摘要：钢栈桥施工过程中，难度较大的是钢管桩施工，基础的稳定是保证栈桥、平台顺利完成施工，减少事故发生，保障施工人员生命及财产安全的前提。本文以纳潮河特大桥钢栈桥施工为例，介绍了钢管桩设计以及施工技术控制，并总结相关设计及施工技术经验，为类似钢栈桥施工提供借鉴。
关键词：深水；设计施工技；钢管桩；计算
引言
近年来，栈桥及平台越来越多的被作为港口及水中桥梁施工过程中的临时通道和临时施工平台，尤其是在浅水区或浅滩区运用更为普遍。其作为施工通道及施工平台的意义在于能够大大缩短施工工期和降低施工成本，备受港口及水中桥梁施工单位的青睐。
针对海上钢栈桥的设计重点及施工注意事项，主要考虑临时结构稳定性、海水腐蚀性及台风季抗台风的一些设计措施。结构设计时主要侧重点为栈桥荷载选择及组合、防台风加固措施及海水腐蚀性三方面，本文以纳潮河特大桥钢栈桥施工为例，综合考虑钢管桩自重及受力、潮汐作用、风压力、制动力等作用下钢管桩设计和施工技术控制，并总结了相关施工技术经验。
1 工程概况
纳潮河特大桥施工钢栈桥分主栈桥和支栈桥，主栈桥长1041m，栈桥宽7.5m，栈桥设计参数：55t重车，12m³混凝土运输车和80t履带吊；同一跨内考虑两辆55t重车、一辆55t重车与一辆12m³混凝土运输车错车，其他车辆要求至少间隔两跨布置。栈桥一般普通跨径为12m，全桥共88跨，27个制动墩跨。栈桥设置在线路右侧,栈桥在线路DK104+538～DK104+574范围内前后共36m加宽3m，作为主桥施工现场安全巡查室及平安工地室的平台。支栈桥长525m，共四种类型，支栈桥宽8m，一般墩位钢平台设置一处支栈桥，主墩钢平台两侧均设置支栈桥。滩地冲刷按2m计，主河槽冲刷按5m考虑。
钢平台共4类25个，其中15*9m型号钢平台7个，18*10m型号钢平台9个，12*18m型号钢平台7个，25*30m型号钢平台2个。
表1-1 纳潮河主栈桥设置列表
2 栈桥、平台结构形式
主栈桥设计桥面顶标高为+3.8m，标准跨径采用12m，栈桥基础采用φ630钢管桩（δ=10mm），每墩设3根，钢管间距3.375m（栈桥制动墩双排布置，纵桥向桩间距1.8m，制动墩上部结构设伸缩缝；制动墩全桥布置考虑3-4跨布置一处），钢管桩垫梁采用双拼I40a工字钢，长度为9m，钢管桩连接体系采用[20a槽钢配合节点板连接。栈桥上部采用8片贝雷梁（4组）结构形式。贝雷梁上弦杆设置长9m的I22a工字钢作为横梁，间距75cm，I22a工字钢上纵向铺设I12a工字钢，间距24cm，桥面铺设8mm厚的花纹钢板。花纹钢板与工字钢之间点焊连接，保证花纹钢板不起翘。栈桥转角处设置制动墩，两转角之间长度过长情况下中间位置设制动墩。主栈桥在DK100+538～DK100+574前后36m（3个标准跨）加宽3m，作为主桥施工现场安全巡查室及平安工地室的平台。
图2-1 纳潮河特大桥钢栈桥断面布置图
3 钢管桩桥墩计算
3.1钢管桩桩长计算
泥面标高参考《新建铁路水厂矿区至曹妃甸港区集疏港铁路工程施工图纳潮河大桥总布置图及引桥桥墩与基础》，一般河槽考虑2m冲刷，主节槽考虑5m冲刷。最大桩长按40m进行计算，钢管桩重量为61.1kN，钢管桩受力为869.8+61.1=930.9kN，取单排桩容许承载力为930.9kN进行计算。
根据《港口工程桩基规范》：
根据计算，得出钢管桩最长长度为39.3m，其余钢管桩长度根据公式计算均在24m～39m之间；
综上，根据图纸设计要求，为保守起见，为确保栈桥整体稳定性，双排桩与单排桩入土深度一致，按25m考虑。
3.2振动锤选型
振动锤激振力P＞土的动摩阻力R
Fmax =2*[Ra]=2×930.9KN=1861.8KN。
R=μFmax =0.2×1861.8KN=372.4KN
选用DZ-120型振动锤，最大锤激振力775KN、最大拔桩力400KN，满足使用要求。
3.3钢管桩的流水压力计算
潮汐作用是周期性的流水压力作用与水浮力作用，但其流水压力相对设计流速较小，水浮力作用相对平均高水位也较小，因此仅计算设计流速、设计水位下水对钢栈桥的作用即可。
水流力对钢管产生的弯矩：Mx1=6.7×（22.43-7.4）=100.7kN·m。
3.4钢管桩风压力计算
当栈桥在施工及使用期出现6级风（10.8～13.8m/s）以上应停止栈桥施工，因此栈桥正常工作期风速按V=13.8m/s 取值，台风期按风速25m/s计算（此时验算栈桥仅在台风作用下无其他施工荷载时的状态）。
经计算栈桥正常工作期受风荷载为Q=0.63×12×1.688=12.8kN,其作用点在贝雷梁的中点位置，风压力对钢管产生的弯矩：Mx2=12.8×（+3.8--21.15-0.94）=307.3kN·m。
栈桥台风期受风荷载为Q=2.08×12×1.688=42.1kN。
3.5汽车水平制动力计算
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)查得，汽车制动力为汽车荷载重力的10％，同时公路—II级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN；假设55t混凝土罐车以15km/h速度行驶，制动时间为5s，则平均制动力F=45.8kN(实际中在汽车停止的瞬间，制动力比此值要大)；因此，限制混凝土罐车满载以15km/h行驶时制动时间不得小于5s，考虑到汽车行驶速度不大，取汽车制动力为车辆重力的10%，即为55kN。根据栈桥施工设计布置图，车辆停靠必须在制动墩上，制动墩为4根钢管桩受力，车辆总重量为550kN，则此处每根桩取水平制动力为550×10%÷4=13.75kN。水平制动力对钢管产生的弯矩：Mx3=13.75×（+3.8-21.15）=343.1kN·m。
3.6钢管强度及稳定性验算
钢管采用φ630×10mm螺旋钢管。
荷载组合为：
组合一：自重+竖向力+制动力+风荷载
组合二：自重+竖向力+流水压力+风荷载
组合三：自重+台风荷载+流水压力
由计算结果可知，组合应力最大为100.2MPa<145MPa，，变形最大为88.8mm>22810/250=91mm，故钢管墩强度及刚度满足规范要求。（剪应力很小，可不必计算）。注：台风期不得在钢栈桥上行车。
钢管轴向应力如下图：
图3-1 钢管轴向应力图
由计算结果可知，钢管墩轴向应力最大为49.7MPa，则钢管墩稳定性计算为：
钢管墩计算长度取22.81m，旋转半径219，则长细比为22810/219=104，查表得稳定系数为0.529。钢管墩的最大组合应力为100.2MPa，则稳定应力为52.1MPa/0.529+（100.2-49.7）MPa=149MPa<182MPa(=1.3×140MPa，1.3为临时结构容许应力提高系数)，故钢管墩的稳定性满足规范要求。
3.7 钢管墩顶受压计算
2I40a工字钢宽284mm，螺旋钢管直径630mm，壁厚10mm，计算出承压面积为5900mm2，最大桩顶荷载按930kN进行计算，则桩顶最大压应力为930kN/5900mm2=157.6MPa<188.5MPa，满足要求。
4 钢管桩施工工艺
桥台施工完毕，履带吊停置于桥台后方，整体吊装钢管，利用栈桥悬臂端拼装的栈桥墩位桩导向架定位插打前方栈桥墩钢管桩。每排钢管桩下沉到位后，应进行桩之间的连接，增加桩的稳定性，焊缝质量满足规范要求。当涨潮水位过高时，可待落潮时焊接桩之间连接。
钢管桩由两岸边向河中心打设，沉桩时以标高和贯入度双重控制，尚未到达设计标高时，以贯入度2cm/min控制。
先在河堤两岸边测量放样，履带吊行驶到足够捶打第一根桩位处，同时平板车把钢管桩从加工场地运到履带吊后方，履带吊利用液压钳起吊钢管桩，测量人员指挥钢管桩就位并调整水平和竖直精度，就位平面精度控制在5cm以内，垂直度控制在1%以内。钢管桩精确就位后，履带吊慢慢松勾利用振动锤的自重压住钢管桩，测量人员复测桩位，检查无误后开始打设钢管桩。
图4-1 履带吊(80t)打设钢管桩示意图
当钢管桩顶离水面1m时，如果贯入度尚未达到要求，则停止打设，接长管桩后再继续打设。钢管桩连接采用手工电弧焊加外拼接板连接，方法是在管节对头焊接后，再在管节节头外边焊4块20×30×1cm的拼接板，要求相邻管的管径偏差≤3mm，上下两节桩必须在同一纵向轴线上。焊接前应在焊缝上下3cm范围内清除铁锈、油污。钢管桩应采用多层焊，焊完每层焊缝后，应及时清除焊渣。
钢管桩打设到位后，测量人员马上将管桩抄平，在管桩上做好标志，并将数据提供给焊工。
5 钢管桩施工质量控制标准
焊缝外观允许偏差应符合下表规定：
6 结束语
钢管桩施工过程中，受到潮汐、风的影响较大，在栈桥投入使用后，又受到汽车水平制动力的影响，所以在钢管桩设计时要考虑周全，充分的计算各个力的影响，选择最不利工况下的工法进行施工，这样才能保证施工过程中及使用过程中的安全。
参考文献
[1]纳潮河特大桥施工组织设计.
[2]纳潮河特大桥钢栈桥、平台专项施工方案.
[3]装配式公路钢桥多用途使作手册，人民交通出版社.
[4]建筑施工计算手册，中国建筑工业出版社.
[5]路桥施工计算手册，人民交通出版社.
[6]《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004).
[7]纳潮河特大桥施工栈桥指导性布置方案（水曹施桥-27-I）.
作者简介：魏义臣（1972.09-），男，安徽泗县人，高级工程师。
论文作者:魏义臣
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2019年1月上
论文发表时间:2019/7/19
标签：栈桥论文; 钢管论文; 荷载论文; 组合论文; 平台论文; 工字钢论文; 台风论文; 《新材料.新装饰》2019年1月上论文;