浅淡特大桥水上钢栈桥的设计及施工

狄海飞

(陕西明泰工程建设有限责任公司,陕西 西安 710065)

1 工程概况

(1)吉水赣江特大桥东侧桥台位于吉安市吉水县肖家村,西侧桥台位于吉安市吉州区文石村南侧100m处,是主跨赣江及105国道而建的一座特大桥,中心桩号为K169+121m,全长2019m。桥跨布置为：主桥采用(65+2*100+65)m预应力砼变截面三向预应力连续箱梁,引桥采用三个(4*40)m和六个(5*40)m一联的先简支后连续预应力砼T梁,桥面宽28.8m。

(2)本桥共有46个墩台,主桥主墩(29#～31#墩)采用厚3.0m实体墩,引桥过渡墩(28#、32#)采用厚2.5m实体墩,其他引桥墩(1#～27#、33#～45#)均采用双柱式墩,基础采用钻孔灌注桩基础,0#、46#桥台均采用柱式桥台。其中0#～7#墩位于陆地,8#～13#墩位于赣江水中,14#～19#墩位于赣江桃花岛陆地,20#～33#墩位于赣江水中,34#～46#墩位于陆地。

2 钢栈桥设计

赣江特大桥跨越赣江有1200m,水域面宽约920m,江中桃花岛宽280m,修建6m宽水泥路便道,其余搭建钢栈桥为水上桥梁基础、下部结构、主桥上部结构施工临时通道,修建钢平台为主桥桩基础施工平台。本桥共有20个桥墩位于深水中,只有搭建钢栈桥做为临时施工道路,才能开展水上桥墩施工。钢栈桥分为3段建设,第1段钢栈桥从7#墩至13#墩,长240m；第2段钢栈桥从19#墩至30#墩,长480m；第3段钢栈桥从31#墩至34#墩,长141m；共861m。30#～31#墩留通航道不建栈桥。

2.1 水文、地质、地形情况

(1)第一段水域面宽220m,栈桥长240m,该段河道为赣江一个回水湾,水的流速慢,常水位标高42.8m,水深约4.2m,汛期水位标高在44m～48m之间,粗砂覆盖层约6.5～8.3m,下卧层为强风化泥粉质砂岩,河床平坦。6#墩与7#墩之间的原地面标高45.8m～46.5m,桃花岛原场面标高为48.50m。

(2)第二段、第三段水域面宽680m,第二段栈桥480m,第三段栈桥长141m,主桥30#墩与31#墩之间断开80m为正常通航口,处于赣江主河道,水流速度快,常水位标高42.8m,水深约6～8.5m,汛期水位标高在44m～48m之间,粗砂覆盖层4.5～6.5m,29#墩～31#墩位于主航道粗砂覆盖层只有2.5～3.5m。西岸地面标高47.5m。

2.2 栈桥设计

(1)第一段栈桥K166+412～K168+651.4,采用工字钢结构,全长240m,架设在大桥右侧,桥面宽6m,钢管桩基础,共42跨,每跨5.7m共5联。桥面标高46.5m。

(2)第二段栈桥K168+943.47～K169+423.47,采用321贝雷片装配式钢桥结构,全长480m,桥面宽6m,钢管桩基础,共40跨,标准跨12.0m,前进方向靠近制动墩为10.5m,每4跨1联共10联,架设在大桥的右侧,桥面宽6m,桥面标高47.5m。

(3)第三段栈桥K169+503.47～K169+6643.47,采用321贝雷片装配式钢桥结构,全长140m,桥面宽6m,基础为钢管桩,共11跨,标准跨12.0m,前进方向靠近制动墩为10.5m,共3联,架设在大桥右侧,桥面宽6m,桥面标高47.5m。

2.3 栈桥结构形式

(1)钢管桩基础：栈桥钢管桩基础分普通墩基础和制动墩基础。河床砂砾层覆盖根据地质报告：均在6.5m～7.1m。考虑到主河道水流影响,不利于钢管桩稳定,因此桥墩基础采用单排3根φ630*8mm钢管桩,管桩之间的中心间距2m；每4跨设一个制动墩,制动墩基础采用双排4根φ630*8mm钢管桩(主河道为6根),管桩之间的中心间距：横向为2m,纵向为2m。桩间设置剪刀撑,以增加栈桥的整体稳定性。

(2)I45a工字钢横梁：钢管桩桩顶横向设置2榀并排焊接的I45a工字钢做为上部结构的垫梁。

(3)贝雷梁主梁：纵向主梁采用3组贝雷梁桁架结构,单组贝雷梁由两排贝雷片加连接杆件拼装,贝雷片间中心距0.90m,贝雷梁间距1.1m。

(4)桥面系：贝雷梁上铺I25a@300mm的横向分配梁,顶部满铺厚度为8mm的花纹钢板做为栈桥的桥面。

(5)最后安装Φ48*3.5mm的钢管栏杆、照明等附属结构。

(6)第一段主梁采用工字钢,单排两根φ630*8mm钢管桩,中心间距4m。每8跨设计一个制动墩,采用双排4根φ630*8mm钢管桩,管桩之间的中心间距：横向为2m,纵向为2m。

(7)在主桥29#墩、30#墩栈桥左侧位置设置20m长5m宽的错车道,错车道结构同栈桥。

详见图1《第一段栈桥结构设计图》；图2《第二段、第三段栈桥结构设计图》；图3《主航道栈桥结构设计图》

2.4 栈桥结构验算

栈桥结构验算主要计算钢结构的强度、刚度、稳定性、钢管桩承载力能否满足施工要求,载重以50吨履带吊+10吨吊重进行荷载验算,经验算本栈桥结构设计合理,满足施工要求。

图1 第一段栈桥结构设计图

图2 第二段、第三段栈桥结构设计图

图3 主航道栈桥结构设计图

3 钢栈桥施工

根据现场实际情况,采用履带吊用钓鱼法进行钢管桩施工,用悬臂推出法和钓鱼法相结合进行栈桥架设。钢管桩采用KH500型履带吊机夹DZ-90型振动锤进行插打。施工机械就位,先将栈桥第一跨钢管桩打完,然后安装桩顶横向垫梁、纵向贝雷梁(第一段栈桥在垫梁上直接安装40#工字钢分配梁)和I25a工字钢@300mm的横向分配梁,最后满铺8mm厚的花纹钢板做为桥面板。施工机械移位至第一跨桥面适当位置按同样方法进行下一跨施工。见图4《栈桥施工工艺流程图》与图5《栈桥作业示意图》。

图4 栈桥施工工艺流程图

图5 栈桥作业示意图

(1)每排钢管桩插打完成,经检查合格后,及时焊好桩顶联结系。桩顶连接与钢管桩之间采用焊缝连接,焊缝高度为hf=8mm。一排钢管桩桩顶测量必须在同一水平面上,桩帽750×750×10mm钢板与钢管桩周边焊接,I45a直接安放在桩帽钢板上,进行焊接,工字钢与桩帽钢板必须密贴。制动墩加焊10#槽钢斜撑。

(2)纵向贝雷梁的位置需放线确定,以保证栈桥轴线不偏移,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I45a横梁上。同时为了降低横向支撑梁和纵向贝雷梁之间的刚性接触所引起的不良效果,需在贝雷梁和支撑梁之间垫设橡胶支垫,以达到缓冲的目的。第一段栈桥纵向I40a工字钢每孔13根均匀布置(靠行车道位置加密,其他位置可适当调整间距),工字钢中间连接采用[16槽钢@2000mm进行焊接加强。

(3)横向分配梁的架设、桥面板铺装及附属结构施工；贝雷梁拼装、架设完成后,在上部安装I20b工字钢@300mm的横向分配梁,然后顶部倒满铺厚度为8mm的花纹钢板做为桥面,如果采用非花纹钢板,则在钢板上焊φ16螺纹钢,间距60cm防滑条。栈桥两侧栏杆高1.2m,纵向间距1.5m,采用φ48×3.5mm焊接钢管焊接,焊在栈桥I25a工字钢横向分配梁上,距分配梁外侧25cm位置处,主要电缆设置在栈桥面外侧,以减少对交通的干扰。栏杆统一用红白油漆涂刷,交替布置,达到简洁美观。

4 结束语

(1)本工程自2011年8月开始施工,到2011年10月结束,已经正常运行1年多,经受了5次汛期洪水考验,最大洪峰水位超过栈桥面1.5～2.0m,除主航道局部受损外,其余只有栏杆冲毁,由于主航道河床冲刷严重,覆盖层只有2m多,钢管桩稳定性较差。虽然对主航道的栈桥钢管桩进行了抗冲击设计,但由于洪水的冲击力与不可预见气候条件影响,以及经济的可比性,难于满足现场客观因素、非常规气候与自然条件影响的要求,对今后在赣江流域或其他深水作业的工程项目施工,可以采用在钢管桩中灌砂同时在钢管桩周围堆砌大块片石用以增强钢管桩的稳定性。

(2)桥墩桩基钻孔灌注桩钢平台,在整个施工过程中一直处于正常状态,经受住了汛期洪水的考验,没有受到损伤。在设计时将桩基钢平台与辅助平台分开设计与施工,有效避免了相互联动干扰。

(3)水上作业主要加强安全管理,栈桥平台栏杆必须牢固,栏杆边要多放救生圈、救生衣、安全警示标志,派专人日常巡逻维护,汛期24小时值班,随时掌握上游水库泄洪量,及时撤出栈桥与平台上的机械设备与材料。栈桥实行交通管制,机械设备、材料要堆放有序,严禁超载、超速。