水上鋼平臺(tái)及鋼便橋的設(shè)計(jì)與施工

◎ 廣東省建筑工程機(jī)械施工有限公司 劉熱強(qiáng)

1.工程概況

睦洲大橋?qū)儆谛轮幸患?jí)公路三睦合同段中的第二合同段，大橋全長(zhǎng)702.36米，橋梁范圍起止里程樁號(hào)為K5+719.74～K6+422.1，整橋均為直線段范圍。睦洲大橋分左右兩幅，左右兩幅橋面寬均為12.25米，中間間隔0.5米。睦洲大橋除15、16、27、28號(hào)墩的樁基礎(chǔ)位于睦洲河道內(nèi)，其余均為陸上樁基礎(chǔ)。

跨過(guò)的睦洲河水位高程變化范圍為：2.5～3.2，水深約3～4米，受潮汐影響較小；睦洲河屬內(nèi)陸河，且河道淺窄，水面最大寬度在60～100米之間，水深約為3米，故平時(shí)無(wú)大船通行，僅一些農(nóng)用小船偶爾通行。本地航道局定性睦洲河為4級(jí)航道。

2.施工平面布置

如下圖1所示，睦洲河及其支流將橋區(qū)分割成三部分，中間形成一個(gè)類(lèi)似三角形小島，東岸鋼便橋主要目的是連通因支流隔斷的東岸及小島，形成施工便道。其長(zhǎng)度范圍為27#～29#之間。

睦洲河主河道因通航需要，不允許整個(gè)河面設(shè)置鋼便橋，故西岸鋼便橋設(shè)置長(zhǎng)度僅在14#～15#墩之間，15#～16#墩間約有50米寬河面為施工期間航道。

鋼平臺(tái)在15#、28#墩處設(shè)置；16#、27#墩因靠近河堤，可采用鋼圍堰內(nèi)填土方式施工。

3.鋼平臺(tái)及鋼便橋設(shè)計(jì)方案

睦洲大橋鋼便橋共2部分，一處設(shè)于睦洲河分支河面（29#→27#墩之間），為東岸鋼便橋；另一處設(shè)置在主河道濕地上（14#→15#墩之間），可稱(chēng)為西岸鋼便橋。鋼便橋橋面寬為6米。

鋼平臺(tái)共2處，分別在28#墩和15#墩設(shè)置。考慮一臺(tái)樁機(jī)在平臺(tái)上施工，平臺(tái)尺寸為25米×8米。

3.1 東岸鋼便橋及鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

睦洲河道在大橋施工區(qū)域分主河道及支流，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)交通情況，從K6+640平交路口往小里程方向填筑施工便道到達(dá)睦洲河分支(29#墩)河堤，然后在距左幅橋梁滴水線外6米處作為鋼便橋的中心線，搭設(shè)長(zhǎng)度約為36米橫跨整個(gè)分支河道的鋼便橋（29#墩→27#墩之間）。搭設(shè)完分支河面的鋼便橋后，再填筑便道至主河道河堤處（27#墩→16#墩），進(jìn)行16#墩鋼圍堰打設(shè)及填筑。

28#墩鋼平臺(tái)的搭設(shè)可在26#～17#墩之間便道施工完畢后再擇時(shí)搭設(shè)，以利各工序順利銜接。因鋼便橋在28#墩左側(cè)設(shè)置，故搭設(shè)時(shí)可從鋼便橋處開(kāi)始向右側(cè)搭設(shè)。鋼便橋與鋼平臺(tái)間設(shè)置1cm寬斷縫，橋面與平臺(tái)面同一水平面。

3.2 西岸鋼便橋及鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

西岸鋼便橋搭設(shè)需打通九子沙（K5+250～K5+400）山頭才能進(jìn)入場(chǎng)地進(jìn)行施工，故西岸鋼便橋只能待山頭便道開(kāi)通后才能進(jìn)行。

西岸鋼便橋從河堤處（14#墩）開(kāi)始向15#墩方向搭設(shè)，便橋中線與道路中線重合，長(zhǎng)度約為36米。

鋼便橋搭設(shè)完畢即開(kāi)始15#墩鋼平臺(tái)搭設(shè)。鋼便橋與鋼平臺(tái)間設(shè)置1cm寬斷縫，橋面與平臺(tái)面同一水平面。

圖1 睦洲河鋼平臺(tái)及鋼便橋平面布置

圖2 鋼平臺(tái)搭設(shè)平面、側(cè)立面及大樣圖

4.鋼平臺(tái)、鋼便橋施工方案及施工

4.1 鋼平臺(tái)施工方案

鋼平臺(tái)上考慮一臺(tái)樁機(jī)施工，擬設(shè)計(jì)尺寸為8×25米。平臺(tái)緊靠鋼便橋搭設(shè)。鋼平臺(tái)自上至下結(jié)構(gòu)分別為：橋面鋪10mm厚鋼板，橋面下為縱平臺(tái)方向I32B工字鋼，間距50cm，縱梁下為并排雙I32B工字鋼橫梁，橫梁置于鋼管樁頂開(kāi)口處，鋼管樁在樁機(jī)位8米范圍間距為3.5米，在輔助平臺(tái)位置間距為4.5米。鋼管樁直徑φ50cm，由8mm厚的A3鋼板卷制而成，鋼平臺(tái)具體搭設(shè)平面布置圖、側(cè)立面圖、大樣圖見(jiàn)下圖2。

4.2 鋼便橋施工方案

鋼便橋搭設(shè)寬度擬為6米，由河堤向水中樁方向搭設(shè)，鋼平臺(tái)寬度擬為8米，長(zhǎng)度為25米，與鋼便橋相接。考慮豐水期影響，睦洲大橋河涌最高水位為3.3米左右，鋼便橋的樁頂工字鋼底標(biāo)高須在3.8以上。睦洲河水位高程變化范圍為：2.5～3.2，水深約3～4米，受潮汐影響較小。采用Ф50cm鋼管(壁厚8mm)樁間距為5m，順橋向布設(shè)3排鋼管樁。鋼管樁上部固定在上部工字鋼梁上。橋面結(jié)構(gòu)鋼梁橫橋向設(shè)兩排，縱向用I25b字鋼做主梁，橫向用I25b工字鋼做次梁，間距0.8m。鋼便橋自下而上結(jié)構(gòu)依次為：Φ50cm（壁厚0.8cm）鋼管樁→雙I25b工字鋼下橫梁→貝雷片縱梁→I25b工字鋼上橫梁→[25b槽鋼。鋼便橋搭設(shè)平面、側(cè)立面圖、斷面及施工圖詳見(jiàn)下圖3、圖4、圖5。

圖3 鋼便橋搭設(shè)平面及側(cè)立面圖

圖4 鋼便橋搭設(shè)斷面圖

圖5 鋼便橋搭設(shè)施工圖

4.3 鋼平臺(tái)及鋼便橋搭設(shè)

4.3.1 鋼管樁運(yùn)輸、堆放

由專(zhuān)業(yè)廠家加工的9米長(zhǎng)的Φ50cm的鋼管樁，用平板車(chē)運(yùn)至工地即可，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度組織分批運(yùn)送至工地。鋼管樁運(yùn)輸過(guò)程堆放按沉樁順序可采用多層疊放，各層墊木位于同一垂直面上，管樁的疊放層數(shù)不宜超過(guò)三層，以保證安全。鋼管樁起吊、運(yùn)輸和堆存過(guò)程中須避免因碰撞等原因而造成管身變形的損傷。注意在鋼管樁沉放前再次檢查管節(jié)焊縫。

4.3.2 鋼管樁沉放

沉放前先計(jì)算出每條鋼管樁的坐標(biāo)，在兩岸大堤上針對(duì)各樁分別布置一條基線，基線上的每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)用全站儀精確測(cè)量其坐標(biāo)位置，并用水準(zhǔn)儀測(cè)出其高程；然后計(jì)算出每一根樁上觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)及交會(huì)角，并匯總成表供觀測(cè)沉樁使用。沉放時(shí)在正面布置一臺(tái)全站儀觀測(cè)定位，側(cè)面設(shè)置兩臺(tái)經(jīng)緯儀校核。

鋼管樁沉放使用DZ60振動(dòng)錘，能提供額定振動(dòng)力為60t，可以滿(mǎn)足本工程的要求。起吊設(shè)備采用25t汽車(chē)吊。鋼管樁定位后，先期依靠鋼管樁重力插入淤泥層中，待樁身有一定穩(wěn)定性后，再利用汽車(chē)吊吊上振動(dòng)沉樁機(jī)夾住鋼管樁，開(kāi)動(dòng)振動(dòng)沉樁機(jī)振動(dòng)下沉鋼管樁到位。鋼管樁逐排沉放，一排樁沉放完成后則開(kāi)始鋪設(shè)I25b橫梁。

鋼管樁沉放應(yīng)注意：振動(dòng)錘中心和樁中心軸應(yīng)盡量保持在同一直線上；每一根樁的下沉應(yīng)連續(xù)，不可中途停頓過(guò)久，以免土的摩阻力恢復(fù)，繼續(xù)下沉困難。沉放過(guò)程加強(qiáng)觀測(cè)，鋼管樁偏位不得大于10厘米，垂直度不得大于1%。

鋼管樁的打設(shè)由振動(dòng)錘的最終貫入度控制，最后一分鐘連續(xù)振動(dòng)鋼管樁的貫入度不大于5mm即可滿(mǎn)足荷載要求。

鋼管樁按設(shè)計(jì)要求沉入后，對(duì)上部超出部分予以切除，不夠長(zhǎng)的則給予接長(zhǎng)，接樁采用焊接，要求滿(mǎn)焊，焊縫符合鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范要求。鋼管樁自由長(zhǎng)度若大于4米，則必須設(shè)置剪刀撐。

4.3.3 樁頂下橫梁安裝

鋼管樁沉放完畢后，開(kāi)始進(jìn)行樁頂鋼橫梁安裝。各鋼管樁在順?biāo)飨驕y(cè)定標(biāo)高位置處開(kāi)口，將樁頂割成“凹”狀，同一排的3根鋼管樁凹槽必須在同一直線上，以利契入樁頂橫梁；鋼橫梁工字鋼下底與樁頂焊接。樁頂凹槽開(kāi)口下方用鋼板補(bǔ)強(qiáng)，以免開(kāi)口撕裂。

4.3.4 鋼便橋縱向貝雷梁拼裝及鋼平臺(tái)安裝

鋼便橋貝雷梁的定位需測(cè)量確定，以保證便橋軸線不偏移，拼裝貝雷梁時(shí)，應(yīng)檢查貝雷片陰陽(yáng)頭的連接銷(xiāo)是否擰緊，連接牢固，保證貝雷片的力學(xué)性能。采用U形卡扣將工字鋼下橫梁與貝雷片連接成整體，以保證貝雷梁的穩(wěn)定性。貝雷片縱梁安裝到位后，橫向、豎向均焊定位擋塊及壓板，將其固定在I25B工字鋼下橫梁上。貝雷縱梁拼裝完畢后，在其橫向上鋪I25B工字鋼上橫梁，工字鋼上橫梁全部與貝雷片縱梁焊接，以固定縱橫梁并加強(qiáng)棧橋的整體性。

樁頂下橫梁安裝完畢一排后，則開(kāi)始安裝縱梁，焊接固定在I32B工字鋼下橫梁上，與下橫梁形成穩(wěn)定的水平“井”字架。

4.3.5 橋面附屬結(jié)構(gòu)施工

橋面板采用[25b槽鋼，與貝雷梁上的I25b上橫梁焊接固定。橋面寬為6米。便橋兩邊設(shè)置護(hù)欄，護(hù)欄立柱采用Φ50×3.5mm鋼管焊接于橋面板槽鋼上，立柱間距1.5米，高為1.3米，護(hù)欄橫桿采用Φ16鋼筋焊接于鋼管立柱上，設(shè)置3根，間距為50cm，離地高度30cm。護(hù)欄統(tǒng)一用紅白油漆涂刷，交替布置，達(dá)到簡(jiǎn)潔美觀及醒目警示作用。鋼便橋兩邊懸掛夜間航行警示燈，并設(shè)置路燈，考慮照明效果，在便橋橋頭各設(shè)置一個(gè)路燈即可滿(mǎn)足要求。便橋橋頭位置安放一集裝箱，安排專(zhuān)人看守鋼便橋，以免閑雜人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

4.3.6 橋面附屬結(jié)構(gòu)施工

平臺(tái)面板采用10厚A3鋼板，鋼板點(diǎn)焊于縱梁I32B上。平臺(tái)四周均設(shè)置護(hù)欄，護(hù)欄立柱采用Φ50×3.5mm鋼管焊接于橋面板槽鋼上，立柱間距1.5米，高為1.3米，護(hù)欄橫桿采用Φ16鋼筋焊接于鋼管立柱上，設(shè)置3根，間距為50cm，離地高度30cm。護(hù)欄統(tǒng)一用紅白油漆涂刷，交替布置，達(dá)到簡(jiǎn)潔美觀及醒目警示作用，以防施工人員跌落平臺(tái)。

5.受力驗(yàn)算

對(duì)于受力狀況，按簡(jiǎn)支梁驗(yàn)算；對(duì)于貝雷縱梁及跨徑的選用參考《公路施工手冊(cè)(橋涵分冊(cè)(下)》，驗(yàn)算略。對(duì)于單樁允許承載力，則按《公路橋涵施工手冊(cè)》沉樁動(dòng)力公式進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)墩位三根鋼管樁作為棧橋的承重基礎(chǔ)，按照摩擦樁計(jì)算。鋼管樁間距2.5m，φ50cm，由8mm厚的A3鋼板卷制而成。根據(jù)睦洲大橋原位地勘資料，對(duì)比27～29#墩地層資料，在40米長(zhǎng)度范圍變化不大，因27#墩處淤泥最厚，且粉質(zhì)粘土最薄，故在計(jì)算時(shí)取27#墩作最不利地質(zhì)計(jì)算。鋼管樁樁頂標(biāo)高受橋面標(biāo)高控制，統(tǒng)一為2.2米，樁底統(tǒng)一進(jìn)入細(xì)砂層20cm，故所有樁長(zhǎng)按21.52米配樁。《公路橋涵施工手冊(cè)》沉樁動(dòng)力公式為：[P]=1/m×{-nA/2+[(nA/2)2+nAE/e.(Q+k2q)/(Q+kq)]1/2}(1)

荷載計(jì)算：

55t汽車(chē)最不利作用在每根鋼管樁上的荷載：P=（550+12×0.2747×17+0.3808×6×17+1×12×6+0.3808×6×4）/3=218KN，φ0.5m鋼管樁自身荷載（樁長(zhǎng)21.52m）：20.8KN；考慮系數(shù)1.2（上面計(jì)算時(shí)已經(jīng)考慮系數(shù)1.3，這里不計(jì)鋼管樁水中部分浮力）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算單樁豎向承載力∶[P]=1/2[UΣαiliti+αAδR]，所取參數(shù)均取最不利情況。打入樁底處土為細(xì)砂層，取其極限承載力σR=1000Kpa(考慮最不利狀態(tài)，液限＞1)，打入土層取粉質(zhì)粘土（軟塑），極限摩阻力τi=15KPa，φ0.5m鋼管樁承受荷載力P=（218+20.8）=238.8KN，設(shè)計(jì)按照300KN考慮。27#墩棧橋管樁如上面地層圖所示，入淤泥土層厚度為8.8m，粉質(zhì)粘土（按上表軟塑層側(cè)向摩阻力取值15KPa）12米，則鋼管樁單樁摩擦樁承載力為∶

[P]=1/2[UΣαiliti+αAδR]=0.5×(3.14×0.5×1.0×8.8×10+3.14×0.5×1.0×12×15+3.14×0.5×1.0×0.2×30+1.0×3.14×0.252×1000）=313.2KN＞300KN,滿(mǎn)足要求。

6.荷載試驗(yàn)

鋼便橋及鋼平臺(tái)搭建完成后，首先應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載性試驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方能正式投入使用。本項(xiàng)目鋼便橋及鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)荷載為55T汽車(chē)掛，按照《裝配式公路鋼橋制造》JTT 728-2008第6.12條測(cè)試規(guī)定，采用公路2級(jí)荷載加載，鋼橋設(shè)計(jì)荷載大于規(guī)范要求的測(cè)試荷載，故按設(shè)計(jì)荷載的55T的120%進(jìn)行試驗(yàn)荷載，經(jīng)檢驗(yàn)其承載力、撓度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

7.施工階段及運(yùn)營(yíng)階段安全措施

7.1 施工階段安全措施

水上施工的人員防護(hù)，進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須戴好安全帽和其它個(gè)人勞動(dòng)保護(hù)用品，另配備好救生圈及救生衣；因現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械種類(lèi)較多，應(yīng)防止各類(lèi)機(jī)械傷害事故發(fā)生；現(xiàn)場(chǎng)氧氣瓶、乙炔瓶放置時(shí)不得露天暴曬，必須遮蓋，同時(shí)保證兩者間距不小于5米的安全距離。

未經(jīng)允許嚴(yán)禁與施工無(wú)關(guān)的人員到便橋上參觀、游玩；平臺(tái)施工開(kāi)始時(shí)即設(shè)置航標(biāo)，懸掛夜間紅燈示警等通航導(dǎo)向標(biāo)志，并打設(shè)鋼管樁防撞墩，以策安全。

7.2 運(yùn)營(yíng)階段安全措施

便橋施工完成后，在鋼便橋的通航孔懸掛霓虹燈，在夜間開(kāi)啟，提醒過(guò)往船只；

在便橋上下游各400m左右位置處設(shè)置告示牌，“前方施工請(qǐng)過(guò)往船只減速慢行，注意安全”及便橋限高標(biāo)牌等提醒過(guò)往船只減速慢行，并設(shè)置航標(biāo)；在鋼便橋通航孔上懸掛限高標(biāo)志牌；便橋使用期間安排專(zhuān)職人員指揮過(guò)往船只，提醒船只減速慢行、嚴(yán)禁施工區(qū)域會(huì)船、超船；便橋建成投入使用后，將定期對(duì)便橋進(jìn)行檢查、維修，重點(diǎn)觀測(cè)橋梁基礎(chǔ)沉降，及時(shí)對(duì)便橋進(jìn)行加固整修，以保證便橋的使用安全；在鋼便橋及鋼平臺(tái)處每隔30米放置一個(gè)救生圈，總數(shù)量不少于3個(gè)，以備不時(shí)之需。

棧橋上單向通行車(chē)輛間距不得小于6米，車(chē)速不得大于8KM/h。

8.環(huán)保措施

①施工前項(xiàng)目部組建環(huán)境保護(hù)小組，設(shè)專(zhuān)職負(fù)責(zé)人。

②對(duì)所有參建員工進(jìn)行教育，提高保護(hù)意識(shí)，把學(xué)習(xí)和教育貫穿到工程施工的始終，使所有員工明確環(huán)境保護(hù)的重要性。

③做好便橋搭設(shè)及使用過(guò)程中雜物、垃圾的處理措施，集中將雜物、垃圾打堆運(yùn)至岸上，確保雜物、垃圾 不拋入航道中。

④項(xiàng)目部定期派專(zhuān)人清理便橋上雜物、垃圾。

⑤項(xiàng)目部環(huán)境保護(hù)小組定期開(kāi)展環(huán)保檢查，及時(shí)處理破壞環(huán)境的行為。

8.結(jié)語(yǔ)

新中一級(jí)公路睦洲河鋼平臺(tái)及鋼便橋在使用階段的定期水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果及實(shí)際使用情況表明，墩臺(tái)的沉降量非常小，現(xiàn)場(chǎng)施工車(chē)輛都能安全通過(guò)。這證明該設(shè)計(jì)方案是成功的，可為類(lèi)似工程提供借鑒。