钢栈桥施工技术.docx

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钢栈桥施工技术

海上钢栈桥施工技术

1、前言

桥梁施工沿线一般都要设施工便道辅助施工，由于桥梁施工环境的特殊性，必须采用相应的措施，保证桥梁正常施工。

海域桥梁基础施工一般都采用搭设钻孔平台辅助施工的方法进行，在海滩环境可采用吹填的施工方法构筑施工便道，跨河跨海桥梁施工便道可采用钢栈桥的形式，针对跨纳潮河特大桥施工环境特点，并综合考虑施工进度与工程造价问题，最终设计钢栈桥与钻孔平台辅助主桥施工，钢栈桥施工便道不仅能够解决海上桥梁施工没有合适的操作空间的技术难点，而且还提供了安全、舒适的海上施工作业平台，同时对于海域环境没有污染，桥梁建成后容易恢复沿线海域环境，并不影响设计通航。

1.2工程概况

纳潮河特大桥位于曹妃甸岛后浅滩，处于曹妃甸煤码头通路路基工程公路段以南，曹妃甸综合服务区围海造地二期工程以北，已建成通车的通岛路河规划一港池之间，滩面高程约-1.0m～0.7m，因周边工程取砂，本工程范围内局部分布有取砂坑，最深处约-17.9m。

曹妃甸特大桥全桥长7477.46m，共242孔,位于水中部分约为1.44Km。

该特大桥自191#至216#共有26个墩台在纳潮河水域施工。

设计浅滩部位采用吹填的方法构筑施工便道，水域部分全部设钢栈桥及钻孔平台，钢栈桥全长897m，根据主跨基础结构尺寸和施工需求分别设为8m、12m、15m三种宽度。

2、方案选择

为满足大桥桩基及墩台施工需要，采用在主桥桥线旁建造临时钢栈桥以辅助主桥施工的方案。

根据主桥施工需要，综合考虑当地气象、水文等资料，设计钢栈桥结构形式为：

栈桥标准桥跨为15m长，每四个标准跨为一联并设伸缩缝。

下部结构采用打入式钢管桩基础。

钢管桩顶面采用2I45b工字钢为横向连接的垫梁，顶面铺设“321”型贝雷片组成的贝雷梁，梁部结构为间距0.9m的双排单层“321”贝雷桁架，梁高1.5m，贝雷梁上面铺设间距为0.6m的型号为I25a工字钢，工字钢长度比桥面宽度大1.0m，桥面采用[30b槽钢满铺。

钻孔平台也采用此方案，平台顶面标高与栈桥顶面标高一致。

结合工程实际情况，将距承台边缘最近距离为2.5m处作为栈桥边缘对钢栈桥进行设计施工，由于沿线承台结构尺寸不同，栈桥桥面设有8m、12m、15m三种宽度，栈桥平面变宽形式如“图1”所示，综合考虑水文特点及施工需要，将钢栈桥桥面顶标高设为5m。

3、钢栈桥辅助主桥施工的特点

（1）解决了海上桥梁施工没有合适的操作空间的技术难点，提供了安全、舒适的海上施工作业平台。

（2）海上钢栈桥建设工期较短，可利用性较大，为工程进度争取时间。

（3）海上钢栈桥连通了两岸交通，为沿线桥梁施工提供了极大的方便，有利于工程质量与进度的保障。

（4）海上钢栈桥使用材料全部为常见钢材，易于购置和回收，节约成本。

（5）根据海上钢栈桥的结构特点，可以方便的调整钢栈桥结构，以满足局部不同的承载力要求。

（6）海上钻孔平台顶标高与钢栈桥桥面标高一致，为水中桩基施工提供了良好的作业空间，同时可以辅助避车，减少或省去避车台的设置，降低材料费用。

（7）钢栈桥建设、使用过程中不污染施工海域环境，拆除后容易恢复海域环境和航道通航。

4、栈桥、钻孔平台施工工艺

（1）施工准备

施工之前，全面掌握当地气候条件、水文特征、地质情况，合理安排管理人员，组建项目部，对项目各项工作分级、分工管理；项目经理部全面负责本工程组织实施、调度指挥、施工管理、进度控制、工程创优、安全管理、对外协调等全过程控制管理工作。

及时根据计划工期合理安排作业面，组织施工人员、设备和材料进场。

编制施工组织计划及施工作业指导书，有计划有步骤的开始钢栈桥的全面建设工作。

（2）测量平台搭设及测量放线

因栈桥较长且大部分在海水中，为精确定位，在施工前首先沿栈桥轴线两侧沿路线方向每500m搭设一座测量平台，测量平台与栈桥垂直距离为300m，测量平台设计为边长为4.5m的正方形，平台面标高与栈桥面标高一致，测量平台设计示意图如“图2”所示。

测量平台基础采用Φ820螺旋焊管，钢管桩基础入土深度12m，管桩基础间设剪刀撑，以I45b为横梁，以间距为1m的I25a为分配梁铺设在横梁上，焊接固定，面板采用[30b铺面，面板间焊接使之成为一体，且在平台四周用Φ50钢管焊接高1.2m的护栏，并留出入口，在出入口下方设爬梯供测量人员使用。

测量平台施工完成后在平台上借助于GPS测定出一个定点坐标及高程，施工过程中利用全站仪借助测量平台进行全部测量定位作业。

测量平台完成后首先按照设计图纸精确定出管桩基础的实际位置，并指挥定位船定位。

（3）栈桥桥台施工

栈桥桥台位置采用填土筑岛，以双排中心间距为1.5m的管桩基础作支撑，桩顶铺设I45工字钢承压，以I25a工字钢为横向分配梁，面板采用[30b槽钢满铺，端部一排管桩外侧铺衬两层荆芭挡土，桥台外侧填土至桥面标高，便道与栈桥桥台连接的填土过渡段两侧抛石护坡处理，桥台侧面示意图如“图3”示。

（4）管桩基础打设

根据设计承载力要求，普通墩管桩基础统一采用Φ820螺旋焊管，制动墩及深水处双排管桩采用Φ630螺旋焊管，管桩使用前必须进行防腐处理（后面详细介绍防腐方案），管桩基础入土深度必须保证在12m以上，普通桩位采用垂直于路线布置单排管桩基础，每排设3根管桩，伸缩缝位置采用制动墩管桩基础（制动墩示意图如“图4”示），由双排管桩组成，低潮位水深大于12m的区域，统一采用双排管桩基础。

管桩运输到施工现场后，以方便施工为目标，对管桩进行对接加长作业，一般可根据运输船长度加长至18m左右，对接加长时必须对对接部位增设加强钢板，对接完成后，由运输船运至桩位。

图1

图2

图3

图4

钢管桩基础施工时采用两次定位方法，初定位是船体定位，在仪器监控下，利用船体四角“八字”锚缆将船体初步定位，在四角打入四根φ529mm定位桩，使船体只可随潮位上下浮动。

二次定位是利用悬臂框架定位，在仪器监控下，将活动框架准确定位，用骑马螺栓和船体连接牢固。

此种方法一次可定位6

根钢管桩。

此船体可坐滩使用，可实现全天候作业，待打桩完毕后，可将活动框架螺栓松开，将框架吊离钢管，把船体移至下一墩位处施工。

管桩基础的施工可根据施工进度要求同时安排多个作业面平行施工。

钢管桩插打注意事项如下：

①钢管桩施打时要注意桩顶标高的控制。

当钢管桩进尺极为缓慢或施沉困难时，则不能强行施沉，以免钢管偏位或变形，要分析其原因，若桩尖遇到异物时，则须采取相应合理措施，以满足施工要求。

钢管桩施工的平面位置、倾斜度必须满足设计要求。

②钢管桩施打时，若桩顶有损坏或局部压屈，则对该部分予以割除并接长至设计标高。

③由于施工环境十分恶劣，经理部将安排相关部门做好天气及海洋预报资料的收集，并及时将相关情况传达到参与现场施工的相关部门或个人。

同时现场设立潮位观测标尺，适时进行潮水位观测并做好记录。

（5）、垫梁安装

每个墩位的3根钢管桩振沉完成后，检查桩的偏斜及入土深度与设计无误后，及时按设计将钢管桩间用[20槽钢焊接剪刀撑，并在桩顶焊接垫梁连成整体，垫梁由2I45b工字钢焊接组成，安装前在加工场内直接按设计长度下料，并焊接牢固，铺设垫梁前，要在桩顶按设计尺寸气割槽口，并保证底面平整，再用浮吊或汽车吊放置垫梁并与钢管桩焊接固定，并在垫梁与管桩顶连接处焊接20*30cm的耳板，以保证垫梁与管桩基础的整体性，同时防止管桩受压过度引起变形。

（6）贝雷桁架梁、横向分配梁、桥面系施工

栈桥贝雷桁架梁由“321”型贝雷片和“90”型支撑架组合拼装而成，贝雷梁安装前在岸上按照预设分段长度（15m）提前拼装完成，并运输至施工墩位，由测量人员配合在垫梁上定出贝雷桁架梁的具体位置，由吊车配合安装就位、联结，并用U型卡将贝雷桁架梁固定在垫梁上，每四跨设一道伸缩缝，伸缩缝宽度20cm。

贝雷梁全部架设完成后，沿路线方向每隔5m以[8槽钢为材料设一道横向联结的系梁，用U形螺栓固定，将四组贝雷梁联为整体。

贝雷梁安装就位后，I25a工字钢在材料加工场按设计长度下料，以I25a工字钢为横向分配梁按照设计0.6m的间距铺设，采用U形螺栓固定，U形螺栓螺母位置涂抹黄油，防止生锈。

桥面采用[30b槽钢按设计位置和宽度密铺，槽钢间缝隙焊接牢固，除伸缩缝位置外槽钢相邻端部必须焊接牢固，伸缩缝位置桥面铺设厚度为12mm大小为1.5*8m的钢板，桥面铺设完成后，用Φ50钢管焊接护栏，护栏高度1.2m，立柱间距1.5m，护栏全部刷油漆作防腐处理。

（7）钻孔平台施工

为加快施工速度，压缩工期，提高工作效率，在栈桥施工的同时，展开钻孔平台的搭建工作，以供钻机进行桩基施工。

钻孔平台的结构形式与栈桥完全一样，自下而上分别为φ820mm钢管桩、2I45工字钢垫梁、贝雷片桁架、I25a横向分配梁、以[30b槽钢做为平台面，钻孔平台顶面标高与栈桥顶面标高一致，且平台与栈桥相连，便于施工机具及车辆工作，平台管桩间以[20a槽钢为剪刀撑相连稳固，平台面上提前预留桩基施工孔位，用活动井盖盖好，钻孔平台四周焊接护栏与栈桥护栏相连。

钻孔平台搭设的同时在加工场按设计尺寸以12mm厚钢板为材料加工钢护筒，钻孔平台施工完成后，运输钢护筒至钻孔平台，在预留孔位置定位导向框，用振动锤将钢护筒振沉入河床，入土深度不小于8m，施工方法与振动打设钢管桩相似，护筒打设完成后，复核护筒中心坐标以及垂直度，检查合格后即可上钻机开始桩基钻孔作业。

钻孔平台施工工序与设备机具与栈桥施工相同，这里不再赘述。

（8）栈桥拆除

桥梁施工完成后，钢栈桥要全部拆除，恢复海域原貌，并回收材料，拆除顺序与搭设顺序相反，自上而下先拆除桥面系，可采用乙炔气割首先割除护栏，割开连接的桥面板，拆除桥面系，随后卸下U形螺栓，拆除分配梁、贝雷桁架梁、垫梁、拔除管桩，管桩拔除时同样借助振动锤施工，拔除时应先向下振动搭设1～2分钟左右以减少泥土与管桩长期形成以来的粘结力，随后向上振动拔除钢管桩。

栈桥拆除过程中及时回收、整理旧材料。

（9）钢管桩防腐方案

因栈桥使用贯穿于整个主桥施工过程中，任重道远，且栈桥位于海水之中，海水腐蚀性较大，为保证栈桥基础在整个施工及使用过程中不被海水侵蚀，同时提高栈桥拆除后钢管桩的剩余价值，对栈桥的钢管桩基础进行防腐处理，处理后的栈桥基础，其安全性、实用性、美观性都将大大提高。

一般海水中的钢管桩防腐措施有阴极保护法、涂层屏蔽法等，结合本工程实际特点、栈桥使用时间、经济效益考虑，拟采用涂层屏蔽法（即在需防腐的部位涂刷防腐材料）进行钢管桩防腐。

根据海洋环境条件和腐蚀特点的不同，海水中的钢管桩基础分为五个区段：

大气区、浪溅区、潮差区、全浸区和海泥区。

大气区与浪溅区的分界线为设计高水位加1.5m，浪溅区与潮差区的分界线为设计高水位，潮差区与全浸区的分界线为设计低水位，全浸区与海泥区的分界线为泥面。

钢管桩基础的大气区、浪溅区、潮差区和全浸区可以进行防腐涂层保护处理，海泥区无需也无法进行防腐处理，将大气区、浪溅区和潮差区统称为水上区。

本工程重点对钢管桩外表面的水上区进行防腐处理。

根据被保护钢管桩的材质、海洋环境腐蚀的特点、有效保护年限和环境条件等影响因素，参照相关技术标准中的规定，结合实际工程经验，本方案选用TO树脂涂料对钢管桩的水上区进行防腐处理

其主要技术标准：

①酸碱、耐水、耐大气老化；

②强度≥50kg.cm；

③附着力≥1级；

④弹性≤1mm；

⑤光泽95%；

⑥颜色及外观：

平整光滑，颜色纯正；

⑦冻融稳定性：

-60℃（7小时）室温（7小时）60℃（10小时）循环100次涂层无膜落，起泡现象，外观无变化；

⑧抗渗强度>15kg/平方厘米；

⑨抗压强度:

139MPa;

⑩干燥时间：

表干：

1h20min，实干：

24h；

该涂料具有优异的防腐性能和良好的附着力，耐海水、耐阴极保护、耐磨性能极佳，可在腐蚀条件恶劣的海洋环境中起到长效防腐作用。

具体施工工序：

钢管桩在由厂家定购送至施工现场后，先在岸边加工场根据钢管桩表面情况进行喷砂打磨除锈，再用高压无气喷涂的方法对钢管桩进行涂料喷涂处理，喷涂共两遍，喷涂厚度由里向外分别为100μm和150μm。

喷涂完毕后，涂层外观目测检查必须均匀，无气泡、裂纹、流挂等缺陷。

4、2质量控制措施

1、项目部在施工前编制施工技术方案和作业指导书，具体安排通知到作业层，保证作业层人员清楚各项技术指标。

2、建立质量保证体系，完善信息反馈制度，认真落实质量责任制。

在项目部设专业质检工程师，严格控制施工过程中各项技术指标，完成一段、检查一段，验收合格后方可进行下步施工。

3、施工过程中严格控制施工误差，管桩中心位置允许偏差10cm，桩顶标高允许偏差2cm，管桩及护筒的垂直度偏差在不得大于1%。

4、定期对钢栈桥进行沉降观测、记录，如有沉降过大、过快问题及时处理。

5、材料进场必须有产品合格证，并由试验站检定合格后方可使用。

6、海域施工必须及时做好钢材防腐工作，保证结构耐久性。

4、3安全控制措施

1、项目部设专职安全员全程监控施工过程，发现安全隐患及时排除。

2、制定安全施工细则，并设置安全警示牌，在钢栈桥头设置岗亭，严禁闲杂人员进入施工现场，现场施工人员必须佩带安全帽，穿绝缘鞋。

3、施工机械定期检修，保证机械正常使用和施工安全。

4、定期检修栈桥，及时修补损坏部位，排除安全隐患，保证栈桥正常使用，具体工作如下：

①定期复测海床冲刷标高，若冲刷超过设计值时，及时采用抛沙袋等办法进行维护，防止深层冲刷影响栈桥的稳定性。

②定时检查贝雷桁架片间连接件有无松动情况并及时紧固。

③检查栈桥各构件连接情况，及时进行修补。

④检查路灯线路及灯泡的完好情况，发现损坏的及时修复。

⑤对锈蚀的钢构件进行处理并涂刷防锈油漆。

⑥观测桩是否有下沉，有则采取相应措施。

5、钢栈桥结构验算

（一）栈桥结构形式

曹妃甸临时钢栈桥桥面净宽有8m、12m、15m三种形式，双向车道。

该桥桥跨为15米标准跨，上部纵梁每4跨为一联，每联纵梁端部支墩为制动墩，设6根φ630×10mm钢管桩；普通墩为3根φ820×10mm钢管桩或深水区设6根φ630×10mm钢管桩。

便桥自下而上依次为Φ820×10mm（或Φ630×10mm）钢管桩，I45b双肢横梁；纵梁选用“321”军用贝雷梁4组，每组2片；I25a横向分配梁，布置间距0.6m；[30b满铺作桥面。

由于不同宽度的栈桥受力结构相同，在此仅对8m宽度的栈桥进行结构验算。

（二）设计依据

1、《曹妃甸大桥设计说明》

2、《公路桥涵设计通用规范》

（三）主要参考资料

1、《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004

2、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-85

3、《钢结构设计规范》GB50017-2003

4、《钢结构设计手册》第三版

5、《路桥施工计算手册》

6、《桥涵》

7、《装配式公路钢桥多用途使用手册》

（四）主要技术标准

1、设计荷载：

公路－I级，挂－100

2、施工控制活载：

公路－I级，履带吊－50

3、永久荷载

（1）上部结构恒载：

每孔贝雷梁自重:

1.948kN/m×15m×4＝116.88kN

每孔桥面横梁I25a自重:

0.381kN/m×9m/根×25根=85.7KN

每孔桥面槽钢［30b自重:

0.392kN/m×15m/根×26根=152.9KN

（2）下部结构恒载：

主要为钢管桩自重与桩间连接系，根据每个墩位处的地质情况，

所采用的钢管桩长度也不相同。

4、其他可变荷载：

（1）冰压力：

20年一遇，单根直径0.82m的桩，冰压力为26.9kN；单根直径0.63m的桩，冰压力为20.7kN

（2）汽车制动力：

按《公路桥涵设计通用规范》采用。

（五）地质情况

其地质情况以次为：

2—7m厚的人工填筑碎石类土，1—5m厚人工吹填粉砂，0.5—5m厚的淤泥，5—15m厚的粉砂等。

（六）上部结构验算：

1、贝雷纵梁检算（以15米跨为例）

①、该纵梁每四跨为一联，每跨15米，每联总长为60米。

其恒载主要为：

贝雷纵梁自重、桥面系槽钢自重、分配梁工字钢重，则恒载为23.7KN/m

②、基本可变荷载为：

挂车-100、履带吊-50荷载

③、由计算可知履带吊-50较挂车-100安全，在此仅列出对挂车-100的验算过程，计算简图如下：

由受力图可知，最大弯矩为2925.6KN•m，最大剪力为：

876.6KN，制动墩最大支座反力为：

478.9KN×2=957.8KN,普通墩最大支座反力为1620.6KN。

④、受力计算：

由《装配式公路钢桥多用途使用手册》可查知四组双排单层15米跨贝雷梁容许弯矩为6305.6KN•m，容许剪力1962KN

则容许弯矩[M]=6305.6KN.m>Mmax=2925.6KN•m

容许剪力[Q]=1962KN>Qmax=876.6KN,受力满足要求。

考虑到贝雷梁横向受力不均匀，中间组纵梁受力最大，取不均匀系数为1.5，

则弯矩为：

1097.1KN.m<[M]=1576.4KN

剪力为：

328.7<[Q]=490.5KN,受力满足要求。

因此，四组贝雷主梁是满足受力要求的。

2、分配横梁验算

①、桥面系分配横梁每隔0.6m配置一根I25a工字钢，横梁与纵梁采用“U”型螺栓连接。

两片主梁净间距为1.4米，挂车-100轴重作用在中间位置，进行计算如下：

q静=2.39KN/m（桥面槽钢重量加分配横梁自重）

q活=125KN（选用选用挂车-100轴重）

受力简图如下：

由受力图可知最大剪力为64.2KN，最大弯矩为44.3KN•m，假设轴重由槽钢传至分配横梁上时由1根横梁受力，其中一根横梁按1.2分配不均匀系数计则横梁受力最大弯矩为26.58KN•m，剪力为38.52KN。

②、受力检算

弯矩应力验算：

σw＝

＝

＝66.1MPa<[σw]＝215MPa，满足受力要求。

剪应力验算：

τ=

＝

＝7.9MPa<[τ]＝175MPa，满足受力要求。

因此，横向分配梁受力满足要求。

3、桥面系槽钢验算

桥面系槽钢为[30b型卧放，汽车的轮宽为0.25米，长为0.6m，假设车轮正好压在两片槽钢上，按连续梁在4片横梁上作支点计算，假设车轮正好压在2片槽钢上，按连续梁在4片横向分配梁上作支点计算，则钢最大弯矩为15KN•m，最大剪力为75KN。

（注：

受力图略）

弯矩应力验算：

σw＝

＝

＝176.9MPa<[σw]＝215MPa，满足受力要求。

剪应力验算:

τ=

＝

＝16.1MPa<[τ]＝175MPa，满足受力要求。

因此，桥面系槽钢受力满足要求。

（七）下部结构验算：

1、横垫梁受力计算

①、制动墩横梁受力检算：

制动墩垫梁受到的最大支座反力为957.8KN，考虑到受力不均匀，中间两片主梁取1.2系数。

进行计算可得上横梁最大弯矩为：

95.3KN•m，最大剪力为：

149.1KN。

（注：

受力图略）

下横梁：

以上横梁传至下横梁上最大支座反力进行计算得，最大弯矩为121.1KN•m，最大剪力为：

162.3KN。

因上横梁与下横梁材料一致，所以选取受力最大的下横梁进行检算：

弯矩应力验算σw＝

＝

＝40.4MPa<[σw]＝215MPa，满足受力要求。

剪应力验算:

τ=

＝

＝7.3MPa<[τ]＝175MPa

因此，制动墩上、下横垫梁受力满足要求。

②普通墩横梁受力检算：

普通墩受到的最大支座反力为1620.6KN，考虑到受力不均匀，中间两片主梁取1.2系数。

进行计算可得最大弯矩为314.4KN•m，最大剪力为496.3KN。

弯矩应力验算：

σw＝

＝

＝104.8MPa<[σw]＝215MPa，满足受力要求。

剪应力验算:

τ=

＝

＝22.4MPa<[τ]＝175MPa

因此，普通墩横垫梁受力满足要求。

2、钢管桩基础受力计算

①、制动墩受力为：

支座反力+垫梁自重+24mφ630钢管桩自重=（957.8+55.1+220.2）=1268KN则每根钢管桩受力为21，1t，最大为25.4t。

②、普通墩受力最大为：

支座反力+垫梁自重+24mφ820钢管桩自重1620.6+15.7+143.9=1636.3KN,则每根钢管桩受力为59.3t.最大为71.2t。

③、钢管桩竖向受力分别计算φ820×10mm钢管桩和φ630×10mm钢管桩入土深度为12米时的竖向土摩擦力。

各层土质的极限摩阻力τ

土层

淤泥

粉砂

泥

粉质粘土

极限摩阻力τ（kpa）

15

40

40

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》，桩的承载力计算公式为：

[P]＝σRA＋∑（τjAn），不考虑端限力的作用，拟计算墩位处土层以次为：

2.0m厚的淤泥，3.5m厚的粉砂，9m厚的粉质粘土等。

则P820=0.82×3.14×（15×2+40×10）=110.7t>71.2t

P630=0.63×3.14×（25×3+20×4+15×1.5+40×3.5）=85.1t>71.2t

所以，在保证入土深度的前提下，不论是普通墩还是制动墩，采用以上两种管其竖向受力均能满足要求。

但是为满足入土深度要求如下：

按平均水位标高为0.93，管顶标高为3.47，采用24米管在打设管桩时在水深超过9.46米时，采用30米管桩打设，在水深超过15.46米时，采用36米管桩。

（八）结论：

根据对栈桥各部位进行检算，栈桥从理论上是满足受力要求的。

因各墩位处的地质情况都不一样，在施工过程中，可根据振动锤的冲击力和管桩振沉灌入度进行确定每根桩的具体长度和入土深度进行双控。

栈桥抗风浪计算略。