大跨度橋梁主墩施工棧橋及平臺設計與施工

李潤成

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

0 引言

在水中墩等結構的施工過程中，為使得人員、運輸材料車輛、機械設備、吊車通行及吊裝作業能夠順利地達到位于水中施工點并且開展施工作業，施工棧橋及平臺則是必要的基礎設施。為保證基礎、橋墩及上部結構的順利施工，施工棧橋及平臺應該具有足夠的強度、剛度以及耐久性。在此，以某大跨度橋梁水中墩施工棧橋及平臺為例子，介紹施工棧橋及平臺設計、檢算與施工情況。

1 工程概況

某大橋為城際鐵路大跨度特殊結構橋梁，其主墩基礎分別采用12根φ2.8 m的鉆孔灌注樁，樁長為70.0 m，嵌巖深度7.0 m，每個基礎設置一個17.6 m×22.6 m×6.0 m的承臺。橋墩所在處河床面下部主要地層為淤泥及部分粉砂質淤泥，河床平均厚度50.0 m以上，場地內淤泥層質軟、強度不高，中間夾有木質沉船等，地質結構復雜。

該橋主墩施工重難點技術是:棧橋及水上平臺設計和施工技術;樁基礎樁徑大，合理的成孔設備和成孔工藝選擇和優化技術;樁基礎樁深，清孔沉渣厚度達到驗標小于5.0 cm要求的清孔工藝;深孔鉆孔灌注樁鋼筋籠節段精確連接技術。而其中棧橋及水上平臺的合理設計與施工則是整個主墩施工的基本保障。因此，棧橋及平臺應具有足夠強度、剛度以滿足安全使用要求，并盡可能采用型鋼、貝雷梁等成品構件以提高施工速度并可以便于回收利用。

2 棧橋及平臺設計和施工

2.1 棧橋結構及施工方法

在該橋水中部分結構的施工過程中，施工棧橋作為通行施工機械、運輸建筑材料及施工人員通行的臨時通道。

為保證施工期間棧橋能夠滿足各種通行車輛的安全通行要求，棧橋的設計如下:棧橋樁基為φ530×7 mm的鋼管樁，橫向間距4.0 m，縱向間距9.0 m，南北岸施工棧橋長度分別為45 m和81 m。鋼管樁打入淤泥層，在鋼管樁之間加設雙拼Ⅰ32a工字鋼作為上部縱梁的托梁，鋼管樁上面設置單層雙排三組貝雷梁作為縱梁，橫梁布置間距0.8 m的Ⅰ32a工字鋼，橋面板按間距2 cm滿鋪[20a槽鋼。

棧橋結構具體布置如圖1所示。

棧橋的施工方法如下:

首先是鋼管樁的施工，在吊裝船上接長，運輸就位后液壓振動錘沉樁至設計標高。貝雷梁縱梁按設計拼裝好后應用船吊運輸就位安裝到設計位置。之后按設計要求安裝工字鋼橫梁及橋面板槽鋼。最后是護欄、安全標志等的安裝。

2.2 平臺結構及施工

施工平臺結構采用鋼管樁基礎，鋼管直徑630 mm，壁厚10 mm。鋼管樁中心間距根據場地布置需要，分6 m×5.175 m和6 m×6.5 m兩種，因此貝雷梁縱梁的最大跨徑均為6 m，橫梁最大跨徑為6.5 m。鋼管樁上面通過雙拼2Ⅰ40a工字鋼作為托梁鋪設貝雷梁、Ⅰ32a工字鋼橫梁和[20a槽鋼平臺面板，間距設置與棧橋一致。施工平臺鋼管樁之間布置多道縱橫向聯系來保證其穩定。鋼管樁利用液壓振動錘插打入淤泥層。

平臺結構見圖2。

圖1 棧橋結構布置圖

圖2 平臺結構設計圖

平臺施工的工藝流程見圖3。

平臺施工的具體步驟如下:

1)鋼管樁施工。

將吊裝船定位后，鋼管樁起吊后在經緯儀引導下對準設計樁位，保持鋼管樁垂直狀態下，開啟振動錘進行插打鋼管樁。當鋼管樁樁底標高達到設計要求，或樁底進入硬土層或風化巖層時(貫入量小于5 cm/min)方可停止振動。

2)樁頂找平。

沉樁結束后，按照樁頂設計標高找平，氣焊割除高出標高部分，或焊接接長至樁頂標高，使得全部樁頂達到設計標高。

圖3 水上平臺施工工藝流程圖

3)安裝縱橫聯。

按照設計要求，在鋼管樁樁身上焊接Ⅰ20a縱橫聯構件，保證鋼管樁的整體性與穩定性。

4)縱梁等安裝。

首先在樁頂焊接鋼蓋板，并應保證鋼蓋板水平性良好，再將托梁吊裝放置于樁頂的中心位置并調整水平，檢查后與樁頂鋼蓋板焊接;之后按照設計要求，將貝雷梁縱梁吊裝就位后焊接連接。

5)橫梁安裝。

吊裝Ⅰ32a工字鋼橫梁放置于縱梁上，各橫梁按設計要求就位后，焊接連接縱橫梁相交處使得縱橫梁成為整體結構;對于靠近鋼護筒側的橫梁，必須嚴格按設計位置放置，不得侵入鋼護筒凈空。

6)鋪裝分配梁。

吊裝[20a小梁至橫梁上，滿鋪(間距小于2 cm)，將其與橫梁相交部位焊接連接。

3 施工棧橋及平臺結構設計檢算

3.1 棧橋結構設計檢算

1)檢算的基本參數取值。

混凝土罐車總重約為30 t，按汽車—20級取值，汽車前軸重力為60 kN，中后軸為120 kN+120 kN，軸距為 4 m+1.4 m，輪距為1.8 m，中后輪著地尺寸0.6 m×0.2 m。汽車的沖擊系數按照1.1取值，水流速度按照2.5 m/s取值，并考慮人群荷載:3.5 kN/m2。

2)橋面板等構件的檢算。

對橋面板、橫梁、托梁構件進行應力檢算。對于[20a槽鋼橋面板進行檢算，按跨度0.8 m的簡支梁計算最大彎矩和最大剪力。對于橫梁(Ⅰ32a)，按0.6 m寬線荷載作用在2.0 m寬的橫梁上作為最不利受力工況，按2.0 m的等跨連續梁計算最大彎矩和最大剪力。按4.0 m跨簡支梁計算托梁的最大彎矩和最大剪力，縱梁對下部托梁的最大支點反力由縱梁的最大剪力計算結果可得。

各構件的內力計算后分別進行彎曲正應力及剪應力的檢算，檢算結果見表1。

表1 各構件的應力檢算結果 MPa

3)縱梁(貝雷片)的承載力檢算。

考慮車的沖擊系數，則車輪處集中力分別為33 kN，66 kN，66 kN。并考慮Ⅰ32a型鋼、鋼橋面板、貝雷梁的自重荷載，按最不利位置分別計算最大彎矩和最大剪力，計算模型及結果如圖4所示。根據計算結果可知，小于304 410 N·m，滿足，小于104 607 N，滿足。

圖4 縱梁計算模型及結果

4)鋼管樁驗算(φ530×7 mm)。

對鋼管樁基設計承載力計算、鋼管頂局部應力驗算、鋼管樁入巖深度驗算，并且進行了貝雷梁承受水流壓力作用后自身強度計算。驗算結果表明各項指標均符合規范要求。此外，還進行考慮流水作用下的穩定性驗算，包括單樁的穩定性驗算、整體穩定性驗算。驗算結果表明棧橋鋼管樁具有良好的單樁及整體穩定性。

3.2 平臺設計檢算

平臺上主要有沖擊鉆機、吊車等施工機械，現取跨徑6.0 m，寬5.175 m的橋面寬進行計算，根據橋面寬放一臺25 t吊車為最大荷載。針對施工平臺進行詳細的設計檢算，具體計算方法同棧橋，針對各類構件進行應力與變形檢算，并進行結構穩定性的驗算。驗算結果表明平臺設計滿足強度及穩定性要求。

4 施工棧橋及平臺的實際使用情況

在該橋梁后續橋墩基礎及橋墩的施工過程中，施工棧橋承載混凝土罐車的通行、吊車通行及吊裝作業、車輛運輸材料、機械設備及人員上下班通行的任務。在為期近2年的施工過程中，施工棧橋及平臺具有足夠的承載能力與抗變形能力，使用情況良好，有效支撐該橋順利施工。在拆除后大部分結構鋼材可以回收利用。

5 結語

以某大橋的水中基礎及主墩的施工棧橋及平臺為例，介紹施工棧橋及施工平臺的設計。棧橋采用鋼管樁基礎，其上設工字鋼托梁、貝雷梁縱梁，工字鋼橫梁、滿鋪[20a槽鋼橋面板。平臺結構同樣采用鋼管樁基礎，鋼管樁間設多道縱橫梁，鋼管樁上面通過雙拼工字鋼作為托梁鋪設貝雷梁、工字鋼橫梁和[20a槽鋼平臺面板，間距設置與棧橋一致。介紹了施工棧橋及平臺的詳細施工工序，并對棧橋及平臺的結構安全性作詳細的檢算，檢算結果表明結構強度與穩定性均能夠滿足使用要求。實踐證明該棧橋在整個施工過程中使用良好。

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