計滿足要求，整體穩定性良好。

（2）針對該工程特殊施工條件，斜棧橋底部橋臺支撐及與已有橋梁處連接構造措施的運用，解決了棧橋傾斜、連續多跨導致的棧橋受水平力較大、穩定性較差等問題。

（3）施工工藝及施工要點的總結保證了施工安全性，同時斜棧橋合理的設計及應用推動了主線橋的施工，對于類似公路橋梁及棧橋的施工具有一定的借鑒參考意義。

參考文獻

[1]張玉斌， 王云， 徐鐳. 張灣特大橋鋼棧橋設計與施工技術[J]. 建筑結構， 2020（S1）： 1153-1155.

[2]張福群. 北江特大橋鋼棧橋和施工平臺的設計、施工與使用[J]. 四川水泥， 2023（12）： 223-227.

[3]李春宇. 中砂特大橋鋼棧橋設計與施工技術研究[J]. 大眾標準化， 2022（15）： 62-64.

[4]林樹奎. 蘇通長江大橋B1標鋼棧橋設計與施工[C]//中國公路學會橋梁和結構工程分會， 江蘇省蘇通大橋建設指揮部， 中交公路規劃設計院， 江蘇省公路學會. 中國公路學會橋梁和結構工程分會2006年全國橋梁學術會議論文集. 中港二航路橋建設有限公司， 2006：13.

[5]汪良軍. 大型水利樞紐工程施工棧橋設計與施工[J]. 廣西水利水電， 2023（5）： 98-100+122.

[6]盧振有， 曾云峰， 鄧海常， 等. 基于有限元分析的重載鋼棧橋及鋼平臺施工技術研究[J]. 大眾科技， 2023（6）： 20-23.

[7]伍彥斌. 基于ANSYS的深水棧橋鋼管樁壓彎穩定性計算[J]. 湖南交通科技， 2023（4）： 109-113+119.

[8]徐洋洋， 范柯杰， 陳強， 等. 鋼棧橋在古海塘加固工程施工中的應用[J]. 山西建筑， 2023（16）： 142-145.

[9]鄭雅文. 普通型裝配式鋼棧橋力學性能及穩定性分析[D]. 長沙：長沙理工大學， 2022.

[10]鋼結構設計標準： GB 50017—2017[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2017.