超大纵坡连续多跨斜栈桥设计及施工关键技术研究

曾延平

摘要 以四川成乐高速公路扩容项目为工程对象，针对施工中特殊条件影响，提出了一种超大纵坡、连续多跨倾斜钢栈桥作为施工上下连接的临时通道。超大纵坡连续多跨斜栈桥在施工中相关案例较少，无过多设计及施工经验，文章对斜栈桥结构设计及施工关键技术进行研究，解决了钢栈桥因为倾斜、连续多跨、跨径长等因素引起的整体及局部稳定性差等问题，提出了在桥台底部支撑及栈桥顶部与已有桥梁连接构造措施等方式解决稳定问题，并对该类型栈桥施工关键技术进行了阐述，总结了栈桥搭设、连接、拆除施工工艺及施工技术要点，为类似工程提供了借鉴参考意义。

关键词 栈桥；超大纵坡；连续多跨；施工工艺；关键技术

中图分类号 U448.18文献标识码 B文章编号 2096-8949（2024）12-0094-03

0 引言

近年来，随着公路交通线路网的不断完善，桥梁建设取得了显著成就，众多大跨度的过河、过江大桥陆续建成通车。但是在建设过程中，由于桥梁跨径的不断增大，施工难度也越来越高，受地形、地质及其他各种因素影响，临时结构的设计与应用对施工安全的保证至关重要。钢栈桥在大跨度跨水、跨江桥梁的施工中承担着极为重要的角色，为提升施工效率起到了积极作用，也得到了广泛应用[1-3]。同时为适应不同环境条件，一些特殊形式的栈桥结构被提出，例如可以适应复杂恶劣水文地质条件的超长钢栈桥[4]、针对大型水利枢纽工程施工的贝雷架式栈桥[5]、重载钢栈桥及钢平台施工技术[6]等。关于栈桥施工应用，有关学者也进行了一系列研究，伍彦斌[7]探究了深水栈桥钢管桩双向压弯的整体稳定性，对栈桥下部结构的定量优化具有指导意义；徐洋洋[8]计算了连续多跨钢栈桥的承载力，保证了施工安全；郑雅文[9]针对装配式钢栈桥，分析了桥梁在自重以及车辆轮压荷载作用下不同跨径、分配梁间距、钢板厚度结构体系的受力性能，保证了施工安全性。

该工程高架桥与110 kV、220 kV高压线交叉，导致施工通道断开，影响下部结构旋挖机钻杆不能立杆、上部结构施工材料无法上桥等问题。针对此问题，该文提出了一种超大纵坡连续多跨斜栈桥结构并对其开展研究。

1 工程概况

四川成乐高速公路扩容改造项目成都第二绕城高速至青龙场段的土建工程路线长6.46 m。桥梁下部为柱式墩或薄壁墩，上部为预应力混凝土现浇连续箱梁。高压线影响了互通匝道桥施工，针对后续高架桥无上桥通道，严重影响施工进度，拟选取在A、B匝道中修筑斜栈桥通往已施工现浇箱。

2 斜栈桥设计

2.1 栈桥组成

栈桥长度达117 m，设置从低到高0号～12号墩，如图1所示。从A匝道底以10%纵坡向上接入主线现浇梁，高差约为11.75 m，平面上与主线呈53 °夹角相交。

栈桥上部结构由贝雷梁拼装而成，采用4片（2组）贝雷梁结构形式，其上铺设横、纵分配型钢及桥面板。其中横向分配梁间距取75 cm，主梁采用双工字钢，栈桥下部为钢管柱，结构布置形式如图2所示，主要构件规格如表1所示。

2.2 栈桥结构计算

（1）计算参数。根据施工情况，主要以混凝土罐车（12 m3）满载运输及结构自重作为主要荷载来源。荷载组合工况为：1.3×恒载+1.5×罐车荷载。

（2）计算结果。该次计算采用Midas Civil有限元软件，内力计算结果与极限值的对比如图3所示。由图3可知，结构中各构件内力满足设计要求，均小于规范要求的限制，可以用于施工。

3 斜栈桥施工工艺

3.1 安装流程

栈桥搭设之前，首先开挖桥台及钢管立柱基础，基础形式为C30混凝土条形基础；然后依次安装焊接钢管立柱、桩顶横梁、贝雷梁，并采用连接措施将各构件进行连接；再铺设纵向分配梁和桥面钢板形成桥面；最后在桥面安装附属设施保证车辆能够上桥，包括护栏、护轮坎以及标识语等。

3.2 主要构件之间连接

（1）钢管立柱间纵桥方向上通过平联连接，连接位置为顶托钢板下50 cm处。由于该栈桥结构跨径较大，上桥处具有车辆冲击荷载，因此在上桥最后两跨内纵桥向再各增加1道钢管斜撑，以提升结构稳定性。

（2）贝雷梁通过型钢限位器固定于桩顶主梁上。

（3）组间贝雷梁采用8型钢形成剪刀撑连接成整体；相邻贝雷梁之间采用连接销连接；贝雷梁与上部横向分配梁，采用U形螺栓（骑马卡）固定。

（4）纵横向分配梁之间、纵向分配梁与桥面板之间采用焊接的方式进行连接。

3.3 稳定性保证措施

由于该栈桥结构形式具有超大纵坡、连续多跨等特点，栈桥在竖向荷载及车辆制动力作用下将同时产生水平作用分力，整体结构有向下滑移的趋势，稳定性较差。针对该斜栈桥结构，在栈桥首尾分别与桥台、已有桥梁结构建立有效连接，以此保证结构的整体稳定性[10]。

3.3.1 底部桥台连接构造

在斜栈桥底部桥台台背处，在墙背与贝雷梁主梁端部预留有一定间隙，如图4所示，采用一定厚度橡胶填塞，该措施的运用满足了超大纵坡连续多跨栈桥在温度变化、受力作用下的纵向变形需要，同时在车辆上桥时，还对车辆冲击荷载有一定的减弱作用。

3.3.2 已有桥梁处连接构造

倾斜栈桥高处上桥后，在栈桥边缘设置槽钢进行加固，受力于栈桥末端墩柱上，栈桥贝雷梁端头通过销轴连接双拼型钢主梁，如图5所示。栈桥与桥梁通过工字钢连接固定，并在桥梁上设置预埋φ20钢筋的加固工字钢，通过受拉承受一部分水平分力，消除了结构因为倾斜导致水平荷载的不利影响，提升了整体结构的稳定性，实现了与主线桥的接入。

3.4 施工工艺

3.4.1 测量

利用全站仪、水准仪等多种测量控制技术、控制方法，对钢管桩、桥台等构件进行安装定位控制，控制栈桥施工全过程标高。各种测量方法相互补充、校核保证了测量的准确性，提升了施工质量。

3.4.2 桥台施工

桥台台背填料选用内摩擦角大的透水性材料，如砂卵石和级配良好的碎石。采用压路机进行分层压实，松铺厚度为20 cm；对于靠近桥台处，压路机无法压实的位置，辅以直立式打夯机进行压实。回填完成后通过回填土上浇筑便道，接入桥台台背。桥台预埋钢板坡度应与纵向坡度一致，预埋板长边平行于纵桥向，埋设平面位置与高程需严格控制。

3.4.3 钢管立柱及平联施工

钢管立柱根据基础预埋钢板的高程与桥面高程测量好长度进行切割与焊接，钢管立柱的焊接接长是质量控制的关键环节。

钢管对接处接口采用预作45 °的坡口处理。钢管桩接头处必须满焊，必要时进行多层焊接；焊缝必须饱满，无焊渣、焊瘤等缺陷；要求熔透焊接，焊缝余高不小于2 mm。钢管顶设置顶托钢板与三角加劲板。

钢管立柱架设、焊接完成后，将主梁放入顶托钢板，立即点焊固定以防止变位、倾覆，然后对横梁与钢管桩的焊接进行连接固定。横梁下正对工字钢肋板位置设置三角形加劲肋板，每道横梁设置16个加劲肋板。

3.4.4 贝雷梁施工

贝雷梁桁架在地面进行拼装后整体安装于主梁上。由于栈桥坡度为10%，贝雷梁与工字钢之间全截面接触，在工字钢与钢管接触处，增加楔形块以保证连接紧密。

（1）贝雷梁的拼装和运输。单片桁架及各种构配件运输至现场后，用装载机转运并配合进行拼设。每组贝雷长度由跨径确定。贝雷片拼设应要求销栓插入到位，保险插销安装可靠。支撑架螺栓应拧牢固，不得有松动。

（2）贝雷梁架设、安装。栈桥上部结构的安装通过吊装方式进行，根据已安装构件定出贝雷架的准确位置；然后将贝雷梁吊起，放在已装好的贝雷梁后面并与其呈一直线；再将贝雷梁下弦销孔对准后，插入销栓；最后抬起贝雷梁后端，插入上弦销体并设保险插销。贝雷拼装应按组进行，贝雷片间用花架连接好。

（3）吊车首先安装一组贝雷，准确就位后先牢固捆绑在横梁上，然后焊接限位器；再安装另一组贝雷，同时与已安装好的一组贝雷用型钢进行连接，以此类推完成整跨贝雷梁的安装。

3.4.5 桥面施工

通过履带吊依次安装横、纵向分配梁，横向分配梁吊装到位后用骑马螺栓固定好。横向分配梁的支点必须放在贝雷梁竖弦杆或菱形弦杆的支点位置，间距为0.75 m，以满足受力要求。纵向分配梁按照0.3 m的间距安装，吊装到位后与横向分配梁在接触位置点焊接成整体，焊缝厚度应满足设计要求。

桥面板与纵向分配梁接触角点均需满焊，焊缝质量应满足要求，每块面板间设置2 cm的伸缩缝，避免因温度变化而引起的桥面翘曲起伏，减少风荷载对桥面系的顶托作用。

3.4.6 拆除

栈桥拆除按照先搭设后拆除、后搭设先拆除的原则，依次拆除桥面附属设施、桥面板、贝雷梁、主梁、钢管立柱及桥台。钢管桩基础拆除时，采用振动锤将其拔除。拆除栈桥时，采用一个工作面，从栈桥的终点位置处开始，后退到起点的方式进行拆除，边拆除，边利用原栈桥运行材料到指定位置。

3.5 安全及维护措施

为了保证施工过程中栈桥运行的安全性，在栈桥两侧设置栏杆，护栏采用φ48×3.5 mm钢管。由于该栈桥主要用于混凝土车辆的运输，并且为倾斜形式布置，应定期检测栈桥运行维护情况，采用全站仪观测栈桥基础、桥身的沉降及位移情况。

4 结语

该文以四川成乐高速公路扩容工程为依托对象，提出了一种超大纵坡连续多跨斜栈桥，在对栈桥结构性能进行论证后，总结了施工工艺及施工流程，结论如下：

（1）经过对超大纵坡连续多跨斜栈桥有限元计算，结构设计满足要求，整体稳定性良好。

（2）针对该工程特殊施工条件，斜栈桥底部桥台支撑及与已有桥梁处连接构造措施的运用，解决了栈桥倾斜、连续多跨导致的栈桥受水平力较大、稳定性较差等问题。

（3）施工工艺及施工要点的总结保证了施工安全性，同时斜栈桥合理的设计及应用推动了主线桥的施工，对于类似公路桥梁及栈桥的施工具有一定的借鉴参考意义。

参考文献

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[3]李春宇. 中砂特大桥钢栈桥设计与施工技术研究[J]. 大众标准化， 2022（15）： 62-64.

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[7]伍彦斌. 基于ANSYS的深水栈桥钢管桩压弯稳定性计算[J]. 湖南交通科技， 2023（4）： 109-113+119.

[8]徐洋洋， 范柯杰， 陈强， 等. 钢栈桥在古海塘加固工程施工中的应用[J]. 山西建筑， 2023（16）： 142-145.

[9]郑雅文. 普通型装配式钢栈桥力学性能及稳定性分析[D]. 长沙：长沙理工大学， 2022.

[10]钢结构设计标准： GB 50017—2017[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2017.