水上钢平台及钢便桥的设计与施工

◎ 广东省建筑工程机械施工有限公司 刘热强

1.工程概况

睦洲大桥属于新中一级公路三睦合同段中的第二合同段，大桥全长702.36米，桥梁范围起止里程桩号为K5+719.74～K6+422.1，整桥均为直线段范围。睦洲大桥分左右两幅，左右两幅桥面宽均为12.25米，中间间隔0.5米。睦洲大桥除15、16、27、28号墩的桩基础位于睦洲河道内，其余均为陆上桩基础。

跨过的睦洲河水位高程变化范围为：2.5～3.2，水深约3～4米，受潮汐影响较小；睦洲河属内陆河，且河道浅窄，水面最大宽度在60～100米之间，水深约为3米，故平时无大船通行，仅一些农用小船偶尔通行。本地航道局定性睦洲河为4级航道。

2.施工平面布置

如下图1所示，睦洲河及其支流将桥区分割成三部分，中间形成一个类似三角形小岛，东岸钢便桥主要目的是连通因支流隔断的东岸及小岛，形成施工便道。其长度范围为27#～29#之间。

睦洲河主河道因通航需要，不允许整个河面设置钢便桥，故西岸钢便桥设置长度仅在14#～15#墩之间，15#～16#墩间约有50米宽河面为施工期间航道。

钢平台在15#、28#墩处设置；16#、27#墩因靠近河堤，可采用钢围堰内填土方式施工。

3.钢平台及钢便桥设计方案

睦洲大桥钢便桥共2部分，一处设于睦洲河分支河面（29#→27#墩之间），为东岸钢便桥；另一处设置在主河道湿地上（14#→15#墩之间），可称为西岸钢便桥。钢便桥桥面宽为6米。

钢平台共2处，分别在28#墩和15#墩设置。考虑一台桩机在平台上施工，平台尺寸为25米×8米。

3.1 东岸钢便桥及钢平台设计

睦洲河道在大桥施工区域分主河道及支流，根据现场交通情况，从K6+640平交路口往小里程方向填筑施工便道到达睦洲河分支(29#墩)河堤，然后在距左幅桥梁滴水线外6米处作为钢便桥的中心线，搭设长度约为36米横跨整个分支河道的钢便桥（29#墩→27#墩之间）。搭设完分支河面的钢便桥后，再填筑便道至主河道河堤处（27#墩→16#墩），进行16#墩钢围堰打设及填筑。

28#墩钢平台的搭设可在26#～17#墩之间便道施工完毕后再择时搭设，以利各工序顺利衔接。因钢便桥在28#墩左侧设置，故搭设时可从钢便桥处开始向右侧搭设。钢便桥与钢平台间设置1cm宽断缝，桥面与平台面同一水平面。

3.2 西岸钢便桥及钢平台设计

西岸钢便桥搭设需打通九子沙（K5+250～K5+400）山头才能进入场地进行施工，故西岸钢便桥只能待山头便道开通后才能进行。

西岸钢便桥从河堤处（14#墩）开始向15#墩方向搭设，便桥中线与道路中线重合，长度约为36米。

钢便桥搭设完毕即开始15#墩钢平台搭设。钢便桥与钢平台间设置1cm宽断缝，桥面与平台面同一水平面。

图1 睦洲河钢平台及钢便桥平面布置

图2 钢平台搭设平面、侧立面及大样图

4.钢平台、钢便桥施工方案及施工

4.1 钢平台施工方案

钢平台上考虑一台桩机施工，拟设计尺寸为8×25米。平台紧靠钢便桥搭设。钢平台自上至下结构分别为：桥面铺10mm厚钢板，桥面下为纵平台方向I32B工字钢，间距50cm，纵梁下为并排双I32B工字钢横梁，横梁置于钢管桩顶开口处，钢管桩在桩机位8米范围间距为3.5米，在辅助平台位置间距为4.5米。钢管桩直径φ50cm，由8mm厚的A3钢板卷制而成，钢平台具体搭设平面布置图、侧立面图、大样图见下图2。

4.2 钢便桥施工方案

钢便桥搭设宽度拟为6米，由河堤向水中桩方向搭设，钢平台宽度拟为8米，长度为25米，与钢便桥相接。考虑丰水期影响，睦洲大桥河涌最高水位为3.3米左右，钢便桥的桩顶工字钢底标高须在3.8以上。睦洲河水位高程变化范围为：2.5～3.2，水深约3～4米，受潮汐影响较小。采用Ф50cm钢管(壁厚8mm)桩间距为5m，顺桥向布设3排钢管桩。钢管桩上部固定在上部工字钢梁上。桥面结构钢梁横桥向设两排，纵向用I25b字钢做主梁，横向用I25b工字钢做次梁，间距0.8m。钢便桥自下而上结构依次为：Φ50cm（壁厚0.8cm）钢管桩→双I25b工字钢下横梁→贝雷片纵梁→I25b工字钢上横梁→[25b槽钢。钢便桥搭设平面、侧立面图、断面及施工图详见下图3、图4、图5。

图3 钢便桥搭设平面及侧立面图

图4 钢便桥搭设断面图

图5 钢便桥搭设施工图

4.3 钢平台及钢便桥搭设

4.3.1 钢管桩运输、堆放

由专业厂家加工的9米长的Φ50cm的钢管桩，用平板车运至工地即可，根据现场施工进度组织分批运送至工地。钢管桩运输过程堆放按沉桩顺序可采用多层叠放，各层垫木位于同一垂直面上，管桩的叠放层数不宜超过三层，以保证安全。钢管桩起吊、运输和堆存过程中须避免因碰撞等原因而造成管身变形的损伤。注意在钢管桩沉放前再次检查管节焊缝。

4.3.2 钢管桩沉放

沉放前先计算出每条钢管桩的坐标，在两岸大堤上针对各桩分别布置一条基线，基线上的每一个观测点用全站仪精确测量其坐标位置，并用水准仪测出其高程；然后计算出每一根桩上观测点的坐标及交会角，并汇总成表供观测沉桩使用。沉放时在正面布置一台全站仪观测定位，侧面设置两台经纬仪校核。

钢管桩沉放使用DZ60振动锤，能提供额定振动力为60t，可以满足本工程的要求。起吊设备采用25t汽车吊。钢管桩定位后，先期依靠钢管桩重力插入淤泥层中，待桩身有一定稳定性后，再利用汽车吊吊上振动沉桩机夹住钢管桩，开动振动沉桩机振动下沉钢管桩到位。钢管桩逐排沉放，一排桩沉放完成后则开始铺设I25b横梁。

钢管桩沉放应注意：振动锤中心和桩中心轴应尽量保持在同一直线上；每一根桩的下沉应连续，不可中途停顿过久，以免土的摩阻力恢复，继续下沉困难。沉放过程加强观测，钢管桩偏位不得大于10厘米，垂直度不得大于1%。

钢管桩的打设由振动锤的最终贯入度控制，最后一分钟连续振动钢管桩的贯入度不大于5mm即可满足荷载要求。

钢管桩按设计要求沉入后，对上部超出部分予以切除，不够长的则给予接长，接桩采用焊接，要求满焊，焊缝符合钢结构施工规范要求。钢管桩自由长度若大于4米，则必须设置剪刀撑。

4.3.3 桩顶下横梁安装

钢管桩沉放完毕后，开始进行桩顶钢横梁安装。各钢管桩在顺水流向测定标高位置处开口，将桩顶割成“凹”状，同一排的3根钢管桩凹槽必须在同一直线上，以利契入桩顶横梁；钢横梁工字钢下底与桩顶焊接。桩顶凹槽开口下方用钢板补强，以免开口撕裂。

4.3.4 钢便桥纵向贝雷梁拼装及钢平台安装

钢便桥贝雷梁的定位需测量确定，以保证便桥轴线不偏移，拼装贝雷梁时，应检查贝雷片阴阳头的连接销是否拧紧，连接牢固，保证贝雷片的力学性能。采用U形卡扣将工字钢下横梁与贝雷片连接成整体，以保证贝雷梁的稳定性。贝雷片纵梁安装到位后，横向、竖向均焊定位挡块及压板，将其固定在I25B工字钢下横梁上。贝雷纵梁拼装完毕后，在其横向上铺I25B工字钢上横梁，工字钢上横梁全部与贝雷片纵梁焊接，以固定纵横梁并加强栈桥的整体性。

桩顶下横梁安装完毕一排后，则开始安装纵梁，焊接固定在I32B工字钢下横梁上，与下横梁形成稳定的水平“井”字架。

4.3.5 桥面附属结构施工

桥面板采用[25b槽钢，与贝雷梁上的I25b上横梁焊接固定。桥面宽为6米。便桥两边设置护栏，护栏立柱采用Φ50×3.5mm钢管焊接于桥面板槽钢上，立柱间距1.5米，高为1.3米，护栏横杆采用Φ16钢筋焊接于钢管立柱上，设置3根，间距为50cm，离地高度30cm。护栏统一用红白油漆涂刷，交替布置，达到简洁美观及醒目警示作用。钢便桥两边悬挂夜间航行警示灯，并设置路灯，考虑照明效果，在便桥桥头各设置一个路灯即可满足要求。便桥桥头位置安放一集装箱，安排专人看守钢便桥，以免闲杂人员进入施工现场。

4.3.6 桥面附属结构施工

平台面板采用10厚A3钢板，钢板点焊于纵梁I32B上。平台四周均设置护栏，护栏立柱采用Φ50×3.5mm钢管焊接于桥面板槽钢上，立柱间距1.5米，高为1.3米，护栏横杆采用Φ16钢筋焊接于钢管立柱上，设置3根，间距为50cm，离地高度30cm。护栏统一用红白油漆涂刷，交替布置，达到简洁美观及醒目警示作用，以防施工人员跌落平台。

5.受力验算

对于受力状况，按简支梁验算；对于贝雷纵梁及跨径的选用参考《公路施工手册(桥涵分册(下)》，验算略。对于单桩允许承载力，则按《公路桥涵施工手册》沉桩动力公式进行计算，每个墩位三根钢管桩作为栈桥的承重基础，按照摩擦桩计算。钢管桩间距2.5m，φ50cm，由8mm厚的A3钢板卷制而成。根据睦洲大桥原位地勘资料，对比27～29#墩地层资料，在40米长度范围变化不大，因27#墩处淤泥最厚，且粉质粘土最薄，故在计算时取27#墩作最不利地质计算。钢管桩桩顶标高受桥面标高控制，统一为2.2米，桩底统一进入细砂层20cm，故所有桩长按21.52米配桩。《公路桥涵施工手册》沉桩动力公式为：[P]=1/m×{-nA/2+[(nA/2)2+nAE/e.(Q+k2q)/(Q+kq)]1/2}(1)

荷载计算：

55t汽车最不利作用在每根钢管桩上的荷载：P=（550+12×0.2747×17+0.3808×6×17+1×12×6+0.3808×6×4）/3=218KN，φ0.5m钢管桩自身荷载（桩长21.52m）：20.8KN；考虑系数1.2（上面计算时已经考虑系数1.3，这里不计钢管桩水中部分浮力）。根据经验公式计算单桩竖向承载力∶[P]=1/2[UΣαiliti+αAδR]，所取参数均取最不利情况。打入桩底处土为细砂层，取其极限承载力σR=1000Kpa(考虑最不利状态，液限＞1)，打入土层取粉质粘土（软塑），极限摩阻力τi=15KPa，φ0.5m钢管桩承受荷载力P=（218+20.8）=238.8KN，设计按照300KN考虑。27#墩栈桥管桩如上面地层图所示，入淤泥土层厚度为8.8m，粉质粘土（按上表软塑层侧向摩阻力取值15KPa）12米，则钢管桩单桩摩擦桩承载力为∶

[P]=1/2[UΣαiliti+αAδR]=0.5×(3.14×0.5×1.0×8.8×10+3.14×0.5×1.0×12×15+3.14×0.5×1.0×0.2×30+1.0×3.14×0.252×1000）=313.2KN＞300KN,满足要求。

6.荷载试验

钢便桥及钢平台搭建完成后，首先应对结构进行荷载性试验，经检验合格后方能正式投入使用。本项目钢便桥及钢平台设计荷载为55T汽车挂，按照《装配式公路钢桥制造》JTT 728-2008第6.12条测试规定，采用公路2级荷载加载，钢桥设计荷载大于规范要求的测试荷载，故按设计荷载的55T的120%进行试验荷载，经检验其承载力、挠度满足设计要求。

7.施工阶段及运营阶段安全措施

7.1 施工阶段安全措施

水上施工的人员防护，进入施工现场必须戴好安全帽和其它个人劳动保护用品，另配备好救生圈及救生衣；因现场机械种类较多，应防止各类机械伤害事故发生；现场氧气瓶、乙炔瓶放置时不得露天暴晒，必须遮盖，同时保证两者间距不小于5米的安全距离。

未经允许严禁与施工无关的人员到便桥上参观、游玩；平台施工开始时即设置航标，悬挂夜间红灯示警等通航导向标志，并打设钢管桩防撞墩，以策安全。

7.2 运营阶段安全措施

便桥施工完成后，在钢便桥的通航孔悬挂霓虹灯，在夜间开启，提醒过往船只；

在便桥上下游各400m左右位置处设置告示牌，“前方施工请过往船只减速慢行，注意安全”及便桥限高标牌等提醒过往船只减速慢行，并设置航标；在钢便桥通航孔上悬挂限高标志牌；便桥使用期间安排专职人员指挥过往船只，提醒船只减速慢行、严禁施工区域会船、超船；便桥建成投入使用后，将定期对便桥进行检查、维修，重点观测桥梁基础沉降，及时对便桥进行加固整修，以保证便桥的使用安全；在钢便桥及钢平台处每隔30米放置一个救生圈，总数量不少于3个，以备不时之需。

栈桥上单向通行车辆间距不得小于6米，车速不得大于8KM/h。

8.环保措施

①施工前项目部组建环境保护小组，设专职负责人。

②对所有参建员工进行教育，提高保护意识，把学习和教育贯穿到工程施工的始终，使所有员工明确环境保护的重要性。

③做好便桥搭设及使用过程中杂物、垃圾的处理措施，集中将杂物、垃圾打堆运至岸上，确保杂物、垃圾 不抛入航道中。

④项目部定期派专人清理便桥上杂物、垃圾。

⑤项目部环境保护小组定期开展环保检查，及时处理破坏环境的行为。

8.结语

新中一级公路睦洲河钢平台及钢便桥在使用阶段的定期水准测量结果及实际使用情况表明，墩台的沉降量非常小，现场施工车辆都能安全通过。这证明该设计方案是成功的，可为类似工程提供借鉴。