海中钢栈桥设计与施工技术

马柱银 谢 晴

（山东港通工程管理咨询有限公司，山东 烟台 264000）

1 工程概况

1.1 工程概况

新建跨胶州湾铁路特大桥位于山东省青岛市市区内，主桥全长8941m。全桥上部结构形式为简支梁、连续梁和节段预制拼装简支梁，下部结构采用实体墩、钻孔灌注桩基础。其中跨胶州湾海域内为40 孔50m 节段拼装简支箱梁，基础采用φ1.5m 砼群桩，深度为-40m。考虑到海湾内潮汐和地质特点，结合现场实际情况，为顺利完成海中墩施工，搭设跨海临时钢栈桥。

1.2 水文地质

胶州湾潮汐为典型半日潮，潮流为往复半日潮流，潮余流速可达30cm/s。最高潮位5.3m，最低潮位-0.57m，平均潮差为2.7m，最大潮差为6.87m。

胶州湾海域内地质情况为从上至下为第四系全新统冲海层(Q4al+m) 淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、粗砂。其中海域河床表面多为流塑性淤泥、夹粉砂贝壳碎屑，土质松软，淤积泥沙随海水变化大。

2 钢栈桥设计

2.1 钢栈桥结构形式

钢栈桥位于主桥线路左侧，全长2100m，桥面宽6m，桥面标高为5.76m。栈桥标准跨径12m，并以4 跨为1 标准联，联与联之间设置制动墩，其中在栈桥中间处设一通航孔，单孔跨径15m，满足海湾内渔船正常通航。为适应栈桥结构温度变化及减少行车对栈桥扰动，栈桥每隔150m 设置宽5cm 的伸缩缝，该处钢栈桥所有结构均断开。

钢栈桥结构布置：基础为单排3 根φ630×8mm 钢管桩，桩长24m,间距2.3m，制动墩处双排钢钢桩基础；主横梁为2I45a 工字钢，长6m；承重主纵梁采用6 片贝雷片组拼；桥面横向分配梁采用I25a 工字钢，长6m，间距0.3m；桥面板采用8mm 厚的花纹钢板；桥面两侧设高1.2m 围栏。

2.2 钢栈桥设计参数

设计通行荷载：公路I 级荷载；9m3混凝土砼罐车；50T履带吊(考虑20T 吊重)；

动载系数：车行荷载的冲击系数取1.4；

图1 钢栈桥侧面图

图2 钢栈桥断面图

设计行车速度：10km/h，其中履带吊行驶速度3km/h；设计使用年限：2 年。

3 钢栈桥结构验算

3.1 设计荷载

永久荷载：栈桥结构自重；

施工可变活载：9m3砼罐车；50T 履带吊(考虑20T 吊重)；

水平冲击荷载：40kN (砼罐车的10%，车速≤10km/h)；

竖向冲击荷载；120kN (砼罐车的30%车速≤10km/h)；

风荷载：基本风压WO=0.27kPa (8 级风，20.7m/s)；

流水压力：1.8kPa。

3.2 荷载组合

（1） 栈桥自重+活载；

（2） 栈桥自重+活载+汽车制动力；

（3） 栈桥自重+活载+风荷载+流水荷载；

（4） 栈桥自重+活载+风荷载+流水荷载+汽车制动力。

3.3 受力分析

利用有限元软件midas civil 建立跨径组合为(12×4+3)m 栈桥典型整体模型，模型中栈桥结构尺寸、材料规格及布置形式均按照栈桥施工图纸要求建立，钢管桩桩底按铰接约束，对栈桥进行整体受力分析。

图3 （12×4+3） m 跨径组合整体模型

施工荷载考虑结构自重、汽车荷载、风荷载、流水荷载四种荷载组合，其中汽车荷载又包含车道荷载和车辆荷载，综合考虑分为以下2 种工况，强度和刚度分析选用2 组系数组合。

各种工况下建模加载计算，栈桥结构最大组合应力为136MPa，小于贝雷片抗弯强度设计值273 MPa；栈桥最大位移出现在跨中贝雷片下侧，最大位移12.6mm 小于L/400=30mm 的限值，满足要求。钢管桩最大反力为289kN。

表1 分析工况一览表

4 钢栈桥施工

4.1 钢管桩施工

钢管桩打设采用钓鱼法施工，履带吊配合振动锤（DZ90） 打设钢管桩。精确测设钢管桩位置，安设导向架（由20a 工字钢焊接而成），对准桩位，复测导向架垂直度和空间位置。每节桩沉桩应连续进行，中途避免较长时间的停顿，以免桩周土扰动恢复造成沉桩困难。同时为防止钢管桩插打时出现“假极限地层”，钢管桩沉桩时，时刻观测沉桩贯入度，当贯入度满足设计要求时可停止沉桩。同时为保证桩体或相临桩体不上浮或“吸入”等现象，达到标高后锤头停留桩顶时间不得小于10s 并观测沉桩贯入度。

4.2 主横梁施工

测设钢管桩顶的主横梁位置，并将主横梁处的桩顶向下切割32×20cm 豁口，主横梁嵌入钢管桩豁口内，并用三角加劲板与钢管桩焊接加固。

4.3 贝雷梁及桥面铺设

栈桥桥面施工采用装配式施工工艺，贝雷梁在陆地工场将一跨的两排贝雷片预先拼装成一组，再运输至施工现场，利用汽车吊整体吊装就位。

吊装前在下部结构主横梁上准确测设贝雷梁位置，并用[10a 槽钢焊接定位槽。利用汽车吊整体吊装整孔一组贝雷梁，在主横梁顶面焊接贝雷梁门式限位槽，限位槽采用[10槽钢。相邻两组贝雷梁间用[10 槽钢剪刀撑连接，增强钢栈桥的整体稳定性。

贝雷梁安装固定完成后，安装桥面板。桥面板由I25a工字钢+8mm 花纹钢板组合，为便于控制施工质量与施工进度，桥面板也采用装配式施工工艺，即工字钢与花纹钢板在陆地工场按照设计要求，焊接成整体，再运至现场，由汽车吊将桥面板整体吊运安装在贝雷梁上，并用“U”螺栓固定。在每孔贝雷梁下弦杆上等间距布设2 根I25a 工字钢横联，增加贝雷梁联接刚度。

5 钢栈桥维修

为减少胶州湾海域每天涨落潮海水对钢管桩的锈蚀，在钢管桩与海水面接触的部位，钢管桩表面涂一层环氧树脂漆，将钢管与海水、空气隔离。定期测量钢栈桥的沉降，并对钢栈桥结构进行检查。

6 结语

跨胶州湾铁路特大桥海中钢栈桥于2016 年121 月20 日顺利完成通车使用。钢栈桥在水流多变、涨落潮、地质复杂的情况下，较为经济合理地解决了钢栈桥的设计问题，并在施工过程中取得良好的效果，可为同类桥梁施工提供参考。