45m跨大跨径开启式通航孔钢栈桥设计与施工技术

45m跨大跨径开启式通航孔钢栈桥设计与施工技术 摘要：本文通过45m大跨径开启式通航孔钢栈桥施工方案的选择、设计过程的介绍，对设计与施工中一些关键问题进行阐述 关键词：大跨径、开启式、钢栈桥、关键问题处理。This article describes the method of construction selection and design process of the 45m span open navigable channel steel temporary bridge construction program and elaborate design with some of the key issues in the construction.Key words: large span, open type, steel temporary bridge, key issues processing.中图分类号：U448.26 文献标识码：A文章编码：一、研究发展状况在土木工程中，为运输材料、设备、人员而修建的临时桥梁设施，按采用的材料分为木栈桥和钢栈桥。其中钢栈桥在桥梁施工中作为临时便桥，使用得比较广泛。随着大型桥梁的建设发展，深水基础的施工越来越多，对钢栈桥的功能也提出了更高的要求，不仅要满足施工车辆通车的要求，同时也要满足船只通航的要求，且要求使用安全、造价经济。所以研究新型的钢栈桥来满足工程建设的要求显得越来越重要。国内外钢栈桥施工存在许多急待开发的领域，且开发成果能很快用于施工。本文介绍的可供提升的通航孔钢栈桥即是在这种背景下设计和施工的。二、工程概述湖北省郧县至十堰高速公路在跨越丹江口库区上游汉江段为矮塔斜拉桥，全长1.02km，其中5#、6#、7#、8#墩处于汉江中，水深达28m，为深水基础，需搭设开启式通航孔钢栈桥来施工桥梁。开启式通航孔栈桥跨径为45m，宽5.0m，通航净空为9.82m（按20042010年最高水位为156.95考虑），桥面系型钢重216t，在栈桥两端设置提升装置，在洪水期可将应急通航孔栈桥提升，提升高度3米左右，确保施工和航道通航同时顺利进行。为防止主墩被撞击，确保通航安全，在钢管桩位附近设置护航桩，护航桩一组3根，呈等边正三角形布置，同时在通航孔设置照明通航灯，引导船只通行。图1-1汉江特大桥钢栈桥布置图三、施工方案的确定本文介绍的45m跨开启式通航孔钢栈桥，采用了下承式的结构，是一种新颖的结构，为双层四排加强型贝雷梁结构，遇到洪水可利用两侧钢管门吊提升3m，具有可提升防洪通航功能。本文钢栈桥施工方案的确定要充分考虑施工通车、船只通航，同时还要保证丹江口库区蓄水时净空能够满足通航要求，制定了三个方案供比选。（1）方案一：6#、7#主墩之间不设钢栈桥，南北两岸为两独立分部，设两拌合站。优点：在汉江桥施工建设的同时，又可以满足通航的要求。缺点：需设两座拌合站，资金投入大；南北两岸为两独立的分部，增加了管理人员、设备和物资，管理成本大。（2）方案二：在6#、7#主墩之间设置一跨径为30m的下承式钢栈桥。优点：30m钢栈桥可以贯通南北两岸栈桥，只需设一拌合站、一个管理区，节省成本；缺点：由于桥位位于库区上游，蓄水时，通航净空不能满足通航要求，且汉江航道为级航道，要求通航的净宽不小于45m。（3）方案三：在6#、7#主墩之间设置一跨径为45m开启式通航孔钢栈桥。优点：开启式通航孔钢栈桥可以贯通南北两岸栈桥，只需设一拌合站、一个管理区，节省成本；钢栈桥具备提升功能，蓄水时，可提升3m，满足通航净空及净宽要求。缺点：设计荷载为50t的钢栈桥一般跨径为12m，而通航孔钢栈桥跨径达45m，跨径大，对结构要求高，有一定的风险性。在权衡各方面的因素后，考虑方案三在当前施工水平下可行，选择方案三为最终施工方案。方案三的开启式通航孔钢栈桥贯通了汉江南北两岸，大大降低了项目管理成本，同时又满足了汉江的通航要求，能在后续施工生产中发挥重要的作用。图3-1 汉江特大桥钢栈桥占用航道的平面示意图四、施工方案设计1、结构设计开启式通航孔栈桥上部结构采用2组四排双层的贝雷梁（上、下设加强弦杆）作为承重纵梁，在贝雷梁两端设置端柱和桥座。在贝雷梁中设间距1.5m的2I25a型钢作为纵向次分配梁；分配梁为间距0.3m的I12.6型钢，面板采用1.2cm的花纹钢板。开启式通航孔下部采用5根间距2.5m、3.1m、3.1m、2.5m的102012mm钢管立柱、3I45b型钢横梁；为了满足应急通航孔栈桥的应急通航功能，在其端部设置门式吊架，布置4个千斤顶进行人工提升与下放。开启式通航孔吊梁采用4根HW400*400宽边工字钢上下左右叠加设置，吊梁上部对称安放千斤顶，千斤顶通过3根32精轧螺纹钢来提升栈桥桥面系。吊梁下部设爬梯供施工人员上下。提升装置为厂家加工的提升限位器，通过一根长约1.5m销子与贝雷梁连接，提升装置钢板厚为2cm。图4-1汉江特大桥开启式通航孔钢栈桥横断面图图4-2汉江特大桥开启式通航孔钢栈桥纵断面图图4-3栈桥断面图（回落状态） 图4-4栈桥断面图（提升状态）2、建立计算模型及验算本结构计算采用手算和计算机电算相结合的方式，电算程序采用力学求解器和Midas Civil专业结构设计软件。模拟实际施工中两种置工况：工况一、汽车荷载作用时：1.2结构自重1.4混凝土罐车荷载+1.0泄洪水流压力。工况二、履带吊作用时：1.2结构自重1.1履带吊荷载+1.0泄洪水流压力。建立有限元模型，如图4-5所示。图4-5栈桥有限元模型主要结构受力计算结果见下表五、施工中关键问题的处理1、45m跨贝雷梁拼装方案通航孔栈桥钢管基础采用浮吊搭设，由于栈桥跨度大，承重贝雷梁自重较大，拼装过程中容易产生变形，为了保证结构的平顺稳定，现场制定两种拼装方案。方案一：通航孔一组贝雷片自重约为46吨，拟采用后场拼装四排单层贝雷梁，然后通过舶船运至现场，采用两台50t履带吊同时起吊四排单层贝雷梁（45m重23t），然后在单层贝雷梁上进行上下层贝雷梁拼装；方案二：在45m跨中打设临时墩，然后分两段拼装，一段24m四排双层贝雷梁（24.5t），一段21m四排双层贝雷梁（21.5t），然后在拼装前后两段贝雷梁。如下图5-1、5-2所示：图5-1 45m跨贝雷梁吊装方案一（单层吊装）图5-2 45m跨贝雷梁吊装方案二（打设临时墩分段吊装）2、钢管桩基特殊情况处理通航孔栈桥的钢管桩打设必须准确，打设过程测量队全程监控，一旦偏位，马上调整。确保贝雷片立杆、横梁中心、钢管桩中心在一条轴线上。若出现覆盖层较浅，钢管桩已接触岩层难以深入，达不到设计桩长的时候，需采取往河床里抛填卵石填土、钢管桩内钻小孔灌浆、封底、焊接纵联的方法处理，来提高钢管桩的稳定性。具体措施如下：首先往桩位附近河床抛填土、卵石和沙袋，填至45m，然后插打钢管桩，使钢管桩稳定住；然后焊接横联，在钢管桩内用108mm钻芯钻钻3根小桩，钻至岩层以下7m，清孔，压入高强压浆料；钢管桩清孔，在3根小桩与钢管桩间灌入4mC30封底混凝土，使小桩与钢管桩联结密实；最后与临近墩位钢管桩焊接纵向联结，进一步提高稳定性。图5-2特殊桩处理示意图（覆盖层浅，钢管桩嵌入深度达不到设计要求的情况）六、结语钢栈桥为永久性正桥施工时，为建桥料具和维持两岸交通的临时桥，其部件轻巧，各部件间用销子或螺栓连接，装拆方便，用简单的工具和人力就能迅速建成，适用于工程建设。钢栈桥其结构形式丰富多样，设计和结构受力计算复杂，设计时综合考虑工期、风险、质量、成本、环境保护、航道安全、防洪防汛等各方面因素，选取合理的钢栈桥结构和合理的施工工艺；施工中一定要因地制宜，严格控制，制定合理的问题处理方案，确保栈桥质量。参考文献1、湖北郧县至十堰高速公路汉江公路大桥设计图纸，湖北交通规划设计院，2011年3月；2、装配式公路钢桥多用途使用手册，广州军区工程研究设计所，黄绍金、刘陌生，2004年11月；3、公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004，中交公路规划设计院，2004年9月；4、公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86，交通部公路规划设计院，1986年9月；5、公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007，中交公路规划设计院有限公司，2007年11月；6、路桥施工计算手册周水兴，何兆益，邹毅等编著.北京：人民交通出版社，2001年5月；注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。