基于重载及大交通量状况下钢栈桥的设计与施工

吴辉

摘 要：本文结合厦门翔安机场快速路南港海钢栈桥实践，介绍重载及大交通量状况下钢栈桥的设计与施工，详细阐述钢栈桥的设计方案、施工方案及工程实施过程中所遇问题的处理，为类似工程提供借鉴参考。

关键词：重载 大交通量 钢栈桥

1.工程概况

厦门翔安机场位于厦门大嶝岛，由于大嶝岛与大陆的连接只有大嶝大桥唯一通道，新机场实施填海造地需要大量土石方，大嶝大桥难以满足数千万的土石方和建筑材料运输。因此，为保障新机场建设需要，亟需修建一条专供土石方运输的运输通道，而南港海钢栈桥为运输通道控制性节点。

根据机场建设需要，2019年前，运输通道需承担3200万方土石方，200万吨水泥钢材的运输。因此本工程具有承担的土石方车辆载重较重，交通量大的特点。

2.栈桥设计

2. 1地质概况、气象和水文

根据根据现场踏勘及钻探揭露，拟建工程场区沿线跨越多种地貌单元，岩土层构成复杂，分布主要有填砂、淤泥、粉质粘土、中砂、砂质粘土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩。

南港海区域属亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，年平均气温21℃左右。南港跨海通道所在地区全年最热为7月份，月平均气温28.2℃，全年最冷为2月份，月平均气温12.5℃。历年最高气温38.5℃，最低气温2℃，年平均降雨量1188.4毫米，蒸发量1850.7毫米，降雨多集中在3～9月份。

南港海潮波受台湾海峡波系统控制，为谐振潮，潮汐类型属正规半日潮，历年最高潮位4.51m，最低潮位-3.33m，平均高潮位2.44m，低潮位-1.44m，平均潮差3.95m。1/10高潮水位为4.10m。平均海平面0.32m（黄海基准面）。

2.2技术标准

（1）设计速度：30Km/h

（2）设计荷载等级：城市-A级，按80t土方车进行验算。

（3）桥梁设计使用年限：5年。

（4）行车道数：2车道，桥面宽度10m。

2.3桥位选择

南港海钢栈桥位于翔安机场快速路西侧，为保证高架桥施工过程中土石方车辆行车安全，南港海钢栈桥距离主体工程6m建设。

2.4桥型布置

根据结构计算结果，钢栈桥通过比选，选择12m跨径作为标准跨径进行布置，结构受力合理、且造价经济。为避免栈桥对南北岸进行破坏，靠近南北岸用小跨径进行调整。桥梁在直线段采用5跨一联、曲线段采用3跨或4跨一联。

钢栈桥设计洪水频率采用1/10高潮水位4.1m，设计标高同时兼顾南北岸岸堤标高，梁底高于堤坝顶标高。综合考虑桥面标高为8.33m。

2.5桥面系的选择

桥面系的选择除考虑结构受力方面，对于本工程钢栈桥所承担运输的土石方量大，交通量大。桥面直接与车轮接触，势必经常破坏。为不中断交通，因此桥面系的选择还需重点考虑维修更换方便。前期设计采用以下方案进行比选，推荐最优方案。考虑造价及维修方便，后期运营中不中断交通，推荐方案四加厚钢桥面板作为桥面系方案。

2.6贝雷主梁设计

贝雷梁在后期更换较困难，因此设计过程除保证结构满足规范要求外，应留有一定安全储备，防止结构在后期产生疲劳破坏。栈桥横断面布置5组贝雷片，贝雷片组间距1.1m，采用双排单层加强贝雷梁结构。

经计算，贝雷梁跨中最大弯矩，如下式，满足要求。

贝雷片之间采用花架进行连接，贝雷片组之间采用剪刀撑进行连接。为了提高贝雷梁横向稳定性、加强贝雷梁横向联系，在贝雷梁底部增设横向花架。

2.8钢管桩的设计

根据上部结构计算结果，钢管桩选用单墩设置6根φ600×10钢管。

（1）钢管桩桩顶竖向力计算

根据《港口工程桩基规范》，按承载能力极限状态计算桩的轴向承载力。

设计荷载按下式计算。

由于《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）对验算荷载无相关说明，参照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-85）对验算荷载进行计算。

验算荷载按下式计算。

（2）钢管桩桩长计算

钢管桩桩长按《港口工程桩基规范》4.2.4-2公式采用。

Qd——单桩轴向承载力

γR——单桩轴线力分项系数，取1.3。

qfi，qR——极限侧摩阻力标准值，单桩极限端阻力标准值。

3.栈桥施工

3. 1钢管桩桩基施工

（1）振动锤的选择

本工程实施时桩基选用振动沉桩进行施工。振动锤运行时，产生振动力，振动力使桩体产生垂直振动，强迫桩体的周围土壤产生液化、位移，由于土层移动，在桩体自身重量和振动锤重量的作用下，使桩体切入地层。选锤时，根据桩的类型、尺寸和地勘资料计算，振动锤的激振力需大于桩基与土的动摩阻力。

P0——振动锤激振力

Tvi——第i层土的极限动摩阻力

Hi——第i层土的厚度

取其中一段进行计算，其余段落类似。土层3a粉质粘土2.67m，3b中砂3.9m，粉质粘土6.3m，极限动摩阻力可参考文献[5]中取值，如式（1）。

选用DZ90A型振动锤，激振力如下式，

满足要求。

（2）桩基施工要点

①插桩：为保证钢管桩基的的垂直度，插桩时，钢管桩必须进行限位。可通过设置桩架或保证稳定前提下将贝雷片伸长作为桩架临时固定。

②接桩，钢管桩工厂出厂时12m一节，为保证钢管桩接缝质量，采用陆上接桩。本工程要求所有桩基拼接焊缝等级为一级焊缝，为保证焊缝饱满，钢管内需设置环形衬垫。

③桩基在沉桩过程中，须一次完成，不可中途停顿过久，以免摩阻力恢复后，再次插打下沉困难。

（3）静载试验

在大规模打桩之前，需进行静载试验，验证钢管桩的停锤标准，所选用桩锤是否能满足要求。根据《港口工程桩基规范》，单桩轴向承载力分项系数取1.3，试验荷载取471.4×1.3=612.8KN。根据地质情况等综合确定试桩数量。

（4）停锤标准的控制

根据静载试验结果及工程情况，确定桩基停锤标准如下：

①钢管桩桩底标高达到设计桩底标高，且钢管桩贯入度≤20cm/5min，可终孔。

②钢管桩桩底标高与设计桩底标高差值<1.5m，且钢管桩贯入度≤10cm/5min，同时满足最小桩长前提下，可终孔。

③钢管桩桩底标高与设计桩底标高差值≥1.5m，应会同设计单位到现场研究处理。

④为保证钢栈桥结构的稳定性，桩基需保证最小入土深度6m（不包含淤泥层厚度）。

3.2上部结构及其他施工

上部结构的安装包括贝雷梁的安装、横向分配梁安装、桥面纵梁的铺设、钢桥面板的铺设及其他附属设施安装。上部结构铺设时，应重点控制螺栓等紧固件的连接，其次应注意曲线段贝雷梁的安装。

4.施工中所遇问题的处理

本工程处于海域段，地质复杂。特别是近岸处抛石较多，沉桩困难。其中近岸附近1处桩基入土深度只有1.38m。为保证钢管桩结构的稳定，对该桥墩进行了加强处理。

加固思路：考虑桩基入土深度不足，考虑在桩身添加承台，使钢管桩连成整体，提高钢管桩的稳定性。

5.结语

桥梁施工用钢栈桥较常采用，而对于承受重载、大交通量的钢栈桥采用较少，与传统钢栈桥比较，除考虑结构受力外，更应注重后期检查、维修方便。而对于此类特殊钢栈桥，为保证桥梁的正常运营与使用，桥梁设计与施工时对桥梁各项技术指标要求较高，应特别注意施工的过程控制。翔安机场快速路南段南港海钢栈桥现已完工，可满足翔安机场建设运送土石方、建筑材料要求。

参考文献：

[1]江苏省交通规划设计院股份有限公司.厦门市翔安机场快速路南段施工运输通道工程施工图设计文件[R].厦门：江苏省交通规划设计院股份有限公司，2015.01

[2]中交公路规划设计院.JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.