西江特大橋深水棧橋設計及施工技術＊

陳順良

(廣珠鐵路有限責任公司，廣東廣州510405)

西江特大橋深水棧橋設計及施工技術＊

陳順良

(廣珠鐵路有限責任公司，廣東廣州510405)

西江特大橋是新建廣州至珠海鐵路復工工程重點工程項目，水中墩施工采用棧橋運輸。本文重點介紹棧橋的設計與施工，該方案充分考慮了運輸?shù)慕?jīng)濟性、合理性和施工簡便性，積累了較為成功的經(jīng)驗，可為類似工程施工提供參考。

深水;棧橋;設計;施工

一、工程概況及地質條件

新建廣州至珠海鐵路復工工程西江特大橋全長6709.53 m，于DK73+870～DK75+060之間跨越西江。橋位處河面寬約1000m，橋軸線與河道基本正交，水流較為平順，主流偏向右岸，河床由兩岸向中間逐漸加深，橋軸線深槽居于右岸，河床高程介于－27.26～2.65m。特大橋跨西江部分采用(56+5×80+56)m連續(xù)梁+(110+2×230+110)m連續(xù)剛構拱+(48+80+48)m連續(xù)梁，起止墩號133～147JHJ，其中137～145JHJ墩位于河道中。河流最高通航水位8.454m，最低通航水位0.404 m，施工水位7.134 m，歷史最低水位0.12 m。

考慮到需要周轉材料多，水中墩施工運輸經(jīng)比選后采用棧橋+船運分段結合運輸方式，該方案具有棧橋運輸靈活、方便，受不良天氣影響小，可全天候作業(yè)，提高施工進度的優(yōu)點。由于西江水上運輸繁忙，施工中需保留兩個設計通航孔保證船只通行。根據(jù)本橋的實際情況，水中墩施工運輸方式除主航道142JHJ墩采用船運外，其他墩采用棧橋進行各種物料的運輸。

河道左岸側從河床往下分別為:細砂、淤泥質砂(60kPa);粗圓礫土(350kPa);強風化砂巖(300kPa);弱風化砂巖(450kPa)。137JHJ～141JHJ墩處河床覆蓋層較厚，均在20m以上。右岸側從河床往下分別為:淤泥(40kPa);全風化砂巖(200kPa);強風化砂巖(300kPa);弱風化砂巖(450kPa)。144JHJ～145JHJ墩處河床淤泥覆蓋層較薄，為4～10m，143JHJ墩處無覆蓋層。

二、棧橋設計要點

(一)設計荷載

雙車道60t(滿載混凝土罐車和一輛空車)，單車道(一輛混凝土罐車)45t;風載0.5kN/m2;施工水位+7.134m，水流速度2m/s。

(二)棧橋軸線位置及高程

棧橋布置在橋位上游，棧橋軸線距線路左線中心線間距24m(棧橋與鉆孔平臺連接成一體)橋面為雙車道6米;設計施工水位為7.134m，棧橋梁低標高按7.5m控制，棧橋頂面標高+9.323m。

(三)孔跨布置

左岸棧橋從左岸子堤起，至141JHJ墩止，孔跨布置為18m+14×24m+18m+2×15m+3m，共18孔，全長405m;右岸棧橋從右岸河堤起，至143JHJ墩止，孔跨布置為2×15m+2×18m+6×24m+18m+3m，共11孔，全長231m;141JHJ～143JHJ墩間兩孔230m作為施工期間通航孔。

(四)棧橋下部結構形式

基礎采用φ813、φ720、φ630三種直徑壁厚10mm、12mm螺旋焊縫鋼管樁，樁長根據(jù)河床基巖標高、承載力變化自22－45.5m不等，樁尖進入基巖面下1m。東岸2JHJ、6JHJ、10JHJ、14JHJ、19JHJ墩和西岸3JHJ、8JHJ、11JHJ墩設置成制動墩，每個制動墩采用4根鋼管樁，其余墩為2根鋼管樁，橫向樁間距4.6m，鋼管樁間用［36槽鋼連接。在鋼管樁頂設2I45c工字鋼橫梁。

(五)棧橋上部結構形式

棧橋梁部采用貝雷片進行拼裝，橫橋向6榀，每榀間距0.9m，每2榀一組用支撐架聯(lián)接，每組貝雷梁之間用［14槽鋼聯(lián)接，在貝雷梁上間距0.5m橫鋪I25a工字鋼，工字鋼上順橋向鋪［20a槽鋼做橋面板。

貝雷梁與2I45c工字鋼橫梁采用U型卡固定，I25a工字鋼與貝雷梁間采用Ф20“U”型螺拴固定，面板［20a槽鋼與I25a工字鋼采用焊接連接。

棧橋兩側欄桿高1.2m，采用φ48×3.5mmA3鋼管焊接，立柱間距3m，焊在棧橋I25a橫梁頂面端部，鋼立柱上設3道鋼管橫桿護欄。

三、棧橋施工方法及技術措施

(一)鋼管樁制作及打設

鋼管樁為成品螺旋焊縫鋼管，現(xiàn)場焊接接長。岸邊棧橋使用吊車吊振動錘下沉鋼管樁，鋼管樁沉放使用90KW振動錘。水中棧橋鋼管樁使用專用打樁船打設。沉放前先計算出每條鋼管樁的坐標，然后放線。

打樁船拋錨定位后，起吊鋼管并進行定位，依靠錘重和鋼管樁重力插入覆蓋層中，錘打鋼管樁到位。鋼管樁逐排打設。鋼管樁施打完畢后，用［36焊接鋼管樁橫向剪刀撐聯(lián)系，以防管樁受水流沖擊傾斜或疲勞破壞，降低管樁的承載能力。每根樁的沉樁作業(yè)，必須一次完成，不可中途停錘過久，以免土的摩阻力恢復，造成繼續(xù)下沉困難。

振動沉樁的停振標準，以通過試樁驗證的樁尖標高控制為主，最終貫入度做為校核。

右岸深水區(qū)河床無覆蓋層，鋼管樁打入困難，入巖深度淺，穩(wěn)定性差。施工中為提高樁端穿層能力，采取了加強型特制錐形16Mn鋼樁尖法，改善了打入效果。在橋墩下游側打入斜樁，在高程+2m處與橋墩鋼管樁焊接，在上游設拉錨提高橋墩橫向抗傾覆穩(wěn)定性以抵抗洪水期水流沖擊力。

(二)上部梁及橋面系安裝

I45c工字鋼安裝經(jīng)測量放線后，直接嵌入樁頂內(nèi)。鋼管樁與工字鋼間焊接鋼板與鋼管樁良好結合在一起。

貝雷片預先在陸上或已搭設好的棧橋上按每組尺寸拼裝好，然后運輸?shù)轿?，吊車起吊安裝在樁頂工字鋼橫梁上。貝雷片的位置需放線后確定，以保證棧橋軸線不偏移。貝雷片安裝到位后，橫向、豎向均焊定位擋塊及壓板，將其固定在橫梁上。

貝雷片拼裝完畢，其上鋪設I25a橫向分配梁，間距50cm，I25a與貝雷片間采用Ф20“U”型螺拴固定，每組貝雷片與工字鋼橫梁相交處設一套螺栓。面板使用［20a槽鋼，在I25a上鋪設，間距25cm，棧橋欄桿高1.2m，采用φ48×3.5mmA3鋼管焊接，立柱間距3m，焊在棧橋I25a橫梁上，鋼立柱上設3道鋼管橫桿護欄。

四、棧橋結構檢算要點

(一)梁部結構檢算

棧橋梁由6片普通型貝雷梁組成，貝雷梁之間的間距為90cm，雙車按照6片貝雷梁受力檢算。

棧橋梁跨度組成為邊跨12m，中間跨度則是24m，為計算簡化，將中間跨度減少進行計算，跨度組合按12m+4×24m+12m計算。

(二)貝雷梁受力檢算

1.計算模型:六片貝雷梁，荷載是60t砼罐車荷載。

2.豎向撓度:

恒載及動荷載作用下最大撓度是fq+L=6cm。

非彈性撓度f0=0.5dn2=0.5×0.1524×64=4.88cm。

則f=fq+L+f0=6+4.88=10.88cm。

f/L=10.88/2400=L/221＜L/130，變形滿足要求。

3.彎矩tm

最大彎矩是330tm，單片貝雷梁能承受78.8tm的彎矩，那么六片共能承受78.8tm×6=472.8tm＞330tm，能夠滿足要求。

4.剪力t

最大剪力是91t，單片貝雷梁能承受24t的剪力，那么六片共能承受144t＞91t，能夠滿足要求。

(三)最不利墩檢算

1.結構模型建立:

東岸棧橋，在靠近141號墩處，鋼管樁采用的是Φ813－12鋼管，水面上焊接36a槽鋼的橫聯(lián)，根據(jù)實際地質情況，單排鋼管柱結構(最深處)受力模型見圖1。

圖1

2.風荷載計算

施工水位處基本風壓為:

膺架1.7m高計算，那么作用在24m長的膺架上的風壓力為:

3.水流荷載計算

水流荷載按橋位流速為2.0 m/s(洪水時期流速取2.0 m/s，枯水期正常流速經(jīng)測定為1.0 m/s)計算，按7.5m水位計算，普通墩從施工水位到河床最長為25m，管樁為φ813－12，每根鋼管樁迎水面積A=0.813×25=20.325m2。

每根鋼管樁上的流水壓力為:

轉化為倒三角分布荷載見圖2。

圖2

4.雙排鋼管柱的整體結構計算

(1)計算模型

雙柱排架頂承受6個貝雷梁傳遞的集中荷載，每個大小是18t，另外承受水流沖擊力及風荷載。在枯水季節(jié)時，在水面處增加36a槽鋼連接橫聯(lián)。

(2)應力結果

鋼管樁最大組合應力是165MPa。φ813－12鋼管的回轉半徑是283.228mm，鋼管墩自由長度是22m，那么鋼管的柔度λ=78，查表得穩(wěn)定系數(shù)是0.701，穩(wěn)定折減應力是235MPa，剛好滿足穩(wěn)定要求。

(四)鋼管樁地基承載力檢算

對于東岸棧橋，鋼管樁均打入覆蓋層內(nèi)，覆蓋層暫全部按淤泥質土進行計算，其樁側極限摩阻力按25kPa計算，樁端極限阻力按105kPa計算，單樁豎向受力最大是100t。用Φ630－12的鋼管進行計算。

表1 巖土設計參數(shù)

2.單樁豎向抗壓承載力估算

表2 計算參數(shù)表

樁身周長u、樁端面積Ap計算

單樁豎向抗壓承載力估算

根據(jù)樁基規(guī)范，按下式估算單樁承載力

土的總極限側阻力標準值為:

總極限端阻力標準值為:

單樁豎向抗壓極限承載力標準值為:

單樁豎向承載力特征值Ra計算，根據(jù)基礎規(guī)范附錄Q條文Q.0.10第7條規(guī)定

因為棧橋是臨時結構，單樁豎向承載力可以按1.5選取安全系數(shù)，因此，154t的極限承載力能滿足棧橋鋼管柱的要求。

五、結語

西江特大橋作為廣珠鐵路重點控制性工程，其棧橋施工為該橋施工的重點和難點。棧橋施工的成功實施，解決了深水、裸巖、防洪等難題，經(jīng)濟合理、技術可行、安全可靠，為工程的順利實施提供了有力的保證。也為今后類似工程提供了參考范例。

［1］《客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準》鐵建設〔2005〕160號［S］.北京:鐵道出版社，2005.

［2］TB10415－2003鐵路橋涵工程施工質量驗收標準［S］.北京:鐵道出版社，2003.

［3］GB50007－2002建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.北京:建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］趙明華.橋梁樁基計算與檢測［M］.北京:人民交通出版社，2002.

2011－02－18

陳順良(1964－)，男，工程師。