装配式钢栈桥设计施工新技术

刘忠友

（中交第二航务工程勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430071）

装配式钢栈桥设计施工新技术

刘忠友

（中交第二航务工程勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430071）

为加快钢栈桥施工速度，降低施工成本，降低能源消耗，在宁高项目钢栈桥设计施工中对钢栈桥的装配化进行研究与实施，装配式钢栈桥基础采用了锁固式夹桩抱箍、承插、自锁连接杆件，结构采用工厂化加工，现场施工只需要进行结构安装；面板系统为标准、通用结构设计，全部焊接工作在工厂内完成，现场只需要用卡板连接在贝雷梁上即可。装配式钢栈桥在宁高项目成功实施，与普通钢栈桥相比可节省成本30%以上，结构安全可靠，施工效率提高1倍以上。实践证明装配式钢栈桥具有较好的应用前景。

钢栈桥；装配；贝雷梁；抱箍；U形钢板卡

0 引言

水上工程结构，特别是桥梁工程的施工，为了方便施工，需要搭设临时栈桥作为施工通道，搭设临时钢平台作为施工场地。目前国内桩基式钢栈桥、钢平台，桩基部分除采用钢管桩外，也有采用PHC桩的报道；栈桥面层部分除采用钢结构面层外，也有部分栈桥采用预制、安装的钢筋混凝土板结构。钢结构面层也有很多的结构组合，但基本都没走出旧有的框架，不具有装配化性能。

采用钢管桩作为基础的常规钢栈桥、钢平台，通过焊接剪刀撑、钢横梁，上面摆放贝雷梁、面板系统。上述结构基本都是采用焊接加螺栓连接，现场的焊接工作量大，安装、拆除费时费工，剪刀撑等材料不具有周转性，材料损耗大，成本高。对于需多次周转的材料经过重复的焊接，造成钢材局部损伤从而降低钢材的力学性能，形成结构使用期间的安全隐患。

栈桥面板系统与贝雷梁的连接通常采用的是骑马螺栓连接方式，采用骑马螺栓连接时，面板系统的分配梁无法放置在贝雷梁的节点位置，影响到贝雷梁的结构安全；在施工的可行性方面，主分配梁、次分配梁及面板要分批次在现场焊接、效率低、质量保证率低，费时、费工。

针对目前国内钢栈桥周转性差，费时、费工的现状，结合南方某跨湖桥梁项目研究了一种具有装配结构的钢栈桥，可提高栈桥的装配化程度，将栈桥现场施工的大部分环节转化为工厂化的施工，最大限度地降低现场的工作强度，加快施工进度，降低材料损耗。

1 常规栈桥、平台设计方案

1.1 常规结构

常规栈桥、平台为上承式结构，基础采用桩基，同排架桩间采用剪刀撑连接，用以加强基础的整体刚度；桩顶采用较大型号的型钢作为横梁，上部结构主桁架采用321型装配式公路钢桥桁架；钢结构桥面横向分配梁一般采用中形工字钢，次梁则采用较小型号的工字钢，次梁焊接在分配梁上，分配梁与贝雷片用U形螺栓连接；面板一般采用花纹钢板满铺，与次梁焊接[1]。常规钢栈桥结构见图1所示。

图1 常规钢栈桥结构图Fig.1 Regular steel trestle structure chart

1.2 常规结构实施中存在的问题

常规结构的钢栈桥、钢平台由于结构的局限性，存在较多问题。

1）现场焊接工作量大：桩基间剪刀撑全部采用焊接连接，现场工作量大，施工效率低，而且由于野外环境的影响，焊接质量难以保证；

2）连接件需对应下料：由于钢管桩在打设过程中出现不同程度的偏位，剪刀撑的杆件长度就会各不相同，需要对每对桩距实施预先丈量，对应下料，这种方式制作的剪刀撑只能使用一次，也造成材料的巨大浪费；

3）对桩基的损害大：在栈桥、平台拆除的过程中，剪刀撑要进行氧气切割，切割过程中对钢管桩损害大；

4）贝雷梁受力状态不理想：贝雷片与分配梁采用骑马螺栓进行连接，由于骑马螺栓的特点，使得分配梁无法搁置在贝雷梁的节点位置，而是压在腹杆上，影响贝雷梁的承载能力[2]；

5）面层焊接工作量大、不具周转性：面层结构要现场铺设、层层焊接，工作量大，施工效率低，而且由于焊接量大，又不具周转性，将来拆除时工作量、材料损坏量大。

2 装配式钢栈桥设计方案

鉴于常规钢栈桥、钢平台的缺陷，新设计方案在继承常规栈桥设计方案的基础上，重点在装配化方面进行了探索，装配式钢栈桥结构见图2所示，主要有以下创新点。

图2 装配式钢栈桥、平台结构图Fig.2 Structure chart of fabricated steel trestle and platform

2.1 剪刀撑系统实现装配化

剪刀撑系统装配化主要从3个方面着手：

1）采用锁固式钢抱箍替代原来剪刀撑与桩焊接的连接模式：锁固式钢抱箍采用专项设计[3]，见图3所示。锁固式钢抱箍为2个半圆体组成，一侧采用铰接，锁固侧采用八字形的工字插销连接。插销为上口小、下口大的八字形结构，横断面为工字，插销利用自锁原理将钢抱箍锁紧。施工时将插销插入钢抱箍的锁口，用锤击打插销即可将抱箍与钢管牢固连接。

图3 抱箍设计图Fig.3 Hold hoop design

2）采用承插管式剪刀撑结构适应桩距的变化：剪刀撑连接杆采用承插管式结构，通过其具有的伸缩功能来适应桩基距离的变化。承插管设有锁固斜槽，利用钢楔锁固。锁固时，将钢楔插入锁固槽，用锤击加压后将钢楔点焊在锁固槽上。

3）采用球状连接头适应空间扭曲：考虑到钢管桩和剪刀撑在空间上存在扭曲，在装配式工艺设计上特别采用了具有万向性的球状体支座对空间扭曲进行调节，球状体支座为大球包小球结构，小球为完整球，大球为2个半球体，通过螺栓连接，将小球夹紧[4]。

平联设计[5]是装配式钢栈桥工艺的核心工艺，通过该工艺实现了钢栈桥及平台下部结构的平稳连接。它改变了传统的焊接工艺，通过铰接或栓接保证结构的稳定性。在设计时考虑了钢管桩在施工过程中出现上下、左右、前后位置的偏位情况。该结构的巧妙之处在于能够在三维空间内适应桩基的偏位。在长度方向上，通过钢管之间的承插可伸长、缩短连接钢管，可调节距离达1 m，外管和内管间采用三角锲形块通过摩擦力进行固定。平联通过抱箍连接在钢管桩上，抱箍为壁厚16 mm的2块半圆形钢板，通过轴销相连，开口端采用八字形的斜插销将2块半圆体夹在一起。抱箍摩擦力的大小主要取决于八字形插销的打击力。平联与抱箍采用球状体连接，球状体外侧采用球状外壳将球体包裹住，待角度调整好后采用螺栓将球状外壳与球体进行夹紧连接[6]。采用球状体的主要作用是调节钢管桩在空间上的偏位，角度调节范围较大，能适合现场工况。

2.2 桥面层整体化

面层结构主要有横向分配梁、次梁及面板组成，为提高装配化程度，面层结构采用工厂化整体焊接，按照图4的结构模式统一标准。焊接完成后运至现场直接吊装。由于采用工厂化焊接，改善了施工条件，有利于加快施工进度和提高施工质量，改善了施工环境。

图4 面层示意图Fig.4 Sketch of surface layer

2.3 贝雷梁与面板系统实行U形钢板卡点焊快速连接

面层结构安装后必须与贝雷梁可靠连接以形成整体，为此研发了一种U形钢板卡（见图5所示），当面层系统安装到位后用U形钢板卡连接贝雷梁及面层的分配梁。连接时，将U形钢板卡的槽口卡住贝雷梁的上腹杆及分配梁的型钢翼缘板，按45°方向角插入，并用手锤敲紧，然后将U形钢板卡点焊在上面的面层分配梁上。拆除时只需用手锤反方向敲击U形钢板卡即可轻松拆除。

图5 U形钢板卡大样图Fig.5 U-shape steel plate card detail

3 实施成果分析

宁高速通道跨湖工程需搭设钢栈桥12余km，搭设钢平台215座，为加快施工进度，该项目部分钢栈桥及平台采用了装配式钢栈桥新结构。

原计划钢平台共周转3次，共需投入钢平台为：215/3=71个；钢管桩及平联损耗率为8%。经过装配式工艺改进后，钢平台周转次数提高到4次，实际投入钢平台为：215/4=53个；材料损耗率降为3%。每个钢平台钢材质量为200 t；钢管桩材料为90 t。工艺改进后钢平台节省的材料费为：（71-53）×200×3 000=1 080万元，钢管桩减少损耗为：71×90×（8%-3%）×3 000= 95万元，合计降低成本为：1 080+95=1 175万元。另外，采用的装配式钢栈桥具有广泛的通用性，本工程拆下的所有钢构件可以无损耗地应用在其它项目的临时栈桥中，效益可观。

通过装配式工艺研究，在一定层次上解决钢栈桥的快速周转问题，提高了施工功效。装配式钢栈桥的大规模使用，有效避免了栈桥焊接工艺质量不稳定等相关问题，将现场焊接改为工厂化集中焊接，提高了工程质量，有效减少钢管桩的破损，提高了材料的周转效率。装配式剪刀撑结见图6。

图6 装配式剪刀撑结Fig.6 Fabricated scissors junction

对于装配式钢栈桥，桥面板及平联等都在加工场内按图纸加工成标准件，随时运输至现场进行安装，现场平联焊接以及面板下工字钢的安装不再占用大量时间，施工效率由原先的3 d 2跨加快至现在的1 d 2跨，在湖区有打桩船配合沉桩的情况下最快每天能施工4跨钢栈桥。施工时只需要1台80 t的履带吊即可满足施工强度要求，大大提高了工效，节约了工期，节省了费用。同时装配式钢栈桥主要工序为整体拼装，避免了栈桥施工过程中长时间的水上高危作业，大大提高了钢栈桥施工的安全性。

4 结语

在总结了常规钢栈桥存在问题的基础上，对相关问题提出了解决办法，引入了钢栈桥、钢平台的装配化设计方案，研发了剪刀撑的伸缩杆件、球形万向接头、锁固式桩抱箍，将原来现场焊接的面层系统进行了工厂化设计。

装配式临时钢栈桥及钢平台为大型桥梁基础施工尤其是特大型跨海（湖）桥梁的基础施工开辟了良好的技术条件，在行业发展上具有创新意义，有利于推动桥梁施工领域向着工厂化、装配化方向发展，从而提高桥梁施工的质量及安全保障，对整个施工行业的技术发展有着较大的推动作用。

[1]龙亮.钢栈桥施工技术[J].黑龙江科技信息，2008（10）：76-79. LONG Liang.Construction technology of steel trestle bridge[J]. HeilongjiangScienceandTechnologyInformation,2008(10):76-79.

[2]赵兴旺.浅析钢栈桥的设计[J].科技情报开发与经济，2009（27）：91-95. ZHAOXing-wang.Analysisonthedesignofsteel trestle[J].Sci-Tech Information Development and Economy,2009(27):91-95.

[3]刘忠友，姚平，常红金，等.锁固式桩基夹桩：，201310299082.X [P].2013-07-17. LIU Zhong-you,YAO Ping,CHANG Hong-jin,et al.Pile gripper of locking type pile foundation:201310299082.X[P].2013-07-17.

[4]刘忠友，常红金，黄磊，等.装配式钢栈桥：201310354878.0[P]. 2013-08-15. LIU Zhong-you,CHANG Hong-jin,HUANG Lei,et al.Fabricated steel trestle:201310354878.0[P].2013-08-15.

[5]JTS 152—2012，水运工程钢结构设计规范[S]. JTS 152—2012,Code for design of steel structures in port and waterway engineering[S].

[6]GB 50755—2012，钢结构工程施工规范[S]. GB 50755—2012,Code for construction of steel structures[S].

New technology for design and construction of fabricated steel trestle

LIU Zhong-you
（CCCC Second Harbor Engineering Consultants Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430071,China）

For speeding up steel trestle construction speed,reducing construction cost and energy consumption,we researched and implemented the assembly of steel trestle during the steel trestle design and construction in Nanjing-Gaochun railway project.The foundation of fabricated steel trestle used the locking type clip pile hold hoop,bearing plug,and self-lock connecting rods pieces,its structure used factory of processing,the site construction only need for structure installation;the panel system for standard,and general structure design,all welding works were completed in factory,only need with card board connection in Bailey beam in the site.The fabricated steel trestle successfully implemented can savings over 30%cost compared with conventional steel trestle,its structure is safe and reliable,and efficiency increased by more than 1 time. Practice proved fabricated steel trestle should have good application prospects.

steel trestle;fabricated;bailey beam;hold hoop;U-shape steel plate

U445.55；U448.218

A

2095-7874（2017）01-0046-04

10.7640/zggwjs201701010

2016-08-30

2016-10-22

刘忠友（1963— ），男，江苏沛县人，教授级高级工程师，主要从事水运工程的施工与管理。E-mail：lzy630906@126.com