45m跨大跨徑開啟式通航孔鋼棧橋設計與施工技術

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1、45m跨大跨徑開啟式通航孔鋼棧橋設計與施工技術 　　 摘要：本文通過45m大跨徑開啟式通航孔鋼棧橋施工方案的選擇、設計過程的介紹，對設計與施工中一些關鍵問題進行闡述 　　關鍵詞：大跨徑、開啟式、鋼棧橋、關鍵問題處理。 　　 　　This article describes the method of construction selection and design process of the 45m span open navigable channel steel temporary bridge construction program

2、 and elaborate design with some of the key issues in the construction. 　　Key words: large span, open type, steel temporary bridge, key issues processing. 　　中圖分類號：U448.26 文獻標識碼：A文章編碼： 　　一、研究發(fā)展狀況 　　在土木工程中，為運輸材料、設備、人員而修建的臨時橋梁設施，按采用的材料分為木棧橋和鋼棧橋。其中鋼棧橋在橋梁施工中作為臨時便橋，使用得比較廣泛。隨著大型橋梁的建設發(fā)展，深水基礎的施工越來越多，對鋼棧橋的

3、功能也提出了更高的要求，不僅要滿足施工車輛通車的要求，同時也要滿足船只通航的要求，且要求使用安全、造價經(jīng)濟。所以研究新型的鋼棧橋來滿足工程建設的要求顯得越來越重要。國內(nèi)外鋼棧橋施工存在許多急待開發(fā)的領域，且開發(fā)成果能很快用于施工。本文介紹的可供提升的通航孔鋼棧橋即是在這種背景下設計和施工的。 　　二、工程概述 　　湖北省鄖縣至十堰高速公路在跨越丹江口庫區(qū)上游漢江段為矮塔斜拉橋，全長1.02km，其中5#、6#、7#、8#墩處于漢江中，水深達28m，為深水基礎，需搭設開啟式通航孔鋼棧橋來施工橋梁。開啟式通航孔棧橋跨徑為45m，寬5.0m，通航凈空為9.82m（按2004~2010年最高水位為

4、156.95考慮），橋面系型鋼重216t，在棧橋兩端設置提升裝置，在洪水期可將應急通航孔棧橋提升，提升高度3米左右，確保施工和航道通航同時順利進行。為防止主墩被撞擊，確保通航安全，在鋼管樁位附近設置護航樁，護航樁一組3根，呈等邊正三角形布置，同時在通航孔設置照明通航燈，引導船只通行。 　　 　　 　　圖1-1漢江特大橋鋼棧橋布置圖 　　 　　三、施工方案的確定 　　本文介紹的45m跨開啟式通航孔鋼棧橋，采用了下承式的結構，是一種新穎的結構，為雙層四排加強型貝雷梁結構，遇到洪水可利用兩側鋼管門吊提升3m，具有可提升防洪通航功能。本文鋼棧橋施工方案的確定要充分考慮施工通車、船只通航，同

5、時還要保證丹江口庫區(qū)蓄水時凈空能夠滿足通航要求，制定了三個方案供比選。 　?。?）方案一：6#、7#主墩之間不設鋼棧橋，南北兩岸為兩獨立分部，設兩拌合站。優(yōu)點：在漢江橋施工建設的同時，又可以滿足通航的要求。缺點：需設兩座拌合站，資金投入大；南北兩岸為兩獨立的分部，增加了管理人員、設備和物資，管理成本大。 　?。?）方案二：在6#、7#主墩之間設置一跨徑為30m的下承式鋼棧橋。優(yōu)點：30m鋼棧橋可以貫通南北兩岸棧橋，只需設一拌合站、一個管理區(qū)，節(jié)省成本；缺點：由于橋位位于庫區(qū)上游，蓄水時，通航凈空不能滿足通航要求，且漢江航道為Ⅳ級航道，要求通航的凈寬不小于45m。 　?。?）方案三：在6#

6、、7#主墩之間設置一跨徑為45m開啟式通航孔鋼棧橋。優(yōu)點：開啟式通航孔鋼棧橋可以貫通南北兩岸棧橋，只需設一拌合站、一個管理區(qū)，節(jié)省成本；鋼棧橋具備提升功能，蓄水時，可提升3m，滿足通航凈空及凈寬要求。缺點：設計荷載為50t的鋼棧橋一般跨徑為12m，而通航孔鋼棧橋跨徑達45m，跨徑大，對結構要求高，有一定的風險性。 　　在權衡各方面的因素后，考慮方案三在當前施工水平下可行，選擇方案三為最終施工方案。方案三的開啟式通航孔鋼棧橋貫通了漢江南北兩岸，大大降低了項目管理成本，同時又滿足了漢江的通航要求，能在后續(xù)施工生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。 　　圖3-1 漢江特大橋鋼棧橋占用航道的平面示意圖 　　四、

7、施工方案設計 　　1、結構設計 　　開啟式通航孔棧橋上部結構采用2組四排雙層的貝雷梁（上、下設加強弦桿）作為承重縱梁，在貝雷梁兩端設置端柱和橋座。在貝雷梁中設間距1.5m的2I25a型鋼作為縱向次分配梁；分配梁為間距0.3m的I12.6型鋼，面板采用1.2cm的花紋鋼板。 　　開啟式通航孔下部采用5根間距2.5m、3.1m、3.1m、2.5m的φ102012mm鋼管立柱、3I45b型鋼橫梁；為了滿足應急通航孔棧橋的應急通航功能，在其端部設置門式吊架，布置4個千斤頂進行人工提升與下放。 　　開啟式通航孔吊梁采用4根HW400*400寬邊工字鋼上下左右疊加設置，吊梁上部對稱安放千斤頂，千斤

8、頂通過3根φ32精軋螺紋鋼來提升棧橋橋面系。吊梁下部設爬梯供施工人員上下。提升裝置為廠家加工的提升限位器，通過一根長約1.5m銷子與貝雷梁連接，提升裝置鋼板厚為2cm。 　　 　　圖4-1漢江特大橋開啟式通航孔鋼棧橋橫斷面圖 　　 　　 　　圖4-2漢江特大橋開啟式通航孔鋼棧橋縱斷面圖 　　 　　 　　圖4-3棧橋斷面圖（回落狀態(tài)） 圖4-4棧橋斷面圖（提升狀態(tài)） 　　2、建立計算模型及驗算 　　本結構計算采用手算和計算機電算相結合的方式，電算程序采用力學求解器和Midas Civil專業(yè)結構設計軟件。模擬實際施工中兩種置工況：工況一、汽車荷載作用時：1.2結構自重＋1.4

9、混凝土罐車荷載+1.0泄洪水流壓力。工況二、履帶吊作用時：1.2結構自重＋1.1履帶吊荷載+1.0泄洪水流壓力。建立有限元模型，如圖4-5所示。 　　 　　圖4-5棧橋有限元模型 　　主要結構受力計算結果見下表 　　 　　 　　五、施工中關鍵問題的處理 　　1、45m跨貝雷梁拼裝方案 　　通航孔棧橋鋼管基礎采用浮吊搭設，由于棧橋跨度大，承重貝雷梁自重較大，拼裝過程中容易產(chǎn)生變形，為了保證結構的平順穩(wěn)定，現(xiàn)場制定兩種拼裝方案。 　　方案一：通航孔一組貝雷片自重約為46噸，擬采用后場拼裝四排單層貝雷梁，然后通過舶船運至現(xiàn)場，采用兩臺50t履帶吊同時起吊四排單層貝雷梁（45m重23

10、t），然后在單層貝雷梁上進行上下層貝雷梁拼裝；方案二：在45m跨中打設臨時墩，然后分兩段拼裝，一段24m四排雙層貝雷梁（24.5t），一段21m四排雙層貝雷梁（21.5t），然后在拼裝前后兩段貝雷梁。如下圖5-1、5-2所示： 　　 　　 　　圖5-1 45m跨貝雷梁吊裝方案一（單層吊裝） 　　 　　 　　圖5-2 45m跨貝雷梁吊裝方案二（打設臨時墩分段吊裝） 　　 　　2、鋼管樁基特殊情況處理 　　通航孔棧橋的鋼管樁打設必須準確，打設過程測量隊全程監(jiān)控，一旦偏位，馬上調(diào)整。確保貝雷片立桿、橫梁中心、鋼管樁中心在一條軸線上。若出現(xiàn)覆蓋層較淺，鋼管樁已接觸巖層難以深入，達不到

11、設計樁長的時候，需采取往河床里拋填卵石填土、鋼管樁內(nèi)鉆小孔灌漿、封底、焊接縱聯(lián)的方法處理，來提高鋼管樁的穩(wěn)定性。具體措施如下： 　　首先往樁位附近河床拋填土、卵石和沙袋，填至4~5m，然后插打鋼管樁，使鋼管樁穩(wěn)定??；然后焊接橫聯(lián)，在鋼管樁內(nèi)用φ108mm鉆芯鉆鉆3根小樁，鉆至巖層以下7m，清孔，壓入高強壓漿料；鋼管樁清孔，在3根小樁與鋼管樁間灌入4mC30封底混凝土，使小樁與鋼管樁聯(lián)結密實；最后與臨近墩位鋼管樁焊接縱向聯(lián)結，進一步提高穩(wěn)定性。 　　 　　圖5-2特殊樁處理示意圖（覆蓋層淺，鋼管樁嵌入深度達不到設計要求的情況） 　　 　　 　　六、結語 　　鋼棧橋為永久性正橋施工時

12、，為建橋料具和維持兩岸交通的臨時橋，其部件輕巧，各部件間用銷子或螺栓連接，裝拆方便，用簡單的工具和人力就能迅速建成，適用于工程建設。鋼棧橋其結構形式豐富多樣，設計和結構受力計算復雜，設計時綜合考慮工期、風險、質(zhì)量、成本、環(huán)境保護、航道安全、防洪防汛等各方面因素，選取合理的鋼棧橋結構和合理的施工工藝；施工中一定要因地制宜，嚴格控制，制定合理的問題處理方案，確保棧橋質(zhì)量。 　　參考文獻 　　1、《湖北鄖縣至十堰高速公路漢江公路大橋設計圖紙》，湖北交通規(guī)劃設計院，2011年3月； 　　2、《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》，廣州軍區(qū)工程研究設計所，黃紹金、劉陌生，2004年11月； 　　3、《公路橋涵設計通用規(guī)范》JTG D60-2004，中交公路規(guī)劃設計院，2004年9月； 　　4、《公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范》JTJ025-86，交通部公路規(guī)劃設計院，1986年9月； 　　5、《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》JTG D63-2007，中交公路規(guī)劃設計院有限公司，2007年11月； 　　6、《路橋施工計算手冊》周水興，何兆益，鄒毅等編著.北京：人民交通出版社，2001年5月； 　　注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。