西江特大桥深水栈桥设计及施工技术＊
2011-10-27陈顺良
陈顺良
(广珠铁路有限责任公司，广东广州510405)
西江特大桥深水栈桥设计及施工技术＊
陈顺良
(广珠铁路有限责任公司，广东广州510405)
西江特大桥是新建广州至珠海铁路复工工程重点工程项目，水中墩施工采用栈桥运输。本文重点介绍栈桥的设计与施工，该方案充分考虑了运输的经济性、合理性和施工简便性，积累了较为成功的经验，可为类似工程施工提供参考。
深水;栈桥;设计;施工
一、工程概况及地质条件
新建广州至珠海铁路复工工程西江特大桥全长6709.53 m，于DK73+870～DK75+060之间跨越西江。桥位处河面宽约1000m，桥轴线与河道基本正交，水流较为平顺，主流偏向右岸，河床由两岸向中间逐渐加深，桥轴线深槽居于右岸，河床高程介于－27.26～2.65m。特大桥跨西江部分采用(56+5×80+56)m连续梁+(110+2×230+110)m连续刚构拱+(48+80+48)m连续梁，起止墩号133～147JHJ，其中137～145JHJ墩位于河道中。河流最高通航水位8.454m，最低通航水位0.404 m，施工水位7.134 m，历史最低水位0.12 m。
考虑到需要周转材料多，水中墩施工运输经比选后采用栈桥+船运分段结合运输方式，该方案具有栈桥运输灵活、方便，受不良天气影响小，可全天候作业，提高施工进度的优点。由于西江水上运输繁忙，施工中需保留两个设计通航孔保证船只通行。根据本桥的实际情况，水中墩施工运输方式除主航道142JHJ墩采用船运外，其他墩采用栈桥进行各种物料的运输。
河道左岸侧从河床往下分别为:细砂、淤泥质砂(60kPa);粗圆砾土(350kPa);强风化砂岩(300kPa);弱风化砂岩(450kPa)。137JHJ～141JHJ墩处河床覆盖层较厚，均在20m以上。右岸侧从河床往下分别为:淤泥(40kPa);全风化砂岩(200kPa);强风化砂岩(300kPa);弱风化砂岩(450kPa)。144JHJ～145JHJ墩处河床淤泥覆盖层较薄，为4～10m，143JHJ墩处无覆盖层。
二、栈桥设计要点
(一)设计荷载
双车道60t(满载混凝土罐车和一辆空车)，单车道(一辆混凝土罐车)45t;风载0.5kN/m2;施工水位+7.134m，水流速度2m/s。
(二)栈桥轴线位置及高程
栈桥布置在桥位上游，栈桥轴线距线路左线中心线间距24m(栈桥与钻孔平台连接成一体)桥面为双车道6米;设计施工水位为7.134m，栈桥梁低标高按7.5m控制，栈桥顶面标高+9.323m。
(三)孔跨布置
左岸栈桥从左岸子堤起，至141JHJ墩止，孔跨布置为18m+14×24m+18m+2×15m+3m，共18孔，全长405m;右岸栈桥从右岸河堤起，至143JHJ墩止，孔跨布置为2×15m+2×18m+6×24m+18m+3m，共11孔，全长231m;141JHJ～143JHJ墩间两孔230m作为施工期间通航孔。
(四)栈桥下部结构形式
基础采用φ813、φ720、φ630三种直径壁厚10mm、12mm螺旋焊缝钢管桩，桩长根据河床基岩标高、承载力变化自22－45.5m不等，桩尖进入基岩面下1m。东岸2JHJ、6JHJ、10JHJ、14JHJ、19JHJ墩和西岸3JHJ、8JHJ、11JHJ墩设置成制动墩，每个制动墩采用4根钢管桩，其余墩为2根钢管桩，横向桩间距4.6m，钢管桩间用［36槽钢连接。在钢管桩顶设2I45c工字钢横梁。
(五)栈桥上部结构形式
栈桥梁部采用贝雷片进行拼装，横桥向6榀，每榀间距0.9m，每2榀一组用支撑架联接，每组贝雷梁之间用［14槽钢联接，在贝雷梁上间距0.5m横铺I25a工字钢，工字钢上顺桥向铺［20a槽钢做桥面板。
贝雷梁与2I45c工字钢横梁采用U型卡固定，I25a工字钢与贝雷梁间采用Ф20“U”型螺拴固定，面板［20a槽钢与I25a工字钢采用焊接连接。
栈桥两侧栏杆高1.2m，采用φ48×3.5mmA3钢管焊接，立柱间距3m，焊在栈桥I25a横梁顶面端部，钢立柱上设3道钢管横杆护栏。
三、栈桥施工方法及技术措施
(一)钢管桩制作及打设
钢管桩为成品螺旋焊缝钢管，现场焊接接长。岸边栈桥使用吊车吊振动锤下沉钢管桩，钢管桩沉放使用90KW振动锤。水中栈桥钢管桩使用专用打桩船打设。沉放前先计算出每条钢管桩的坐标，然后放线。
打桩船抛锚定位后，起吊钢管并进行定位，依靠锤重和钢管桩重力插入覆盖层中，锤打钢管桩到位。钢管桩逐排打设。钢管桩施打完毕后，用［36焊接钢管桩横向剪刀撑联系，以防管桩受水流冲击倾斜或疲劳破坏，降低管桩的承载能力。每根桩的沉桩作业，必须一次完成，不可中途停锤过久，以免土的摩阻力恢复，造成继续下沉困难。
振动沉桩的停振标准，以通过试桩验证的桩尖标高控制为主，最终贯入度做为校核。
右岸深水区河床无覆盖层，钢管桩打入困难，入岩深度浅，稳定性差。施工中为提高桩端穿层能力，采取了加强型特制锥形16Mn钢桩尖法，改善了打入效果。在桥墩下游侧打入斜桩，在高程+2m处与桥墩钢管桩焊接，在上游设拉锚提高桥墩横向抗倾覆稳定性以抵抗洪水期水流冲击力。
(二)上部梁及桥面系安装
I45c工字钢安装经测量放线后，直接嵌入桩顶内。钢管桩与工字钢间焊接钢板与钢管桩良好结合在一起。
贝雷片预先在陆上或已搭设好的栈桥上按每组尺寸拼装好，然后运输到位，吊车起吊安装在桩顶工字钢横梁上。贝雷片的位置需放线后确定，以保证栈桥轴线不偏移。贝雷片安装到位后，横向、竖向均焊定位挡块及压板，将其固定在横梁上。
贝雷片拼装完毕，其上铺设I25a横向分配梁，间距50cm，I25a与贝雷片间采用Ф20“U”型螺拴固定，每组贝雷片与工字钢横梁相交处设一套螺栓。面板使用［20a槽钢，在I25a上铺设，间距25cm，栈桥栏杆高1.2m，采用φ48×3.5mmA3钢管焊接，立柱间距3m，焊在栈桥I25a横梁上，钢立柱上设3道钢管横杆护栏。
四、栈桥结构检算要点
(一)梁部结构检算
栈桥梁由6片普通型贝雷梁组成，贝雷梁之间的间距为90cm，双车按照6片贝雷梁受力检算。
栈桥梁跨度组成为边跨12m，中间跨度则是24m，为计算简化，将中间跨度减少进行计算，跨度组合按12m+4×24m+12m计算。
(二)贝雷梁受力检算
1.计算模型:六片贝雷梁，荷载是60t砼罐车荷载。
2.竖向挠度:
恒载及动荷载作用下最大挠度是fq+L=6cm。
非弹性挠度f0=0.5dn2=0.5×0.1524×64=4.88cm。
则f=fq+L+f0=6+4.88=10.88cm。
f/L=10.88/2400=L/221＜L/130，变形满足要求。
3.弯矩tm
最大弯矩是330tm，单片贝雷梁能承受78.8tm的弯矩，那么六片共能承受78.8tm×6=472.8tm＞330tm，能够满足要求。
4.剪力t
最大剪力是91t，单片贝雷梁能承受24t的剪力，那么六片共能承受144t＞91t，能够满足要求。
(三)最不利墩检算
1.结构模型建立:
东岸栈桥，在靠近141号墩处，钢管桩采用的是Φ813－12钢管，水面上焊接36a槽钢的横联，根据实际地质情况，单排钢管柱结构(最深处)受力模型见图1。
图1
2.风荷载计算
施工水位处基本风压为:
膺架1.7m高计算，那么作用在24m长的膺架上的风压力为:
3.水流荷载计算
水流荷载按桥位流速为2.0 m/s(洪水时期流速取2.0 m/s，枯水期正常流速经测定为1.0 m/s)计算，按7.5m水位计算，普通墩从施工水位到河床最长为25m，管桩为φ813－12，每根钢管桩迎水面积A=0.813×25=20.325m2。
每根钢管桩上的流水压力为:
转化为倒三角分布荷载见图2。
图2
4.双排钢管柱的整体结构计算
(1)计算模型
双柱排架顶承受6个贝雷梁传递的集中荷载，每个大小是18t，另外承受水流冲击力及风荷载。在枯水季节时，在水面处增加36a槽钢连接横联。
(2)应力结果
钢管桩最大组合应力是165MPa。φ813－12钢管的回转半径是283.228mm，钢管墩自由长度是22m，那么钢管的柔度λ=78，查表得稳定系数是0.701，稳定折减应力是235MPa，刚好满足稳定要求。
(四)钢管桩地基承载力检算
对于东岸栈桥，钢管桩均打入覆盖层内，覆盖层暂全部按淤泥质土进行计算，其桩侧极限摩阻力按25kPa计算，桩端极限阻力按105kPa计算，单桩竖向受力最大是100t。用Φ630－12的钢管进行计算。
表1 岩土设计参数
2.单桩竖向抗压承载力估算
表2 计算参数表
桩身周长u、桩端面积Ap计算
单桩竖向抗压承载力估算
根据桩基规范，按下式估算单桩承载力
土的总极限侧阻力标准值为:
总极限端阻力标准值为:
单桩竖向抗压极限承载力标准值为:
单桩竖向承载力特征值Ra计算，根据基础规范附录Q条文Q.0.10第7条规定
因为栈桥是临时结构，单桩竖向承载力可以按1.5选取安全系数，因此，154t的极限承载力能满足栈桥钢管柱的要求。
五、结语
西江特大桥作为广珠铁路重点控制性工程，其栈桥施工为该桥施工的重点和难点。栈桥施工的成功实施，解决了深水、裸岩、防洪等难题，经济合理、技术可行、安全可靠，为工程的顺利实施提供了有力的保证。也为今后类似工程提供了参考范例。
［1］《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》铁建设〔2005〕160号［S］.北京:铁道出版社，2005.
［2］TB10415－2003铁路桥涵工程施工质量验收标准［S］.北京:铁道出版社，2003.
［3］GB50007－2002建筑地基基础设计规范［S］.北京:建筑工业出版社，2002.
［4］赵明华.桥梁桩基计算与检测［M］.北京:人民交通出版社，2002.
2011－02－18
陈顺良(1964－)，男，工程师。
