通航条件下栈桥设计方案及平台施工技术研究

2022-10-02孙永震吴新涛

科技创新与应用 2022年27期

孙永震，窦晗，陈国，吴新涛

（1.中铁一局集团有限公司第三工程分公司，陕西宝鸡 721006；2.南京林业大学土木工程学院，南京 210037）

资江特大桥（中心桩号DK172+892.890）位于邵阳市北塔区雨溪镇。桥址于DK172+786—DK172+793.3处跨越兴路，于DK172+914.2—DK173+270.9处跨越资江。起点桩号DK172+356.480，终点桩号DK173+429.300，桥梁全长为1 072.820 m，桥面宽度为12.5 m。本桥跨越资江，沿线路方向水流流向由右至左，桥轴法线方向与湘江河道水流方向斜角度为5°，桥址处上游，江水面积12 050 km2。设计流量12 300 m3/s，设计水位为224.6 m，5年一遇施工水位218.53 m。

连续梁为有砟轨道（72＋3×130＋72）m双线预应力混凝土连续梁，主墩为双线圆端形实体桥墩；怀化岸简支T梁上构为2×24 m+11×32 m预应力混凝土简支T梁，衡阳岸简支T梁上构为2×32 m+2×24 m预应力混凝土简支T梁，桥墩为双线圆端形实体桥墩，0#、22#桥台为双线T型桥台，基础均采用钻孔灌注桩。其中14#、15#、16#、17#墩为连续梁主墩位于资江中，工程量大、技术难度高，是本项目的难点工程和控制性工程。桥址主体范围内水深情况经测量为15#墩处水深平均2.6 m、16#墩处水深平均0.92 m和17#墩处水深平均3.03 m（测量时为11月份资江特大桥枯水季节），水流速度为1 m/s。建设场地主要地质以粉质黏土（硬塑）、泥质粉砂岩（强风化）和卵石土（稍密）为主，见表1。

表1 工程地质条件

在通航条件下，为保证施工安全以及保证汛期，安全渡洪，需要搭建栈桥作为施工时吊机及混凝土输送泵管的行走通道[1-3]。

1 施工方案比选

根据桥址地质状况，气候、水文变化，河床面与承台高程及冲刷深度，河道通航要求等情况[4]，经过施工调查、专家咨询，提出2套方案进行比选。

1.1 方案①

栈桥面设计宽度6 m，双向车道，标准跨径12 m。分为西岸14#墩至15#墩，西岸施工栈桥全长153 m，东岸18#墩至16#墩，东施工栈桥全长205.3 m。栈桥设计车辆行驶速度为5 km/h，设计荷载根据实际施工情况，取最大荷载50 t履带吊汽车，吊重按15 t考虑，考虑1.1的冲击系数，验算最大荷载为93.5 t。栈桥及作业平台顶面标高设计为220.89 m。

栈桥基础按摩擦桩进行设计，采用Φ1 000 mm×10 mm钢管桩形成桥墩。全桥共设置标准墩28个，制动墩4个，调节墩1个。栈桥承重梁采用“321”型贝雷梁，贝雷梁横向布置间距90 cm，每片贝雷梁之间采用标准90支撑架进行连接；贝雷梁纵桥向方向在制动墩以及调节墩处断开形成伸缩缝。栈桥桥面系由I25b工字钢横向分配梁、10a工字钢和10 mm后花纹钢板组成。桥面系横向分配梁布置间距75 cm，纵向分配梁布置间距20 cm。栈桥两侧采用Φ48 mm×3.5 mm的钢管设置栏杆焊接在桥面系横向分配梁上，栏杆竖杆纵桥向间距1.5 m，横杆设置3道，水平间距40 cm。采用I25b对称设置1道护轮轨，护轮轨焊接在面板上，横桥向间距5.06 m。

1.2 方案②

栈桥面设计宽度7 m，双向车道，标准跨径12 m。分为西岸13#墩至15#墩，西岸施工栈桥全长192 m，东岸18#墩至16#墩，东施工栈桥全长204 m。栈桥设计车辆行驶速度为15 km/h，设计荷载根据实际施工情况，取最大荷载80 t履带吊汽车，吊重按15 t考虑，考虑1.1的冲击系数，验算最大荷载为104.5 t。栈桥及作业平台顶面标高设计为220.89 m。

栈桥基础按摩擦桩进行设计，采用Φ1 000 mm×10 mm钢管桩形成桥墩。全桥共设置标准墩27个，调节墩6个。栈桥承重梁采用“321”型贝雷梁，贝雷梁横向布置间距90 cm，每片贝雷梁之间采用标准90支撑架进行连接；贝雷梁纵桥向方向在制动墩以及调节墩处断开形成伸缩缝。栈桥桥面系由I25b工字钢横向分配梁、10a工字钢和10 mm后花纹钢板组成。桥面系横向分配梁布置间距75 cm，纵向分配梁布置间距20 cm。栈桥两侧采用Φ48 mm×3.5 mm的钢管设置栏杆焊接在桥面系横向分配梁上，栏杆竖杆纵桥向间距1.5 m，横杆设置3道，水平间距40 cm。

1.3 方案比选

2个施工方案的经济技术比较见表2。从工程量方面考虑：方案①中每个标准墩为2根钢管桩，调节墩及制动墩为4根钢管桩，钢管桩用量312.7 t、槽钢30.8 t和工字钢303.92 t；方案②中每个标准墩为3根钢管桩，调节墩为6根钢管桩。钢管桩用量500.32 t和槽钢55.44 t和工字钢394.97 t。其他材料基本相同。

表2 各方案经济技术比较

从适用方面考虑：方案①验算荷载93.5 t，方案②验算荷载为104.5 t。

从技术难度方面考虑：方案①和方案②均为钢管桩基础+贝雷梁桁架，施工难度一致。

从施工工期方面考虑：方案①计划工期为70 d，方案②计划工期为105 d。

从经济方面考虑：方案①栈桥1 m造价为1.553万元，方案②栈桥1 m造价为1.66万元。方案①栈桥的造价比方案②低11.8%。

经过以上技术、经济等各方面比较后，结合资江特大桥施工实际情况，选用方案①作为栈桥设计方案。

2 方案实施

2.1 栈桥设计

为满足资江特大桥水中15#、16#、17#主墩钻孔桩、承台、墩身及上部主梁施工材料、设备等运输，从东、西两岸分别搭设临时施工栈桥，西岸进入15#主墩，东岸进入16#、17#，主墩如图1所示。栈桥施工从岸边开始逐步向水中延伸，钢管桩基础依据本工程的施工条件分为水中非裸岩区和水中裸岩区，水中非裸岩区采用“钓鱼法”打桩。水中裸岩区采用冲击钻或旋挖钻冲孔，然后使用履带吊或汽车吊使钢管桩下沉到位，吊机根据起吊重量和范围进行选择。

图1 栈桥

栈桥西岸14#墩至15#墩，西岸施工栈桥全长153 m，跨径布置为（4×12 m）+（5×12 m）+（2×12+9+12 m）；东岸18#墩至16#墩，东施工栈桥全长205.3 m，跨径布置为（2×12+6 m）+（2×12+9+3×12 m）+（12+9+3×12 m）+（12+9+2×12+4.3 m）。栈桥由钢管桩基础、纵横剪刀撑、主横梁、纵梁、分配梁、桥面及附属结构等部分组成。利用嵌岩于坚硬地层的钢管桩直接支撑上部结构，钢管立柱在水面以上部位设置横向联结，增强结构整体稳定性，桩基础上端布置横向主梁，主横梁上架设安装纵向贝雷梁，贝雷梁顶部铺设桥面分配梁及桥面钢板，两侧设置护栏、照明及其他附属设施[5]。

2.2 平台设计

施工平台用于资江特大桥15#、16#和17#墩钢护筒下放及为桩基础施工提供工作平台，同时作为钻孔设备、材料堆放场地。施工平台设计宽32 m，长45 m。根据钢围堰施工工艺及平台分布荷载的不同分为3种结构形式。

3种结构形式的施工作业平台面层形式一致，即面层面板采用厚度为10 mm的压花钢板进行铺设，面板下方为I10的纵向分配梁，其横桥向布置间距20 cm；I10的纵向分配梁下方为II32b的横向分配梁，其纵桥向布置间距为75 cm。

施工平台承重采用“321”型贝雷梁，每种结构贝雷梁布置均不同。

（1）15#墩施工平台贝雷梁跨径布置为：6 m跨4榀、9 m跨4榀、12 m跨5榀、15 m跨6榀。

（2）16#墩施工平台贝雷梁跨径布置为：6m跨4榀、9 m跨4榀、12 m跨5榀。

（3）17#墩施工平台贝雷梁跨径布置为：6 m跨4榀、9 m跨4榀、12 m跨5榀。

贝雷梁之间采用异型花架连接，平台每组贝雷梁之间采用[14a槽钢平联进行连接，异型花架与平联纵桥向间距3 m。贝雷梁与II32b横向分配梁之间采用“U”型卡扣，每隔3 m进行连接，与II56b分配梁采用槽型卡扣进行连接。

平台基础采用Φ800 mm×10 mm钢管桩，如图2所示，桩间采用剪刀撑进行连接，并于栈桥钢管桩连接成一体。增强平台的稳定性。钢管桩顶部为II56b工字钢墩顶横向分配梁，在钢管桩之间采用II56b工字钢作为牛腿分配梁（15#墩不设置牛腿）。

图2 钢管桩

平台两侧采用Φ48 mm×3.5 mm钢管设置栏杆焊接在桥面系横向分配梁上，栏杆纵桥向间距为1.5 m，横杆设置3道，水平间距40 cm，栏杆涂红白相间的反光漆。

3.3 施工技术措施

每根钢管桩下沉时要一气呵成，不可中途间隙时间过长，每次振动持续时间过短，则土的结构未被破坏，过长则振动锤部件易遭破坏。振动的持续时间长短应根据不同机械和不同土质通过试验决定，一般不宜超过10～15 min。采取必要措施保证钢管桩下沉的垂直度和平面位置，钢管桩的垂直度小于等于1%，平面位置偏差小于等于5 cm。钢管桩需要加长时，其间的连接必须满焊，各加长加劲板必须满焊，并且符合设计的焊缝要求，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。

钢管桩施工完成后及时进行钢管桩之间纵、横向之间剪刀撑安装。测量人员现场指挥精确定位，在钢管桩插入过程中要不断地检测桩位和桩的垂直度，并控制好桩顶标高。下沉时如钢管桩倾斜，应及时牵引校正，每振1～2 min要暂停一下校正钢管桩。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。当最后下沉速度与计算值相距不多，且振幅符合规定时认为合格，施工采用设计桩长与贯入度法进行双控。振动锤与桩头法兰盘连接螺栓必须拧紧，无间隙或松动，否则振动力不能充分向下传递，影响钢管桩下沉，接头也易振坏，在振动锤振动过程中，如发现桩顶有局部变形或损坏。要及时修复。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，更不允许施打时，导向支架发生位移或转动，使桩身产生超过许可的拉力或扭矩。

平台贝雷梁之间采用异形花架进行连接，平台本身的每组贝雷梁之间采用贝雷梁平联进行连接。面层横向分配梁按照75 cm间距布置在贝雷梁顶，并每隔3 m与贝雷梁之间采用“U”型卡扣进行连接，然后在其上铺设面层纵向分配梁，面层纵向分配梁与面板和面层横向分配梁之间采用断点焊接进行连接；根据围堰的下放顺序，平台整体搭设步骤有所不同，15#墩采用“先桩后堰”法施工，搭设施工平台时可一次成型，待桩基施工完毕后，拆除围堰范围内平台，下方围堰。16#、17#墩采用“先堰后桩”法施工，搭设施工平台时先进行围堰外部平台搭设及钢护筒安装，待围堰安装及封底完毕完成其余平台搭设。