海中鋼棧橋設計與施工技術

馬柱銀 謝 晴

（山東港通工程管理咨詢有限公司，山東 煙臺 264000）

1 工程概況

1.1 工程概況

新建跨膠州灣鐵路特大橋位于山東省青島市市區內，主橋全長8941m。全橋上部結構形式為簡支梁、連續梁和節段預制拼裝簡支梁，下部結構采用實體墩、鉆孔灌注樁基礎。其中跨膠州灣海域內為40 孔50m 節段拼裝簡支箱梁，基礎采用φ1.5m 砼群樁，深度為-40m。考慮到海灣內潮汐和地質特點，結合現場實際情況，為順利完成海中墩施工，搭設跨海臨時鋼棧橋。

1.2 水文地質

膠州灣潮汐為典型半日潮，潮流為往復半日潮流，潮余流速可達30cm/s。最高潮位5.3m，最低潮位-0.57m，平均潮差為2.7m，最大潮差為6.87m。

膠州灣海域內地質情況為從上至下為第四系全新統沖海層(Q4al+m) 淤泥、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、粉砂、細砂、中砂、粗砂。其中海域河床表面多為流塑性淤泥、夾粉砂貝殼碎屑，土質松軟，淤積泥沙隨海水變化大。

2 鋼棧橋設計

2.1 鋼棧橋結構形式

鋼棧橋位于主橋線路左側，全長2100m，橋面寬6m，橋面標高為5.76m。棧橋標準跨徑12m，并以4 跨為1 標準聯，聯與聯之間設置制動墩，其中在棧橋中間處設一通航孔，單孔跨徑15m，滿足海灣內漁船正常通航。為適應棧橋結構溫度變化及減少行車對棧橋擾動，棧橋每隔150m 設置寬5cm 的伸縮縫，該處鋼棧橋所有結構均斷開。

鋼棧橋結構布置：基礎為單排3 根φ630×8mm 鋼管樁，樁長24m,間距2.3m，制動墩處雙排鋼鋼樁基礎；主橫梁為2I45a 工字鋼，長6m；承重主縱梁采用6 片貝雷片組拼；橋面橫向分配梁采用I25a 工字鋼，長6m，間距0.3m；橋面板采用8mm 厚的花紋鋼板；橋面兩側設高1.2m 圍欄。

2.2 鋼棧橋設計參數

設計通行荷載：公路I 級荷載；9m3混凝土砼罐車；50T履帶吊(考慮20T 吊重)；

動載系數：車行荷載的沖擊系數取1.4；

圖1 鋼棧橋側面圖

圖2 鋼棧橋斷面圖

設計行車速度：10km/h，其中履帶吊行駛速度3km/h；設計使用年限：2 年。

3 鋼棧橋結構驗算

3.1 設計荷載

永久荷載：棧橋結構自重；

施工可變活載：9m3砼罐車；50T 履帶吊(考慮20T 吊重)；

水平沖擊荷載：40kN (砼罐車的10%，車速≤10km/h)；

豎向沖擊荷載；120kN (砼罐車的30%車速≤10km/h)；

風荷載：基本風壓WO=0.27kPa (8 級風，20.7m/s)；

流水壓力：1.8kPa。

3.2 荷載組合

（1） 棧橋自重+活載；

（2） 棧橋自重+活載+汽車制動力；

（3） 棧橋自重+活載+風荷載+流水荷載；

（4） 棧橋自重+活載+風荷載+流水荷載+汽車制動力。

3.3 受力分析

利用有限元軟件midas civil 建立跨徑組合為(12×4+3)m 棧橋典型整體模型，模型中棧橋結構尺寸、材料規格及布置形式均按照棧橋施工圖紙要求建立，鋼管樁樁底按鉸接約束，對棧橋進行整體受力分析。

圖3 （12×4+3） m 跨徑組合整體模型

施工荷載考慮結構自重、汽車荷載、風荷載、流水荷載四種荷載組合，其中汽車荷載又包含車道荷載和車輛荷載，綜合考慮分為以下2 種工況，強度和剛度分析選用2 組系數組合。

各種工況下建模加載計算，棧橋結構最大組合應力為136MPa，小于貝雷片抗彎強度設計值273 MPa；棧橋最大位移出現在跨中貝雷片下側，最大位移12.6mm 小于L/400=30mm 的限值，滿足要求。鋼管樁最大反力為289kN。

表1 分析工況一覽表

4 鋼棧橋施工

4.1 鋼管樁施工

鋼管樁打設采用釣魚法施工，履帶吊配合振動錘（DZ90） 打設鋼管樁。精確測設鋼管樁位置，安設導向架（由20a 工字鋼焊接而成），對準樁位，復測導向架垂直度和空間位置。每節樁沉樁應連續進行，中途避免較長時間的停頓，以免樁周土擾動恢復造成沉樁困難。同時為防止鋼管樁插打時出現“假極限地層”，鋼管樁沉樁時，時刻觀測沉樁貫入度，當貫入度滿足設計要求時可停止沉樁。同時為保證樁體或相臨樁體不上浮或“吸入”等現象，達到標高后錘頭停留樁頂時間不得小于10s 并觀測沉樁貫入度。

4.2 主橫梁施工

測設鋼管樁頂的主橫梁位置，并將主橫梁處的樁頂向下切割32×20cm 豁口，主橫梁嵌入鋼管樁豁口內，并用三角加勁板與鋼管樁焊接加固。

4.3 貝雷梁及橋面鋪設

棧橋橋面施工采用裝配式施工工藝，貝雷梁在陸地工場將一跨的兩排貝雷片預先拼裝成一組，再運輸至施工現場，利用汽車吊整體吊裝就位。

吊裝前在下部結構主橫梁上準確測設貝雷梁位置，并用[10a 槽鋼焊接定位槽。利用汽車吊整體吊裝整孔一組貝雷梁，在主橫梁頂面焊接貝雷梁門式限位槽，限位槽采用[10槽鋼。相鄰兩組貝雷梁間用[10 槽鋼剪刀撐連接，增強鋼棧橋的整體穩定性。

貝雷梁安裝固定完成后，安裝橋面板。橋面板由I25a工字鋼+8mm 花紋鋼板組合，為便于控制施工質量與施工進度，橋面板也采用裝配式施工工藝，即工字鋼與花紋鋼板在陸地工場按照設計要求，焊接成整體，再運至現場，由汽車吊將橋面板整體吊運安裝在貝雷梁上，并用“U”螺栓固定。在每孔貝雷梁下弦桿上等間距布設2 根I25a 工字鋼橫聯，增加貝雷梁聯接剛度。

5 鋼棧橋維修

為減少膠州灣海域每天漲落潮海水對鋼管樁的銹蝕，在鋼管樁與海水面接觸的部位，鋼管樁表面涂一層環氧樹脂漆，將鋼管與海水、空氣隔離。定期測量鋼棧橋的沉降，并對鋼棧橋結構進行檢查。

6 結語

跨膠州灣鐵路特大橋海中鋼棧橋于2016 年121 月20 日順利完成通車使用。鋼棧橋在水流多變、漲落潮、地質復雜的情況下，較為經濟合理地解決了鋼棧橋的設計問題，并在施工過程中取得良好的效果，可為同類橋梁施工提供參考。