海中鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

馬柱銀 謝 晴

（山東港通工程管理咨詢有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

1 工程概況

1.1 工程概況

新建跨膠州灣鐵路特大橋位于山東省青島市市區(qū)內(nèi)，主橋全長(zhǎng)8941m。全橋上部結(jié)構(gòu)形式為簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁和節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支梁，下部結(jié)構(gòu)采用實(shí)體墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。其中跨膠州灣海域內(nèi)為40 孔50m 節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁，基礎(chǔ)采用φ1.5m 砼群樁，深度為-40m?？紤]到海灣內(nèi)潮汐和地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為順利完成海中墩施工，搭設(shè)跨海臨時(shí)鋼棧橋。

1.2 水文地質(zhì)

膠州灣潮汐為典型半日潮，潮流為往復(fù)半日潮流，潮余流速可達(dá)30cm/s。最高潮位5.3m，最低潮位-0.57m，平均潮差為2.7m，最大潮差為6.87m。

膠州灣海域內(nèi)地質(zhì)情況為從上至下為第四系全新統(tǒng)沖海層(Q4al+m) 淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂。其中海域河床表面多為流塑性淤泥、夾粉砂貝殼碎屑，土質(zhì)松軟，淤積泥沙隨海水變化大。

2 鋼棧橋設(shè)計(jì)

2.1 鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式

鋼棧橋位于主橋線路左側(cè)，全長(zhǎng)2100m，橋面寬6m，橋面標(biāo)高為5.76m。棧橋標(biāo)準(zhǔn)跨徑12m，并以4 跨為1 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)，聯(lián)與聯(lián)之間設(shè)置制動(dòng)墩，其中在棧橋中間處設(shè)一通航孔，單孔跨徑15m，滿足海灣內(nèi)漁船正常通航。為適應(yīng)棧橋結(jié)構(gòu)溫度變化及減少行車對(duì)棧橋擾動(dòng)，棧橋每隔150m 設(shè)置寬5cm 的伸縮縫，該處鋼棧橋所有結(jié)構(gòu)均斷開。

鋼棧橋結(jié)構(gòu)布置：基礎(chǔ)為單排3 根φ630×8mm 鋼管樁，樁長(zhǎng)24m,間距2.3m，制動(dòng)墩處雙排鋼鋼樁基礎(chǔ)；主橫梁為2I45a 工字鋼，長(zhǎng)6m；承重主縱梁采用6 片貝雷片組拼；橋面橫向分配梁采用I25a 工字鋼，長(zhǎng)6m，間距0.3m；橋面板采用8mm 厚的花紋鋼板；橋面兩側(cè)設(shè)高1.2m 圍欄。

2.2 鋼棧橋設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)通行荷載：公路I 級(jí)荷載；9m3混凝土砼罐車；50T履帶吊(考慮20T 吊重)；

動(dòng)載系數(shù)：車行荷載的沖擊系數(shù)取1.4；

圖1 鋼棧橋側(cè)面圖

圖2 鋼棧橋斷面圖

設(shè)計(jì)行車速度：10km/h，其中履帶吊行駛速度3km/h；設(shè)計(jì)使用年限：2 年。

3 鋼棧橋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.1 設(shè)計(jì)荷載

永久荷載：棧橋結(jié)構(gòu)自重；

施工可變活載：9m3砼罐車；50T 履帶吊(考慮20T 吊重)；

水平?jīng)_擊荷載：40kN (砼罐車的10%，車速≤10km/h)；

豎向沖擊荷載；120kN (砼罐車的30%車速≤10km/h)；

風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓WO=0.27kPa (8 級(jí)風(fēng)，20.7m/s)；

流水壓力：1.8kPa。

3.2 荷載組合

（1） 棧橋自重+活載；

（2） 棧橋自重+活載+汽車制動(dòng)力；

（3） 棧橋自重+活載+風(fēng)荷載+流水荷載；

（4） 棧橋自重+活載+風(fēng)荷載+流水荷載+汽車制動(dòng)力。

3.3 受力分析

利用有限元軟件midas civil 建立跨徑組合為(12×4+3)m 棧橋典型整體模型，模型中棧橋結(jié)構(gòu)尺寸、材料規(guī)格及布置形式均按照棧橋施工圖紙要求建立，鋼管樁樁底按鉸接約束，對(duì)棧橋進(jìn)行整體受力分析。

圖3 （12×4+3） m 跨徑組合整體模型

施工荷載考慮結(jié)構(gòu)自重、汽車荷載、風(fēng)荷載、流水荷載四種荷載組合，其中汽車荷載又包含車道荷載和車輛荷載，綜合考慮分為以下2 種工況，強(qiáng)度和剛度分析選用2 組系數(shù)組合。

各種工況下建模加載計(jì)算，棧橋結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力為136MPa，小于貝雷片抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值273 MPa；棧橋最大位移出現(xiàn)在跨中貝雷片下側(cè)，最大位移12.6mm 小于L/400=30mm 的限值，滿足要求。鋼管樁最大反力為289kN。

表1 分析工況一覽表

4 鋼棧橋施工

4.1 鋼管樁施工

鋼管樁打設(shè)采用釣魚法施工，履帶吊配合振動(dòng)錘（DZ90） 打設(shè)鋼管樁。精確測(cè)設(shè)鋼管樁位置，安設(shè)導(dǎo)向架（由20a 工字鋼焊接而成），對(duì)準(zhǔn)樁位，復(fù)測(cè)導(dǎo)向架垂直度和空間位置。每節(jié)樁沉樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中途避免較長(zhǎng)時(shí)間的停頓，以免樁周土擾動(dòng)恢復(fù)造成沉樁困難。同時(shí)為防止鋼管樁插打時(shí)出現(xiàn)“假極限地層”，鋼管樁沉樁時(shí)，時(shí)刻觀測(cè)沉樁貫入度，當(dāng)貫入度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)可停止沉樁。同時(shí)為保證樁體或相臨樁體不上浮或“吸入”等現(xiàn)象，達(dá)到標(biāo)高后錘頭停留樁頂時(shí)間不得小于10s 并觀測(cè)沉樁貫入度。

4.2 主橫梁施工

測(cè)設(shè)鋼管樁頂?shù)闹鳈M梁位置，并將主橫梁處的樁頂向下切割32×20cm 豁口，主橫梁嵌入鋼管樁豁口內(nèi)，并用三角加勁板與鋼管樁焊接加固。

4.3 貝雷梁及橋面鋪設(shè)

棧橋橋面施工采用裝配式施工工藝，貝雷梁在陸地工場(chǎng)將一跨的兩排貝雷片預(yù)先拼裝成一組，再運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用汽車吊整體吊裝就位。

吊裝前在下部結(jié)構(gòu)主橫梁上準(zhǔn)確測(cè)設(shè)貝雷梁位置，并用[10a 槽鋼焊接定位槽。利用汽車吊整體吊裝整孔一組貝雷梁，在主橫梁頂面焊接貝雷梁門式限位槽，限位槽采用[10槽鋼。相鄰兩組貝雷梁間用[10 槽鋼剪刀撐連接，增強(qiáng)鋼棧橋的整體穩(wěn)定性。

貝雷梁安裝固定完成后，安裝橋面板。橋面板由I25a工字鋼+8mm 花紋鋼板組合，為便于控制施工質(zhì)量與施工進(jìn)度，橋面板也采用裝配式施工工藝，即工字鋼與花紋鋼板在陸地工場(chǎng)按照設(shè)計(jì)要求，焊接成整體，再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，由汽車吊將橋面板整體吊運(yùn)安裝在貝雷梁上，并用“U”螺栓固定。在每孔貝雷梁下弦桿上等間距布設(shè)2 根I25a 工字鋼橫聯(lián)，增加貝雷梁聯(lián)接剛度。

5 鋼棧橋維修

為減少膠州灣海域每天漲落潮海水對(duì)鋼管樁的銹蝕，在鋼管樁與海水面接觸的部位，鋼管樁表面涂一層環(huán)氧樹脂漆，將鋼管與海水、空氣隔離。定期測(cè)量鋼棧橋的沉降，并對(duì)鋼棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。

6 結(jié)語(yǔ)

跨膠州灣鐵路特大橋海中鋼棧橋于2016 年121 月20 日順利完成通車使用。鋼棧橋在水流多變、漲落潮、地質(zhì)復(fù)雜的情況下，較為經(jīng)濟(jì)合理地解決了鋼棧橋的設(shè)計(jì)問題，并在施工過程中取得良好的效果，可為同類橋梁施工提供參考。