陳順良

(廣珠鐵路有限責(zé)任公司，廣東廣州510405)

西江特大橋深水棧橋設(shè)計(jì)及施工技術(shù)＊

陳順良

(廣珠鐵路有限責(zé)任公司，廣東廣州510405)

西江特大橋是新建廣州至珠海鐵路復(fù)工工程重點(diǎn)工程項(xiàng)目，水中墩施工采用棧橋運(yùn)輸。本文重點(diǎn)介紹棧橋的設(shè)計(jì)與施工，該方案充分考慮了運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性、合理性和施工簡(jiǎn)便性，積累了較為成功的經(jīng)驗(yàn)，可為類似工程施工提供參考。

深水;棧橋;設(shè)計(jì);施工

一、工程概況及地質(zhì)條件

新建廣州至珠海鐵路復(fù)工工程西江特大橋全長(zhǎng)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(gòu)拱+(48+80+48)m連續(xù)梁，起止墩號(hào)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(zhuǎn)材料多，水中墩施工運(yùn)輸經(jīng)比選后采用棧橋+船運(yùn)分段結(jié)合運(yùn)輸方式，該方案具有棧橋運(yùn)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(jìn)度的優(yōu)點(diǎn)。由于西江水上運(yùn)輸繁忙，施工中需保留兩個(gè)設(shè)計(jì)通航孔保證船只通行。根據(jù)本橋的實(shí)際情況，水中墩施工運(yùn)輸方式除主航道142JHJ墩采用船運(yùn)外，其他墩采用棧橋進(jìn)行各種物料的運(yùn)輸。

河道左岸側(cè)從河床往下分別為:細(xì)砂、淤泥質(zhì)砂(60kPa);粗圓礫土(350kPa);強(qiáng)風(fēng)化砂巖(300kPa);弱風(fēng)化砂巖(450kPa)。137JHJ～141JHJ墩處河床覆蓋層較厚，均在20m以上。右岸側(cè)從河床往下分別為:淤泥(40kPa);全風(fēng)化砂巖(200kPa);強(qiáng)風(fēng)化砂巖(300kPa);弱風(fēng)化砂巖(450kPa)。144JHJ～145JHJ墩處河床淤泥覆蓋層較薄，為4～10m，143JHJ墩處無(wú)覆蓋層。

二、棧橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(一)設(shè)計(jì)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(fēng)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(tái)連接成一體)橋面為雙車道6米;設(shè)計(jì)施工水位為7.134m，棧橋梁低標(biāo)高按7.5m控制，棧橋頂面標(biāo)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(zhǎng)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(zhǎng)231m;141JHJ～143JHJ墩間兩孔230m作為施工期間通航孔。

(四)棧橋下部結(jié)構(gòu)形式

基礎(chǔ)采用φ813、φ720、φ630三種直徑壁厚10mm、12mm螺旋焊縫鋼管樁，樁長(zhǎng)根據(jù)河床基巖標(biāo)高、承載力變化自22－45.5m不等，樁尖進(jìn)入基巖面下1m。東岸2JHJ、6JHJ、10JHJ、14JHJ、19JHJ墩和西岸3JHJ、8JHJ、11JHJ墩設(shè)置成制動(dòng)墩，每個(gè)制動(dòng)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(shè)2I45c工字鋼橫梁。

(五)棧橋上部結(jié)構(gòu)形式

棧橋梁部采用貝雷片進(jìn)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(cè)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(shè)3道鋼管橫桿護(hù)欄。

三、棧橋施工方法及技術(shù)措施

(一)鋼管樁制作及打設(shè)

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

打樁船拋錨定位后，起吊鋼管并進(jìn)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(shè)。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(guò)久，以免土的摩阻力恢復(fù)，造成繼續(xù)下沉困難。

振動(dòng)沉樁的停振標(biāo)準(zhǔn)，以通過(guò)試樁驗(yàn)證的樁尖標(biāo)高控制為主，最終貫入度做為校核。

右岸深水區(qū)河床無(wú)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(qiáng)型特制錐形16Mn鋼樁尖法，改善了打入效果。在橋墩下游側(cè)打入斜樁，在高程+2m處與橋墩鋼管樁焊接，在上游設(shè)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(cè)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(jié)合在一起。

貝雷片預(yù)先在陸上或已搭設(shè)好的棧橋上按每組尺寸拼裝好，然后運(yùn)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(shè)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(shè)一套螺栓。面板使用［20a槽鋼，在I25a上鋪設(shè)，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(shè)3道鋼管橫桿護(hù)欄。

四、棧橋結(jié)構(gòu)檢算要點(diǎn)

(一)梁部結(jié)構(gòu)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(jì)算簡(jiǎn)化，將中間跨度減少進(jìn)行計(jì)算，跨度組合按12m+4×24m+12m計(jì)算。

(二)貝雷梁受力檢算

1.計(jì)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(dòng)荷載作用下最大撓度是fq+L=6cm。

非彈性撓度f(wàn)0=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(jié)構(gòu)模型建立:

東岸棧橋，在靠近141號(hào)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(shí)際地質(zhì)情況，單排鋼管柱結(jié)構(gòu)(最深處)受力模型見圖1。

圖1

2.風(fēng)荷載計(jì)算

施工水位處基本風(fēng)壓為:

膺架1.7m高計(jì)算，那么作用在24m長(zhǎng)的膺架上的風(fēng)壓力為:

3.水流荷載計(jì)算

水流荷載按橋位流速為2.0 m/s(洪水時(shí)期流速取2.0 m/s，枯水期正常流速經(jīng)測(cè)定為1.0 m/s)計(jì)算，按7.5m水位計(jì)算，普通墩從施工水位到河床最長(zhǎng)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(zhuǎn)化為倒三角分布荷載見圖2。

圖2

4.雙排鋼管柱的整體結(jié)構(gòu)計(jì)算

(1)計(jì)算模型

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

(2)應(yīng)力結(jié)果

鋼管樁最大組合應(yīng)力是165MPa。φ813－12鋼管的回轉(zhuǎn)半徑是283.228mm，鋼管墩自由長(zhǎng)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(yīng)力是235MPa，剛好滿足穩(wěn)定要求。

(四)鋼管樁地基承載力檢算

對(duì)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(zhì)土進(jìn)行計(jì)算，其樁側(cè)極限摩阻力按25kPa計(jì)算，樁端極限阻力按105kPa計(jì)算，單樁豎向受力最大是100t。用Φ630－12的鋼管進(jìn)行計(jì)算。

表1 巖土設(shè)計(jì)參數(shù)

2.單樁豎向抗壓承載力估算

表2 計(jì)算參數(shù)表

樁身周長(zhǎng)u、樁端面積Ap計(jì)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(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為:

總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為:

單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為:

單樁豎向承載力特征值Ra計(jì)算，根據(jù)基礎(chǔ)規(guī)范附錄Q條文Q.0.10第7條規(guī)定

因?yàn)闂蚴桥R時(shí)結(jié)構(gòu)，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(jié)語(yǔ)

西江特大橋作為廣珠鐵路重點(diǎn)控制性工程，其棧橋施工為該橋施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。棧橋施工的成功實(shí)施，解決了深水、裸巖、防洪等難題，經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、安全可靠，為工程的順利實(shí)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(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》鐵建設(shè)〔2005〕160號(hào)［S］.北京:鐵道出版社，2005.

［2］TB10415－2003鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:鐵道出版社，2003.

［3］GB50007－2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］趙明華.橋梁樁基計(jì)算與檢測(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2002.

2011－02－18

陳順良(1964－)，男，工程師。