通航條件下棧橋施工設(shè)計及運營管理技術(shù)

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(shè)標準為國鐵Ⅰ級， 雙線電氣化， 設(shè)計速度200km/h，管段內(nèi)鹽河特大橋全長17.785km，跨越鹽河的(72+120+72)m 連續(xù)梁主跨連續(xù)梁跨鹽河主航道和鹽河支流洪河，采用懸臂現(xiàn)澆施工，通過現(xiàn)場調(diào)查，本管段由鹽河向西方向6.8km 范圍內(nèi)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(wù)，按照連鹽鐵路總體施工安排，棧橋使用壽命為3 年。

2 地質(zhì)情況

范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)人工堆積黏土，沖積、海積和第四系上更新統(tǒng)沖積黏性土、淤泥、粉土、砂類土等地層。根據(jù)工程地質(zhì)鉆探、地質(zhì)勘探，跨鹽河處地質(zhì)斷面圖見圖1。

3 設(shè)計原則及主要技術(shù)指標

本棧橋跨越的鹽河規(guī)劃為三級內(nèi)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(xiàn)狀為河面寬約60m，水深約6m。在與當(dāng)?shù)佧}河航道管理部門溝通后，本次設(shè)計的施工棧橋按通航凈空7.5m×30m 控制。

3.1 設(shè)計原則

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

②充分體現(xiàn)“ 臨時棧橋”的特點，采用易于建設(shè)施工的模塊化材料構(gòu)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(shè)計取“工作狀態(tài)”和“非工作狀態(tài)”兩種狀態(tài)?！肮ぷ鳡顟B(tài)”是指在自然條件中不發(fā)生影響施工的風(fēng)、雨、雪、潮、浪等情況，棧橋可以正常使用時的狀態(tài)。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(yīng)的風(fēng)浪流荷載。“非工作狀態(tài)”是指自然條件中發(fā)生較大的風(fēng)、雨、雪、潮、浪等，棧橋封閉時的狀態(tài)。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(fēng)荷載大時往往浪、潮也較大，且風(fēng)對于施工安全的威脅最大，因而以風(fēng)的強度為指標劃分“工作狀態(tài)”和“ 非工作狀態(tài)”，經(jīng)多方論證，確定8 級風(fēng)時棧橋進入非工作狀態(tài)。

3.2 設(shè)計主要技術(shù)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(jù)現(xiàn)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(shè)計

按照施工現(xiàn)場的布置條件、棧橋與主橋的相對關(guān)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(xù)梁于鹽河交角80°，為最大限度保證通航凈空，棧橋主橋設(shè)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(jié)約臨時用地，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)臨時棧橋的施工與安裝特點，引橋與主橋設(shè)置曲線轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向處增設(shè)轉(zhuǎn)彎平臺，以折線代替圓曲線。 具體線路走向見圖2。

6 結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)線路平面布置規(guī)劃，本棧橋設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)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(shè)轉(zhuǎn)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(lián)，采用雙層四排加強型“321”型貝雷桁架下承式結(jié)構(gòu)，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(shè)計， 橫梁需穿過貝雷片并盡量靠近節(jié)點位置， 間距為1.067m+0.344m+1.065m+0.524m 布置， 引橋采用上承式設(shè)計， 橫梁采用1.3m+1.5m+1.5m+1.3m 布置。根據(jù)檢算結(jié)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(gòu)造見圖6、圖7。

每聯(lián)之間設(shè)雙排墩，其余為單排墩，橫向每排布置3 根鋼管，樁頂設(shè)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(zhì)為Q235，采用鋼板卷焊。棧橋的橫向在貝雷片之間設(shè)置支撐架及底平聯(lián)，鋼管立柱之間采用[20a 設(shè)置剪刀撐；順橋向每聯(lián)的聯(lián)端設(shè)置雙排樁，并設(shè)剪刀撐。

7 主體結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)件在車輪荷載作用下的受力狀態(tài)。計算結(jié)果見表1。

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

主橋及引橋橋面系計算結(jié)果匯總表 表1

7.2 棧橋結(jié)構(gòu)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(fēng)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(fēng)荷載。

7.2.2 模型假設(shè)及計算結(jié)果

由于引橋包含6m、9m、12m 三種跨徑，取最大跨徑聯(lián)進行計算，因此引橋選取5m×12m 聯(lián)作為引橋計算內(nèi)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(tài)下貝雷片的受力狀態(tài)，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(gòu)件，可考慮弦桿局部抗彎及貝雷桿件因節(jié)點剛性引起的次應(yīng)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(jié)點板單元模擬。經(jīng)貝雷梁組合應(yīng)力包絡(luò)圖、剪應(yīng)力包絡(luò)圖、活載撓度包絡(luò)圖、樁頂分配梁組合應(yīng)力包絡(luò)圖、樁頂分配梁剪應(yīng)力包絡(luò)圖分析，主要構(gòu)件計算結(jié)果見表2

上部結(jié)構(gòu)計算匯總表 表2

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

7.3 下部結(jié)構(gòu)計算

本棧橋0#及28#為橋臺，其余基礎(chǔ)采用鋼管樁基礎(chǔ)；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(jié)構(gòu)有限元模型，考慮汽車制動力及風(fēng)力組合，分別計算土層以上構(gòu)件在組合荷載條件下的組合應(yīng)力、剪應(yīng)力及穩(wěn)定性，結(jié)果滿足要求。

8 棧橋施工技術(shù)

8.1 棧橋施工工藝流程

鋼管樁運輸?shù)轿弧駝渝N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(jié)構(gòu)安裝→警戒、安全設(shè)備安設(shè)。

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(jié)接長，鋼管樁在加工場加工時應(yīng)保證直縫錯位。成品進場時， 生產(chǎn)廠家必須提供卷制鋼管樁所用鋼材的產(chǎn)品合格證、質(zhì)量保證書以及鋼管樁的出廠產(chǎn)品合格證，鋼管樁加工好后由平板車運輸至施工現(xiàn)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(jīng)修筑好鋼棧橋上，以履帶吊吊掛振動錘逐孔向前打設(shè)鋼管樁，每孔鋼管樁打設(shè)完畢鋪設(shè)上部結(jié)構(gòu)，履帶吊前移，繼續(xù)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(jié)鋼管樁振動下沉至設(shè)計標高。

8.4 貝雷梁安裝

樁頂橫梁架設(shè)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(xiàn)場由履帶吊架置于樁頂橫梁上，調(diào)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(shè)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(jié)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(shè)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(shè)完畢且焊接牢固后，即組織鋪設(shè)15mm 厚的橋面板。

8.6 棧橋施工技術(shù)質(zhì)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(shè)計標高和最終貫入度雙控，但樁長縮短值不應(yīng)超過5m。

9 棧橋安全設(shè)施配套

①主跨14#、15#墩上下游均設(shè)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(nèi)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(guī)定設(shè)置各種信號、標志，主通航孔設(shè)橋涵標并經(jīng)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(cè)護欄外設(shè)置防護網(wǎng)。采用雙層密目鋼絲網(wǎng)封閉，避免雜物掉落影響船舶航行安全。

③遇非工作狀態(tài)，如8 級以上大風(fēng)或洪水等非工作條件，應(yīng)及時封橋、撤離人員及設(shè)備。

10 棧橋運行管理

在棧橋兩端便道設(shè)置會車平臺，橋頭設(shè)置安全警示標志及限速標示牌，并派專人值守，負責(zé)指揮過往車輛，保證車輛有序通行；兩側(cè)橋頭設(shè)置大門，專人管制，兩側(cè)管理人員配備對講機通信聯(lián)絡(luò)，進口處重車單車進入，待通行過主橋后，后續(xù)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(shè)置空車停靠點，停靠點設(shè)置在棧橋下方施工便道處。

棧橋運營期間應(yīng)在棧橋兩端采取管控措施，嚴格按照設(shè)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(yīng)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(guān)人員上橋。

11 結(jié) 語

本文結(jié)合連鹽鐵路跨鹽棧橋工程，總結(jié)了河內(nèi)大型棧橋的設(shè)計、施工、運營管理技術(shù)。棧橋雖是臨時設(shè)施，但其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，對于施工車輛、人員的通行安全性尤為重要。

棧橋設(shè)計采用易于建設(shè)施工的模塊化材料構(gòu)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。

[1]陳重，劉平.鋼棧橋施工方法研究[J].技術(shù)論壇，2001(1).

[2]李宗長，唐宏路，緱勇.巴東長江公路大橋北岸棧橋方案設(shè)計與施工[J].世界橋梁，2004(4).

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