钢栈桥设计与施工要点

钢栈桥设计与施工钢栈桥设计与施工摘 要：介绍了苏通大桥 B1 标 1854m 钢栈桥设计和施工过程中以及使用期遇到的问题关键词：涌潮 水深 冲刷 第一长栈桥 设计 施工 试验1、工程概况苏通大桥 B1 标桥位区河段江中沙洲发育，槽深滩宽，江心沙洲中的新通海沙位于桥位线上，属心滩地貌。新通海沙北侧支汊发育迅速，已基本贯通，可通行小型船舶。北引桥穿过新通海沙夹槽河段，为双向潮流，潮流平均流速为 2.0m/s，水深达 8m左右，风浪大，地质条件复杂。北引桥 B1 合同段全长 2010m，江中桥墩距离长江大堤最远距离达 1600m，基础工程量大、施工工期紧，要求施工栈桥能覆盖整个 B1 合同段，以便减少航运和水位对本合同段下部构造施工的干扰和限制。架空栈桥总长 1854m，宽 7m，起于长江大堤，止于 45 墩中心线后约 324m。桥中心线与苏通大桥引桥轴线一致。应急码头前沿线距 B1 标引桥终点 45 墩中心线约 337m，码头平台通过喇叭口与栈桥相接。水上钢栈桥承担着繁重的交通运输任务。水上钢栈桥不仅承担着大量材料、机械设备的运输任务，而且还承担着水上各个桥墩下部构造施工操作平台的任务，变水上施工为陆上施工，同时也是应急船只和撤离人员的通道。钢栈桥通航孔要求满足最高通航水位时有 5m 的净空、30m 宽航道通航要求。2、钢栈桥设计与验算2.1 钢栈桥使用要求:2.1.1 钢栈桥承载力应满足：650k履带吊在桥面行走及起吊20t 要求、300kN 混凝土罐车错车要求。2.1.2 钢栈桥的调头平台宽度设置应满足车辆掉头的要求。2.1.3 钢栈桥的平面位置不得妨碍钻孔桩施工、钢吊（套）箱及承台施工，能够满足 B1 标整个施工期间的要求。2.1.4 钢栈桥跨度、平面位置及高程应满足通航要求。2.1.5 钢栈桥应急平台需满足应急船只的停靠和人员的撤离要求。2.2 钢栈桥施工区域划分2.2.1 浅滩区钢栈桥起始墩（14#15#墩之间，长江大堤旁）至 18#墩止，全长约 180m，为栈桥浅滩区。河床高程在+0.5+2.5m 之间，绝大部分河床高程为+2.4m 左右。2.2.2 深水区18#墩至 30 墩止，即新通海沙夹槽河段，为深水区，全长约600m，河床高程在-3-7m 之间，平均河床高程在-5m 以下；从 45#墩至应急平台，为深水区，全长约 320m，河床高程在-3m 以下。2.2.3 浅水区30#墩至 45#墩，全长约 750m 为浅水区，该区域河床高程在-2.0m-0.5m 之间，平均河床高程-1.2m 左右。钢栈桥施工区域划分如图 2.2-1 所示。图 2.2-1 栈桥施工区域划分示意图（单位：m）2.3 钢栈桥拟定布置形式2.3.1 平面布置钢栈桥从长江大堤起，沿桥轴线一直通至 45#桥墩，最后沿桥轴线延伸约 324m 至应急平台，钢栈桥全长 1854m。钢栈桥平面布置示意见图 2.3-1 所示。图 2.3-1 栈桥平面布置示意图（单位：m）2.3.2 纵向布置钢栈桥从长江大堤起（桥面高程+7.2m） ，至 23#墩附近（桥面高程+9.9m）段设一上坡，坡度 0.70%；23#墩（+9.9m）至 24#墩（+9.9m）为通航孔；24#墩（+9.9m）至 41#墩（+6.5m）为下坡（坡降 1.53%） ；41#墩（+6.5m）至 45#墩（+6.5m）为平坡；45#墩（+6.5m）再延伸 324m 至应急平台（+6.5m） 。2.4 钢栈桥拟定构造2.4.1 总体结构拟定钢栈桥桥面宽 7.0m，高程+6.5m+9.9m。钢栈桥桩采用800mm×8mm 的 Q235a 钢管桩。下横梁采用 H600mm×200mm或 H606mm×201mm。主纵梁一种是采用 1.5m 高的 321 普通型贝雷梁，共三组，每组两榀，贝雷梁上依次铺设 I25a 的横向分配梁、间距 1.5m，I12.6 的纵向分配梁、间距 40cm；另一种是采用 12m 跨和 16m 跨的万能杆件，上方依次铺设 I28b 的横向分配梁、间距 2.0m，I16 的纵向分配梁、间距 40cm；桥面=10mm 花纹钢板，最后安装栏杆、照明和管线等附属结构。栈桥通航孔跨度布置为 30m，其余部分根据履带吊车起重能力和位情况跨度定为 12m、15m、16m、18m 交替分布。钢栈桥断面结构图如图 2.4-1 所示：图 2.4-1 栈桥断面结构图（单位：mm）2.4.2 车辆调头平台沿钢栈桥每间隔 300m 左右设一车辆调头平台，共 5 个。调头平台由长度为 15m 的钢栈桥加宽 5m 而组成。调头平台断面图如图 2.4-2 所示。图 2.4-2 调头平台断面图（单位：mm）2.4.3 钢栈桥通航孔布置航道位于 23#、24#墩之间，钢栈桥钢管桩分别靠近 23#、24#墩，在钢管桩上下游设置通航孔钢栈桥防撞设施。通航孔处钢栈桥在最高通航水位净高 5m、跨度为 30m，为减小钢栈桥桥面标高，做成下承式形式。桥面标高+9.90m，底标高为+9.30m。通航孔断面图如图 2.4-3 所示。图 2.4-3 通航孔断面图（单位：mm）2.4.4 应急平台应急平台是根据整个苏通大桥所有标段的需要而设置的。应急平台是中小型交通船停靠的码头，需设置人员上下通道。栈桥由 45#墩向前延伸 324m（B2 标范围） ，使平台前沿水下河床标高为-6.0m-7.0m，以保证足够的水深。应急平台断面图如图2.4-4 所示。图 2.4-4 应急平台断面图2.4.5 活动钢栈桥受 19#墩30#墩哑铃型承台施工的影响，此位置的栈桥将妨碍承台吊箱的施工，越过墩位的栈桥设计为可拆卸式。为尽量减少栈桥中断的时间，尽量降低栈桥中断对全桥施工的影响，该段栈桥设计为用 650kN 履带吊可整体吊移形式，即活动栈桥。为减轻重量，活动栈桥布置为 15m 或 18m 跨度，以方便起吊。活动栈桥布置图如图 2.4-5 所示。图 2.4-5 活动钢栈桥布置示意图如果在水上大范围的施工，拆除栈桥影响了全桥的施工，那么将不拆除栈桥，解决承台和系梁的施工主要办法就是在系梁模板加工时将每块模板高度定为 1.5m2.0m，栈桥底标高+4.6m，施工水位为 2.0m 左右，套箱拼装即为分节拼装、分节下放，虽然施工时较麻烦、时效低，但不影响其他工序施工，所以特别注意在套箱系梁模板设计时要为组拼式，每节模板高度为 1.5m2.0m。2.4.6 钢栈桥温度伸缩缝设置为适应栈桥钢构件温度变化,栈桥每隔 150m 左右设一道温度缝,缝宽 6cm，现场施工时根据实际温度调整伸缩缝宽度。主纵梁为贝雷梁的栈桥温度伸缩缝处下横梁采用 H606×201 翼缘焊牛腿加宽至 40cm，温度缝处栈桥所有钢构件均需断开,贝雷梁的阴阳头断开，但阳头仍套在阴头内；主纵梁为万能杆件或万能杆件和贝雷梁交界处采用双排桩。交界墩温度伸缩缝构造图如2.4-6 所示。图 2.4-6 交界墩温度伸缩缝构造图主纵梁为万能杆件的栈桥温度伸缩缝构造图如 2.4-7 所示。图 2.4-7 栈桥温度伸缩缝构造图主纵梁为贝雷梁的栈桥温度伸缩缝构造图如 2.4-8 所示。图 2.4-8 栈桥温度伸缩缝构造图2.5 钢栈桥结构受力验算2.5.1 钢栈桥荷载形式根据施工现场实际情况, 栈桥荷载形式如下:钢材容重 78.5kN/m3设计风速 32.0m/s水流流速 2.17m/s波浪力 波高 1.5m，波长 60m65t 履带吊（考虑吊重 20t）：30m 跨段行走比压 0.07MPa其它跨段行走比压 0.18MPa30t 砼运输车错车（按汽-20 重车考虑力的分布）施工荷载 4kN/m22.5.2 特征参数设计高潮位 4.30m(20 年一遇)设计低潮位 -1.46m（20 年一遇）泥面高程 见各典型断面设计冲刷深度 深水区考虑 3m，浅水区考虑 2m排架横梁底标高 见断面图通航孔栈桥底标高 +9.30m应急平台顶标高 +6.50m2.5.3 地质条件见苏通大桥 STXKZK2 合同段工程地质勘察报告 。2.5.4 钢管桩基础承载力计算(1) 单桩最大需承力(仅以 12m 跨为例)。650KN 履带吊作用时钢管桩所承受的压力显然大于砼车作用时的荷载，因此计算时只需考虑履带吊作用与上层结构自重荷载组合时的工况，且 650KN 履带吊的承重较大的一条履带作用在一侧钢管桩正上方时，此时该侧桩的承载力最大：q=30KN/m Q1=600KN Q2=200KN 则：最大承载力 P=30×7/2+600+（5.5-4.4）×200/5.5=745 KN按单桩承载力 750kN 计算(2) 桩的嵌固点计算：其中 I=1.56×103m4取桩嵌固点深度为 4.5m （冲刷后泥面以下）(3) 钢管桩入土深度：(考虑冲刷深水区冲刷 3m，浅水区冲刷2m)1) 根据公路桥涵地基与基础设计规范JTJ024-85 第 4.3.2 条P= 式中：u周长 u=2.513mk安全系数，取 k=1.55影响系数，对于锤击沉桩， =1.0极限侧磨阻力A 桩的截面积，A=0.5m2桩尖承载力 =120kPa开口桩桩尖承载力影响系数，取 =0.696查看地质资料可得，12m 跨栈桥下的桩，在 17 号墩处的地质资料最为不利，则有：P= =2.513×1.0×(2.4-2.0)×20+(12.85-2.4)×30+(H-12.85)×40+0.5×0.696×120）/1.55750则 H15.95m取桩的入土深度为泥面以下 16.5m(包含冲刷 2.0m)2) 根据港口工程桩基规范JTJ254-98 第 4.2.4 条据 P=(Uqili+qRA)/1.55 则：×0.8×(2.4-2.0)×20+(12.85-2.4)×30+ (H-12.85)×40/1.55750H16.35m 取 H=17.0m(包含冲刷 2.0m)3) 入土深度复核结果：设计桩底标高为15.0m，河床标高为+2.47m，则入土深度为17.47m，与我部计算的最大入土深度 17.0m 多 0.47m，基本相吻合。2.5.5 钢栈桥 18 米跨主纵梁受力计算（计算跨径为 L 计=18m 简支计算） 。(1) 弯矩 M:1) 30t 砼车（一辆）布置在跨中时Mmax1=0.25×120×18+5×30+60×7.6=1146kN.m在跨中错车时：Mmax1=1146+0.25×60×18+7.6/18×60×18/2+5/18×30×18/2=1719.0kN.m2) 履带-65 布置在跨中时Mmax2=1/4×(600+200)×18=3600.0kN.m3) 施工荷载及人群荷载Mmax4=0.125×4×7.0×182=1134.0kN.m4) 恒载 M=0.125×16.5×182=668.3kN.m(2) 对支点剪力 Q:1) 30t 砼车行驶临近支点时：Qmax1=120+120×16.6÷18+60×12.6÷18=272.3 kN在临近支点错车时：Qmax1=272.3+60+60×(16.6÷18)=387.6kN2) 履带-65 前方临近支点时:Qmax2=800×15.35/18=682.2kN3) 施工荷载及人群荷载：Qmax3=0.5×4×7.0×18=252KN4) 恒载内力：Qmax4=16.5×18/2=148.5kN(3) 荷载组合：贝雷梁上最大内力为 65t