張福群

（廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司，廣東 廣州 510100）

0 引言

加快珠三角地區(qū)重大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，是廣東省貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記重要批示精神的重大舉措，對(duì)于建設(shè)粵港澳大灣區(qū)，打造珠三角世界級(jí)城市群具有十分重要的意義。粵港澳地區(qū)正在興建的要素流動(dòng)通道，有望勾連出一個(gè)世界級(jí)城市群。清遠(yuǎn)清新至廣州花都高速公路項(xiàng)目（下稱清花項(xiàng)目）作為綜合交通樞紐的重要組成部分，被納入廣東省“十四五”規(guī)劃重大交通基礎(chǔ)設(shè)施的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。項(xiàng)目擬建北江特大橋位于清遠(yuǎn)水利樞紐庫(kù)區(qū)內(nèi)，下距樞紐大壩約1.5km，同時(shí)跨越北江一、二線航道，故在綜合交通樞紐下的北江特大橋鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)成為一個(gè)難題。本文對(duì)清遠(yuǎn)清新至廣州花都高速公路中北江特大橋鋼棧橋和施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)、施工與使用進(jìn)行總結(jié)。

1 工程概況

北江航道為規(guī)劃Ⅱ級(jí)航道，代表船型為2000t級(jí)貨船，代表船型尺度（總長(zhǎng)×型寬×設(shè)計(jì)吃水）為90m×14.8m×2.6m。清花項(xiàng)目北江特大橋跨越該航道，設(shè)計(jì)最高通航水位13.13m，設(shè)計(jì)最低通航水位7.98m。

北江特大橋跨徑總體布置為33+147+3×360+147+33=1440m，為四塔雙索面半漂浮體系混凝土梁斜拉橋，主梁采用PK箱混凝土梁，全寬37.6m，基礎(chǔ)采用C35混凝土鉆孔灌注樁形式，樁徑3m，橋型布置圖如圖1。

圖1 北江特大橋橋型布置圖

主橋3#墩位于北江西岸，地勢(shì)起伏較大。河堤標(biāo)高+17.6m，3#主墩中心河床標(biāo)高+8.257m，樁號(hào)K14+226.162，3#主墩承臺(tái)底面標(biāo)高-4.4m，承臺(tái)頂面標(biāo)高+2.1m，承臺(tái)厚6.5m。主墩承臺(tái)設(shè)直徑300cm樁基，共設(shè)24根，樁間距6.0m，全部為嵌巖樁，樁長(zhǎng)50m。主墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

圖2 主墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

2 鋼棧橋及施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 鋼棧橋

北江特大橋3#主墩（索塔）為水中墩，3#墩水中施工平臺(tái)通過(guò)鋼棧橋與北江西岸河堤路順接，棧橋長(zhǎng) 23.6m（含鋼筋混凝土橋臺(tái)），寬9m，鋼棧橋跨徑13.8m。棧橋及施工平臺(tái)與河堤路面順接，頂標(biāo)高為+17.6m。

2.2 施工平臺(tái)

施工平臺(tái)由鉆孔平臺(tái)、碼頭平臺(tái)、支棧橋組成，鉆孔平臺(tái)主要用于主墩樁基施工，滿足鉆機(jī)鉆孔、鋼護(hù)筒振設(shè)、樁基鋼筋籠及樁基混凝土施工條件需求；支棧橋及碼頭主要用于輔助主墩承臺(tái)、索塔及主梁施工，滿足承臺(tái)圍堰、索塔鋼筋節(jié)段吊裝、主梁掛籃拼裝、材料運(yùn)輸、臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)、施工通道及部分臨時(shí)材料存放等施工條件需求[1-2]。

棧橋及施工平臺(tái)三維模型圖和立面圖分別見(jiàn)圖3、圖4所示。棧橋斷面圖見(jiàn)圖5所示。

圖3 棧橋及施工平臺(tái)三維模型圖

圖4 棧橋及施工平臺(tái)立面圖（單位：cm）

圖5 棧橋斷面圖（單位：cm）

2.3 結(jié)構(gòu)型式

（1）棧橋下部結(jié)構(gòu)：橋臺(tái)位于大堤，采用鋼筋混凝土（C30）基礎(chǔ)，棧橋1#墩采用打入鋼管樁基礎(chǔ)，樁徑820mm，壁厚12mm，單排3根鋼管樁，橫向間距為3m；平聯(lián)采用Ф 426mm×6mm鋼管，剪刀撐采用I20a型鋼。

（2）棧橋上部結(jié)構(gòu)：從下到上依次是樁頂2I56a型鋼承重梁、貝雷梁、I22a橫向分配梁、裝配式橋面板（I12.6縱向分配梁、1cm厚花紋鋼板）。貝雷梁橫向共設(shè)11排，貝雷布置圖見(jiàn)圖6；I22a橫向分配梁縱向間距0.75m。

圖6 貝雷布置圖

（3）施工平臺(tái)下部結(jié)構(gòu)：采用打入鋼管樁基礎(chǔ)，樁徑820mm，壁厚12mm；平聯(lián)采用Ф426mm×6mm鋼管，剪刀撐采用I20a型鋼。

（4）施工平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)：從下到上依次是樁頂2I56a型鋼承重梁、貝雷梁、I25a縱向分配梁、橋面板（I14分配梁、1cm厚花紋鋼板）。

施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖7，棧橋及施工平臺(tái)平面圖見(jiàn)圖8。

圖8 棧橋及施工平臺(tái)平面圖（單位：cm）

3 鋼棧橋及施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.1 荷載控制

（1）棧橋設(shè)計(jì)控制荷載：80t履帶吊吊重15t、120t履帶吊、12m3混凝土罐車(chē)通行、XR550D旋挖鉆機(jī)運(yùn)輸通行。

（2）平臺(tái)設(shè)計(jì)控制荷載：XR550D旋挖鉆施工、鋼護(hù)筒振設(shè)[3]。

3.2 工程材料

鋼棧橋及施工平臺(tái)使用的主要材料如表1所示。

表1 工程材料用表

3.3 計(jì)算控制參數(shù)

（1）鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：Q235鋼（厚度＜16mm）抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度f(wàn)=215MPa，抗剪強(qiáng)度f(wàn)v=125MPa；Q345鋼（厚度＜16mm）抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度f(wàn)=305MPa，抗剪強(qiáng)度f(wàn)v=175MPa。

（2）允許撓度：簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)L/400，懸臂結(jié)構(gòu)L/200。

3.4 荷載計(jì)算

（1）結(jié)構(gòu)自重；

（2）80T履帶吊荷載：80T履帶吊（履帶吊自重按78t，吊重15t）按總重93t，單根履帶寬80cm，履帶與地面接觸長(zhǎng)度為554cm。

（3）120T 履帶吊荷載：120T 履帶吊（履帶吊自重按110t），單根履帶寬101.5cm，履帶與地面接觸長(zhǎng)度為689cm。

（4）鉆機(jī)荷載

XR550D旋挖鉆機(jī)：自重185t，包括鉆桿27t，不計(jì)鉆桿重158t，加載時(shí)按1.3×185=240.5t計(jì)，旋挖鉆機(jī)履帶長(zhǎng)按6.8m計(jì)算，履帶寬1.0m，橫向凈距4m。

（5）12 方混凝土罐車(chē)荷載：滿載按50t總重，空載按20t。

滿載時(shí)：P1=10t，P2=P3=20t，總重50t。

（6）流水壓力：施工區(qū)域流水設(shè)計(jì)流速取1.85m/s。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》計(jì)算公式FW=

對(duì)圓柱墩K=0.8，流水壓力：Fw=0.8×10×0.82h×1.852/(2×9.81)=1.1443h(kN)；即鋼管樁在水中的自由段上端承受2.2886kN/m的水流壓力，流速隨河水深度增加而遞減，呈倒三角形分布。計(jì)算時(shí)按13.13m高水位加載，加載至鋼管樁上的荷載為：1.1443kN/m。

（7）風(fēng)荷載：基本風(fēng)速按28.4m/s。

正面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

式中：

WK—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

βgz—高度Z處的陣風(fēng)系數(shù)；

μS1—風(fēng)荷載體型系數(shù)；

μZ—風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

wO—基本風(fēng)壓，kPa。

（8）人群荷載：按3kPa計(jì)。

3.5 荷載組合及工況分析

3.5.1 鋼棧橋

通過(guò)對(duì)比分析，80T履帶吊、120T履帶吊重量較旋挖鉆機(jī)輕，計(jì)算時(shí)按旋挖鉆機(jī)通行計(jì)算[4]。

（1）工況一：旋挖鉆機(jī)通行。

剛度組合：棧橋自重⑴+鉆機(jī)重⑷+人群荷載⑻+風(fēng)荷載⑺+水流力⑹；

強(qiáng)度組合：1.2棧橋自重+1.4（鉆機(jī)+人群荷載+風(fēng)荷載）+1.5水流力

（2）工況二：2輛混凝土罐車(chē)滿載從棧橋右側(cè)經(jīng)過(guò)、左側(cè)為空罐車(chē)（按汽20加載）

剛度組合：棧橋自重⑴+混凝土罐車(chē)⑸+人群荷載⑻+風(fēng)荷載⑺+水流力⑹；

強(qiáng)度組合：1.2棧橋自重+1.4（混凝土罐車(chē)+人群荷載+風(fēng)荷載）+1.5水流力。

（3）工況三：前后兩輛混凝土罐車(chē)在棧橋中間通行。

剛度組合：棧橋自重⑴+混凝土罐車(chē)⑸+人群荷載⑻+風(fēng)荷載⑺+水流力⑹；

強(qiáng)度組合：1.2棧橋自重+1.4（混凝土罐車(chē)+人群荷載+風(fēng)荷載）+1.5水流力。

3.5.2 施工平臺(tái)

（1）工況一：平臺(tái)搭設(shè)工況，平臺(tái)搭設(shè)及鉆孔時(shí)80t履帶吊在材料堆放平臺(tái)及支棧橋上進(jìn)行平臺(tái)搭設(shè)施工。

剛度荷載組合：施工平臺(tái)自重⑴+履帶吊荷載⑵+流水壓力⑹+風(fēng)荷載⑺+人群荷載⑻；

強(qiáng)度荷載組合：1.2施工平臺(tái)自重+履帶吊荷載⑵+1.5流水壓力+1.4風(fēng)荷載+1.4人群荷載

（2）工況二：鋼護(hù)筒振設(shè)工況，120t履帶吊振鋼護(hù)筒

剛度荷載組合：施工平臺(tái)自重⑴+履帶吊荷載⑶+流水壓力⑹+風(fēng)荷載⑺+人群荷載⑻；

強(qiáng)度荷載組合：1.2 施工平臺(tái)自重+1.4 履帶吊荷載+1.5流水壓力+1.4風(fēng)荷載+1.4人群荷載。

（3）工況三：鉆孔及混凝土澆筑工況?；炷凉捃?chē)及履帶吊在材料堆放平臺(tái)及支棧橋上通行、鉆機(jī)在鉆孔。沖擊鉆較輕，只計(jì)算旋挖鉆施工。

剛度荷載組合：施工平臺(tái)自重⑴+履帶吊荷載⑵+鉆機(jī)荷載⑷+罐車(chē)荷載⑸+流水壓力⑹+風(fēng)荷載⑺+人群荷載⑻；

強(qiáng)度荷載組合：1.2 施工平臺(tái)自重+1.4 履帶吊荷載+1.5 鉆機(jī) 荷 載+1.4 罐 車(chē)荷載+1.4 流水壓 力+1.4 風(fēng) 荷載+1.4人群荷載。

3.6 計(jì)算模型及驗(yàn)算

3.6.1 計(jì)算模型

鋼棧橋及施工平臺(tái)計(jì)算采用整體建模計(jì)算，主要驗(yàn)算棧橋的強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，棧橋和施工平臺(tái)計(jì)算模型示意分別如圖9、圖10所示。

圖9 鋼棧橋計(jì)算模型

圖10 施工平臺(tái)計(jì)算模型

3.6.2 各工況驗(yàn)算結(jié)果及穩(wěn)定性分析

（1）對(duì)鋼棧橋及施工平臺(tái)各工況進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如表2。

表2 驗(yàn)算結(jié)果匯總表

（2）整體穩(wěn)定性分析。

對(duì)鋼棧橋整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈曲分析，在旋挖鉆機(jī)通過(guò)時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性臨界荷載系數(shù)為8.53，滿足要求，如圖11。

圖11 鋼棧橋屈曲分析

施工平臺(tái)整體穩(wěn)定性分析的二階模態(tài)結(jié)果如圖12所示：臨界荷載系數(shù)為16.3，鉆孔平臺(tái)的整體穩(wěn)定性滿足要求。

圖12 施工平臺(tái)屈曲分析

（3）鋼管樁穩(wěn)定性分析。

根據(jù)計(jì)算，鋼管樁最大軸力為1716.08kN，鋼管樁Ф 820 回轉(zhuǎn)半徑i＝287mm，按自由長(zhǎng)度為l＝16000mm，鋼管樁按8mm壁厚計(jì)算，截面面積Am=20407mm2，長(zhǎng)細(xì)比：λ=l0/i=16000/287＝55.75，查受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)表，穩(wěn)定系數(shù)Φ=0.829。

鋼管允許壓力:[N]=Φ×Am×[σ]=0.829×20407mm2×215MPa=3637.2kN＞1716.08kN，單樁穩(wěn)定性滿足要求。

3.6.3 結(jié)論

根據(jù)計(jì)算，鋼棧橋及施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工。

4 鋼棧橋及施工平臺(tái)施工

根據(jù)鋼棧橋及施工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)布置，綜合考慮其所處位置的地質(zhì)情況，下部結(jié)構(gòu)施工采用履帶吊+“釣魚(yú)法”振設(shè)施工。由于此工程位于繁忙水利樞紐，為減少水上拼裝作業(yè)時(shí)間，依托本項(xiàng)目研發(fā)出一套“裝配式棧橋拼裝模塊”，將貝雷及平聯(lián)成榀加工后，直接吊裝，具體施工工藝流程見(jiàn)表3。

表3 鋼棧橋及施工平臺(tái)的施工流程

5 鋼棧橋及施工平臺(tái)的使用

5.1 使用過(guò)程養(yǎng)護(hù)

由于鋼棧橋需使用較長(zhǎng)時(shí)間，必要的維護(hù)是維持其使用壽命的有力保障，需成立鋼棧橋管理小組，定期分別對(duì)鋼棧橋進(jìn)行全方位的檢查和保養(yǎng)，以確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用安全，使用過(guò)程中加強(qiáng)棧橋貝雷片的檢查，如發(fā)現(xiàn)變形及時(shí)加固或更換，具體的維護(hù)項(xiàng)目包括以下幾點(diǎn)：

（1）做好施工監(jiān)控，經(jīng)常測(cè)量鋼管樁標(biāo)高，監(jiān)測(cè)相鄰鋼管樁基之間的相對(duì)沉降；

（2）定期觀測(cè)鋼管樁的沖刷情況，對(duì)于沖刷過(guò)大的位置采用拋填砂袋或插打鋼管樁分水墻的方法進(jìn)行維護(hù)；

（3）定期檢查貝雷桁架縱梁連接處的銷(xiāo)子、定位銷(xiāo)的松動(dòng)脫落情況；

（4）檢查螺栓松動(dòng)情況，對(duì)螺栓、螺帽脫落的部位及時(shí)安裝緊固；

（5）檢查警示燈、照明線路的完好情況，發(fā)現(xiàn)損壞的及時(shí)修復(fù)；

（6）對(duì)橋面板發(fā)生翹曲或損壞的部位，及時(shí)修復(fù)或更換；

（7）遇到臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、汛情、大潮、大霧等災(zāi)害性天氣時(shí)，在保證設(shè)備、人員安全撤退后及時(shí)關(guān)閉鋼棧橋，禁止一切人員、車(chē)輛上橋，待解除警報(bào)后再使用。

5.2 竣工拆除

（1）北江特大橋橋梁索塔、主跨、邊跨施工完成后，拆除鋼棧橋及平臺(tái)。

（2）自棧橋終點(diǎn)至起點(diǎn)依次拆除橋面附屬設(shè)施、橋面板、型鋼分配梁、貝雷、承重型鋼、鋼管樁平聯(lián)與斜撐、鋼管樁。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以清遠(yuǎn)清新至廣州花都高速公路中北江特大橋?yàn)槔?，?duì)鋼棧橋和施工平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)鋼棧橋及施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算，鋼棧橋及施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工。由于該工程位于繁忙水利樞紐，為減少水上拼裝作業(yè)時(shí)間，采用“裝配式棧橋拼裝模塊”，將貝雷及平聯(lián)成榀加工后，直接吊裝。從鋼管樁振設(shè)、平聯(lián)模塊安裝、貝雷模塊安裝、橋面板及防護(hù)欄桿模塊安裝等方面分析施工工藝流程。由于鋼棧橋需使用較長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)定期分別對(duì)鋼棧橋進(jìn)行全方位的檢查和保養(yǎng)，以確保其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用安全。