金河湾黄河大桥工程项目钢栈桥设计及施工

石 磊

(中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

为满足经济发展的需要，我国新建桥梁很多，桥梁的设计往往是为了通过河流或峡谷地带。桥梁的下部结构施工需要大量的机械，并且需要混凝土的浇筑和材料的运输，在河流和峡谷地带通行条件往往不满足要求，而钢栈桥和钢平台以其良好的承载力和施工便捷在桥梁建设中大量使用，如何在满足经济和安全的前提下，尽量节约成本，关键性在于钢栈桥的设计计算和施工工艺。因此优化设计和施工是降低钢栈桥造价的有效途径，本文结合金河湾黄河大桥工程，简单阐述了贝雷梁钢栈桥的设计和施工。

1 工程概况

永靖县金河湾黄河大桥的主跨为70m+128m+70m 夸黄河三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥，截面为单箱单室，裸梁根部中心高度7.6m，高跨比1/16.8，裸梁跨中中心梁高为2.8m，高跨比1/45.7,箱梁顶板宽、地板宽分别为12.00m、6.5m，翼缘板悬臂长为2.75m，0 号块以外箱梁底变化规律为二次抛物线。三跨预应力混凝土变截面连续梁主桥跨越黄河主河槽，在桥墩处测水深时仅为4m，航净空要求满足V 级，北侧边跨越过北滨河路，与滨河路人行道设置人行梯道相连。

南岸引桥为11 跨长度为30m 的预应力混凝土连续箱梁，南岸桥头连接罗家川段规划滨河路；北岸引桥为1 跨长度为30m 预应力混凝土简支箱梁，北岸桥头连接折达公路。折达公路和北冰河路的连接采用匝道。

栈桥桥址处有2～3m 厚的粉砂，并且施工区域最深水位5m，所以本工程钢管桩插打难度不大。

2 栈桥功能考虑

金河湾黄河大桥为跨黄河大桥，主跨跨越黄河主河槽，引桥也有大部分在河槽和沼泽上，所以项目的施工需在水上施工，或处于沼泽深处。所以施工前为满足施工机械和材料运输，必须先修建好临时便道，而水上施工本工程采用了水上贝雷梁钢栈桥，由于贝雷梁钢栈桥良好的承载能力、施工便捷、造价便宜等，本项目选择贝雷梁钢栈桥作为材料和机械设备的运输通道。

施工栈桥、钢平台作为水上本项目施工的工作平台，除了要承受竖向车辆荷载以外，风、水流冲击等对钢栈桥的作用必须考虑，并且钢栈桥的设计必须需要满足以下要求：

（1）栈桥的宽度、长度应满足适用性要求，且必须设置护栏及相关安全测试。

（2）承载力必须满足正常车辆通行和混凝土浇筑。

（3）在施工状态下，钢栈桥应满足自身施工过程的承载力要求的前提下，并需要有满足规范要求的安全储备。

3 栈桥结构形式

3.1 下部结构

本项目钢栈桥下部结构基础采用Φ630 钢管桩，基础采用单排墩，3 根钢管桩为一排。桩入土深度通常为5-8m。

为增加稳定性，钢管桩的横向采用Φ210 钢管连接，钢管桩顶部与工字钢连接处割开高25cm，宽31cm 的槽口，槽口处焊接双拼45b 工字钢做横梁，双拼45b 工字钢上搁置贝雷梁桁架。为防止对贝雷梁的破会，贝雷梁和双拼45b 工字钢采用卡扣连接。

3.2 上部结构

为便于履带吊、罐车正常作业，上部结构采用上承式，纵桥向主梁为321 贝雷桁架，栈桥段的截面为1.5m（高）×6m（宽），钢平台的栈桥截面形式为1.5m（高）×13.5m（宽），钢栈桥采用6 排贝雷桁架。

3.3 桥面系

行车道桥面为钢轨上部纵向铺设14a 工字钢分配梁和10mm 厚花纹钢板，钢轨规格为43kg/m、长12.5m。钢轨横向1m 设置一档，14a 工字钢横向0.3m 设置一档，为保证供水、电、泵管等铺设，钢轨两边需悬挑30cm。栈桥两边设置栏杆。栈桥立面和栈桥横断面如图1、图2 所示。

图1 栈桥立面图

图2 栈桥剖面图

4 栈桥结构受力计算

栈桥的主梁为321 贝雷桁架，以最大跨度9m进行荷载计算。以50t 汽车吊机通过为活荷载条件，50t 汽车吊机总重量为39.75t，第一轴重6.895t，第二轴重6.895t，第三轴重12.98t，第四轴重12.98t。最大吊起重量为50t。

4.1 桁架结构计算

贝雷桁架及桥面系自重组成桥面静荷载，钢轨为0.538t/m,桥面板为0.471t/m，14a 工字钢0.338t/m,贝雷梁0.666t/m,总计16.983t，Q=16.983t/9m=1.887t/m。

吊车荷载区分为后轴和前轴，吊车后轴重25.96t 和吊重50t 组成了后轴的最大荷载，荷载共计75.96t，冲击系数取值1.3，通过计算活载集中力为F2=75.97×1.3=98.7t。前轴重取值为吊车前轴重量13.79t，冲击系数取值1.3，通过计算活载集中力为F1=13.79×1.3=17.927t，施工荷载及人群荷载为2.4t/m,计算如图3 所示。

图3 钢栈桥主梁受力计算分析图（单位m）

计算得M=222.075t.m<6×78.82×0.9(折减系数)=425.628t。M。抗弯能力满足要求。

吊车移动过程中，最大剪力出现在F1无限接近支座处。其最大剪力为：Qmax=114.25t<[Q]=6×4.522×0.9（折减系数）=132.408（t），抗剪能力满足要求。

4.2 桩顶横梁

栈桥吊装平台每个墩位设置3 根钢管桩，横向距离为2.74m，横梁使用双拼45b 工字钢。经过计算满足承载力要求。

4.3 钢管桩承载力计算

根据以上计算，支座处最大反力为114.25t。横梁（双拼工字钢）自重1.05t，桩间连系（φ210 钢管）0.164t，单桩重量为1.28t（钢管桩平均长度为7m），通过计算单桩受力为（114.25+1.05+0.164）/3+1.28=39.77t。按规范取安全系数K=2.0，则每根桩的承载力为39.77×2=79.54t,管桩周长U=πd=3.1416×0.63=1.98m，河床自上而下极限摩阻力标准值为：

第一层 3.0m 粉砂 τ1=40kpa

第二层 17.0m 卵石 τ2=280kpa

N=ΣτiUhi=40×3×1.98+280×h×1.98=795.4

H=4m

入土深度为H=4m

4.4 基桩稳定性验算

栈桥正常水位取值为0.00m，钢管桩桩顶的高程为2.5m，最低河床面的高程为-4.5m，涨潮时黄河最大流速为1.2m/s。

每根桩所受到的流水压力为：F水=0.8Arv2/2g=1.99KN。

风压力取0.78kpa，即Wd=0.78kpa，横向风压力计算：W=K0K1K3Wd

K0——设计风速重现期换算系数，取1.0；

K1——风载阻力系数，近似取1.3；

K3——地形地理条件系数，取1.0。

W=1.014kpa

把风荷载近似转变为几种荷载加载到钢管的顶部。

上部结构高度1.9m，且L=9m。则受力面积近似取S=9×0.4=3.6m2。

FW=1.1014×9×0.4=3.965KN。

经计算满足要求。

栈桥施工方向为从岸边向主墩，定位桩是采用焊接定位架，通过测量进行准确定位，焊接定位架，利用履带吊和振动锤进行插打，插打深度4～5m，满足横向稳定及竖向压力。

5 栈桥施工工艺

5.1 栈桥施工流程

栈桥施工采用逐跨施工的施工工艺，首先采用履带吊配合振动锤进行钢管桩插打，接着用吊车配合人工安装桩顶横梁、纵向主梁和桥面系，钢栈桥第一跨完成后，借助钢栈桥第一跨进行第二跨施工，以此类推进行前方墩位推进。

具体每跨的施工工艺为：材料、设备的准备→钢管桩测量定位→导向架的安装→插打钢管桩→焊接桩间连接系→安设桩顶横梁→安设贝雷梁→安设桥面横梁→安设桥面板、栏杆等附属设施→竣工试验、验收后使用。

5.2 栈桥施工方法

5.2.1 栈桥下部结构施工

钢管桩水上沉桩有两种施工方法，一种是采用大型沉桩船进行钢管桩插打，一种是采用履带吊吊着振动锤沉桩。由于水中钢管桩数量不少，钢管桩施工工艺为履带吊吊着振动锤逐跨插打。插打前首先对桩位进行测量定位，计算出桩间的实际距离，在材料加工场地对钢管进行切割加工，插打完成后对完成桩进行桩位复核，再按照设计的位置进行桩间连接系焊接。钢管桩施工完成后，紧接着进行安设桩顶横梁。

5.2.2 栈桥上部结构及桥面系施工

贝雷梁通常是在施工场地提前进行拼装，拼装完成后，使用吊机吊放到横梁上，并对贝雷梁和横梁使用卡扣进行连接。贝雷梁配合人工吊放时为减小下悬杆受弯，吊放时应将立柱节点对准横梁位置。

贝雷主梁安装到位后，横向铺设钢轨，纵向再铺设14a 工字钢，由于贝雷梁考虑回收，贝雷梁上不能存在焊接，故用边角料、铆钉做成卡子，将贝雷梁固定在横梁上。再逐次铺设桥面板，并安装栏杆。

6 结语

金河湾黄河大桥设计计算合理，施工工艺符合规范要求，满足施工需要，施工速度快。该栈桥已建成投入使用，完成了桩基、钢板桩围堰施工，满足了机械进出场、材料运输和混凝土浇筑的需要，赢得了金河湾大桥施工宝贵的时间，在金河湾大桥的建设中发挥了不可替代的作用。图4 为建成后投入使用的栈桥全景图。

图4 建成后投入使用的栈桥全景