福元路湘江大桥钢栈桥施工工艺

摘要：在公路桥梁施工中，栈桥为施工过程常用的辅助设施，本文结合长沙市福元路湘江大桥钢栈桥的工程实例，重点分析了栈桥各个关键结构的施工要点，以供以后类似工程借鉴参考。

关键词：桥梁工程；湘江大桥；栈桥；施工工艺

中图分类号：U448.18 文献标识码：A

0 引言

在公路桥梁施工中，受地形、地质及其他各种因素影响，施工栈桥成为施工现场不可或缺的临时结构物，其在整个施工过程中发挥着相当重要的作用，在某些特殊情况下，甚至成为施工进度的决定性因素［1］，因此如何选择合适的结构方案及在整个施工过程中保证其结构安全，成为路桥施工中的重要内容。本文结合工程实例，介绍钢栈桥的施工工艺。

1 工程概况

长沙市福元路湘江大桥位于银盆岭大桥、三汊矶大桥居中偏南位置，距上游银盆岭大桥约2.9km左右，距下游三汊矶大桥约2.7km左右。福元路湘江大桥连接河西（滨江新城）和河东（新世纪片区）两处区域。大桥西起银杉路，东至芙蓉北路，工程线路全长3539m，其中跨越湘江部分约为1435m，工程由正桥、岸上引桥及接线道路组成，道路等级为城市主干路Ⅰ级，设计车道数为双向六车道，桥梁净宽31.5m。

本工程主桥墩PM19～PM22和引桥墩PM18、PM23～PM28共11个桥墩位于水中，由于湘江年内水位变幅达14m，枯水期桥墩处的最小水深仅1.0～1.5m左右，船舶难以进入桥位区施工。为减少枯水期水深条件对施工的影响，变水上施工为陆上施工，采用搭设钢栈桥作为各种材料、机具、人员等的运输通道。

2 栈桥结构形式

栈桥桥面标高为+33.0m，为满足施工车辆行走和错车的要求，主栈桥宽7m，分栈桥宽6m。河西栈桥起点位于PM17墩江侧约29m，沿桥轴线上游31.5m搭设至PM20墩，全长约375m；河东栈桥起点位于PM29江侧36m，沿桥轴线上游14m搭设至PM21，全长约770m。预留PM20-PM21一跨主孔210m作为施工期间的船舶通航孔，在各墩位处设置分栈桥。河西栈桥与施工便道衔接，起点标高约为+37.9m，设置4.5%的纵坡，使桥面标高逐渐降为+33.0m。

栈桥主要由支撑钢管桩、平联及斜撑、上部主、纵梁系、桥面板以及其附属设施组成。具体详见图2-1、图2-2。

图2-1 主栈桥横断面图 图2-2分栈桥横断面图

3 栈桥整体结构计算分析

采用大型通用有限元计算软件ANSYS对钢栈桥的整体结构进行计算分析。

3.1工况分析

考虑①自重、②汽车荷载、③制动力、④人群荷载、⑤水流力⑥风荷载等荷载的组合。详见表3-1。

表3-1 钢栈桥荷载组合表

工 况 荷载组合

工况一（正常工作期） 0.9×（1.2×①+1.4×（②+③+④+⑤）+0.7×1.4×⑥）

工况二（渡洪期） 0.9×（1.2×①+1.4×⑤）

3.2计算模型及结果

⑴ 正常工作期

约束条件：采用beam188单元。钢管桩在桩底标高铰接；主横梁与桩顶固接；主横梁与贝雷铰接。

计算模型：见图3-1。

计算结果：见表3-2。

表3-2 钢栈桥工作状态受力计算

构件名称及规格 最大轴应力（MPa） 最大弯应力（MPa） 最大轴力

（kN） 最大剪力

（kN） 最大弯矩

（kN.m）

贝雷梁 — — — 224 541

主横梁2I56a 2.54 73.5 68.8 478 345

平联Φ426×8 12.8 59.2 101 40.9 48.5

斜撑2[25a 32.2 28.7 162 6.2 9.2

钢管桩Φ720×8 55.4 66.5 830（压力） 90.2 209

栈桥竖向位移11.1mm，顺桥向位移5.5mm，横桥向位移44.5mm

从上表可知，栈桥各构件应力均满足规范要求。贝雷梁最大剪力224 kN＜[Q]=245kN，最大弯矩541 kN.m＜[M]=788kN.m，均满足要求。

图3-1 钢栈桥工作状态受力计算模型图

⑵ 渡洪期

约束条件：采用beam188单元。钢管桩在桩底标高铰接；辅助桩在桩底标高固接；主横梁与桩顶固接；主横梁与贝雷铰接。

计算模型：见图3-2。

图3-2 钢栈桥渡洪期受力计算模型图

计算结果：见表3-3。

表3-3 钢栈桥渡洪期受力计算

构件名称及规格 最大轴应力（MPa） 最大弯应力（MPa） 最大轴力

（kN） 最大剪力

（kN） 最大弯矩

（kN.m）

贝雷梁 — — — 48.9 141

主横梁2I56a 3.5 51.3 96.2 130 66.0

平联Φ426×8 8.5 66.8 89.4 76.6 71.9

斜撑2[25a 25.1 38.6 126 6.5 12.4

钢管桩Φ720×8 14.2 93.2 254（压力） 79.6 293

竖向位移5.6mm，顺桥向位移3.7mm，横桥向位移60.3mm。

从上表可知，栈桥各构件应力均满足规范要求。贝雷梁最大剪力48.9 kN＜[Q]=245kN，最大弯矩141 kN.m＜[M]=788kN.m，均满足要求。

4 栈桥施工工艺

4.1总体施工流程

栈桥施工采用履带吊、振动锤分别从东、西两岸向江中逐跨沉桩和架设。由于主墩PM19~PM22和引桥墩PM23~PM28基础施工时，需先行进行水下清表和岩层爆破开挖，考虑到对栈桥施工的影响，前期只搭设至PM18墩和PM28墩，其余待各墩水下开挖完成后再建。栈桥施工工艺流程见图4-1。

图4-1 栈桥施工工艺流程图

4.2主要项目施工方法

4.2.1桥台施工

钢栈桥与陆上施工便道通过桥台连接，桥台采用重力式结构，用C20混凝土浇筑而成。如图4-2所示。先用反铲开挖桥台区域，人工清基后，立模浇筑混凝土。

图4-2 栈桥桥台结构图

4.2钢管桩施工

4.2.1钢管桩加工

钢管桩在钢结构加工场按设计长度拼接成型，平板车运至现场。钢管桩采用两点吊，每节桩顶部设置两个对称吊点，吊点直接在钢管桩顶处割孔。钢管桩在运至打桩现场前，预先在桩上用油漆作出刻度标示，便于打桩时观测其贯入度。

4.2.2钢管桩下沉

钢管桩采用QUY-50履带吊配合DZJ－120型振动锤振动下沉，主要性能参数见表4-1。

表4-1 DZJ-120型振动锤主要技术参数

项目 单位 参数

电机功率 KW 120

静偏心力矩 N.m 724

激振力 KN 0-830

转速 R/min 0-1000

空载振幅 mm 0-7.45

允许拔桩力 KN 392

整机重量（单夹具） 吨 7.5

对于陆上沉桩，履带吊主钩起吊振动锤，副钩与钢管桩顶连接，缓慢将桩竖直，插入事先在桩位处开挖好的导坑内，下放振动锤使夹具夹住管顶；对于水上沉桩，将钢管桩立起后临时固定在已搭设好的栈桥上，再起吊振动锤夹桩。履带吊起吊连接振动锤的钢管桩，经测量定位后缓慢下放，钢管桩在自重下入土稳定，偏位满足要求后低档振动下沉，待钢管桩入土一定深度后高档振动下沉至设计标高位置。钢管桩下沉到位后，安装上部钢结构，形成通道，前移施沉下一排钢管桩，按此方法推进，直至栈桥施工完毕。钢管桩下沉示意见图4-2。

图4-2 钢管桩下沉示意图

钢管桩下沉控制采取标高与贯入度双控，贯入度控制为主，以保证单桩承载力。打桩时，技术人员进行实时观测，记录钢管桩的入土深度及贯入度，做好相应的施工记录。

4.3平联及斜撑安装

每排钢管桩施打完毕后，进行平联安装。测量人员根据设计标高测放平联安装标高，平联材料根据现场钢管桩之间的实际间距在后场下料加工（下料长度比实际间距小10cm，通过哈佛接头来调节长度），将平联的一端按照相贯线放样切割。在前场安装时，首先将加工了相贯线的一端与钢管桩连接并点焊，另一端通过哈佛接头与钢管桩连接，然后实施围焊焊接。平联安装完后，安装并焊接2[25a剪刀撑，以增强栈桥的稳定性。平联安装示意见图4-3。

图4-3 平联安装示意图

4.4主横梁安装

钢管桩下沉到位后，割除桩顶至设计标高并开设槽口，将拼装成整体的主横梁2I56a吊装嵌入槽口内，钢管桩下槽口应要割平，以保证主横梁搁置平稳，在槽口两侧和下部焊接加劲板将主横梁与钢管桩焊接固定。主横梁与钢管桩连接构造见图4-4。

图4-4 主横梁与钢管桩连接构造

4.5贝雷梁安装

将贝雷梁按排架间距在后场拼成单层双排组合，并用贝雷花架连接好，平板车运至安装现场。在主横梁上测放出安装位置线，用50t履带吊吊装贝雷桁架梁就位，偏差不大于5cm。横断面上共设三组贝雷桁架梁，组与组之间用[8作斜撑和拉杆，将贝雷梁连成整体。贝雷梁下弦杆通过门式卡固定在主横梁上，上弦杆用骑马螺栓和横向分配梁I25a连接，构件大样如图4-5。

门式卡 骑马螺栓

图4-5 门式卡与骑马螺栓构造图

4.6分配梁及桥面板安装

横向分配梁采用I25a，间距75cm，横桥方向铺设在贝雷桁架梁上，与贝雷梁通过骑马螺栓连接。纵向分配梁采用I28a槽口朝下、顺桥向铺设在横向分配梁I25a上并点焊固定，中心距30cm，纵向分配梁同时兼做桥面板用。为加快施工进度，可按照纵向分配梁的标准长度，将I28a与横向分配梁I25a在后场拼接成型，运至安装现场整体吊装就位。

4.7附属设施安装

栈桥两边均设置防护栏杆，栏杆高1.0m，采用Φ48×3mm钢管焊接，立柱间距1.5m，焊接在栈桥横向分配梁上，栏杆统一用红白油漆涂刷，交替布置，达到醒目、美观。为保证施工栈桥的安全性，防止夜间外来船舶撞击栈桥，以及施工船舶的航行安全性，在栈桥两侧设置警示灯，间距为10m，警示灯的安装高度需要高出栈桥顶标高2m。同时为保证栈桥在夜间正常运行，栈桥两侧间隔30m交叉布置照明路灯。

5 结语

本文以福元路湘江大桥为例，重点介绍了桥梁钢栈桥的结构方案和施工工艺，对实际工程的施工具有一定的参考意义。

参考文献

[1]吴伟红．浅析栈桥在路桥施工中的应用[J]．科学与财富，2011(4)：77-77,360．