海上钢栈桥施工技术措施及安全控制要点

■　黄奕佳（厦门火炬集团开发建设有限公司，厦门　361006）



海上钢栈桥施工技术措施及安全控制要点

■黄奕佳
（厦门火炬集团开发建设有限公司，厦门361006）

摘要以厦门高集海堤开口改造工程海上桥梁施工栈桥为例，根据全桥采用钢结构及跨海施工特点，介绍贝雷梁与钢管立柱组合的钢栈桥结构设计、搭设和拆除施工等关键工序的技术措施，以及安全控制要点。

关键词钢栈桥钢管立柱贝雷梁分配梁桥面系施工技术

1　工程概况

厦门高集海堤开口改造工程包含两条线路，右线按公路工程建设，新建两座桥梁，集美侧新建一座120m的大桥，高崎侧新建一座1000m的特大桥；左线按城市轨道工程建设，新建一座全线高架特大桥。破堤开口改造工程施工期间，原有高集海堤切断封闭，社会车辆绕行右侧厦门大桥，需要搭设两座海上施工钢栈桥：

（1）人行钢栈桥：两端顺接原有海堤铁路加宽路基，供自行车、摩托车及行人使用。总长度1056m，标准跨径9m×96跨、12m×16跨，每4孔一联，全桥共28联。

（2）车行钢栈桥：供施工运输车辆和吊装机械使用，桥面宽度8m，长度828m，标准跨径9m，每4跨一联，全桥共23联。对应主线桥水上桥墩搭设横向工作平台。

钢栈桥属于大型临时工程，未包含在主体桥梁工程设计范围，应由施工单位自行设计和施工。本文以车行钢栈桥为例，根据全桥采用钢结构及跨海施工特点，介绍贝雷梁与钢管立柱组合的钢栈桥结构设计、搭设和拆除施工等关键工序所采取的技术措施，以及安全控制要点。

2　栈桥结构设计

2.1地质状况

工程地质勘察报告表明，钢栈桥桥址两端原地貌为滨海潮间带滩涂，中间为通航水域。钻孔揭示桥址地层岩土主要由填筑抛石、有机质高液限粘土、残积低液限粘土、细粒土质中砂及全风化至微风化花岗岩构成。

2.2设计荷载

钢栈桥结构设计应综合考虑自重荷载、9m3混凝土运输车辆荷载400kN、履带吊车荷载500kN、风荷载、波浪力、水流力、漂浮物等荷载，跨海栈桥还应考虑使用周期海水对钢管立柱壁厚的腐蚀剥落折减因素，并按施工期可能出现的最不利荷载组合，自上而下对栈桥各部分构件的强度、刚度和整体稳定性进行验算。

栈桥设计风荷载：最大使用风力9级，最大抵抗风力12级。

2.3设计方案

（1）桥位高程：据桥位水文资料调查，年平均高潮水位+2.618m，潮汐波浪按20年一遇频率设计。取栈桥桥面设计标高为+5.5m，贝雷梁底面设计标高为+3.49m，梁底净空高度能满足日常最高潮水位加上预留高度要求。

（2）下部结构：每联中墩为单排3根钢管立柱，横向间距2.56 m；边墩为双排6根钢管立柱制动墩，纵向排距2.0m，横向间距2.56 m。钢管立柱直径φ630mm、壁厚8mm，设计验算过程考虑海水腐蚀壁厚按7mm折减计算。单桩入土深度平均18m，海床面以上平均高度10.36m，钢管立柱设计长度28.36m。为确保实际入土深度及单桩承载力满足设计要求，每个墩位立柱长度应根据海床标高进行调整。立柱顶面铺设纵向及横向2I36b双拼工字钢分配梁。

（3）上部结构：标准跨径9m，每4跨一联，端头设置伸缩缝。纵梁采用6片3组贝雷桁架组合梁，底面搁置在双拼工字钢分配梁上；顶面设置I36b工字钢横向分配梁和I14工字钢纵向分配梁，与行车道桥面钢板连接。贝雷片间的连接采用销接，贝雷片与横梁用U型箍锁定。

（4）桥面系：桥面铺设1cm厚钢板，横向焊接钢筋做防滑处理。两侧设置钢管护栏，立柱及扶手涂刷红白相间的反光油漆，每隔20m设置一座夜间照明灯具。栈桥两端各设置一个高音喇叭，一旦发生紧急情况，可及时通知桥上人员尽快撤离。

钢栈桥总体设计平面、立面及横断面布置如图1所示。

图1　钢栈桥平面、立面及横断面布置示意图

3　施工技术措施

3.1施工工艺流程

原材料准备→钢管立柱制作→安装导向定位支架→振动打桩及接桩→柱顶焊接封口钢板→纵横向水平撑、剪刀撑制安→（制动墩双拼工字钢纵向分配梁制安→）双拼工字钢横向分配梁制安→贝雷片桁架组合梁制安→工字钢横向分配梁制安→工字钢纵向分配梁制安→桥面钢板铺设固定→防滑钢筋焊接→桥面护栏制安→桥面照明设施制安→附属设施施工。

3.2机械设备配置

钢栈桥施工投入的机械设备一览表见表1。

机械设备进场前应认真检查出厂合格证和定期检验证明。使用过程应定期保养和维修，严格遵守安全操作规程，认真填写设备使用及保养台帐，保持完好状态。

表1　投入施工的主要机械设备一览表

3.3钢管立柱施工

钢管立柱采用Q235A钢板卷制成螺旋管，每根长14 m，根据施工进度分批运送至集美侧加工场。已搭设的钢栈桥上不能作为钢材堆场，避免增加栈桥恒载和占用桥面空间，影响车辆通行和使用安全。

钢管立柱插打前，应对低潮位以上外露部位进行防腐处理，并涂刷灰色面漆。

3.3.1立柱加工制作

钢管立柱半成品应有出厂质量检验合格证，进场后应按现行标准进行检验，表面不得有裂缝、气泡等外观缺陷。存放期间为防止滚动，两侧必须使用木楔塞紧。运输和起吊过程应避免碰撞，导致管壁变形和损伤。

焊接材料应采用与主材相匹配的材料，使焊缝达到与母材同等强度。考虑到海洋环境防腐要求，焊材应选择自然腐蚀电位比母材电位低的材料。

钢管立柱接长时，为确保环向对接焊缝质量和竖向轴线顺直，设置管径略小一号的圆环内衬钢管，采取熔透焊接工艺，达到Ⅰ级焊缝质量，并采用超声波探伤和射线检测焊缝质量。

3.3.2立柱打入施工

（1）根据钢栈桥平面布置图，精确计算每根立柱的坐标和顶面高程，施工过程使用GPS定位，水准仪测量高程。

（2）钢管立柱采用悬打法施工，用50t履带吊机配合DZ－90A变频振动桩锤施打。履带吊停置在已施工完成的栈桥桥面，悬臂拼装贝雷梁架设导向定位支架，精确测量立柱坐标及垂直度后，吊装振桩锤和夹具与柱顶连接牢固，开动振动打桩。每振动1～2min暂停一次，校正立柱垂直度。

（3）导向定位支架应稳定，不得发生位移或转动，影响立柱定位和垂直度。

（4）每根立柱的振动打入应连续进行，中途不可停顿时间过长，以免桩周的土恢复内聚力造成沉桩困难。

（5）振动锤与柱顶必须夹紧，无间隙或松动，否则振动力不能充分向下传递，影响钢管立柱打入。立柱端头如有变形或破损，在接桩或设置封口顶板前，应割除破损部分，采用砂轮机磨平接口。

（6）立柱打设采取“设计桩长”与“最终贯入度”两项指标进行控制，最终贯入度控制标准为2cm/min。

3.3.3联系杆件施工

（1）双排立柱之间的纵横向，以及单排立柱的横向连接，采用［20槽钢制作联系杆件。

（2）纵横向联系杆件与立柱之间通过节点钢板的方式进行连接。节点板与立柱和联系杆件交接部位，接缝均应焊满、焊牢。

（3）剪刀撑杆件应分别焊接在节点板的不同侧面，避免杆件交叉重叠导致外侧杆件与节点板面脱离。

（4）水平撑和剪刀撑应根据杆件尺寸通长下料，不得采用边角废料搭接，影响连接质量。

3.4墩顶分配梁施工

（1）同一墩位钢管立柱顶面应切割平整，处在同一水平面上。

（2）立柱顶面不得采取管壁开槽的方式镶嵌2I36b双拼工字钢，经验算槽口部位局部稳定性不足，可能导致栈桥上部结构失稳。本工程在钢管立柱顶面设置800mm×800mm×10mm封口钢板，将立柱周边与封口钢板采取围焊形式焊接牢固，并沿周边焊接8块10cm× 7cm×1cm肋形加劲钢板。

（3）双排制动墩顶先在两排立柱顶面设置纵向2I36b工字钢分配梁，然后在每联分段部位两侧设置横向2I36b工字钢分配梁。

（4）墩顶纵向或横向双拼工字钢分配梁之间采取焊接方式连接，并在分配梁两端和中间支点部位，沿双拼工字钢外侧翼缘板焊接加劲钢板，形成整体受力组合梁。

（5）墩顶纵横向分配梁采用吊车安装就位后，交接部位均采取焊接方式固定。

3.5贝雷梁施工

钢栈桥上部结构采用贝雷梁，由贝雷片桁架、支撑架、销子、保险插销、加强弦杆等构件，在施工现场拼装，形成桁架组合梁。

钢栈桥纵向每联交接部位必须设置伸缩缝，横向与施工平台相接部位必须设置沉降缝，自上部结构、桥面系及护栏均应按照缝宽完全分离断开。

3.5.1贝雷梁拼装

（1）贝雷梁拼装按组进行，每2个贝雷片一组，每个断面布置3组。每组单个节段长3m，一次拼装3个节段构成标准跨径9m。

（2）每组两片贝雷桁架之间连接，采用［8槽钢制作定型支撑架，分别布设在每个节段端头横截面竖向和梁底水平方向，形成桁架组合梁。

（3）将待安装的贝雷梁节段吊起，放在已装好的贝雷梁后面，并与其成一直线。两人用木棍穿过节点板将贝雷梁前端抬起，下弦销孔对准后，打入下弦销子。然后再抬起贝雷梁后端，插入上弦销孔并打入上弦销子，并在销子尾端小圆孔穿上开口型保险插销，防止节段之间销子脱落导致贝雷梁折断，影响结构安全。

（4）安装保险插销时如果找不到小圆孔，可顺着销子端头凹槽平行的方向，在销子尾端找到圆孔便能顺利安装上去。

（5）安插销子时应使销子端头凹槽呈水平，与桁架弦杆平行，便于插上保险插销。若端头凹槽不水平，因弦杆槽钢的翼缘阻碍使得保险插销很难插入，这是贝雷梁组装常见的通病现象。

（6）贝雷桁架组合梁所有连接构件均采用螺栓固定，严禁采用焊接工艺，以免损伤桁架杆件，影响后续周转使用。

3.5.2贝雷梁架设

（1）在下部结构横向分配梁上进行测量放样，精准定出每组贝雷梁位置。

（2）将拼装好的2片一组贝雷桁架梁通过50t履带吊机安装就位。立柱顶面横向分配梁与贝雷梁的支点应在桁架节点上，当支点位于桁架水平弦杆上，必须在支点部位设置加强弦杆，或在上下弦杆槽钢两侧翼缘之间增设立杆等加固措施。

（3）在每组贝雷梁两端下弦杆与工字钢分配梁交接部位，采用［8槽钢制作U形限位装置，控制贝雷梁横向侧移。

（4）在两组贝雷梁之间设置定型支撑架连接，分别布设在每个节段端头横截面竖向。

（5）依此类推，完成每跨3组贝雷梁的安装。

3.6桥面系纵横向分配梁

（1）在贝雷纵梁顶面设置I36b工字钢横向分配梁，梁中线间距150cm。

（2）横向分配梁与贝雷纵梁的上弦杆交接部位，采用Φ20mm钢筋制作的U形限位箍锁定。

（3）在横向分配梁上方设置28根I14工字钢纵向分配梁，梁中线间距30cm。

（4）I14纵向分配梁与I36b横向分配梁采取焊接方式定位。

3.7桥面系钢板施工

（1）车行钢栈桥桥面采用普通钢板，顶面沿横桥向布设焊接Φ10mm防滑钢筋，纵向间距30cm。

（2）人行钢栈桥桥面采用厚度10mm带花纹的防滑钢板满铺，防止车辆在行驶过程打滑。

（3）每块钢板纵向间隔设置1cm的缝隙，防止因温度变化而引起的桥面翘曲起伏。在钢板与每根I14工字钢纵梁顶面交接部位采取焊接方式固定。

3.8桥面系护栏施工

为确保施工人员作业安全，栈桥两侧及作业平台四周均应设置安全防护栏杆。

（1）护栏立柱采用I20工字钢制作，高130cm，底部焊接在桥面工字钢横向分配梁上。

（2）护栏横杆采用2道Φ60mm钢管，穿过立柱工字钢腹板固定。下横杆离桥面高度60cm，上横杆高度120cm，挂设尼龙绳编制的密目安全网进行封闭。

（3）护栏底部采用［18槽钢设置一道踢脚板。

（4）护栏立杆、横杆、踢脚板等钢结构表面必须除锈并涂刷防腐油漆。

3.9钢栈桥拆除

（1）栈桥的拆除步骤按架设施工的反顺序进行，遵循“后搭先拆、自上而下、逐层拆除”的原则。

（2）依次拆除桥面照明、护栏等附属设施、桥面钢板、桥面纵横向分配梁、贝雷梁支撑架、贝雷梁节段、墩顶横向分配梁、立柱纵横向支撑联系杆件及钢管立柱。

（3）钢管立柱拔除时，因为立柱太长，不能一次性拔出。采用履带吊机配合振动拔桩机分段切割拆除。

（4）栈桥拆除以后退的方式逐跨进行，利用原栈桥将拆除构件运输出场。

4　安全控制要点

4.1海上施工安全措施

（1）海上作业人员必须身穿救生衣、头戴安全帽、腰系安全带、脚穿防滑鞋，配齐个人安全防护用品。

（2）栈桥桥面两侧、工作平台周边、海上施工上下通道两侧均应设置高度不低于120cm的防护栏杆，挂设安全网和救生圈。

（3）高空临时作业平台脚手板应满铺、固定，严禁出现探头板。

（4）交通船舶必须配有救生设备，载人严禁超过额定乘员。

（5）通航部位应打设钢管立柱隔离措施，悬挂安全警示标志和夜间爆闪灯光信号，防止船舶撞击栈桥。

（6）同气象部门密切联系，及时获取潮汐信息和台风暴雨预报，提前做好工序安排和安全防护措施。

4.2运营管理措施

（1）钢栈桥运行使用期间，两端应设立值班岗亭，安排专人24h轮班，实行交通管制。

（2）限制非施工车辆及人员进入，禁止闲杂人员上桥钓鱼。

（3）栈桥两端应设置限重、限速行驶等警示标志和安全告示牌，通航孔桥下应设置防止船舶碰撞措施，周边应设置航行警示标志。不得在桥面上偏载堆放重型设备和超重材料。

（4）专职安全员应对栈桥进行日常安全巡视检查制度，重点抓好对危险源的控制。

4.3维护检修措施

钢栈桥使用期间，项目经理部应编制钢栈桥使用管理规程，建立定期检查、保养和维修制度，安排专人对栈桥结构开展外观检查、变形监测和构件保养维修，并认真做好检修记录和台帐，保存照片资料。

（1）观察各种销子、是否装配齐全，有无松动现象，结构焊缝是否开裂松脱。

（2）检查贝雷片连接处的销子、保险插销、螺栓的松动脱落情况。

（3）检查U型限位装置松动变形情况。

（4）检查通航孔防撞设施、警示灯、桥面路灯等交通安全设施设施完好情况。

（5）对栈桥面板防滑钢筋和栏杆发生变形或损坏的部位，应及时维修焊牢。

（6）在桥面设置侧向位移、竖向沉降和跨中挠度观测点，定期开展栈桥变形监测。

（7）海洋环境下钢栈桥构件容易锈蚀，降低栈桥的承载能力和使用寿命。使用期间应定期除锈、刷漆保养。

（8）销子周围应涂油脂，以防雨水进入销孔缝隙内。所有螺栓外露丝扣均应涂油脂，防止生锈。

4.4临时用电安全措施

用电安全方面，钢栈桥均为金属构件组成，容易导电引发伤亡事故。

（1）施工现场临时用电必须编制专项施工方案。

（2）施工架设的动力、照明线路必须采用TN—S接零保护系统，严格实行三相五线制。

（3）配电箱、开关箱以及各种电动机械设备外壳必须采取重复接地措施，接地电阻不得大于4Ω。

（4）每台用电设备必须独立设置开关箱，箱内装设隔离开关及短路、过载、漏电保护器，严禁设置分路开关。

（5）钢栈桥位于海域潮湿及有腐蚀介质环境，开关箱中漏电保护器应采用防溅型产品，额定漏电动作电流不得大于15mA，额定漏电动作时间不应大于0.1s。

（6）电焊机进线端和出线端不得裸露在外，应配置绝缘防护罩。露天使用电焊机应设防雨、防潮装置。

（7）电焊作业点应按规定配备消防灭火器材。

（8）遇有临时停电、停工、检修或移动电气设备时应切断电源。

4.5气焊切割安全措施

钢结构电气焊接与切割过程容易产生易燃易爆气体泄漏，引发火灾和爆炸安全事故。应遵守下列规定：

（1）气瓶、阀门、焊具、胶管等器具不得沾污油脂，作业人员不得使用油污手套操作。

（2）压力表、安全阀、橡胶软管和回火保护器等均应定期校验和试验，标识应清晰，性能应完好。

（3）气瓶与实际焊接或切割作业点的距离应大于10m，无法达到时应设置耐火屏障。

（4）气割作业氧气瓶与乙炔瓶之间的安全距离不得小于5m。

（5）气焊切割作业点和气瓶存放点应按规定配备消防灭火器材。

4.6台风暴雨期间安全措施

（1）台风来临之前，桥面上的施工机械驶回安全区域停放，小型机具、零星材料要集中堆放并采取临时固定措施。

（2）应切断动力电源，将临时供电线路、配电箱、开关箱、救生设备、消防器材等撤离现场，避免造成损失或伤害。

（3）台风暴雨期间应停止钢栈桥施工作业，禁止任何车辆和人员进入。

5　结语

贝雷梁与钢管立柱组合的钢栈桥具有结构简单、拼装快速、适应性强、周转利用等特点，成功应用于高集海堤开口改造工程桥梁施工。现将梁柱式钢栈桥施工技术措施及安全控制要点总结如下：

（1）钢管立柱打设必须实行“设计桩长”和“最终贯入度”两项指标进行控制。

（2）钢管立柱接长应设置内衬圆环钢管，采取熔透对接焊缝，并通过超声波探伤和射线检测，确保焊缝质量。

（3）贝雷梁每一节段上下连接销孔应插入销子，并在销子尾端小圆孔穿上开口型保险插销，防止节段之间销子脱落导致贝雷梁折断。

（4）每组两片贝雷桁架之间连接，必须在每个节段端头的横截面竖向和梁底水平方向设置型钢支撑架，形成桁架组合梁。

（5）立柱顶面横向分配梁与贝雷梁的支点应在桁架节点上。当支点位于桁架水平弦杆上，必须在支点部位设置加强弦杆，或在上下弦杆槽钢两侧翼缘之间增设立杆等加固措施。

（6）钢栈桥纵向每联交接部位必须设置伸缩缝，横向与施工平台相接部位必须设置沉降缝，自上部结构、桥面系及护栏均应按照缝宽完全分离断开。

（7）钢栈桥使用期间，必须建立定期检查、保养和维修制度，对栈桥结构开展外观检查、变形监测和构件保养维修，并认真做好检修记录和台帐，确保运行使用安全。

参考文献

［1］公路桥涵施工技术规范．北京：人民交通出版社，2011．

［2］公路工程施工安全技术规范．北京：人民交通出版社股份有限公司，2015．