中砂特大桥钢栈桥设计与施工技术研究

李春宇

（中交（汕头）东海岸新城投资建设有限公司，广东 汕头 515041）

1 工程概况

（1）项目概况。本工程地处汕头市东南部滩涂及浅海地带，位于汕头市东部，东海岸新城以北。中砂特大桥起止里程K04+604.5-K05+924.5，横跨汕头市外砂河，距入海口约2 km，全长1 366 m，采用双向8车道，桥面宽44.5 m，设计车速80 km/h，主桥采用双跨单索面结构形式，跨度为80 m+180 m+80 m，主塔桥面以上预估高度64 m，外部造型采用钢结构。外砂河为Ⅴ级航道，通航高度为10 m，河道宽度约1 km，主航道河床面标高-6 m，其中采用栈桥施工的桥梁长度范围为708 m。

（2）地质。中砂特大桥所处于地貌属于南方地区的冲击平原，桥梁路线经过的位置主要为鱼塘和农田等，少部分现状的土路，穿越的地貌起伏不太大，场地地面的标高基本上都位于0.15~6.23 m。场地的地层自上而下可划分为13个层次，分别是杂填土、粘土、粉细砂、淤泥质土、中粗砂、强风化花岗岩和中风化花岗岩等。

（3）水文。汕头地区的雨季在4~9月，雨季的降水量占全年水量的80%，其中大部分雨量都位于5~8月。南区海域的潮汐属不正规半日潮混合潮型，涨潮历时大于落潮历时。历年最高潮位3.10 m，历年最低潮位-1.85 m，多年平均高潮位0.34 m。

2 钢栈桥设计

2.1 钢栈桥设计

主栈桥位于主桥上游侧，栈桥主要用于现场车辆通行、材料运输及80 t履带吊吊装工作（吊重20 t）、12 m3混凝土罐车行走的要求。栈桥全长708 m，桥面宽度为7.5 m，单跨最长跨径为12 m，栈桥沿纵向每4跨设置一个双排桩。栈桥为上承式结构，从上至下依次由装配式桥面板、I22a横向分配梁、321型贝雷梁、2I56a承重梁、Φ630×8 mm钢管桩构成，栈桥桥面标高为+5.6 m。栈桥平面布置图见图1。

图1 钢栈桥平面布置图

主栈桥钢管桩设计为三种型式：浅水区采用单排两根Φ720×10 mm钢管，深水区采用单排三根Φ630×10 mm钢管，设计断面图见图2。

图2 栈桥设计断面图

2.2 栈桥结构计算

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，贝雷梁材质为16Mn，容许内力为：弦杆560 kN，竖杆为210 kN，斜杆为171 kN。采用贝雷梁结构形式的桥梁，其限制荷载的临时桥梁，16Mn的容许拉应力、压应力、弯应力为1.3×210 MPa=273 MPa，容许剪切应力为1.3×160 MPa=208 MPa。

（2）荷载。①钢栈桥施工期间：采用80 t履带吊打设吊装，考虑自重80 t+吊重20 t；②钻孔平台主要用于桩基施工，设备采用田野牌反循环钻机，施工期每台钻机的重量为200 t；采用徐工100t履带吊进行钢筋笼的吊放及接长工作；③施工堆载：平台临时堆载按0.3 kPa计。

（3）荷载组合。钢栈桥荷载组合分为施工状态和工作状态。

施工状态：在临时钢栈桥搭设过程中，将履带吊在单跨栈桥通行和吊装作业时候的施工荷载作为组合。

工作状态：钢栈桥在使用过程中，车辆荷载与相对应的状态下的其他荷载作为组合。

根据以上主要机械荷载组合分析，取最不利荷载工况进行校核：

工况一：80 t履带吊吊装作业，吊重按20 t计；

工况二：2辆12方混凝土罐车错车；

荷载组合情况见表1。

表1 荷载组合工况

（4）结构模型。采用Midas软件对栈桥的钢管桩、横梁、贝雷片进行建模，建立的模型图见图3。

图3 栈桥模型图

（5）结构计算。针对栈桥分配梁、贝雷梁、主横梁、钢管桩和钢管桩的嵌固点进行计算，计算分配梁的应力、贝雷梁的强度和内力以及位移、主横梁的应力、钢管桩的内力和桩端反力等。钢管桩嵌固计算中去CKZK21钻孔地质编号结果为准，计算结果见表2。

表2 计算结果统计

根据计算结果，各个受力结构的强度、内力等都满足要求，临时栈桥结构设计合理，可以应用于中砂特大桥施工。

3 栈桥施工

（1）栈桥施工流程。钢栈桥的施工流程为：原材料进场→测量放样→钢管桩施沉→桩顶横梁安装→贝雷梁安装→分配梁安装→桥面钢板安装→防护栏杆安装。

（2）第一跨栈桥与便道衔接。先进行桥台施工，桥台完成后，台背回填土方并压实。履带吊站位在桥台位置施打第一排钢管桩，调整切割钢管桩顶标高至设计标高，然后安装承重梁和贝雷梁。

（3）钢管桩加工及运输。钢管桩在外直接采购成品，根据钢管桩的设计长度，按照实际需要的长度在后场进行加工，钢管桩进场和厂内运输均采用平板车进行。钢管桩在进场前应进行质量验收，检查钢管桩所用的钢材的质量保证书和产品合格证，采用卡尺检查钢管桩的壁厚、直径等尺寸。钢管桩接长的施工，采用补强对焊连接，每根钢管桩在对接满焊后，在周围的焊缝处在焊接连接钢板，加大连接处的钢管桩强度。

钢管桩的堆存不得超过2层，超过2层以上，需要采用钢材或者其他的定位架进行固定，避免钢管桩滑落。钢管桩在起吊的过程中吊点位于钢管桩梁端1/4位置，采用多点起吊的方式，不得吊装钢管桩的两头，避免钢管桩发生弯曲变形。

（4）钢管桩插打施工。整体采用钓鱼法进行钢栈桥的立柱施打，在已经安装固定焊接完成的第N跨栈桥上，用履带吊吊装施打第N+1跨的钢管桩，每一跨钢管桩立柱施打完成后，焊接平联，安装主梁，吊装贝雷片，铺设分配梁，安装完成上部结构后，履带吊移动至N+1跨站位，施打N+2跨的钢管桩立柱。本项目采用的DZ90的振动锤进行施打，钢管桩施打过程中采用全站仪进行桩基位置放样和偏位检查。钢管桩的施打以最终入土的贯入度为控制指标，以桩顶标高作为校核进行检验，施打停止的标注为连续施打钢管桩90 s，若钢管桩标高变化小于10 mm，就可以满足停锤的标准，而且需要再继续施打5 min左右，使钢管桩的平均贯入度小于控制贯入度，施打过程中严格控制桩顶标高。

（5）钢管平联及牛腿施工。单排的钢管桩施打完成后，进行栈桥的平联、斜撑安装焊接，斜撑和平联采用槽钢进行连接成为一个整体，因为施打过程中钢管桩的位置存在一定的偏差，所以平联和斜撑的下料长度根据实测的长度确定。平联和斜撑的作用是用于保证每排钢管桩的稳定性，所以这些连接机构的焊接需要进行焊缝检测，保证焊接质量满足规范要求，保证栈桥的整体问题性，栈桥可以每隔3跨或者5跨设置一道抗推墩，抗推墩的前后也要采用型钢进行连接。各个结构焊接之前需要清理表面的锈蚀部分和杂物，保持表面干燥。钢管的平联和牛腿施工放样及焊接中，因为立柱偏位，造成的相关位置无法焊接或者无法衔接的位置，应进行补强措施加固。

（6）安装桩顶横梁。栈桥的主梁采用双屏的I56a工字钢，这个横梁可以提前在岸上加工完成，然后通过平板运输车运输到现场，采用履带吊进行安装，安装在立柱桩施打完成以后进行。主横梁在加工的时候需要注意支点位置应该补强加劲板，加劲板的焊接位置要准确无误。实际安装过程中，如果存在主梁与牛腿不能紧密衔接的问题，采用加垫钢板或者是钢楔进行调平处理，桩顶横梁与牛腿之间采用焊接固定。

（7）安装贝雷梁。贝雷梁是主横梁上面的传力结构，沿着栈桥的纵轴线放线布置，贝雷梁的安装采用履带吊进行安装，每一跨的贝雷也是在岸上先进行预拼装，拼装完成后采用平板车运输到施工现场，履带吊吊装组合贝雷片至桩顶横梁，调整好位置，焊接门式限位器，或者采用U型螺栓固定也可以，将贝雷梁与主横梁进行连接固定，如果由于误差造成二者不能紧密衔接的时候，同样也是需要塞垫钢板进行调平处理，增强贝雷梁横桥向的稳定性，每组贝雷片中间设置风撑，加强贝雷梁的横向连接刚度。

（8）安装横向分配梁。贝雷片上面按照设计间距铺设I22a的工字钢，工字钢与贝雷梁中间同样采用U型螺栓进行固定，固定位置位于每个工字钢的两端，限制工字钢的移位。

（9）铺设桥面系。桥面分配梁铺设完毕且连接牢固后，在分配梁上按图纸放出桥面板位置，吊车吊装，钢板与分配梁采用点焊连接。

（10）附属设施安装。钢面板安装完成后，在分配梁上焊接护栏立杆，栈桥外侧栏杆立杆采用12 cm×12 cm方钢管，高度1.2 m，间距约2 m。横向设置三道横杆，横杆采用4 cm×4 cm的方钢管。护栏采用红白相间油漆涂刷，每段间隔长度300 mm。

4 注意事项

（1）尽量减少重型机械对钢栈桥碾压，施工中不得更换超越计算书中的机械设备荷载，机械设备在栈桥上行驶缓慢，减少对钢栈桥的冲击；（2）其中设备在栈桥上吊装作业时，支腿应落在横梁上方，同时减少在钢栈桥上对方荷载；（3）根据河流的漂浮物情况，若上游枯木等漂浮物较多，可考虑在冲击范围内的钢管桩上侧施打防撞桩进行栈桥保护。

5 结论

中砂特大桥主体结构施工已经结束，实践表明钢栈桥的结构设计研究合理，在汛期及施工过程中结构稳定安全，成为桥梁下部结构施工中的重要保障通道，取得了良好的经济效益，采用钢栈桥作为桥梁施工中的临时结构是一种非常适宜的选择。