彬江袁河临时钢栈桥主要技术分析.doc

彬江袁河临时钢栈桥主要技术分析李程远 杨威摘要：在桥梁工程建设当中经常遇到河流阻碍，为了方便水上作业及车辆安全通行的需要，往往需要在水中架设临时钢栈桥，以在关键时期起到重要作用。本文结合水中钢栈桥在杭长客运专线彬江袁河特大桥中的应用，简要介绍水中钢栈桥的设计方案及施工方法。关键词：彬江袁河临时钢栈桥，设计方案及施工方法Bin jiang Yuan He temporary steel trestle main technical analysisLi Chengyuan，Yang WeiAbstract: Often river setback in the bridge engineering construction, operation and vehicle safe passage for the convenience of the water needs, often need to set up temporary steel trestle in the water, in order to play an important role in the key period. In this paper, integrating with sinosteel pier in hangzhou passenger dedicated line long jiang Yuan He extra-large bridge, the application of a brief introduction to the water steel trestle design scheme and construction method.Key Words: Bin jiang Yuan He temporary steel trestle, Design scheme and construction method 1、 工程概况杭长客运专线彬江袁河特大桥位于江西省宜春市与新余市交界处，全桥长3014.075m，桥梁采用（4828048）m连续梁跨越袁河河道。袁河常年流水，流水面宽约226.8m，常水位标高67.2m，流量Q1/100=4480m3/s ，水位H1/100=75.48m，流速V1/100=1.48m/s，流向：右左，线路法线与水流方向夹角10。桥址处最高通航水位H=72.43m，最低通航水位H=66.32m，航道净高6.0m，侧高4.0m，净宽为25m，上底宽18m，为-（2）级航道。河床地质情况从上到下依次为:砂土，基本承载力为=120Kpa，深度约为6m；砂砾土，基本承载力为=250Kpa，深度约2m。再往下为岩层，基本承载力为=800Kpa。2、 钢栈桥设计2.1 总体方案（1） 栈桥全长121m，共设10跨，每跨12m。根据现场实际情况，栈桥拟由袁河右岸68#墩向河中66#墩方向搭建；（2） 基础均采用钢管桩，用50吨履带吊配合振桩锤采用吊打方式逐孔推进完成，上部结构承重梁采用六四式军用梁，桥面板为钢板；（3） 栈桥宽度为5.0m，由于水中栈桥施工并未影响汛期河流正常过水面积，且预留了通航道，保证了正常通航要求。为安全起见，防止汛期水位上涨影响后期正常施工，河滩筑岛围堰顶部高程设计为70.5m，钢栈桥、钢平台桁架底部高程设计为70.0m，顶部高程为71.94m，比正常水位高出4.4m。（4） 栈桥施工总体布置见图1所示。2.2 设计标准（1） 栈桥设计荷载：按60t设计；（2） 洪峰：按10年一遇洪峰水位设计；（3） 栈桥使用周期：袁河施工钢栈桥自开始搭设至跨袁河连续梁施工结束，使用共计16个月；（4） 跨袁河连续梁66#、67#墩位于主河道中，根据设计图纸，两个水中墩顺水流方向挡水面积为29.2+19.3=48.5.m2。（按年平均水位+67.53计算）。2.3 构造形式（1） 跨径拟定由于桥位属深水区域，水上施工机械无法进行施工，只能采用履带吊配合振动锤吊打，综合考虑履带吊工作半径、起吊能力，栈桥跨径拟定为12m。（2） 桥型、桥跨布置栈桥按三孔一联布置，三跨设一刚性支墩，桥面宽5.0m，单跨长12m。见图3栈桥纵立面图。图1 钢栈桥施工总体布置图（3） 栈桥基础设计栈桥基础均采用钢管桩，栈桥中墩横向采用2根6008mm钢管桩，桩距3.5m；钢性支墩横向采用4根6008mm钢管桩，桩距3.5m，分2排布置。由于钢管桩底部均支撑在弱风化灰岩层上，桩顶承载力能满足要求，但考虑到横向受力稳定，需确保钢管桩入土深度不小于2m。栈桥桩顶分配横梁采用I40型工字钢，军用梁与桩顶横梁之间垫10mm橡胶垫，并通过型钢焊接成“门”型限位架将军用梁下弦杆固定在桩顶横梁上。（4） 军用贝雷栈桥上部结构设计栈桥承重部分采用3片军用六四贝雷片，间隔1.2m，贝雷间通过型钢花架连接。贝雷顶设一层分配梁，采用I22型钢，间距为35cm，通过骑马螺栓与贝雷连接。面板采用8mm厚钢板，与分配梁连接牢固，并在面板顶每隔40cm焊金属防滑条。贝雷栈桥断面布置形式见图2。图2 钢栈桥横立面图（单位：cm）图3 钢栈桥纵立面图（单位：cm）（5） 栈桥桥头设计袁河68#墩采用筑岛法施工，填筑路堤与钢栈桥相连，栈桥桥头设砼桥台，采用钢筋混凝土桥台，栈桥桥端底部采用2根6008mm钢管桩加I工40型钢支撑。桥台背面设1.7:1坡度的浆砌石护坡,设纵坡过渡与路堤顺接。栈桥桥头布置见图4所示。图4 钢栈桥桥头布置图（单位：cm）2.4 结构验算（1） 荷载分析桥面板为8mm厚钢板，在验算过程中暂不考虑桥面板的影响。桥面宽5m，跨径12m，三排贝雷梁间距1.2m，分别验算钢管桩、分配梁、贝雷梁的结构承载能力。钢栈桥荷载的传递路径为：桥面板（t=8mm）分配梁（I22）贝雷梁（六四式军用贝雷片）分配梁（2I40a）钢管桩。（2） 钢管桩受力验算 每一跨自重20t，桩长21.7m，水面上2.7m，水深8m，入土11m。地质为粉砂层，查得极限摩擦力系数1=35Kpa，l1=6m；2=40Kpa，l2=5m，按最不利情况栈桥每一端只用两根钢管桩计算：单桩承载力为：=1/2UPiLi=1/23.140.6356+405=310KN=38.6t两根桩可以承受P=38.62=77.2t实际承受荷载:P=60+10=70tP=77.2t。钢管桩满足受力要求。若河床埋深不足时，因砂层下有灰岩层作为持力层，亦可满足钢管桩受力要求，（3） 分配梁验算2I40a分配梁的截面模量：W=10902=2180cm3，受力如图5所示(钢管桩近似简化为支座)，弯矩如图6所示：图5 I40a分配梁荷载分布图图6 I40a分配梁弯矩示意图Mmax=11.58tm最大应力= Mmax/W=11.58/2180=53Mpa=170 Mpa顶部I22a工字钢的检算: 每一根工字钢受力为4.2t，分别有两个履带承受,每边受力为2.1t，履带吊履带宽4.2m，共有12根工字钢受力,受力如图7所示，弯矩如图8所示图7 I22a分配梁荷载分布图图8 I22a分配梁弯矩示意图Mmax=0.63tm最大应力= Mmax/W=0.63/309=20Mpa=160 Mpa综上，上下层分配梁都满足受力条件。（4） 贝雷梁结构验算查六四梁施工手册，可以得出：弦杆允许受轴向压力216b, =100t端压杆受轴向压力210, =54t中竖杆允许受力 25050,N=10t六四梁最不利情况: 为荷载位于跨中时P=60T, 均布荷载为1.4T/M荷载图（图9）、弯矩图（图10）如下:(三片六四梁受力)图9 贝雷片荷载分布图图10 贝雷片弯矩示意图Mmax=74.16tmT=74. 16/1.5=50tT=300t剪力如图11所示：图11 贝雷片剪力示意图六四梁受到的最大端压力为N=53tN=354=162t中竖杆所受最不利状况为:罐车在上面行走时,根据桥梁规范公路荷载的主要技术指标：项 目单位技术指标项目单位技术指标车辆重量标准值KN550轮距米1.8前轴重量标准值KN30前轮着地长度和宽度米0.30.2中轴重量标准值KN2120中后轮着地长度和宽度米0.60.2后轴重量标准值KN2140车辆外型尺寸米152.5轴 距3+1.4+7+1.4后轮轴重最大,0.6m最少有两到三根工字钢受力,其中2/3在中竖杆上受力,实际中竖杆受力为N=280.67=19吨N=30t。中竖杆受力满足要求。3、 施工方法3.1 下部结构施工栈桥基础为60cm钢管桩基础，采用50t履带吊和DZ60振桩锤吊打，用平联钢管及型钢进行连接。（1） 钢管桩的加工与制造栈桥钢管桩由加工组加工，每节长度为12m，接长在现场进行，施工时必须严格按照施工图纸要求尺寸进行焊接，施工中要确保焊缝的厚度和长度，同时焊接过程中要严格控制钢管桩的对接，确保连接后的钢管轴线一致。同时注意设好每一根钢管桩的临时吊点，临时吊点焊接时必须保证焊缝厚度和长度满足受力要求。（2） 钢管桩的运输钢管桩构件运输最大长度12.0m,利用平板车运至施工现场，每次运载钢管桩时根数要合适，并且用钢丝绳对钢管桩进行临时固定，以免在运输过程中出现钢管桩滑坍等安全隐患。（3） 振设钢管桩的施工方法振设钢管桩采用悬打法施工，用50t履带吊配合振桩锤施打钢管桩。承重梁与牛腿顶板、贝雷桁架限位架与承重梁焊接，以确保施工的安全，每焊接完一个工艺后现场技术员需及时进行检查，合格后方可进行下一道工序的施工。工艺流程见下图12：图12 施工流程框图具体操作步骤为：首先测量组准确定出钢管桩桩位，在钢管桩垂直度满足要求后，开动振桩锤进行振沉，在振沉过程中要不断的检测桩位与桩的垂直度，发现偏差要及时纠正，直至满足规范要求。钢管桩的下沉应一气呵成，中途不可有较长时间的停顿，以免桩周土扰动恢复造成沉桩困难。钢管桩振沉到位即进行桩顶承重横梁、贝雷梁及桥面板的安装后，进行插打下一跨钢管桩。按此方法，循序渐进的施工。见图13钢栈桥施工主要步骤示意图：图13 钢栈桥施工主要步骤示意图（4） 振桩施工要点及注意事项1）振桩开始时，振桩锤和夹具与桩顶连接牢固。 先利用桩的自重下沉，然后，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，即认为合格，施工过程中可采用贯入度法进行双控，贯入度控制在6cm/min，如果施工中出现异常情况，可根据实际施工情况进行相应调整。确保钢管桩处于最佳状态。2）每根桩的下沉一气呵成，不可中途间歇时间过长，以免桩周的土恢复，继续下沉困难。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10min15min。3）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，要及时恢复。钢管桩施打时，若桩顶有损坏或局部压屈，则对该部分予以割除并接长至设计标高。4）悬臂导向支架需固定牢固，以便打桩时稳定桩身，确保桩的位置和垂直度；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。5）测量人员现场指挥精确定位，在钢管桩打设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，桩顶标高应控制在正误差10cm以内。下沉时如钢管桩倾斜，及时牵引校正，每振12min要暂停一下，并校正钢管桩一次。设备全部准备好后振桩锤方可插打钢管桩。6）钢管桩之间的连接必需满焊，各加长加劲板也需满焊并符合设计的焊缝厚度要求。经现场技术员检查钢管桩连接焊缝质量合格后方可打设钢管桩。钢管桩平面位置偏差控制双排桩80mm，垂直度控制在1以内。7）栈桥施工时技术、生产部门做好天气及海洋预报资料的收集，并及时将相关情况传达到参与现场施工的相关部门或个人。同时要求现场设立水位观测标尺，适时进行水位观测并做好记录。（5） 钢管桩间平联、桩顶分配梁施工钢管桩振沉到位后，及时安排测量技术人员对钢管桩进行标高放样，钢管桩振桩施工完成后，及时进行该墩钢管桩间牛腿、平联、桩顶分配梁施工，具体施工如下：1）先在钢管桩上进行平联、牛腿位置的测量放样。技术员实测桩间平联长度并在后场下料，同步进行牛腿加工、焊接及桩顶分配梁的加工。2）用吊车悬吊平联，到位后电焊工焊接平联。现场技术人员须全过程跟踪检查焊缝质量，合格后方可进行分配梁架设和焊接固定。3）吊车悬吊分配梁并安放至牛腿顶，电焊工将分配梁和牛腿焊成一体。技术员检查合格后，一个栈桥墩的下部结构施工即告完成。3.2 上部结构安装栈桥上部结构的安装采用50t履带吊进行架设。贝雷梁拼装在后场进行,平板运输车运到栈桥吊车后面。在下部结构顶横梁上进行测量放样，定出贝雷架准确位置，并安装橡胶垫片。将贝雷梁吊起，放在已装好的贝雷梁后面并与其成一直线，将贝雷梁下弦销孔对准后，插入销栓，然后再抬起贝雷梁后端，插入上弦销体并设保险插销。贝雷片间用花架连接好。首先安装一片贝雷，准确就位后先牢固捆绑在横梁上，然后焊接限位器，需确保限位器的焊缝厚度和长度，再安装另一片贝雷。贝雷安装好后再进行横梁、纵梁的安装，以上构配件均为标准构件。单跨栈桥上部结构安装完成后进行桥面系施工，面板采用厚度=8mm的钢板。每块面板间设置2cm的横缝，并用钢筋进行连接，钢筋每20cm设置一道。钢板铺设完成后进行防滑钢筋的焊接，防滑钢筋采用8圆钢间距按40cm进行设置。距桥头侧50m处均设置减速带，防止车速过快对桥体稳定产生不利影响。栈桥栏杆采用48普通脚手架钢管制作。栈桥两侧均设置栏杆，其中靠桥梁侧遇到作业平台时断开。栏杆每1.5m设置一道立柱，焊接在桥面系横梁上。栈桥栏杆通过粉刷不同颜色油漆以区分禁吊区和非禁吊区，并在栈桥上设置航道警示灯和夜间照明设施。3.3 栈桥施工及应用情况（1） 栈桥施工及使用周期彬江袁河施工钢栈桥自2010年6月10日开始搭设至2010年7月31日搭设完成，施工总工期为51天（含施工准备5天），使用至2011年10月15日跨袁河连续梁施工结束，共计16个月。（2） 施工中遇到的主要问题及困难1）由于覆盖层较薄且厚薄不均，使水中钢栈桥支撑结构施工困难，稳定性差，安全隐患较大；2）该地区地质情况复杂，在施工过程中可能会遇到钢管桩不能顺利振沉、钢管桩已振沉但承载力不够等不可预见的因素，遇到此类情况，应在确保安全的前提下再采取必要的措施进行施工；3）栈桥施工中，钢管、军用贝雷梁、分配梁、桥面钢板全部通过焊接连接，可能会出现由于焊接不牢影响到栈桥整体稳定性的问题，应加强观测力度，待栈桥施工结束后以便采取针对性的加固措施；4）水上作业，环保要求高，施工安全防护任务重。（3） 现场施工情况钢栈桥施工过程中，根据现场潮位、水文、地质和气象情况，确保在制定切实可行的详细技术控制方案后才对钢管桩进行定位和施打。1）加强技术交底，在栈桥施工前对全体参与栈桥施工人员进行技术和安全交底，确保施工人员熟悉施工技术及安全要点，确保栈桥施工顺利进行；2）加强测量过程监控，改进测量定位方法，实施全过程易操作的控制。加密测量控制点，提高施工定位精度，缩短定位时间。使用刚度良好的定位架，根据现场情况增加定位架，缩短钢管桩定位次数和时间；3）严格按照技术规范和既定的工序检验程序施工；4）为确保安全，栈桥下面禁止船只通行，且严禁采砂船在栈桥上下游附近进行采砂，避免对钢管桩横向受力造成破坏，65#、66#墩段作为施工期间的通航通道，保证正常通航要求；5）搞好现场的安全防护设施，对搞好的安全防护设施要爱护，不要任意损坏，它是保障现场施工人员人身安全的要素，现场安全防护设施由作业队搭设，专职安全员检查，指导。（4） 工程应用情况钢栈桥架设完成后，搭设钻孔平台及插打钢板桩围堰进行钻孔桩和承台墩身的施工，并通过钢栈桥运送后序施工所需的材料物资。4、 维护保养4.1 结构维护保养必要的维护是保证栈桥使用期正常运营的有力保障，定期对栈桥进行全方位的检查和保养，以确保栈桥的使用安全，维护要点如下：（1） 长期观测栈桥基础钢管桩的冲刷情况，对于冲刷过大超过栈桥设计参数警戒的位置采用抛砂袋、片石的办法进行维护；同时在潮水流速较大的区域设立沉降观测点对基础钢管桩进行观测,若发现基础有不均匀沉降,立即加以处理；（2） 定期检查贝雷桁架纵梁连接处的销子、螺栓的松动脱落情况，在销子周围涂油脂,以防雨水进入销孔内；（3） 定期测量桥梁的跨中挠度，是否有所增加，挠度增加的速度应与销子或销孔磨损度成正比，其增量应该是很小的，如挠度增加过快，表明销子或销孔或桁架上下弦