小半径曲线钢栈桥及钻孔平台施工关键技术

彭哲 肖南

摘 要：三峡枢纽白洋港疏港铁路工程中，与既有码头相接的四清闸大桥为小半径曲线桥梁，施工区域存在人工抛石，如采用直线栈桥覆盖其整个曲线范围，势必造成栈桥面积增大，材料成本增加等不利因素。在此背景下，施工过程中设计了一种小曲线半径钢结构简支栈桥结构，拟合了四清闸大桥的线性，同时采用抓斗船清理抛石的方法，保障了栈桥及钻孔平台管桩基础成功实施。此类型栈桥设计施工可为类似桥梁提供借鉴和参考。

关键词：小半径曲线；钢栈桥；抛石；关键技术

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.05.096

1 工程概况

1.1 项目概况

四清闸铁路大桥为三峡枢纽白洋港疏港铁路跨越四清闸口段长江、顺接既有白洋港一期码头栈桥而设，桥址位于长江岸边，地貌单元为长江主堤、子堤及主河槽，地形有起伏，地标高32～52m，地形相对高差较大，设计最高水位为+48.48m（长江白洋港段H1/100洪水位），设计最低水位为+35.99m。桥梁位于铁路线路平面R=250m的曲线上，线路纵坡-196‰、0‰。

桥梁里卖弄布置图如图1所示。

1.2 地质、水文情况

四清闸大桥跨越四清闸明渠排水沟，明渠水位受长江水位影响较大，桥梁顺接白洋港一期码头，未跨越通航孔，无通航需求。通过查阅历年水文资料可知四清闸大桥位处历年最低水位（由宜昌站水位-1.5米）为当年12月～次年2月，最低水位约为+360m，最高水位为6～8月，最高水位为+45.6m。

四清闸大桥水域桥址区表层分布有人工抛石、第四系全新统冲洪积（Q al+pl）粉土、粉细砂、卵石和第四系上更新统冲洪积（Q al+pl）粉质黏土、粉土、卵石层，下伏基岩为下第三系方家河组（Ef）砾岩、砂岩、泥岩。其中人工抛石采用未风化和无裂隙片状块石，强度大于40MPa，单块石头重量在25-100kg之间，厚度为1.0m，抛石护坡原状如下图。

与通常钢结构栈桥区别在于其每跨贝雷梁为非连续的简支结构，以解决相关技术中对于水中小半径曲线桥梁，常规连续结构钢栈桥无法拟合小半径曲线的问题。贝雷梁架主体包括贝雷片以及限位装置，贝雷片通过螺栓、销轴连接成桁架结构搭设于两排钢管立柱之间，通过限位装置将其锁定于柱顶分配梁上，使得每跨贝雷梁无法纵向和横向位移。每跨贝雷梁之间交错布置，通过线性的拟合桥梁线性。

2 总体施工方案

四清闸大桥采用桩柱式结构，桩基均采用钻孔灌注桩形式，需要水上施工，为满足水上施工需求。需搭设钢栈桥及钻孔平台提供水上作业环境。栈桥施工沿桥位布置，距离桥位预留一定的施工距离，栈桥将河道拉通，保证同行顺畅。栈桥主要承担各种材料运输设备、施工机械设备的通行任务，同时也是水上施工人员上下班的通道及各种电缆管线等的通道。钻孔平台在两桥墩之间沿栈桥横向引出，满足桩基钻孔施工及后续上部结构支架搭设施工。

本工程栈桥及钻孔平台采用钢管桩基础+贝雷梁+型钢分配梁的形式，主梁采用贝雷梁交错布置，每跨均为简支梁，8mm钢板，单车道设置（65m宽）。栈桥设防水位：20年一遇设计水位440m，设计水流流速25m/s，20年一遇水流力，栈桥顶面标高+470m。栈桥设计荷载：55t重车，80t履带吊走行，80t履带吊正吊、侧吊20t，钻孔平台设计荷载：CK2000冲击钻机工作（整机重15t（含卷扬机），卷扬机拉力8t，冲锤最大重量6t，总重21t，考虑冲击系数按30t考虑）。

3 钢栈桥、钻孔平台设计

3.1 基础设计

栈桥桩基采用φ630×8mm和φ820×10mm（与钻孔平台共用）两种钢管桩，钢管桩连接系采用φ351×8mm和φ273×8mm钢管，桩顶分配梁采用双拼工50a。如图2所示。

3.2 上部结构设计

钻孔平台设置在23～32#墩之间，顺桥向长度约112m，横桥向宽度11.8m，平台顶标高为+47.0m。钻孔平台既作为主墩桩基施工作业平台，也为后期主梁施工提供支架平台。平台上部结构采用贝雷梁、I22a、I10、8mm钢板面组成，每一跨贝雷梁在钢管桩顶部分配梁上交错布置，如图3所示。为防止车辆行驶时的动荷载使贝雷梁滑移，在贝雷梁的端头通过纵向横向限位装置将其锁定，限位装置采用 [10槽钢焊接组成，通过焊接于桩顶分配梁上，起到限位固定作用，如图4所示。

3.3 钢栈桥受力计算

通过建立有限元模型，并选取栈桥和平台施工时的最不利工况荷载组合对各个结构部件进行验算、以及整体稳定性验算，以判断栈桥结构设计是否合理。栈桥结构计算时考虑栈桥自重、平台自重与水流力、8级风荷载组合效应，最不利工况为80t履带吊跨中侧吊20t重物，此时分配梁剪应力、贝雷梁各杆件应力值、贝雷梁的挠度、钢管桩的稳定性均满足钢结构设计规范的要求，满足安全使用的条件。

4 钢栈桥、钻孔平台施工

根据地质情况，首先需对钢栈桥基础所在抛石区域进行清理，然后再采用“钓鱼法”完成钢栈桥及钻孔平台的安装施工，采用90t履带吊作为主要施工机械，吊挂DZ-90震动锤进行插打钢管桩基础，钢管桩施工完成后，按照由下至上的方式逐一拼装连接系、分配梁、贝雷梁、桥面板等是设施。单跨完成后履带吊驶入，开始下一跨作业。

4.1 拋石层清理

施工時，利用抓斗船清理施工区域内的抛石。根据施工图纸及相关资料显示，施工段最低河床高程为+32.09，施工时五月份水位为+41.00，河床最低标高为+30.0。施工时，采用抓斗船对抛石进行清理，将抛石抓出水面后堆放在驳船上，待驳船达到满载后，运至岸边堆放，后期回填时，用挖掘机站位于驳船上，将原抛石按开挖区域进行抛填。

4.2 钢管桩施工

购置钢管桩单根最大长度为12m，每根栈桥钢管桩按照设计长度分节加工，为增强接头刚度，在后期插打钢管桩时接头处不会破坏，钢管桩在结构处均匀焊接六块长度为40cm，宽度为10cm的扒板。采用80t履带吊和DZ-90型振动锤逐跨打桩搭设栈桥，整节钢管桩须一次性打设到位。钢管一节段插打完后复测钢管桩位置及垂直度。若偏差超过容许值则需先调整纠偏，纠偏完成满足设计要求后继续后续施工。

4.3 连接系、柱顶分配梁施工

栈桥一个墩位处钢管桩施工完成后，立即进行该墩钢管桩间连接系、桩顶分配梁施工。按以下步骤施工：①在钢管桩上进行连接系的测量放样。测量组实测桩间连接系长度并在后场下料，同步进行桩顶分配梁的加工。②用吊装设备悬吊连接系钢管，到位后电焊工焊接连接系。⑤吊装设备悬吊分配梁到测量放样位置后安装并简易固定，电焊工按测量放样位置焊接。

4.4 贝雷片安装

桩顶贝雷片采用 [10型钢及10mm钢板加强，加强结构及布置如下图5所示。

加强型贝雷梁施工完毕后，须对每件贝雷梁位置做好标注，施工时，将拟安装的贝雷梁抬起，两人用木棍穿过节点板将贝雷梁前端抬起，下弦销孔对准后，插入销栓，然后再抬起贝雷梁后端，插入上弦销栓并设保险插销。贝雷梁拼装按组进行，每次拼装一组贝雷梁，每组贝雷梁为对应安装跨度长，贝雷片间用支撑架连接好，注意加强型贝雷梁的位置及方向。贝雷片安装完毕后，在桩顶分配梁上部安装纵向限位件，限位件采用 [10型钢，与横梁焊接，焊脚为8mm。

贝雷梁间采用支撑架进行连接，增加其整体稳定性，支撑架连接布置如图6所示。

4.5 桥面系安装

栈桥桥面系采用5m*3m半成品钢桥面板，面板采用花纹钢板、底部为I10工字钢，安装前在贝雷梁顶部铺设I12工字钢作为分配梁，分配梁与贝雷梁采用骑马螺栓固定，骑马螺栓在横梁与贝雷梁之间抄垫橡胶垫防止滑移摩擦损坏贝雷梁。安装时用履带吊进行钢桥面板吊装，单块桥面板吊装至分配梁上后，I10工字钢与I12分配梁交叉点通过焊接固定。每铺设一跨桥面板即在两侧安装安全防护栏杆。

5 结论

小半径曲线钢栈桥成功应用于三峡枢纽白洋港疏港铁路工程四清闸大桥施工，针对本桥梁曲线半径小、跨越大堤抛石区的典型特点。此类钢栈桥是桥梁基础及上部结构成功实施的基础。尤其是采用了交错布置贝雷梁的结构形式，通过有效的锚固手段，使其结构能够在保障稳定的条件下与既有桥梁线性拟合，有效节约了成本提高了施工效率，为同类型桥梁施工提供借鉴和参考。

参考文献

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