桥梁工程临时水上钢栈桥与平台施工技术

吴海川

(中铁二十二局集团第二工程有限公司 北京 100043)

钢桥梁和钢平台是一种结构性的临时建筑，在临建施工中发挥着重要作用。经对大冶水库近年水位变化进行分析，考虑栈桥使用时间约为2年，综合考虑成本、工期及安全风险等因素，按5年间一遇最高水位控制桥面标高，近5 年最高洪水位为235.11 m，近5 年平均最高水位为233.03 m，故本栈桥考虑按绝对高程235.0 m 控制栈桥桥面标高，以233.0 m 作为控制施工水位预警标高，确保施工安全[1-2]。考虑75 t 履带吊作业行走宽度，同时满足普通车辆错车要求，栈桥宽度为6 m。

1 工程概况

1.1 工程简介

（1）大冶水库特大桥总长1 482.8 m，孔跨布局为45 m×32 m，大桥采取32 m简支梁预制、架设施工，横跨大冶水库，8～26 号墩位于水中（根据施工水位计算）。涉水钻孔桩182 根（6～64.5 m），涉水承台和桥墩分别为19个。

（2）砌筑方法：利用枯水期水中墩全部采用使用钢板桩围堰，施工结束后，拆掉钢板桩围堰，修复水库。

（3）8～26 号墩基础均采用桩基础，其中，14、15、18～22、24 号墩为岩溶段，采用护筒跟进法施工，水中其他桩基采用黄泥夹片石形成泥石护壁，冲击成孔。

1.2 工程地质情况

（1）桥梁处于鲁中地区的隆升带，其地质条件以地震液化和岩溶为主，而特殊岩石则以人造填料、软土、疏松土和季节性冰雪居多。

（2）库区水底上覆盖层厚度不一，最厚处可达12 m，而两岸靠岸侧的覆盖层则较薄，最少只有1～2 m。

（3）下伏层为奥陶系及寒武系。

1.3 施工特征分析

（1）大冶水库为二级水源保护区。前期与当地的政府、水利等部门协调工作较多，工程开展难度大。

（2）该桥岩溶发育形态复杂且不规则，施工前需地质专业确认是否需要补勘[3-4]。基础施工时须做好施工记录，绘制柱状图。库底覆盖层因近年存在人为采砂行为，对库底原状破坏较大，桥址多处存在岩溶，桩基础施工难度大，多处施工存在不可预见性。

（3）钢栈桥兼顾施工运输物料，使用周期长，频次多，钢栈桥稳定性及耐疲劳要求高。

2 栈桥施工

2.1 施工准备

（1）为确保栈桥施工顺利进行，将在桥梁大里程端建设用地，用于储存施工材料、临时拼装、设备停靠和维护保养。施工前对场地与连通便道进行整平。

（2）原材料准备。将钢桩采用平板车汽运至施工现场，按下沉次序多层叠放，每层垫木都要放置在同一个垂直面上。在钢管桩起吊、运送和堆存流程中，应当采取有效措施，避免因撞击等因素而导致管身变形较大的损坏。在使用钢管桩之前，应当对管节焊缝进行全面检查，并将工字钢、钢板等材料分类存放。

（3）技术准备。施工前再次复核结构物尺寸，对作业人员详细交底，测量人员复核放样坐标与仪器校正。

2.2 施工工序

考虑工期影响，钢栈桥从大里程侧岸边向小里程单向施工，先完成栈桥贯通，再从两侧向中心进行钻孔平台及钢板桩围堰施工。

2.3 栈桥桥台施工

为确保桥台的稳定性，在桥台下方须开挖到板岩。在填土时，要小心碾压密实。桥台的框架使用护面钢筋混凝土，钢筋为φ12，纵横间距按10 cm 控制。桥台模板使用木模，并使用竹胶板作为面模和方木作为背肋，还使用金属拉杆固定模板。其他混凝土结构使用C30 浇筑，预埋件预埋在桥台上，钢板漏出水泥面（高出30 mm），这些钢材可以用作贝雷梁的支座。在预埋件上安装贝雷梁后，应使用U形卡与之连接，各支座处U 形卡总量不少于4 个，竖杆两端各设置2 个，以确保贝雷梁能够承担足够的水平力。

图1 栈桥施工工艺流程图

2.4 钢管桩及垫梁施工

（1）螺旋钢管桩采用φ529-8 mm 规格的钢管。首先根据水文地质资料计算钢管的长度，然后将它们焊接在一起。焊接完成后，需要用4 块补强钢板来加固它们，补强钢板的圆周长度应该是钢管外周长的1/8，而钢管的纵向长度应该是15 cm。补强钢板和钢管之间应采用周边角焊缝焊接。

（2）钢管桩的施工从大里程水库岸边开始，按照水文地基情况和实际涵盖层调查结果，采用75 t 履带吊九十震动锤进行打设，并运用全站仪进行位置和校核。在15～17 号涵盖层不均匀的位置，以及其他薄的涵盖层，应尽量将桩送入基岩中。假设桩端的进入难度，可以采用两块钢管交错连接方式，将桩尖固定在位置上。在覆盖层较厚的地方，应以桩尖标高作为控制标准，最终以3 mm/min的贯入度来进行校核。

（3）根据孔跨布置，75 t履带吊按照工作半径18 m，臂长22 m，额定起吊能力9.2 t，计算其插打钢管立柱安全系数满足要求。

（4）在管道桩吊装完成并开始插打前，应确保它已经稳定。在打桩时，震动锤的重心应尽力与钢管桩的重心维持在一个垂直上，并且插打时应保证连续，防止中间停顿时间过长。桩身偏位不得大于5 cm，垂直度不大于1%。施工过程中加强垂直度校正。当钢管桩倾斜严重时，应拔出桩体重新插打。

（5）在钢管桩插打完成后，应立即完成桩间平联，并使用[20a 槽钢将横向和纵向的管道完成交错连接，以确保4根管道构成一套完整的构造。此外，每隔2～4跨，还应各设一个双排柱墩，即4 根钢管立柱，并使用[20a槽钢实行纵横向的交错连接。在管道顶部安装2-36b 工字钢垫梁，长度为6 m，两根工字钢中间间断焊接，构成一套完整的梁结构，垫梁与管道顶中间的焊缝高度不低于6 mm。

（6）管道桩下沉控制方案。确保管道桩插打部位精确、垂直良好，并且在振动下降时保持足够的贯入度。为此，采用75 t履带吊九十锤进行打桩作业，以确保1 min内贯入度不超过3 cm。

（7）在管道桩沉放过程中，应特别注意震动锤重心和桩中央轴的位置，尽可能维持在一个垂直曲线上；每一个桩的沉降应持续推进，不能中途停滞太久，以免基底土的摩阻力回升，使桩的沉降变得艰难；一旦每排管道桩沉降完毕，应立即做好桩相互之间的衔接，以增强桩的安全性，防止水的重复撞击导致管道的疲劳破裂，从而防止发生意外事故。为了达到这一目的，连接材料应选用[20a 槽钢。按照现场要求标准予以下料，确保焊缝质量符合工程设计和规范的要求。

2.5 贝雷梁的安装

（1）在管道桩插打完毕、桩顶分配梁及管道桩剪力撑装配完毕后，应使用轨道吊将贝雷梁全部吊挂起来，并且在吊运前应当进行精心组装。为便于吊装，栈桥分段预拼，以一跨为一吊，杆件的拼装和销子的连接均须严格按照图纸施工。在确认贝雷梁的定位之前，应该先进行测量，以确认栈桥轴线不会出现位移。75 t履带吊吊装贝雷梁及后续桥面构件，根据其工作半径及额定起吊能力，计算其安全系数均满足要求。

（2）贝雷梁由两片组成，每组贝雷梁之间用90 cm的支撑架连接，每隔3 m 安装一道断面支撑架，每隔6 m安装一道水平支撑架（位于下弦杆上），3组贝雷梁的中心间距按2.05 m 的间距布置，下弦杆需要用U 形卡与钢管顶垫梁进行焊接连接，每根竖杆两侧各放置一个U 形卡，并用2 mm 厚的橡胶皮包裹下弦杆，最后再焊接U形卡。

（3）为了确保贝雷梁的外部稳定性，所有栈桥跨中都应该安装一支20 a工字钢和U形螺钉，并将6根下弦杆连接起来。

2.6 铺设桥面及附属结构施工

（1）贝雷梁装配完成后，将I20a工字钢横向分配梁设置在其上，横纵距离为50 cm，工字钢总长度为6 m。将其与贝雷梁的上弦杆用U 形螺钉连接牢固，如果工字钢与贝雷梁竖杆之间存在冲突，可以恰当地转移工字钢的部位来解决问题。为了确保双车道设计的安全性，倾斜工字钢悬臂的宽度仅为33 cm，以防止两辆汽车在栈桥上发生错车，同时也确保轮子不会超出最外侧的贝雷梁。

（2）桥面采用[28a槽钢口，将其与横向水平配置梁紧密连接，并在槽钢两端与工字钢配置梁的相接触线上完成连接，焊缝高程不低于6 mm，槽钢的横向水平重心距离为30 cm，以确保桥梁的稳定性和安全性。

（3）为了确保安全，栈桥两侧设置了对称的钢栏杆，每隔2 m 设置一根φ48-3 mm 的钢管立柱，高度为1.2 m，立柱顶部沿桥向延伸，设置一道扶手，扶手下方居中布置护栏，并在护栏两侧挂设密目网和踢脚板，为满足夜间行车，在两侧设置反光标识，以此来提供有效的安全防护。

3 钻孔平台施工

（1）在施工栈桥架设完成后，为了更好地保证安全性，应当采用相同的方案和工艺流程，即在栈桥一侧向墩位处架设水内钻井站台，其顶部标高与栈桥相同，以确保安全性和稳定性。使用履带吊和震动锤将管道桩送入钻井平台，以确保其稳固性和安全性。为了节省空间，可以将钻孔平台分段搭设，以便在已完成的舞台上继续施工，并使用贝雷梁和型钢等材料来增强结构的稳定性。

（2）在平台管道柱子进入河床后，应尽快采用双层横竖向交错连接和平面交叉联接的方式，保证柱子的竖直度和定位准确性。此外，为了使栈桥与钻孔平台构成一种完整的结构，邻近的钢管立柱之间也必须用20a槽钢加以连接。为保证钻孔平台之间的稳定性，在同一外侧采用了φ325钢管加以纵向连接。

（3）在钢管顶部安装垫梁，并在其上安装贝雷梁，贝雷梁采取先期组装后吊装的方式。在贝雷梁上安装倾斜工字钢分配梁，中心距离调整为25 cm，并在工字钢分配梁上倒扣28a 槽钢用作桥面板，以确保上下结构之间的连接与栈桥结构相同。20a 工字钢是用来在栈桥面和平台之间建立过渡的材料。

（4）钻孔平台完后，对平台结构进行全面检查，确保平台结构安全后，可进行下放固定钢护筒，钻机就位，开始钻孔。

（5）因钻孔平台两侧支栈桥部分需留用至围堰施工结束，水中桩基桩长较长，桩基施工周期长，考虑整体工期要求，钻孔平台应尽早具备使用条件，故本工程钻孔平台材料考虑全部配置，在桩基施工工期允许的条件下，部分钻孔平台拆除部分可以循环利用。

4 质量管控要点

（1）在施工前，对计量仪器设备实行严格的校核，确保其准确性；在计量放样时，遵循换手计量原则，确保构件位置放样的精确性。

（2）钢管立柱、工字钢、槽钢、贝雷梁、钢管、钢筋等重要受力杆件，以及施工机械设备进场后应及时检验。

（3）钢管立柱打入时应严格控制钢管垂直度及贯入度，确保立柱承载力满足计算承载力要求，下部结构尺寸满足上部结构安装要求。

（4）贝雷梁安装时，其受力节点须设置在垫梁上，确保结构稳定。

（5）受力杆件焊接质量满足规范要求，并经常性进行抽检，对新进场焊工，要先进行试焊测试。

（6）钢围堰定位桩的平面误差不得大于5 cm，垂直度误差不得超过1%，钢板桩插打垂直度不大于1%。

（7）为防止钢板桩锁口发生变形，出现局部渗漏，应采取有效的预防措施。具体来说，可以在围堰外侧投撒细砂土，使其沉至渗水高程处，以封堵渗漏，从而有效防止钢板桩锁口发生变形。如果发现底部渗漏，可以用砂袋将其沉入水中，以阻止渗漏。

5 沉降观测措施

5.1 观测项目

钢管桩的沉降、变形观测。

5.2 观测技术措施

5.2.1 检测仪器

通过密集水准仪检测垂直位移，并使用全站仪来检测水平移动。

5.2.2 检测点的方法及布置

栈桥布置依据实际情况布置相应数量沉降观测点，“Z”形布置在20a的工字钢上，栈桥位移观测点，布置在制动墩位置上的20a 工字钢上，与沉降观测点对称布置。用钢筋头焊接在工字钢上。

5.2.3 监测频率及限值

在栈桥刚开始承载荷载的3 d内，每日进行二次观察，一旦发现异常下沉或变化，则增加观察频次，3 d至一个月，每日观察一次。一周后，变形稳定，改为每3天观察一次，三周后每10天进行观察一次。

当旋挖钻首次作业、钢板桩插打、承台施工等工序转化时应加密至每天2次观测。当发生沉降达到50 mm，或相对位移大于50 mm时，应及时上报工程技术部，待分析原因，采取措施后方可重新使用。

5.3 日常检查

为确保钢平台构件的质量，可以指派专人检测焊缝是否松动，并对桩基河床处的冲刷状况进行监测。如果发现严重冲刷，可以采取抛填土袋的措施。

6 钢平台施工安全保证措施

（1）钢平台的搭建涉及了多种安全性风险因素，如起重吊运、水中作业、焊缝拼装等，因此，在施工现场必须制定相应安全措施，确保安全生产[5]。

（2）电焊接应当根据一机一闸的要求，操作工人应当配备充足的保护器材，施焊完毕后，应立即将电焊接拉闸上锁，在遇到下雨或强风气候时，应当暂停露天操作。在较湿的环境中，应停止作业。

（3）在开展施工吊装作业前，需对起重机械的各部位和钢丝绳加以严密检测，确保其可靠度和安全系数。试吊时，务必确保起重机具不超负荷运行。此外，吊钩保险卡等安全可靠零部件也应当完好有效。

（4）在吊起重量之前，应先将其离大地10 cm以下，然后停机检测刹车器的灵敏度和稳定性，以及重量捆绑的稳固情况，确定一切正常后，方可持续操作[6]。在作业过程中，严禁挂起货物走动，吊装物体下方不准有人。在施工进程中，为避免货物砸伤工作人员，振动锤投影范围严禁站人。

（5）在水上钢平台上作业时，严禁上下交叉作业，如果无法避免，应设置隔离措施，同时安排专人进行防护。在上层施工未停止时，下层人员不得进入现场；而在下层人员未完全撤离时，上层也不得施工，以确保人身安全。在进行高处作业时，必须佩戴工具袋，将小型材料放入袋内，较大的工具用绳索紧紧拴住，不得随意乱放，以免造成伤害。

7 设备安全保证措施

（1）在安装施工机械设备前，必须严格按照规定进行检查，确保质量合格后方可使用。

（2）确保安装机械的地基牢固可靠，以确保机械的稳定性。

（3）施工机械设备应当按照其技术性能标准要求进行正确的操作和使用。

（4）未经安全验收的机械设备严禁使用。

（5）严禁采用任何形式的倒顺开关控制装置，并且禁止拆卸施工机械上的安全器件，包括自动控制机关、限位器等，以及检测、指令、仪器、警示等手动告警、信息设备，任何调整和事故的消除都必须由专人负责完成。

（6）电阻测量结果应完整准确，接地电阻必须符合规定，漏电保护器应具有高灵敏度和可靠性，接地接零保护措施也应正确执行。

（7）机械设备确保运行良好，紧固件牢固可靠。（8）安全防护设施完好无损，安全距离和防火距离均达到规定标准。

（9）加强设备的保养，栈桥平台、钢板桩等材料进场后由现场负责人组织验收。

（10）在栈桥和平台建成后，应由现场负责人组织工作人员进行检验，以保证质量。栈桥使用过程中，每隔3个月组织一次验收，保证设备正常运转。

8 结语

在建设跨河桥梁的过程中，贝雷梁的应用可有效地减少施工成本，同时也具有良好的承载能力、变形小、拼装快、构造简单等优点，因此，其可有效地替代传统的临时设施结构，从而节省大量的时间和资源，为建设跨河桥梁提供了更加可靠的保障。采用贝雷梁作为施工平台和栈桥架设的结构稳定性、功能完善性、施工便捷性以及能够有效适应桥址处复杂的水文地质条件，使其具有极大的应用潜力，可以为建设提供更加可靠的保障。