深水钢栈桥稳定性分析与施工

王 国 民

(铜陵长江公路大桥管理处，安徽 铜陵 244011)

深水钢栈桥稳定性分析与施工

王 国 民

(铜陵长江公路大桥管理处，安徽 铜陵 244011)

以长江中下游某桥墩加固工程为背景，结合该工程的施工要求，综合考虑地基承载能力、水流速、冲刷深度、承受荷载等因素，分析了钢栈桥的稳定性，介绍了栈桥的施工流程与方法，并提出了施工控制措施与注意事项，对今后同类工程施工具有一定的借鉴意义。

钢栈桥，稳定性，钢管桩，承载力

1 工程概况

某大桥跨越长江，其引桥采用T梁结构，桥梁跨径为50 m。桥梁下部结构形式为两个圆柱形高墩及钻孔灌注桩基础。因考虑桥墩防撞安全，桥梁设计部门对原桩基础增设4根钻孔灌注桩，并设置承台以提高墩身承载力。基于该项目在长江中下游岸坡边，水深约在25 m～30 m之间，为方便施工，利用长江沽水期，提出了既能满足工程施工又能保护长江岸边稳定性的钢栈桥及平台作为施工栈道和工作平台。

2 工程所在地水文及工程地质条件

2.1 水文条件

1)水位。根据工期安排，主体工程主要在长江水文年内10月～次年4月之间实施。根据大桥所在地上游水文站多年统计资料分析[1]，此时间段内水文站、工程所在处多年月平均水位标高如表1所示。

表1 多年月平均水位统计表 m

2)流速。经测量，在工程所在位置处，其河道水流速度为1.76 m/s～2.0 m/s。

2.2 地质条件

工程所在处的地层主要由淤泥质粘土、粉细砂、砂卵石、细砂岩、砂砾岩组成，其河床处工程地质参数见表2。

表2 桥墩处河床工程地质参数表

3 钢栈桥稳定性分析

钢栈桥的稳定性应综合地基承载能力、水流速、冲刷深度、平台承受荷载等因素进行分析计算。本工程施工水深达30 m，栈桥长度近100 m。为确保施工平台安全，结合施工经验，我们采取了钢管桩和贝雷架作为栈桥结构[2,3]，其钢栈桥结构形式见图1。

3.1 栈桥承台荷载分析

根据工程工况情况，其栈桥承台荷载包括结构恒载和活载两部分，其活载包括人群荷载及物件堆载、混凝土罐车、履带吊车、钻机等荷载。设人群荷载为3.0 kN/m2；混凝土及钻机等堆载为40 kN/m2。车辆荷载考虑三种工况情况：8 m3混凝土罐车其载重为300 kN；50 t履带吊按作业时吊钢筋笼20 t其总重量按70 t考虑，在计算时按全部重量作用在同一条履带的最不利情况考虑；20 t平板车按总重280 kN考虑。

3.2 钢管桩局部冲刷计算

钢管桩打入江中，将导致钢管周围河床局部冲深，根据《公路工程水文勘察设计规范》[4]计算河床局部冲刷深度：

(1)

(2)

其中，kξ为桥墩系数，圆形截面取1.0；BI为桥墩计算宽度，取0.63 m；hp为一般冲刷后的最大水深，取0.887+5=5.887 m；IL为冲刷范围内粘性土液性指数，取1.281；V为一般冲刷后桥墩前行流速，取1.76 m/s。

根据桥墩工程地质勘察报告，经计算，钢管桩打入水中，河床局部冲刷深度为1.509 m。

3.3 栈桥承载力验算

根据《港口工程桩基规范》[5]计算单桩极限承载力特征值为：

(3)

其中，γR为单桩轴向承载力分期系数，根据规范表4.2.2取1.45；U为桩身截面周长,m；qfi为第i层土侧摩阻力标准值，取25 kPa；li为桩身穿过第i层土厚度，取22 m；qR为桩端阻力标准值，取1 000 kPa；A为桩身截面面积。

经计算，单桩承载力特征值为701.9 kN，桩端反力设计值为675.38 kN，满足施工要求。

3.4 纵横向梁强度计算

根据不同工况条件计算混凝土罐车或履带吊车作业时梁的强度，现以履带吊作业时分析计算Ⅰ25a 工字钢强度。

根据《公路桥涵设计通用规范》，分配梁间距为0.75 m，取最不利荷载即跨中承重梁受履带吊重量，则单根梁纵向受力分析如下：

弯矩：M=6.33 kN·m。

满足设计要求，同理，可计算梁的横向受力情况，贝雷梁的受力情况按上述方法分析计算。

3.5 栈桥整体稳定性分析

栈桥设置深水与浅水两个区，在深水区钢管桩排架采用φ800×8，在浅水区为φ630×8的钢管桩排加，钢管桩之间用 φ530×8 mm 规格钢管平联，上设置贝雷架，贝雷梁之间用支撑架联结成整体，按间距750 mm铺设25a工字钢作为主分配梁，主分配梁与贝雷梁之间采用特制U 型螺栓固定，然后按照间距铺设次分配梁，两层分配梁间断焊接固定。其水平受力按承受水流力和最大风荷载同一方向时作用工况条件下整体稳定性分析计算。

1)垂直方向稳定应力计算。深水区钢管桩排架采用φ800×8，桩端反力设计值为856.95 kN，面积为19 905.1 mm2，最大长度为33 318 mm，回转半径i=280 mm,长细比λ=l/i=118.993<150，φ800×8为焊接钢管，属于b类构件，则φ=0.442，则：

2)水平方向应力计算。

水平方向最大弯矩为：Mmax=800.328kN·m。

W=7 804.403cm3。

选择P800×8，则W=7 804.403cm3。

则水平方向荷载作用下最大压应力为：

3)最大压应力：σ1+σ2=97.402+89.172=186.574 MPa<215 MPa。

满足施工稳定性要求。

4 栈桥施工工艺

钢栈桥施工主要由钢管桩制作与振打、贝雷架架设、桥面铺装三部分组成，栈桥基础施工采用履带吊配合打桩锤施打钢管桩[6]。栈桥施工工艺流程与具体施工方法如下：

1)钢管制作与运输。钢管桩采用Q235钢板卷制拼焊而成。钢管桩的制作流程为：划线、号料和切割→矫正钢板边缘加工→卷板→单件组装→装配→焊接→分段接长。钢管焊接均采用对接焊缝，接长时采用环向焊缝。每根管节只准有一条纵向焊缝，相邻管节的焊缝须错开并不小于 90°。

栈桥与施工平台的钢管桩统一采用12 m/节段，使用普通12 m运输车运输。

2)测量放样。根据提供的坐标基准点，采用全站仪进行测量控制。

3)振沉钢管桩。采用“钓鱼法”沉桩施工工艺。根据钢管桩打入土层的深度和土层摩擦力选择DZ150振动锤配以70 t履带吊进行钢管桩搭设，则振动锤的振动力为1 779.556 kN。履带吊通过振动锤及备用钢丝绳直接起吊钢管桩，在测量引导下调整钢管桩到测量标定的桩位后快速下钩，钢管桩靠自重入土稳定后，开启振动锤振动下沉钢管桩。在打下一跨桩时，可以先安装好贝雷架做导向架，利用夹具夹住钢管桩，同时用履带吊通过备用钢丝绳吊住钢管桩，依次类推打入钢管桩。

4)贝雷梁安装。单排钢管桩施打就位后，开始平联的连接。平联采用φ530×8 mm规格钢管，钢管桩与平联之间的连接通过“哈弗接头”焊接连接。横梁安装完毕后，在横梁上测量放样定出贝雷梁位置，将拼装成12 m一节的贝雷梁用70 t履带吊安装就位，各组贝雷梁之间再用支撑架联结成整体。

贝雷梁安装后按间距750 mm铺设25a工字钢作为主分配梁，主分配梁与贝雷梁之间采用特制U型螺栓固定，然后按照间距铺设次分配梁，两层分配梁间断焊接固定。

5)待工程结束后，钢栈桥与施工平台的拆除工作同搭设的工作顺序基本相反，依次拆除桥面附属设施、桥面槽钢、型钢分配梁、贝雷、桩顶分配梁及钢管桩，拆除方法基本与搭设方法相同，从钢栈桥深水区一端倒退拆除施工，一边拆除，一边利用原钢栈桥运送材料到岸上指定的位置。

5 施工注意事项

1)沉桩开始时，可依靠桩的自重下沉，然后吊装振桩锤和夹具与桩顶连接牢固，开动振动锤使桩下沉。施工过程中可采用标高和贯入度进行双控。2)振动时每次振动持续时间不宜超过10 min～15 min，不可中途停顿，以免桩周土恢复造成持续下沉困难，振动下沉过程中随时监控垂直度。3)振动锤与桩头法兰盘连接螺栓必须拧紧，无间隙或松动，如发现桩顶有局部变形或损坏，要及时修复。4)悬臂导向支架应固定，以便打桩时稳定桩身；但桩在导向支架上不应钳制过死，使桩身产生超过许可的拉力或扭矩。5)测量人员用GPS现场指挥精确定位，沉桩时要不断的检测桩位和桩的垂直度，并控制好桩顶标高。6)钢管桩之间的接头必须满焊，各加长加劲板也需满焊并符合设计的焊缝厚度要求，按规范要求进行超声波探伤。经现场技术员检查钢管桩接头焊接质量合格后方可打设钢管桩。7)为确保安全，栈桥设计标高应高于正常平均水位1 m以上。8)考虑安全，设置防滑装置，在栈桥与施工平台的连接处，间隔50 cm焊接一道8 mm圆钢用于车辆转弯时防滑。9)为保证施工人员安全，在栈桥和工作平台均设立防护栏杆。10)钢管桩基础拆除时，需采用水下切割的方法，将钢管沿河底冲刷面齐平切割，以确保船行安全。

6 结语

通过以上论述，笔者对在深水区设置栈桥施工提出以下建议：1)对于钢栈桥设计要综合考虑工程地质及水文情况，特别是要注重载重汽车和吊车的荷载与制动力的作用下栈桥的稳定性分析。2)对深水区栈桥施工，要结合河床具体情况，对深浅不同水区其钢管桩设置区别对待，可节约资金。3)栈桥标高应考虑特大水位的特殊情况，应高于常年平均水平的1.0 m～1.5 m高度。4)栈桥桥面铺装要做好人与汽车的防滑设置以及安全护栏。

[1] 长江水利委员会水文局长江下游水文资源勘测局.铜陵长江公路大桥局部桥墩加固工程防洪评价报告[R].2014.

[2] 张 波.钢栈桥施工技术分析[J].交通科技与经济，2011(6)：4-9.

[3] 朱政敏.无履盖层深水钢栈桥施工技术分析[J].西部交通科技，2015(7)：34-38.

[4] JTG C30—2002，公路工程水文勘察设计规范[S].

[5] JTS 167—4—2012，港口工程桩基规范[S].

[6] 李长效.弱覆盖层浅海海区钢结构栈桥施工技术[J].铁道建筑，2013(4)：23-25.

Stability analysis and construction of deep water steel trestle

Wang Guomin

(TonglingYangtzeRiverHighwayBridgeManagementOffice,Tongling244011,China)

In the lower reaches of the Yangtze River pier reinforcement project, combining with construction the requirements, considering the bearing capacity of foundation, flow velocity, scour depth, load factors such as stability analysis of steel trestle, this paper introduces the construction process and method of trestle, and puts forward the control measures and pay attention to the construction of the problem, with a certain reference to similar construction in the future.

steel trestle, stability, steel pipepile, bearing capacity

1009-6825(2017)05-0186-03

2016-11-26

王国民(1960- )，男，高级工程师

U445.55

A