钢栈桥设计及施工方案

摘要：通过海南东环线万泉河特大桥水中基础工程的施工，对水中钢栈桥施工技术进行了阐述，并对施工方法进行了探讨，提出了计算方法和技术措施。关键词：海南东环线；万泉河特大桥；钢栈桥；施工技术1.工程概况海南东环线位于海南省东海岸，北起海南省省会海口市，南至著名热带滨海旅游度假胜地三亚市，途经文昌、琼海、万宁和陵水等四市县，线路全长308.11正线公里。万泉河双线特大桥位于琼海，桥全长3971.92m，其中0#台～50#墩、71#墩～122#台为陆地墩台,51#墩～70#墩跨越万泉河，为水中墩。基础均为群桩钻孔桩基础、矩形承台，结构尺寸如表1-1：桥址百年一遇河道设计洪（潮）水位为10.47m，设计流量为17060m3/s，断面平均流速2.23m/s；设计测时水位3.0m，施工水位考虑3.0m。本桥位于近海地带，受季节降雨、台风及上游水库影响，河道水位值相差较大，现场实测水位落差可达4.0m，56～63#墩深水基础施工难度大。水中桥址区域地层岩性从上而下主要为：细砂、中砂、粗砂、全风化、强风化、弱风化砂岩，部分墩位岩层直接过渡桥址区域砂层厚。本桥主墩承台基础属高桩承台，承台置于河床面，拟采用搭设钢栈桥及“先桩后堰”工法施工桩基及承台。2.钢栈桥设计对于钢栈桥设计，我国目前尚没有可以遵循的规范。为此，在钢栈桥设计中，我们遵循相关要求和规定，同时遵守国家及相关行业标准、当地水文地质资料和有关设计手册。2.1钢栈桥构造形式考虑历年洪水水位，桥面标高设置为9m，在特大洪水来临之时，本桥不通行。栈桥设计采用多跨连续梁方案，全长453m，共计42跨，每7跨为一联，其中26跨长12m，15跨长9m，1跨长6m。贝雷梁结构：施工钢栈桥采用“321”型贝雷桁架，每联之间设立双墩，采用2组单层双排贝雷桁架，其间距采用4.5m；桥面全宽6.0m；桥面系：由防滑钢板和型钢组成的,桥面板厚度为10mm，横梁为I40b工字钢，间距1.5m；纵梁为I12.6工字钢，间距40cm；桩基础：f550，d=10mm厚钢管桩，材质为Q235，采用钢板卷焊。栈桥设计使用期为24个月，为保证施工车辆行驶安全沿栏杆出顺桥向设置通长I28工字钢作为路缘保护以防止车辆坠落。栈桥设计荷载参数：汽－超20（单列）；设计行车速度为15km/h。图2.1-1：钢栈桥横断面图2.2钢栈桥设计计算2.2.1荷载计算栈桥设计通过吊机、混凝土罐车等重车，根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》4.3.1规定，车辆荷载采用汽－超20级荷载时其技术指标如下表所示:表2.2.1-1：车辆荷载技术指标图2.2.1-1立面布置图2.2.2设计计算⑴建立模型及受力计算采用空间有限元法对钢栈桥进行计算分析，利用MIDAS软件建立7跨一联的结构计算模型，桩底采取固结，风荷载可等效于集中荷载施加在最外侧一片桁架的节点上。由于水流力作用在钢管桩上，相当于使上部贝雷桁架横向整体移动而对其应力影响不大，故在上部结构分析中，可不考虑水流力的作用。图2.2.2-1钢栈桥模型图车辆行驶至跨中时弯矩最大，行驶至支点时反力最大，按此两种工况进行计算，可求得：贝雷梁最大弯矩为870KNm；剪力最大为230KN；反力最大为276KN。⑵结构检算根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》查得：采用不加强双排单层贝雷片则：[δ]=1576.4KNm[τ]＝490.5KN故:[δ]max=870KNm[δ]=1576.4KNmτ＝230KN[τ]＝490.5KN合格!根据《公路桥涵地基和基础设计规范》单桩极限承载力:Q=Qsk+Qpk计算桩深7m，单桩承载力可达301.75KN276KN,满足要求；考虑冲刷线深度3m，则入砂深度达10m。3.施工工艺流程钢栈桥施工流程见图4-1：施工流程框图4.施工方法栈桥施工主要由基础钢管桩振打、贝雷主桁架设、桥面铺装三部分组成，栈桥基础施工采用履带吊配合打桩锤施打钢管桩；主桁采用在后方场地内拼装分组桁架，将分组桁架运至现场利用吊车组拼成整体；桥面施工采用在后方将桥面分块加工成标准化模块，由汽车运输到位后利用履带吊吊装架设，依次逐跨施工，如下图所示钓鱼法施工。图4-1钓鱼法施工示意图5.维护保养5.1结构维护保养①制定《栈桥交通管理办法》,从人员、车辆、荷载、标志、通行、用电、环保、处罚等方面加以规定，将因施工机械违章对栈桥造成的损坏减小到最低程度，从而起到对钢栈桥的日常维护保养的作用。②在栈桥进口竖立标明载重等级、限制车速等重要通行规则的标志牌，严防超载、超速运行，确保交通运营安全。③栈桥使用寿命24个月，必要的维护是保证栈桥使用期正常运营的有力保障，定期对栈桥进行全方位的检查和保养，以确保栈桥的使用安全。④长期观测栈桥基础钢管桩的冲刷情况，对于冲刷过大超过栈桥设计参数警戒的位置采用抛砂袋、片石的办法进行维护；同时在潮水流速较大的区域设立沉降观测点对基础钢管桩进行观测,若发现基础有不均匀沉降,立即加以处理。⑤定期检查贝雷桁架纵梁连接处的销子、螺栓的松动脱落情况。在销子周围涂油脂,以防雨水进入销孔内。⑥定期测量桥梁的跨中挠度，是否有所增加。挠度增加的速度应与销子或销孔磨损度成正比，其增量应该是很小的。如挠度增加过快，表明销子或销孔或桁架上下弦杆有了损坏，应立即进行详细检查，并采取有效措施解决。5.2钢栈桥防腐保养栈桥位于特殊的河海环境中，钢结构构件更容易锈蚀，一旦钢栈桥锈蚀，必然会降低钢栈桥的承载能力和使用寿命，所以按期除锈、刷漆保养是保证栈桥寿命的重要环节。①定期认真检查贝雷片、横撑、斜撑等构件的各个部位有无损伤、变形、油漆脱落、锈蚀等情况。对锈蚀的部位，必须先将灰尘、油污、锈斑以及各种脏物清理干净，然后再喷油漆。②油漆表面有大面积吐锈，需将吐锈处的面漆、锈斑、氧化皮等彻底清除干净，并露出光洁的金属表面，重涂面漆。③件与杆件、杆件与节点板连接时，通常不可能周边都焊满，因此，互相搭接处的缝隙不能密封。缝内钢料表面与大气相通，积水后容易锈蚀，亦不便维修。施工中发现有锈蚀现象,则在缝隙内塞上腻子，表面再涂油漆，将缝隙密封起来，使缝内钢板表面与大气隔离，以达到防止锈蚀的目的。结束语：由于本桥工期要求及所处位置在海南岛，大型吊车极少，故采取的是50t龙门吊，因此最大桥跨选择12m，不能充分利用贝雷梁。在条件允许的情况下，本桥采用最大桥跨15m、18m，均能满足要求。