装配式悬臂导向架施工栈桥工法.docx
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装配式悬臂导向架施工栈桥工法
装配式悬臂导向架施工栈桥工法
第二工程有限公司
一、前言
杭州湾跨海大桥南岸超长栈桥位于杭州湾水域南岸滩涂区，从陆地延伸至海中，总长9.78公里，是杭州湾跨海大桥Ⅸ-A、Ⅸ-B两个标段主桥施工的生命通道,也是世界上最长的施工栈桥。
本桥由中铁四局集团公司自行设计施工。
杭州湾水域工程的地质以淤泥质粘土为主，属浅海半日潮海区，潮差较大，潮水上涨时间长、流速大，栈桥钢管桩基础施工有效时间短，且施工困难。
施工中自行设计制作了装配式悬臂导向架对栈桥基础钢管桩进行定位，利用80t履带吊配合振动锤振打施工，成功解决了海中栈桥的施工难题，经总结形成本工法。
二、工法特点及适用范围
1.施工不受潮水影响；
2.施工速度快且能保证桩位精度及垂直度；
3.以悬臂导向架为操作平台，人员操作安全可靠；
4.振动锤振打钢管桩速度快，下沉容易；
5．组合式贝雷主桁，后方分块组拼，前方整体吊装架设；
6.正交异性桥面板模块化施工，实现了标准化作业。
本工法适用于海中滩涂区，跨河、海的栈桥施工。
三、工艺原理
利用架桥机原理和贝雷梁的强抗剪能力，自行设计装配式悬臂导向架施工栈桥钢管桩基础，将水上定位转变为陆上定位。
利用各类型钢将贝雷架纵梁、桥面模块等各部分通过钢管桩与地基有效地连接成整体，使栈桥基础的钢管桩形成群桩效应，以提高基础的承载力和全桥的横向稳定性。
四、工艺流程
栈桥施工工艺流程如图1：
施工准备
1工艺流程图
图1栈桥施工工艺流程
五、施工要点
（一）钢管桩施工
1．装配式悬臂导向架设计与安装
装配式悬臂导向架的设计采用4组贝雷桁架与型钢加工而成（见图2），每组贝雷桁架长为12m，各组贝雷桁架间用宽为90cm的支撑架连接，使整个导向架成为一个整体，具有很好的抗剪能力和横向稳定性。
贝雷桁架上部用木板铺设人行通道，通道两侧安装防护栏杆。
导向架前端按钢管桩桩位设置导向系统和操作平台。
操作平台长8.0m，宽4.4m，由各类型钢焊接而成，各组型钢之间的缝隙满铺木板，以便操作人员作业，平台周边安装防护栏杆，确保人员的安全。
桩位处的导向系统利用型钢加工制作成空间桁架结构，上下两层，尺寸均为1.0m×1.0m，层间间距为1.0m，利用槽钢连接成为一个整体，具有足够的刚度和强度可抗拒钢管桩在振打过程中所产生的压力。
导向系统的微调系统由8个自行设计制作的丝杠组成，分为上下两层，东西南北四个方向对称布置。
施工时利用80t履带吊进行导向架安装，导向架末端与已经铺设完成的栈桥前端贝雷梁销接，GPS测量定位后，利用导向架和其前端微调系统的丝杠调整完成钢管桩的精确定位。
通过此导向架系统可以将水上定位转变为陆上定位，避免潮水的涨、落对基础钢管桩定位的影响。
同时装配式悬臂导向架的运用实现了全天候24小时作业，不受潮水的影响，大大加快施工进度。
图2悬臂定位导向架设计示意图
2．钢管桩振打
利用履带吊吊起第一节钢管桩就位后，现场技术员用锤球从相互垂直的两个方向检查钢管桩的垂直度，然后利用导向架上的丝杠进行微调，再次检查合格后，开始吊装、开启振动锤振打钢管桩至焊接操作高度。
见图3栈桥主要工序施工图。
3．钢管桩焊接
吊装第二节钢管桩与第一节焊接，焊接时两节钢管桩接头处必须满焊，必要时进行多层焊接，焊缝必须饱满，无焊渣、焊瘤等缺陷，现场技术员检查合格后，由质检员进行超声波探伤检测，检测合格后，整个钢管桩二次振打，当钢管桩贯入度≤10cm/min且达到设计深度时即可停止振打；钢管桩插打完成后，在钢管桩之间安设型钢剪刀撑和横撑使其形成整体。
（二）主桁架设
在桩顶按设计尺寸气割槽口，并保证底面平整；吊放工字钢分配梁并与钢管桩焊接固定，上铺贝雷桁架主桁纵梁。
贝雷桁架在后方分组拼装，汽车运输至铺设位置，吊机安装，并与分配梁连结。
（三）模块铺设
桥面采用正交异性板结构，标准模块尺寸为3.78m×8m，其中横梁与贝雷桁架纵梁的连接采用“U”形卡。
模块在后方加工场地制作，现场整体拼装架设，并与主桁贝雷梁连接固定。
标准化模块间设置1cm的缝隙，用于防止因温度变化而引起的桥面板翘曲起伏，同时减少波浪的冲击力。
栈桥设计每孔15m，单排3根钢管桩，各工序时间如表1所示：
表1栈桥各工序施工时间
序号
工作内容
用时（min）
1
履带吊机前移就位
15
2
安设桩锤，桩就位
40
3
打桩三根（含接桩）
270
4
放线确定割桩位置
30
5
割余桩
30
6
气割钢管桩槽
60
7
吊装、焊450型钢分配梁
45
8
吊装贝雷桁架
60
9
起吊、安装桥面系标准化模块
140
10
合计
690（11.5h）
图3栈桥主要工序施工图
六、主要施工机械设备见表2
表2主要机械设备表
序号
机械名称
型号规格
额定功率、容量、吨位
数量
备注
1
汽车起重机
QY16
16t
1台
2
汽车起重机
QY12
12t
1台
3
汽车起重机
QY32
25t
1台
4
平板运输汽车
CA141
8t
2辆
5
履带式起重机
SC800
80t
1台
6
振动沉拔桩锤
DJ90
90kW
2套
1套备用
7
液压夹具
220-WLH
单钳
2套
1套备用
8
车床
CK320
10kW
1套
9
刨床
HCZK1340
8kW
1套
10
铣床
XK716D
8kW
1套
11
钻床
Z3550
5.5kW
1套
12
发电机
Volv250
250kW
2台
1台备用
13
气割设备
30
0.5～3m
6套
14
电焊机
DN25
500A
10台
七、劳动力组织
本工法每作业循环所需劳动力见下表3。
表3每作业循环所需劳动力
序号
工种
技术等级
人数
职责
1
起重工
初级
2
物资运输
2
平板车司机
1
3
起重工
初级
2
主桁分组拼装加工
4
普工
初级
2
5
起重工
初级
2
模块加工
6
电焊工
初级
6
7
电焊工
中级
4
8
普工
初级
2
9
起重工
初级
2
栈桥施工
10
电焊工
初级
2
11
普工
初级
2
12
汽车司机
1
栏杆安装
13
电焊工
初级
2
合计
30人
八、质量措施
本工法施工执行《钢结构设计规范》（GB50017-2003）及《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。
施工中采取以下质量措施：
1.严格技术交底，强化全员质量意识，坚持岗前培训制度。
2.加强对原材料的质量检查，做到不合格成品不进场。
3.钢管桩加工要经过检查合格后方可运至现场施工。
4.主桁贝雷梁拼装严格检查螺栓安装情况，做到无松动。
5.模块加工严格按照技术交底实施加工，焊缝要牢固，每块模块必须经专职质检员检查合格后方可出场。
6.严格控制钢管桩定位精度、振打及焊接质量，分配梁与钢管桩可靠连接。
7.主桁现场分组拼装要牢固、可靠，仔细检查固定销子有无遗漏，与分配梁连接牢固。
8.模块拼装严格控制轴线两边对称，与主桁连接牢固。
九、安全措施
1.加强全员安全教育，树立安全第一思想，建立、健全各项安全生产的规章和管理制度。
各种机械设备均由专人持证上岗操作，使用前由专职人员检查、试运转。
特殊工种要严格管理，做到持证上岗。
2.做好安全技术交底制度，制定针对性的安全技术方案及措施，并认真进行交底，使施工人员熟悉安全措施以增强自我保护意识。
3.现场临时用电必须按安全规定进行布置线路，严禁乱拖乱拉。
经常对施工现场的用电设备进行安全检查，定期测试漏电开关及接地电阻，发现问题立即整改。
4.对氧气瓶和乙炔瓶保管、存放、运输和使用严格按照操作规程执行。
5.在进行分配梁、贝雷梁拼装时，作业人员必须佩带安全带、救生衣等防护设施。
在打桩架上的作业人员必须系好安全带、救生衣等设施。
打桩架四周设围栏、救生圈及长绳。
6.制定防台风、防潮汛、防龙卷风应急预案。
成立突发事故领导小组，在遭遇强台风、大潮汛、龙卷风袭击时，负责组织所有员工进行救助及采取相应的紧急措施，避免和减少损失，确保员工生命安全。
十、效益分析
利用装配式悬臂导向架在海中对钢管桩定位施工，解决了海上快速安全施工的难题，节省了施工时间，成倍地提高了工效。
杭州湾栈桥施工工期比计划提前了8个月，节约工费约700万元，且栈桥钢管桩倾斜率均控制在规范所规定的1%之内，为主桥施工赢得了宝贵的时间。
效益分析见表4。
表4新技术效益分析表
编号
采用新技术项目
新技术施工优点
工效分析
效益分析
（工费）
1
装配式悬臂导向架
海上施工转化为陆上施工
提高4倍
节省约500万
2
贝雷主桁整体拼装
后方分块组拼前方整体吊装
提高1倍
节省约80万
3
标准化模块吊装铺设
后方加工制作前方吊装组拼
提高1.5倍
节省约120万
十一、工法实例
杭州湾跨海大桥南岸栈桥为世界上最长的栈桥，栈桥位于主桥下游，沿主桥中心线平行延伸，距主桥中心线21m。
栈桥桥面设计高程为+7.00m，纵向设计为平坡。
栈桥平面中心线含有2条圆曲线，曲线半径分别为10021m和5979m。
栈桥按双向行车道设计,设计荷载为汽超-20，履带吊-100，验算荷载为挂-120，设计寿命为5年。
栈桥采用多跨连续梁方案，桥面宽8.0m，跨径为15m，梁部采用8片间距为0.9m的单层贝雷桁架，各组贝雷桁架之间均由宽为90cm的支撑架连接，下部结构采用打入式钢管桩基础。
根据受力不同，钢管桩基础单排分别采用3φ600mm、3φ800mm两种形式。
本栈桥施工采用装配式悬臂导向架定位振打钢管桩（见附图），成功解决了海中超长栈桥施工速度慢及风、浪、潮水影响和超长栈桥横向稳定性等技术难题。
2004年4月，该桥通过了由中国铁路工程总公司、杭州湾跨海大桥工程指挥部、中港二航局、浙江省水利河口研究院、中铁大桥局集团、中铁大桥勘测设计院、东南大学、华东船舶工业学院、上海同盛大桥建设有限公司、中港四航院、中铁四局集团等单位专家组成的专家组的安全论证。
杭州湾跨海大桥南岸栈桥于2003年11月开始施工，2004年11月竣工。
栈桥边施工边运营，通过一年多的使用观测，栈桥选型合理，满足安全、快捷的海上施工要求。
执笔：
张万虎夏立超胡明权
导向架全图
栈桥施工全景图
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