孙渡特大桥贝雷梁钢栈桥施工技术

周国伟

（中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北武汉 430070）

0 引言

改革开放以来，我国的桥梁建设取得举世瞩目的成就，一大批跨河、跨江、跨海大桥建成，特大型桥梁也越来越多，跨径也越来越大，施工难度加大。而作为临时结构的钢栈桥对桥梁跨水域施工起着至关重要的作用，应用也越来越广。钢栈桥是指在土木工程中，为运输材料、设备、人员而修建的临时桥梁设施。

本文结合孙渡特大桥施工，介绍在跨河道上搭设贝雷梁钢栈桥施工，主要从以下方面：总体施工综述、工艺流程、结构形式、结构受力计算。同时也为在河道上架设贝雷梁钢栈桥提供了可行性施工方案。

1 工程概况

1.1 工程简介

孙渡特大桥桩基起止里程为DK65+469.11-DK73+487.565，昌赣铁路为国家客运专线，该桥位于江西省丰城市，跨清丰河为一联40+56×2+40m预应力混凝土连续梁，采用挂篮悬臂施工，下部结构为圆端型桥墩配钻孔桩基础，大体积承台，其中主墩41#、42#，边墩43#墩在河道以内，边墩40#在河堤以外。

1.2 河道概况

清丰河常年有水，线路方向河流宽度90m。测时水位为20.1m，设计施工水位24.81m，V=1.33m/s。工程地质主要为：粉质黏土厚度1～1.5m，淤泥厚度2～3.6m，泥细中砂厚度1.3～9.7m，泥粗中砂厚度1.2～13.6m，卵石厚度8.60～20.90m，以下为花岗岩地质。

2 贝雷梁钢栈桥施工方法

2.1 总体施工综述

采用逐孔振沉钢管桩逐孔架设上部结构的方法（即“钓鱼法”）施工。如图1所示。

2.2 工艺流程

工艺流程：准备工作→测量放样导向架定位→钢管桩施工→钢管桩间平联和剪刀撑、桩顶分配梁等施工→贝雷梁安装→型钢分配梁施工→桥面系及附属设施施工。

图1 “钓鱼法”施工

2.3 钢管桩施工

钢管桩插打采用悬打法施工，用50t履带吊车配合振桩锤施打钢管桩，如图2所示。

图2 履带吊振沉钢管桩

水中桩安装导向架确定桩位。按设计要求悬挑出两组钢管为导向梁，在悬挑出的钢管上安装导向架，用焊接方法将导向架固定在悬挑钢管上。导向架安装完成后，测量人员精确测放桩位纵横向轴线位置，插桩后根据此放样点微调钢管桩，使钢管桩处于设计位置，纵向及横向错位均≤10mm。

插打钢管桩时，要持钢管桩铅垂，对准桩位，缓慢下落。打桩首先检查桩偏位和倾斜度无误后即可打桩，采用50t履带式起重机机配合振动锤插打，桩锤、液压夹持器及管桩的轴线应在同一垂线上，不得有过大偏差，振动下沉钢管桩过程中，如发现偏位和倾斜，应及时进行纠正。打桩过程中，吊机应配合打桩速度及时松钩，不得使吊机受力过大，以免造成吊机倾覆。

2.4 桩顶分配梁、平联及剪刀撑施工

每排桩施工完毕，经检查合格，即可安装桩顶分配梁、平联及剪刀撑。先定位桩间平联、焊接剪刀撑，再安装桩顶分配梁，最后加焊桩间联结系。联结系未焊完前，吊机不得前移。

2.5 贝雷梁安装

贝雷梁在拼装场按设计要求组拼装成待架设一跨长度，运至施工现场由履带式起重机整体起吊安装。贝雷梁拼装前应进行外观检查，变形过大贝雷梁不得使用。贝雷梁架设参如图3所示。在下部结构顶横梁上进行测量放样，定出贝雷梁准确位置，贝雷梁吊起准确就位后先牢固捆绑在横梁上，然后焊接横向限位器固定贝雷梁，再安装另一组贝雷，同时与安装好的一组贝雷用贝雷片剪刀撑进行连接。依此类推完成整跨贝雷梁的安装。

图3 履带吊架设贝雷梁

2.6 型钢分配梁安装

采用履带式起重机进行分配梁安装，首先铺设I25b横向分配梁（间距1.5m），并用U形卡与贝雷梁进行固定。I25b横梁的支点必须摆放在贝雷梁腹杆节点处，以满足受力要求。然后铺设纵梁I12（间距0.3m），吊装到位后与I25b横向分配梁接触点焊接成整体，焊缝厚度满足设计要求。

2.7 桥面系及附属设施施工

桥面板采用花纹板，用履带式起重机吊放纵梁I12上，桥面板要求接缝严密顺直，整体平整，无翘曲，同时板与板间设置5mm伸缩缝，防止温差带来的影响，桥面板直接与纵横梁I12进行焊接加固。栈桥两侧设置栏杆，栈桥栏杆刷红白相间油漆。栏杆要求联接牢固，不得有明显曲折。其它附属设施随着栈桥的延伸一次性施工完成。

3 贝雷梁钢栈桥受力计算

3.1 结构形式

孙渡特大桥栈桥全长约132m，桥面宽度8m，其结构布置如图4所示。栈桥每个断面布置4组8排贝雷梁，贝雷梁顶铺设横向分配梁I25b（间距1.5m），在其上方纵向铺设12.6#工字钢（间距0.25m），桥面板采用10mm厚度花纹板。桩顶采用2I36b分配梁，承重桩采用3根φ529×8mm钢管桩，桩间连接结构采用［16b节点板形式。

3.2 主要技术条件

（1）设计荷载：50t履带吊车（履带尺寸4.69m×0.76m；吊重按不超过15t考虑）。

（2）施工控制活载：50t履带吊车，混凝土运输罐车（空载时约15t）。

（3）设计行车速度：15km/h。

（4）行走荷载取3kPa。

图4 栈桥标准横断面布置

（5）人群荷载不计。

（6）荷载系数。

恒载1.0，活载不均匀系数1.2，冲击系数1.15。

贝雷梁为Q345锰钢，强度设计值f=273N/mm2，抗剪强度设计值fv=180N/mm2，除贝雷梁之外的其他钢结构采用Q235材料的强度设计值和抗剪强度设计值分别为f=215N/mm2和fv=125N/mm2。

3.3 结构计算

3.3.1 桥面板纵梁I12检算

（1）由于50t履带吊履带宽度为0.76m，桥面板下纵肋间距为0.25m，由于刚度分配作用，履带吊荷载直接作用于桥面板纵肋上，不进行面板计算。

（2）纵向分配12工字钢间距为0.25m，横向分配25b#间距1.5m，因此25b#工字钢的计算跨径l1=1.5m。

（3）履带吊带宽范围内总有3根I12承受其荷载，对于每根I12，换算成线荷载：1.2×（50+15）×10/4.69/3/2=27.71kN/m（带长=4.69m＞l1=1.5m）

①12.6#工字钢的力学性能。

12.6 #工字钢容许抗弯应力[σ]=170MPa弹性模量E=2.1×105MPa。

截面抵抗矩：W=77cm3截面惯性矩：I=488cm4。

半截面静距Sx=44.2cm3腰厚d=5mm每延米重量14.2kg/m。

②验算抗弯强度。

图5 12.6#工字钢计算模型

按三跨连续梁计算，σ=（gl12）/（10W）=（27.71×103×1.52）/（10×77×10-6）=80.97MPa<[σ]=170MPa，抗弯满足要求。

③验算抗弯刚度按三跨连续梁计算，则抗弯刚度：f=（ql4）/（150EI）=（27.71×103×1.54）/（150×2.1×1011×488×10-8）=0.91mm＜l/400=1500/400=3.75mm，满足要求。

④验算抗剪强度最大剪力Q=gl/2=27.71×1.5/2=20.78kN。

最大剪应力τ=QSx/（Ixd）=20.78×103×44.2×10-6/（488×10-8×0.005）=37.64MPa＜[τ]=0.6[σ]=102MPa，抗剪满足要求。

3.3.2 贝雷梁顶分配梁I25b计算

（1）贝雷梁横向最大间距1.3m，因此取I25b的计算跨径l2=1.3m。

（2）履带吊带长范围内总有3根I25b承受其荷载，对于每根I25b，履带自重换算成线荷载：1.2×（50+15）×10/1.52/3=171.05kN/m（带宽=0.76×2m＞l2=1.2m）

①25b#工字钢的力学性能。

25b#工字钢容许抗弯应力[σ]=170MPa弹性模量E=2.1×105MPa。

截面抵抗矩：W=423cm3截面惯性矩：I=5280cm4。

半截面静距：Sx=246.3cm3腰厚d=10mm每延米重量42kg/m。

②验算抗弯强度。

按三跨连续梁计算，σ=（gl22）/（10W）=（171.05×103×1.32）/（10×423×10-6）=68.34MPa＜[σ]=170MPa，抗弯满足要求。

③验算抗弯刚度。

图6 25b#工字钢计算模型

按三跨连续梁进行计算，抗弯刚度：f=（ql24）/（150EI）=（171.05×103×1.34）/（150×2.1×1011×5280×10-8）=0.3mm＜l/400=1300/400=3.25mm，满足要求。

④验算抗剪强度最大剪力Q=gl/2=171.05×1.3/2=111.18kN。

最大剪应力τ=QSx/（Ixd）=111.18×103×246.3×10-6/（5280×10-8×0.01）=51.86MPa＜[τ]=0.6[σ]=102MPa

3.3.3 贝雷梁计算

当履带吊行走至跨中时，贝雷梁弯矩最大，故仅对跨中断面进行检算。

（1）钢管桩纵向间距为12m，履带吊履带长度为4.69m，因此贝雷梁受力按履带吊自重、吊重和贝雷梁自重叠加考虑，计算跨径取l3=12m。

（2）履带吊带宽范围内总有4片贝雷梁承受其荷载，对于每片贝雷梁，履带自重换算成线荷载：

1.2 ×（50+15）×10/4/4.69=41.58kN/m（带长=4.69m＜l3=12m）。

（3）贝雷梁自重换算成线荷载：1.0×287/3×10/1000=1.0kN/m。

①321贝雷梁力学性能。

截面惯性矩：Ix=250500cm4弹性模量：E=2.1×105MPa。

[M]=788.2kN·m 理论重量：287kg/片。

②验算抗弯强度b=4.67m，l=12m。

按三跨连续梁和简支梁叠加进行计算，则最大弯矩：

Mmax=gl2/10+qbl（2-b/l）/8=1.0×122/10+41.58×4.69×12×（2-4.69/12）/8=485.11kN·m＜[M]=788.2kN·m，抗弯满足要求。

③验算抗弯刚度。

图7 贝雷梁计算模型

按三跨连续梁和简支梁叠加进行计算，则：

最大挠度：

④验算抗剪强度。

最大剪力 Q=gl/2+qb/2=1.0×12/2+41.58×4.69/2=103.51kN＜[Q]=245.2kN。

3.3.4 桩顶分配梁36b计算

当履带吊行走至钢管桩正上方时，36b#工字钢受力最大，故仅对钢管桩断面进行检算。

（1）钢管桩横向间距为3.33m，计算跨径取l4=3.33m。

（2）在3.33m跨径范围内，履带自重换算成线荷载：

1.2 ×（50+15）×10/3.33/1.52=154.10kN/m

（3）在3.33m跨径范围内，总是承受3片贝雷梁自重，贝雷梁自重换算成集中荷载：

F=1.0×18×287×10/1000=51.66kN

①36b#工字钢力学性能。

36b#工字钢容许抗弯应力[σ]=170MPa弹性模量E=2.1×105MPa。

截面抵抗矩：W=919cm3截面惯性矩：I=16530cm4。

半截面静距：Sx=541.2cm3腰厚d=12mm每延米重量65.5kg/m。

②验算抗弯强度。

图8 36b#工字钢计算模型

a=1.78m，b=1.52m，l=3.33m。

按简支梁进行计算，则最大弯矩：

Mmax=qbl（2-b/l）/8+Fa=154.10×1.52×3.33×（2-1.52/3.33）/8+51.66×1.78=242.45kN·m。

弯曲强度：σ=M/W=242.45×103/3/（919×10-6）=87.94MPa＜[σ]=170MPa，抗弯满足要求。

③验算抗弯刚度。

按简支梁进行计算，则最大挠度：

f=qbl3（8-4b2/l2+b3/l3）/（384El）+Fa（3l2-4a2）/（24EI）

=154.10×103×1.52×3.333×（8-4×1.522/3.332+1.523/3.333）/（384×2.1×105×106×16530×10-8）/3+51.66×103×1.78×（3×3.332-4×1.782）/（24×2.1×105×106×16530×10-8）/3=2.33mm＜l/400=3330/400=8.325mm，满足要求。

④验算抗剪强度。

最大剪力Q=qb/2+F

=154.01×1.52/2+51.66=168.71kN

最大剪应力τ=QSx/（Ixd）=168.71×103×541.2×10-6/（16530×10-8×0.012）/3=15.34MPa＜[τ]=0.6[σ]=102MPa。

3.3.5 钢管桩529受力计算

每根钢管桩承受工字钢传递来的荷载=2Q=2×168.71=337.42kN

由于步距为2.5m，长细比λ=l/i=250/18.442=13.556，查《路桥施工计算手册》附表3-26得φ=0.9。

因此 ，[N]=φA [σ]=0.9×130.942×10-4×170×106=2003.41kN ＞N=337.42kN，满足要求。

钢管桩周长C=π×0.529

钢管桩进入含泥中粗砂深度=N/（C×qk）=337.42/（π×0.529×40）=5.08m。

考虑地质的多变性、施工偏差以及安全系数，设计入土深度15m符合要求。

综上所述，本栈桥方案结构受力，稳定性能满足目前使用要求，具有一定安全储备。

4 结语

孙渡特大桥贝雷梁钢栈桥方案设计合理，施工速度快，保证了大桥在施工阶段的机械、物资、混凝土运输及人员通道，为大桥主体工程的开展赢得了宝贵时间，产生了显著的经济效益。本栈桥的施工为今后类似工程施工积累了经验，具有借鉴意义。