西村港跨海大橋棧橋設計與施工技術

鄧加成

（中鐵二十局集團有限公司，陜西 西安 710016）

0 引言

目前在國內外出現大量跨河跨海橋梁施工，為了保證橋梁正常施工作業，施工便道采用鋼棧橋的形式比較多，針對跨西村港大橋施工環境特點，并綜合考慮施工進度與工程造價可題，最終設計鋼棧橋與鉆孔平臺輔助主橋施工，鋼棧橋施工便道不僅能夠解決海上橋梁施工沒有合適的操作空間的技術難點，而且還提供了安全、舒適的海上施工作業平臺，同時對于海域環境沒有污染，橋梁建成后容易恢復沿線海域環境，并不影響設計通航。

1 工程概況

西村港跨海大橋項目是廣西北海市重點建設工程，是連接貫通銀海區銀灘東區、竹林組團及海洋產業園的“百里海岸海灘海景大道”，也是北海產城融合、打通向海經濟發展之路的財富通道。大橋位于西村港出海口處，西起渤海路，向東延伸，跨越西村港后落地與林一路相交。由西引橋、主橋、東引橋三部分組成，全長 2 544.4 m。其中橋梁長度 1 775.8 m，設計采用雙向 6 車道，荷載標準城-A 級，行車速度 60 km/h，通航限界 110 m×12.5 m。主橋采用半漂浮體系雙塔雙索面景觀斜拉橋，跨徑布置為 38.9 m+70 m+238 m+70 m+38.9 m，主梁為鋼混疊合梁結構，橋寬為 38 m，主塔 20 #、21 # 墩高度為 84 m，呈漢代銅鳳燈造型，有“鳳冠琴韻”之稱。西引橋長 720 m，東引橋長 600 m，均采用跨徑 30 m、40 m 簡支箱梁，分幅布置。根據工程規模特點及總體施工安排，需在東、西兩岸堤壩間修建臨時鋼棧橋一座，以滿足主橋海上施工作業人員、運輸建筑材料和機械設備通行（見圖 1、圖 2）。

圖1 西村港跨海大橋主棧橋貫通俯視圖

圖2 西村港跨海大橋主棧橋側立面圖

2 鋼棧橋重難點分析

2.1 棧橋是輔助橋梁的關鍵通道

項目工期緊任務重，原建設工期由 900 d 壓縮至720 d，施工組織管理難度大，各項施工準備工作需超前計劃安排，而主棧橋是修建西村港跨海大橋的生命線和交通要道，必須為主體施工創造有利條件，對于主橋、東西引橋各墩位能否盡早開工和順利實施具有關鍵作用，保證水上施工變為陸上施工的通道物流運輸通暢。

2.2 受水文地理環境影響施工難度大

橋位處海岸線距離約為 1 495 m，潮位標高約3.0 m，兩岸地面標高為 3.0～4.5 m。受潮汐影響，縱向海床標高為 -0.65～1.1 m，航道處最深可達 -1.5 m，地勢低緩。潮位低時灘涂區域出現，海面寬度為 150 m 左右，低潮水位為 -0.85 m，海運船只易擱淺。巖土成因主要為第四紀沖、洪積及濱海沉積作用形成的黏土、粉質黏土和砂類土，管樁入土液化塑性大。同時，上游分布有“鐵山港”等大型企業時有航運出海，受通航需求可多次拼拆重建。每年四月至九月是雷暴、雷電活動頻繁期，屬典型沿海雷暴活動的“多雷區”，遇龍卷風、臺風或暴雨、大雨，年雷暴天數 83 d，“雷害”防范風險高，必須加強防范預控措施。

2.3 鋼結構安裝施工難度大風險高

棧橋下部結構采用“釣魚法”［1］施打鋼管樁，上部貝雷梁組拼與鋼構件吊裝、聯結焊接工序多，各種周轉材料一次性投入大，水上作業專業性強，承重支撐體系穩定性要求高，且需滿足主橋鋼箱梁大噸位構件上棧橋吊裝作業，其工藝技術必須進行專項設計、受力檢算與專項評審，嚴格執行各項操作規程，確保棧橋質量安全受控。

2.4 棧橋地處生態保護區環水保要求高

項目橋址屬于熱帶濕熱區氣候與 Ⅲ 類海洋大氣環境區，又跨越“金海灣紅樹林”和蝦塘生態保護區。施工中，堅持“環保、安全、合理、適用”的綠色施工原則，定時安排專人到岸灘清理垃圾，嚴禁排放污染海水，最大限度節約資源、保護環境和減少污染。

3 棧橋結構優化設計

3.1 橋位選擇

根據西村港跨海大橋工程規模特點及總體施工安排，橋位選擇在東、西兩岸堤壩間 4 #～33 # 墩北側上游，總體平行于大橋方向，棧橋與主橋中心線相距 22 m，且兩岸縱向貫通，其端頭與兩岸海防堤壩外便道相接。考慮棧橋實用性、經濟性，各主墩承臺平面大小不同，在東、西引橋與主橋交界處設加寬彎道，棧橋中心線與同側邊線錯位間距均為 4 m，最寬處輔助墩承臺邊緣距棧橋中心線 22.8 m，引橋墩承臺邊緣距主棧橋中心線為 14.5 m。

3.2 總體結構設計與技術參數［2］

棧橋由西棧橋 4 #～18 # 墩、通航道 18 #～23 # 墩、東棧橋 23 #～S33 # 墩段三部分組成，采用鋼管柱貝雷梁結構形式，總長度為 1 450 m。設計行車速度 10 km/h，主棧橋荷載不小于 800 kN，支棧橋荷載不小于 1 000 kN，橋面控制標高 5.8 m，底面標高為 4 m，累年最高潮位 3.3 m，保證棧橋梁部構造高于累年高潮位 0.7 m，使用年限 2 年。

下部結構采用φ630×10 mm、φ529×10 mm 鋼管樁，單根長度 19～22 m，單墩單排 3 根，制動過渡墩雙排 6 根。墩柱高 3～6 m，樁間剪刀撐［20 b 聯結系橫向連接，樁頂設樁帽、牛腿加勁板，上鋪 2I40 a 工字鋼橫梁，橫梁與貝雷梁限位架、墩柱焊接連接。

經比選，確定跨徑為 12 m，主棧橋、主墩支棧橋（沿墩周一圈）縱梁采用四組 8 片貝雷梁，橋面寬度為8 m（見圖 3）。每聯中間設一處雙排制動墩，每三聯有一孔 6 m 制動跨，其它為 3 m 制動跨，每三聯一組正好與三孔邊跨位置相對應，單聯長度 39 m 或 42 m，支點均設置在貝雷梁節點豎桿位置。引橋墩、主橋邊墩及輔助墩支棧橋垂直于主棧橋下游修建，在制動墩附近交會，跨徑 6 m 或 9 m，縱梁采用三組 6 片貝雷梁，橋面寬為 6 m，保證車輛在主、支棧橋間順利轉彎過渡（見圖 4）。在主橋東、西兩端錨跨范圍左右設疊拼式彎道［3］，單側加寬4 m（見圖 5、圖 6）。考慮跨航道段及東棧橋通過主橋鋼梁運輸車，橫向分配梁采用工字鋼 I25b@300，西棧橋分配梁采用工字鋼 I20b@300。橋面系鋪設厚 10 mm 花紋鋼板，兩側設防護欄桿。

圖3 主棧橋及主墩支棧橋橫斷面

圖4 引橋及邊墩支棧橋橫斷面

圖5 17 #～19 # 墩疊拼式彎道平面布置圖

圖6 疊拼式彎道橫斷面圖

3.3 受力檢算

3.3.1 荷載

棧橋拼裝與使用期間采用 QUY75 履帶吊，主臂33 m，最大工作幅度為 15 m，自重 68.6 t，配重 25 t。DZ 60 振動錘及夾具重 5 000 kg，每孔單組 2 片貝雷梁最大吊重為 2 400 kg。10 m3罐車總重為 400 kN，按單車重力 10 % 計算，單支墩制動力為 50 kN，橋面系沖擊系數［4］為 1.303。施工人員與機具荷載為 1.5 kN/m2。

3.3.2 使用期貝雷梁受力檢算

1）有限元模型以 MIDAS 整體建立三維模型如圖 7 所示。僅對主棧橋貝雷支架受力數據分析，利用有限元軟件 midas civil 計算。

圖7 棧橋三維模型

2）貝雷梁撓度、應力按多跨 12 m 連續梁建模，履帶吊按偏心 50 cm，罐車按偏心 60 cm 計算。履帶吊、罐車最大撓度 f=28.5 mm＜12 000/400=30 mm；罐車偏載會車時，弦桿最大軸力 415.6 kN＜560 kN；豎桿最大軸力 293.9 kN＞210 kN，支點處單豎桿需加強，并注意控制偏載；斜桿最大軸力 157.5 kN＜171.5 kN，滿足要求［5］。

3）橋面結構檢算橋面系均為常規做法，詳細計算分析略。

3.3.3 臨時支墩結構檢算

1）荷載及計算模型豎向荷載分別取罐車荷載、履帶吊荷載，不計水流荷載、潮汐荷載及風荷載。鋼管樁柱按底部鉸接考慮（見圖 8）。

圖8 臨時支墩結構模型

2）墩頂橫梁檢算考慮履帶吊、罐車偏載及棧橋自重，橫梁最大彎應力為 113.6 MPa，最大剪應力為 75.5 MPa，均滿足受力要求。

3）支墩軸力［6］罐車偏載自重作用下，單排墩邊立柱軸力最大為 485.9 kN。主橋鋼梁運輸車及自重作用下，單排墩中間立柱軸力最大為 555.9 kN。根據φ630×10 鋼管截面特性，按最長外露 6 m，單樁長細比 27.4，查表 ψx=0.945，立柱彎應力為 46.8 MPa。同理，φ529×10 鋼管單樁長細比 32.7，查表 ψx=0.926，立柱彎應力為 60.6 MPa。均滿足要求。

4）支墩基礎檢算采用樁底標高和貫入度進行雙控，以現場實際承載力與貫入度的測試值。鉆孔勘探資料顯示，12 # 墩附近地層承載力較差，管樁φ630、φ529最小入土長度分別為 19 m、22 m。樁頂反力 600 kN，單樁承載力 1 496.37 kN，豎向力特征值 748.18 kN。

4 施工關鍵技術

4.1 施工方法與工藝

自西岸、東岸堤壩位置起分兩個作業面，依次同步平行于主橋方向展開施工，再于跨通航段海上相應主墩附近位置合龍成橋，并適時增加資源投入，同步展開主橋各墩位支線棧橋、鉆孔平臺的搭設施工。鋼管樁、貝雷桁片、各類型鋼等周轉材料采用平板車運輸，現場組拼安裝就位。鋼管樁采用“釣魚法”插打，全站儀控制樁位，每天按成橋 12 m 計。每個作業面各配備一臺DZ 60 型振動錘，一臺 50 t 履帶吊配合插打鋼管樁，輔助一臺 400 kW 發電機、四臺 BX-315 電焊機。必要時，采用 DZ 90 型振動錘、75 t 履帶吊插打拔除管樁。

每排管樁打設完畢后，在樁頂擺放大橫梁，依次成組安裝貝雷梁，再鋪設橋面系。每孔棧橋完成后，應進行安全檢查和驗收，合格后方可通行車輛，繼續下一孔棧橋施工。

施工中，在已架設的棧橋上，將一孔單組跨貝雷梁懸挑，端頭安裝臨時導向架（見圖 9）。將管樁吊入定位架內，履帶吊小鉤起吊點在管樁 1/3 樁長位置，樁端用雙夾具固定。待樁身和振動錘重力下進入河床后，通過全站儀和錘球觀測樁位，對講機指揮履帶吊前后、左右擺動，以調整管樁垂直度。檢查無誤后啟動振動錘，將管樁振入河床。進入海床 2～3 m 后可松開吊鉤，讓管樁在振動錘的作用下繼續打入，直至插打成樁。

圖9 棧橋臨時導向架

4.2 施工控制要點

1）編制跨海棧橋安全專項施工方案，繪制棧橋施工圖，進行專項結構優化設計與受力檢算，經通過方案評審后方可實施。

2）當首節管樁頂位于導向架以上 1～1.5 m，停止振入，移開振動錘進行管樁滿焊接長，并增焊加勁板。進入持力層后，最后 10 擊平均貫入度不超過 2～4 mm 時停打。打樁精度控制在 H/100 范圍內，且不得超過 5 cm。

3）主棧橋與支棧橋、平臺連接處的頂部分配橫梁應通長連接，同向行駛的重型車輛不得同時處于一聯棧橋內，保證車輛和棧橋結構安全［7］。遵循輕車避讓重車的行駛原則，且行駛速度不得大于 5 km/h。

4）合理使用和必要的維護是維持棧橋使用壽命的有力保障。使用期需定期進行全方位的檢查和保養。

5）因打樁時振動錘對樁身周圍振搗導致土體液化，減少了樁身土質的摩阻力，為確保鋼棧橋穩定性，在鋼棧橋施工完成后不得立即使用。待停放三天，經驗收合格方可投入使用。

6）使用期間設置沉降觀測點，定期觀測沖刷情況，檢查貝雷桁架連接處和各構件的焊縫，做好鋼棧橋的監控測量。

7）遇大潮汛情、大霧、臺風等災害性天氣，在安全撤退海上全部機械設備人員后，關閉棧橋，待解除警報后再使用。

8）支棧橋在對應橋墩施工結束后進行拆除。主棧橋待主橋鋼梁安裝、橋面系施工完成后停止使用，依循“自上向下，后裝先拆、先裝后拆［8］”原則，由跨航道中間合龍段開始，向東、西兩岸依次拆除。入土樁必須整根拔除，防止剩余樁頭阻礙船只通航。拆下的棧橋材料用平板車運輸到碼頭附近堆場臨時堆放，然后外運。

5 結語

西村港跨海大橋項目主棧橋于 2019 年 8 月 15 日順利合龍成橋。截至目前，主橋各墩位支棧線施工已接近尾聲，成為一道亮麗的北海風景線，隨著大橋工程建設的有序推進，已投入使用的主棧橋與支棧橋總體運行良好，受到了建設單位、監理單位和社會各界的高度贊譽，積累儲備了跨海棧橋施工技術創新經驗。