通航条件下栈桥施工设计及运营管理技术

胡松涛 （中铁四局集团南京分公司，江苏 南京 210000）

1 概 况

连盐铁路为国家沿海铁路的重要组成部分，建设标准为国铁Ⅰ级， 双线电气化， 设计速度200km/h，管段内盐河特大桥全长17.785km，跨越盐河的(72+120+72)m 连续梁主跨连续梁跨盐河主航道和盐河支流洪河，采用悬臂现浇施工，通过现场调查，本管段由盐河向西方向6.8km 范围内原有跨越盐河公路桥梁无无法满足施工重型车辆通行，必须修建跨盐河钢栈桥，以满足施工材料运输、机械通行任务，按照连盐铁路总体施工安排，栈桥使用寿命为3 年。

2 地质情况

范围内地层为第四系全新统人工堆积黏土，冲积、海积和第四系上更新统冲积黏性土、淤泥、粉土、砂类土等地层。根据工程地质钻探、地质勘探，跨盐河处地质断面图见图1。

3 设计原则及主要技术指标

本栈桥跨越的盐河规划为三级内河航道，通航净空要求7.5m×70m，最高通航水位3.43m。 桥位附近盐河现状为河面宽约60m，水深约6m。在与当地盐河航道管理部门沟通后，本次设计的施工栈桥按通航净空7.5m×30m 控制。

3.1 设计原则

①设计要满足功能的需要，还要体现合理性、实施性和经济性，设计荷载及工况选择既要满足安全要求，又要经济合理。

②充分体现“ 临时栈桥”的特点，采用易于建设施工的模块化材料构件，运营阶段维护管理方便快捷，同时尽量采用可回收的材料。

③栈桥设计取“工作状态”和“非工作状态”两种状态。“工作状态”是指在自然条件中不发生影响施工的风、雨、雪、潮、浪等情况，栈桥可以正常使用时的状态。此时栈桥上存在着大量的施工人员、施工车辆和施工机械。栈桥承受的荷载为自重、施工荷载以及对应的风浪流荷载。“非工作状态”是指自然条件中发生较大的风、雨、雪、潮、浪等，栈桥封闭时的状态。此时栈桥上不存在施工人员，但可能会有部分施工机械。由于风荷载大时往往浪、潮也较大，且风对于施工安全的威胁最大，因而以风的强度为指标划分“工作状态”和“ 非工作状态”，经多方论证，确定8 级风时栈桥进入非工作状态。

3.2 设计主要技术指标

①桥面净宽：6m；

②纵坡：最大纵坡3%；

③桥梁横坡：0%；

④行车速度：20km/h，单行道，行车距离控制在20m 以上。

4 荷载确定

根据现场施工安排，主要为施工用后八轮混凝土罐车，计算荷载70t 控制；挂车计算荷载80t，挂车4 个轴重均为200kN，轴距为1.2m+4m+1.2m。

5 栈桥选线设计

按照施工现场的布置条件、栈桥与主桥的相对关系、栈桥跨越盐河的跨度要求确定平面位置与线形；跨盐河(72+120+72)m 连续梁于盐河交角80°，为最大限度保证通航净空，栈桥主桥设计与盐河交角90°，一直延伸到岸边；引桥尽量靠近铁路主线，以节约临时用地，根据钢结构临时栈桥的施工与安装特点，引桥与主桥设置曲线转角，转向处增设转弯平台，以折线代替圆曲线。 具体线路走向见图2。

6 结构设计

根据线路平面布置规划，本栈桥设置29 个墩28 跨，全桥孔跨布置为：3+（12+12+12）+（12+12+12+12+11.8）+5.7+（8.8+8.9）+（14.9+33+14.9）+8.7+（11.8+12+12+12+12）+（12+12+12+12+9）+3m，全桥长323.7m。引桥孔跨为1～13 跨、18～28 跨，为“321”型贝雷桁架上承式结构体系，采用单层不加强型贝雷片，横向布置7 片贝雷片，其间距采用6m×0.9m，基本主跨为12m，贝雷片上方布置I32a 工字钢横向分配梁，标准桥面节段横向分配梁间距为1.3m+1.5m+1.5m+1.3m。为保证引桥园顺过渡，在10 号墩、11号墩、17 号墩顶设转弯平台。引桥标准横断面见图3。

主桥为14～16 跨，主跨度为33m，15m+33m+15m 一联，采用双层四排加强型“321”型贝雷桁架下承式结构，横向8 片贝雷桁架；主桥标准横断面见图4，立面布置图见图5。

全桥桥面系采用纵横梁体系，横梁采用横梁采用I32a 工字钢，主桥因采用下承式设计， 横梁需穿过贝雷片并尽量靠近节点位置， 间距为1.067m+0.344m+1.065m+0.524m 布置， 引桥采用上承式设计， 横梁采用1.3m+1.5m+1.5m+1.3m 布置。根据检算结果，主桥桥面横梁采用Q345 钢，引桥桥面横梁采用Q235 钢；纵梁采用I16 工字钢，间距30cm；桥面板采用15mm 压纹钢板，桥面纵梁及钢板采用Q235 钢，主桥及引桥的桥面宽均为6m。桥面系构造见图6、图7。

每联之间设双排墩，其余为单排墩，横向每排布置3 根钢管，桩顶设分配梁， 分配梁采用普通热轧工字钢，其中13#、16#桩顶分配梁采用双拼I50a 工字钢，14#、15#墩桩顶横向分配梁采用3 根I40a 工字钢组拼，其余均采用双拼I40a 工字钢。

钢管桩直径分为φ800mm 及φ630mm，壁厚10mm；钢管桩所用钢管，材质为Q235，采用钢板卷焊。栈桥的横向在贝雷片之间设置支撑架及底平联，钢管立柱之间采用[20a 设置剪刀撑；顺桥向每联的联端设置双排桩，并设剪刀撑。

7 主体结构检算

7.1 桥面系检算

为考虑桥面板对车轮的荷载扩散作用及各构件变形而引起的相互作用，因此建立空间有限元模型分析桥面系构件在车轮荷载作用下的受力状态。计算结果见表1。

从表中看出，Q235 材质容许弯曲应力145MPa， 容许剪应力85MPa；Q345 材质容许弯曲应力210MPa，容许剪应力85MPa，纵横梁体系均满足要求。

主桥及引桥桥面系计算结果汇总表 表1

7.2 栈桥结构检算

7.2.1 荷载组合

栈桥运营过程按两种荷载组合进行计算：①恒载与混凝土罐车荷载组合；②恒载与挂车荷载组合。

7.2.1.1 恒载与混凝土罐车荷载组合

荷载组合工况1：自重+罐车荷载；

荷载组合工况2：自重+罐车荷载+风荷载。

7.2.1.2 恒载与挂车荷载组合

荷载组合工况3：自重+挂车荷载；

荷载组合工况4：自重+挂车荷载+风荷载。

7.2.2 模型假设及计算结果

由于引桥包含6m、9m、12m 三种跨径，取最大跨径联进行计算，因此引桥选取5m×12m 联作为引桥计算内容。为分析在各个荷载工况下局部杆件受力及最不利偏载状态下贝雷片的受力状态，分别建立15m+33m+15m 主桥和5m×12m 引桥的空间有限元模型。 空间有限元模型采用梁单元模拟贝雷梁弦杆、腹杆、支撑架构件，可考虑弦杆局部抗弯及贝雷杆件因节点刚性引起的次应力，钢管桩顶分配梁及桥面系分配梁采用梁单元模拟，桥面板采用四节点板单元模拟。经贝雷梁组合应力包络图、剪应力包络图、活载挠度包络图、桩顶分配梁组合应力包络图、桩顶分配梁剪应力包络图分析，主要构件计算结果见表2

上部结构计算汇总表 表2

贝雷杆件容许应力为210MPa， 用于临时结构可提高1.3倍，即273MPa；贝雷杆件容许剪应力为156MPa。 分配梁工字钢容许应力为145MPa，容许剪应力为85MPa，通过上表，均满足要求。

7.3 下部结构计算

本栈桥0#及28#为桥台，其余基础采用钢管桩基础；通过6.2.2 中建立的模型可以算出主桥、引桥墩顶反力，建立各支墩结构有限元模型，考虑汽车制动力及风力组合，分别计算土层以上构件在组合荷载条件下的组合应力、剪应力及稳定性，结果满足要求。

8 栈桥施工技术

8.1 栈桥施工工艺流程

钢管桩运输到位→振动锤与钢管桩连接→履带吊吊钢管桩就位→测量定位→振动下沉钢管桩→便桥下横梁安装→钢管桩连接→贝雷梁安装→纵、 横分配梁安装→贝雷梁斜撑安装→桥面板铺装→栏杆、照明等附属结构安装→警戒、安全设备安设。

8.2 钢管桩加工及运输

钢管桩在加工场地按图纸加工成型，在施沉过程中尽量不进行管节接长，钢管桩在加工场加工时应保证直缝错位。成品进场时， 生产厂家必须提供卷制钢管桩所用钢材的产品合格证、质量保证书以及钢管桩的出厂产品合格证，钢管桩加工好后由平板车运输至施工现场。

8.3 钢管桩插打施工

钢管桩基采取“钓鱼法”进行钢管桩施工，即在已经修筑好钢栈桥上，以履带吊吊挂振动锤逐孔向前打设钢管桩，每孔钢管桩打设完毕铺设上部结构，履带吊前移，继续下一孔的钢栈桥施工。采用全站仪控制钢管桩的偏位及垂直度，沉桩以标高进行控制、贯入度进行校核。 钢管桩露出地面高度为1.5m～2.0m 时停锤，焊接上节钢管桩振动下沉至设计标高。

8.4 贝雷梁安装

桩顶横梁架设完成后，采用履带吊吊装贝雷梁。每一孔贝雷梁提前在加工场按组拼装好，整组运至施工现场由履带吊架置于桩顶横梁上，调整好位置后，焊接门式限位器，将贝雷梁固定于桩顶横梁上，桩顶横梁与贝雷梁之间加垫1cm 橡胶垫用作减震。

8.5 安装纵、横向分配梁及桥面板

将横桥向工字钢承重梁按照设计间距摆放至贝雷上、下弦杆上（下承式主梁放置于下弦杆， 上承式引桥放置于上弦杆上），工字钢与贝雷片之间采用U 型螺栓栓结固定，每根工字钢分别固定两个端头。 螺栓在使用后及时涂抹黄油防止螺纹生锈，在后期钢栈桥使用过程中，每月定期进行螺栓的检查，防止螺栓松动。在横桥向承重梁顶铺设纵桥向I16 纵向分配梁，两者之间焊接固定，以抵消车辆荷载的水平制动力。桥面分配梁铺设完毕且焊接牢固后，即组织铺设15mm 厚的桥面板。

8.6 栈桥施工技术质量要求

①钢管桩平面偏差≤5cm，倾斜度≤1%。

②斜撑与钢管桩间焊缝为满焊，焊缝厚度≥8mm，空间位置偏差≤5cm。

③钢管桩桩长施工时按桩底设计标高和最终贯入度双控，但桩长缩短值不应超过5m。

9 栈桥安全设施配套

①主跨14#、15#墩上下游均设置防撞墩， 防撞墩采用φ800mm 钢管，防撞墩不得侵占通航净空，在防撞墩上挂防护灯。在栈桥架空航道一孔的支墩内缘、横梁下缘装霓虹灯，利于晚间船只通行时识别航道的限界空间。在航道航道夜间要有照明，并按航道部门规定设置各种信号、标志，主通航孔设桥涵标并经常检查维护，确保标识清晰、准确。

②在桥面分配梁下部及栈桥两侧护栏外设置防护网。采用双层密目钢丝网封闭，避免杂物掉落影响船舶航行安全。

③遇非工作状态，如8 级以上大风或洪水等非工作条件，应及时封桥、撤离人员及设备。

10 栈桥运行管理

在栈桥两端便道设置会车平台，桥头设置安全警示标志及限速标示牌，并派专人值守，负责指挥过往车辆，保证车辆有序通行；两侧桥头设置大门，专人管制，两侧管理人员配备对讲机通信联络，进口处重车单车进入，待通行过主桥后，后续第二车方可进入栈桥；始终坚持空车避让重车原则，出口处设置空车停靠点，停靠点设置在栈桥下方施工便道处。

栈桥运营期间应在栈桥两端采取管控措施，严格按照设计荷载进行限载和限速（≤20km/h），特别是对运载砂石料的车辆进行严格限载，对于超重车辆，应进行卸载后通过本桥。单向单列车且间隔通行，控制车辆间距（≥20 m）和车流量，桥上严禁相向错车行驶或同向超车行驶，确保桥梁运营安全，并严禁无关人员上桥。

11 结 语

本文结合连盐铁路跨盐栈桥工程，总结了河内大型栈桥的设计、施工、运营管理技术。栈桥虽是临时设施，但其结构的稳定，对于施工车辆、人员的通行安全性尤为重要。

栈桥设计采用易于建设施工的模块化材料构件，运营阶段维护管理方便快捷，同时尽量采用可回收材料

栈桥施工完成后，安排专人进行维护，同时进行沉降观测。

[1]陈重，刘平.钢栈桥施工方法研究[J].技术论坛，2001(1).

[2]李宗长，唐宏路，缑勇.巴东长江公路大桥北岸栈桥方案设计与施工[J].世界桥梁，2004(4).

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