通航條件下棧橋施工設計及運營管理技術

胡松濤 （中鐵四局集團南京分公司，江蘇 南京 210000）

1 概 況

連鹽鐵路為國家沿海鐵路的重要組成部分，建設標準為國鐵Ⅰ級， 雙線電氣化， 設計速度200km/h，管段內鹽河特大橋全長17.785km，跨越鹽河的(72+120+72)m 連續梁主跨連續梁跨鹽河主航道和鹽河支流洪河，采用懸臂現澆施工，通過現場調查，本管段由鹽河向西方向6.8km 范圍內原有跨越鹽河公路橋梁無無法滿足施工重型車輛通行，必須修建跨鹽河鋼棧橋，以滿足施工材料運輸、機械通行任務，按照連鹽鐵路總體施工安排，棧橋使用壽命為3 年。

2 地質情況

范圍內地層為第四系全新統人工堆積黏土，沖積、海積和第四系上更新統沖積黏性土、淤泥、粉土、砂類土等地層。根據工程地質鉆探、地質勘探，跨鹽河處地質斷面圖見圖1。

3 設計原則及主要技術指標

本棧橋跨越的鹽河規劃為三級內河航道，通航凈空要求7.5m×70m，最高通航水位3.43m。 橋位附近鹽河現狀為河面寬約60m，水深約6m。在與當地鹽河航道管理部門溝通后，本次設計的施工棧橋按通航凈空7.5m×30m 控制。

3.1 設計原則

①設計要滿足功能的需要，還要體現合理性、實施性和經濟性，設計荷載及工況選擇既要滿足安全要求，又要經濟合理。

②充分體現“ 臨時棧橋”的特點，采用易于建設施工的模塊化材料構件，運營階段維護管理方便快捷，同時盡量采用可回收的材料。

③棧橋設計取“工作狀態”和“非工作狀態”兩種狀態。“工作狀態”是指在自然條件中不發生影響施工的風、雨、雪、潮、浪等情況，棧橋可以正常使用時的狀態。此時棧橋上存在著大量的施工人員、施工車輛和施工機械。棧橋承受的荷載為自重、施工荷載以及對應的風浪流荷載。“非工作狀態”是指自然條件中發生較大的風、雨、雪、潮、浪等，棧橋封閉時的狀態。此時棧橋上不存在施工人員，但可能會有部分施工機械。由于風荷載大時往往浪、潮也較大，且風對于施工安全的威脅最大，因而以風的強度為指標劃分“工作狀態”和“ 非工作狀態”，經多方論證，確定8 級風時棧橋進入非工作狀態。

3.2 設計主要技術指標

①橋面凈寬：6m；

②縱坡：最大縱坡3%；

③橋梁橫坡：0%；

④行車速度：20km/h，單行道，行車距離控制在20m 以上。

4 荷載確定

根據現場施工安排，主要為施工用后八輪混凝土罐車，計算荷載70t 控制；掛車計算荷載80t，掛車4 個軸重均為200kN，軸距為1.2m+4m+1.2m。

5 棧橋選線設計

按照施工現場的布置條件、棧橋與主橋的相對關系、棧橋跨越鹽河的跨度要求確定平面位置與線形；跨鹽河(72+120+72)m 連續梁于鹽河交角80°，為最大限度保證通航凈空，棧橋主橋設計與鹽河交角90°，一直延伸到岸邊；引橋盡量靠近鐵路主線，以節約臨時用地，根據鋼結構臨時棧橋的施工與安裝特點，引橋與主橋設置曲線轉角，轉向處增設轉彎平臺，以折線代替圓曲線。 具體線路走向見圖2。

6 結構設計

根據線路平面布置規劃，本棧橋設置29 個墩28 跨，全橋孔跨布置為：3+（12+12+12）+（12+12+12+12+11.8）+5.7+（8.8+8.9）+（14.9+33+14.9）+8.7+（11.8+12+12+12+12）+（12+12+12+12+9）+3m，全橋長323.7m。引橋孔跨為1～13 跨、18～28 跨，為“321”型貝雷桁架上承式結構體系，采用單層不加強型貝雷片，橫向布置7 片貝雷片，其間距采用6m×0.9m，基本主跨為12m，貝雷片上方布置I32a 工字鋼橫向分配梁，標準橋面節段橫向分配梁間距為1.3m+1.5m+1.5m+1.3m。為保證引橋園順過渡，在10 號墩、11號墩、17 號墩頂設轉彎平臺。引橋標準橫斷面見圖3。

主橋為14～16 跨，主跨度為33m，15m+33m+15m 一聯，采用雙層四排加強型“321”型貝雷桁架下承式結構，橫向8 片貝雷桁架；主橋標準橫斷面見圖4，立面布置圖見圖5。

全橋橋面系采用縱橫梁體系，橫梁采用橫梁采用I32a 工字鋼，主橋因采用下承式設計， 橫梁需穿過貝雷片并盡量靠近節點位置， 間距為1.067m+0.344m+1.065m+0.524m 布置， 引橋采用上承式設計， 橫梁采用1.3m+1.5m+1.5m+1.3m 布置。根據檢算結果，主橋橋面橫梁采用Q345 鋼，引橋橋面橫梁采用Q235 鋼；縱梁采用I16 工字鋼，間距30cm；橋面板采用15mm 壓紋鋼板，橋面縱梁及鋼板采用Q235 鋼，主橋及引橋的橋面寬均為6m。橋面系構造見圖6、圖7。

每聯之間設雙排墩，其余為單排墩，橫向每排布置3 根鋼管，樁頂設分配梁， 分配梁采用普通熱軋工字鋼，其中13#、16#樁頂分配梁采用雙拼I50a 工字鋼，14#、15#墩樁頂橫向分配梁采用3 根I40a 工字鋼組拼，其余均采用雙拼I40a 工字鋼。

鋼管樁直徑分為φ800mm 及φ630mm，壁厚10mm；鋼管樁所用鋼管，材質為Q235，采用鋼板卷焊。棧橋的橫向在貝雷片之間設置支撐架及底平聯，鋼管立柱之間采用[20a 設置剪刀撐；順橋向每聯的聯端設置雙排樁，并設剪刀撐。

7 主體結構檢算

7.1 橋面系檢算

為考慮橋面板對車輪的荷載擴散作用及各構件變形而引起的相互作用，因此建立空間有限元模型分析橋面系構件在車輪荷載作用下的受力狀態。計算結果見表1。

從表中看出，Q235 材質容許彎曲應力145MPa， 容許剪應力85MPa；Q345 材質容許彎曲應力210MPa，容許剪應力85MPa，縱橫梁體系均滿足要求。

主橋及引橋橋面系計算結果匯總表 表1

7.2 棧橋結構檢算

7.2.1 荷載組合

棧橋運營過程按兩種荷載組合進行計算：①恒載與混凝土罐車荷載組合；②恒載與掛車荷載組合。

7.2.1.1 恒載與混凝土罐車荷載組合

荷載組合工況1：自重+罐車荷載；

荷載組合工況2：自重+罐車荷載+風荷載。

7.2.1.2 恒載與掛車荷載組合

荷載組合工況3：自重+掛車荷載；

荷載組合工況4：自重+掛車荷載+風荷載。

7.2.2 模型假設及計算結果

由于引橋包含6m、9m、12m 三種跨徑，取最大跨徑聯進行計算，因此引橋選取5m×12m 聯作為引橋計算內容。為分析在各個荷載工況下局部桿件受力及最不利偏載狀態下貝雷片的受力狀態，分別建立15m+33m+15m 主橋和5m×12m 引橋的空間有限元模型。 空間有限元模型采用梁單元模擬貝雷梁弦桿、腹桿、支撐架構件，可考慮弦桿局部抗彎及貝雷桿件因節點剛性引起的次應力，鋼管樁頂分配梁及橋面系分配梁采用梁單元模擬，橋面板采用四節點板單元模擬。經貝雷梁組合應力包絡圖、剪應力包絡圖、活載撓度包絡圖、樁頂分配梁組合應力包絡圖、樁頂分配梁剪應力包絡圖分析，主要構件計算結果見表2

上部結構計算匯總表 表2

貝雷桿件容許應力為210MPa， 用于臨時結構可提高1.3倍，即273MPa；貝雷桿件容許剪應力為156MPa。 分配梁工字鋼容許應力為145MPa，容許剪應力為85MPa，通過上表，均滿足要求。

7.3 下部結構計算

本棧橋0#及28#為橋臺，其余基礎采用鋼管樁基礎；通過6.2.2 中建立的模型可以算出主橋、引橋墩頂反力，建立各支墩結構有限元模型，考慮汽車制動力及風力組合，分別計算土層以上構件在組合荷載條件下的組合應力、剪應力及穩定性，結果滿足要求。

8 棧橋施工技術

8.1 棧橋施工工藝流程

鋼管樁運輸到位→振動錘與鋼管樁連接→履帶吊吊鋼管樁就位→測量定位→振動下沉鋼管樁→便橋下橫梁安裝→鋼管樁連接→貝雷梁安裝→縱、 橫分配梁安裝→貝雷梁斜撐安裝→橋面板鋪裝→欄桿、照明等附屬結構安裝→警戒、安全設備安設。

8.2 鋼管樁加工及運輸

鋼管樁在加工場地按圖紙加工成型，在施沉過程中盡量不進行管節接長，鋼管樁在加工場加工時應保證直縫錯位。成品進場時， 生產廠家必須提供卷制鋼管樁所用鋼材的產品合格證、質量保證書以及鋼管樁的出廠產品合格證，鋼管樁加工好后由平板車運輸至施工現場。

8.3 鋼管樁插打施工

鋼管樁基采取“釣魚法”進行鋼管樁施工，即在已經修筑好鋼棧橋上，以履帶吊吊掛振動錘逐孔向前打設鋼管樁，每孔鋼管樁打設完畢鋪設上部結構，履帶吊前移，繼續下一孔的鋼棧橋施工。采用全站儀控制鋼管樁的偏位及垂直度，沉樁以標高進行控制、貫入度進行校核。 鋼管樁露出地面高度為1.5m～2.0m 時停錘，焊接上節鋼管樁振動下沉至設計標高。

8.4 貝雷梁安裝

樁頂橫梁架設完成后，采用履帶吊吊裝貝雷梁。每一孔貝雷梁提前在加工場按組拼裝好，整組運至施工現場由履帶吊架置于樁頂橫梁上，調整好位置后，焊接門式限位器，將貝雷梁固定于樁頂橫梁上，樁頂橫梁與貝雷梁之間加墊1cm 橡膠墊用作減震。

8.5 安裝縱、橫向分配梁及橋面板

將橫橋向工字鋼承重梁按照設計間距擺放至貝雷上、下弦桿上（下承式主梁放置于下弦桿， 上承式引橋放置于上弦桿上），工字鋼與貝雷片之間采用U 型螺栓栓結固定，每根工字鋼分別固定兩個端頭。 螺栓在使用后及時涂抹黃油防止螺紋生銹，在后期鋼棧橋使用過程中，每月定期進行螺栓的檢查，防止螺栓松動。在橫橋向承重梁頂鋪設縱橋向I16 縱向分配梁，兩者之間焊接固定，以抵消車輛荷載的水平制動力。橋面分配梁鋪設完畢且焊接牢固后，即組織鋪設15mm 厚的橋面板。

8.6 棧橋施工技術質量要求

①鋼管樁平面偏差≤5cm，傾斜度≤1%。

②斜撐與鋼管樁間焊縫為滿焊，焊縫厚度≥8mm，空間位置偏差≤5cm。

③鋼管樁樁長施工時按樁底設計標高和最終貫入度雙控，但樁長縮短值不應超過5m。

9 棧橋安全設施配套

①主跨14#、15#墩上下游均設置防撞墩， 防撞墩采用φ800mm 鋼管，防撞墩不得侵占通航凈空，在防撞墩上掛防護燈。在棧橋架空航道一孔的支墩內緣、橫梁下緣裝霓虹燈，利于晚間船只通行時識別航道的限界空間。在航道航道夜間要有照明，并按航道部門規定設置各種信號、標志，主通航孔設橋涵標并經常檢查維護，確保標識清晰、準確。

②在橋面分配梁下部及棧橋兩側護欄外設置防護網。采用雙層密目鋼絲網封閉，避免雜物掉落影響船舶航行安全。

③遇非工作狀態，如8 級以上大風或洪水等非工作條件，應及時封橋、撤離人員及設備。

10 棧橋運行管理

在棧橋兩端便道設置會車平臺，橋頭設置安全警示標志及限速標示牌，并派專人值守，負責指揮過往車輛，保證車輛有序通行；兩側橋頭設置大門，專人管制，兩側管理人員配備對講機通信聯絡，進口處重車單車進入，待通行過主橋后，后續第二車方可進入棧橋；始終堅持空車避讓重車原則，出口處設置空車停靠點，停靠點設置在棧橋下方施工便道處。

棧橋運營期間應在棧橋兩端采取管控措施，嚴格按照設計荷載進行限載和限速（≤20km/h），特別是對運載砂石料的車輛進行嚴格限載，對于超重車輛，應進行卸載后通過本橋。單向單列車且間隔通行，控制車輛間距（≥20 m）和車流量，橋上嚴禁相向錯車行駛或同向超車行駛，確保橋梁運營安全，并嚴禁無關人員上橋。

11 結 語

本文結合連鹽鐵路跨鹽棧橋工程，總結了河內大型棧橋的設計、施工、運營管理技術。棧橋雖是臨時設施，但其結構的穩定，對于施工車輛、人員的通行安全性尤為重要。

棧橋設計采用易于建設施工的模塊化材料構件，運營階段維護管理方便快捷，同時盡量采用可回收材料

棧橋施工完成后，安排專人進行維護，同時進行沉降觀測。

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