穗莞深城际钢栈桥\墩台身施工技术

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摘要：以穗莞深城际横涌海栈桥为例，重点介绍了重型钢栈桥的设计及施工的特点，同时对墩台身施工技术进行了细致的分析，对类似工程施工具有参考作用。

关键词：栈桥施工；墩台身；技术要点

中图分类号:U455文献标志码:A

1工程概况

穗莞深城际轨道SZH-5标施工线路为广深III、IV线改线工程及中堂镇横涌海特大桥直至线路终点，正线长约8.88km，车站3座分别为望牛墩站、莞惠望洪站及穗莞深望洪站。穗莞深城际轨道新塘至洪梅段SZH-5标承揽工程范围如下：

（1）穗莞深城际中堂至洪梅段，起讫里程DK17+120∼DK26+000，8.88km(正线)；

（2）广深III、IV线既有线改建( K35+300∼K40+000）4.72km；

（3）莞惠相关工程(DK0+150∼DK2+591.092 )2.44km等相关工程。

以上范围内的道路和沟渠改移、管线改移、路基、桥梁、声屏障、无砟轨道道床结构（包括底座和道床板钢筋混凝土）、综合接地贯通线、其它专业需与站前工程同步实施的预留工程、相关大型临时工程和过渡工程及交通疏解等和相关的其他费用。

2栈桥、墩台身施工情况

2.1栈桥施工

2.1.1栈桥设计

跨横涌海北岸（4#墩）栈桥设计长度72m，南岸（5#墩）栈桥设计长度93m，栈桥桥面宽度均为6.0m，设计标高根据各河流河堤及百年一遇洪水位标高确定，为4.0m，栈桥基础由630mm×10mm钢管桩组成，钢管桩横向之间采用[14槽钢剪刀撑连接，保证基础稳定性。基础钢管桩顶切平并加盖1cm厚钢板，垫梁采用双拼I25a工字钢，纵向主梁为两组90#花窗组拼贝雷梁组成，其上为I32分配梁，桥面采用[25槽钢扣放。

结合本重型钢栈桥施工的工况为水中、支架作业，且桥梁区域内岩层强度较大，基础入土深度浅，因此，栈桥设计时要注意以下原则：

2.1.1.1栈桥基础稳定

栈桥施工中，最为重要的就是基础部分，将直接影响栈桥的实际承重与稳定性能，在本地质水文情况下，栈桥的设计重点便是保证基础稳定性。为此，我们采用“板凳法”设计，即将基础Φ630mm钢管桩在纵向短距离布置，然后四根钢管桩依次相连，形成“四脚板凳”，确保其整体稳定性。

2.1.1.2满足实际水流要求

重型钢栈桥最大跨径设置于河流中央，保证主要水流面畅通无阻。钢管桩的横联位于河流常水位以上，保证在常水位期间河水及水面漂浮物能顺利通过，不增加栈桥横向阻水力；暴雨或汛期导致河水突涨时，派专人进行漂浮物清理。

2.1.1.3钢栈桥承载力大

由于横涌海栈桥是连接主线路基的主要通行线路，因此，施工期间重型施工机械及倒运土石方车辆将无数次通过该桥，故设计时就应确保横涌海重型钢栈桥的刚度与承载力满足各类机械的通行。

2.1.2栈桥结构计算

2.1.2.1荷载

本栈桥的最大荷载设计为50t汽车（10m3混凝土搅拌运输车），其荷载分布如图1所示。

前轴荷载：10t，后轴荷载：2×20t，轴距：4m+1.4m,轮距:1.8m；中、后轮着地宽度：0.6m，长度：0.2m。

2.1.2.2槽钢检算

槽钢@30cm在分布梁上，分布梁间距0.6m，当汽车在桥上行驶时，则轴重的全部荷载考虑槽钢（6m×0.25m×10mm）受力：Q=20×10=200kN， 最不利工况为当后轴在槽钢的中间位置时（图2）。

q=200kN/0.2=1000kN/m,R1=R2=200kN/2=100kN

强度检算：

Mmax=qb[ax/L-(x-a)2/2b]=1000×0.2×[0.2×0.3/0.6-(0.6/2-0.2)2/0.4]=15kN・m。[25a截面特性：Iy=3359.1cm4, Wmin=268.7cm3,A=28.83cm2，σ=Mmax/Wmin=15000/(268.7×10-6)=55.8MPa，σ=55.8 MPa＜1.3 [σW]=188.5MPa ，故弯曲应力强度满足要求。

RMAX=qba/L=1000×0.2 RMAX=0.2/0.6=66.67kN, σ= RMAX /A=66670/(28.83×10-4)=23.13MPa ＜1.3[τ] =85×1.3=110.5MPa ，故剪切应力满足要求。

刚度检算：

fmax=qab[(4L-4a2/L-b2/L) ×L/2-4×(L/2)3/L+(L/2-a)4/ab]/24EI，跨中fmax=0.4425×1000000×0.04/（24×7053900）=0.104mm＜L/600=600/600=1mm,满足要求。

2.1.2.3I32a工字钢（图3，图4）

工况一：当汽车后轴轮的着力点最靠近贝雷上方时，工字钢所受的剪力最大。

P=200/2=100kN,R1=180P/350=0.5P,R2=2P-R1=1.5P,

QMAX=R2=1.5×100=150kN,MMAX=85kN・m

工况二（图5，图6）：

R1=R2=P=100kN ,Q=100kN，M=0.85R1=1.3×100=85kN・m因此取：

Qmax=100kN ,Mmax=85kN・m

I32a截面特性：IX=11080cm4 ，WX=692.5cm3,SX=400.5cm3,δ=9.5mm。

强度：τ=Q/A=150×103/(67.12×10-4)=22.34MPa＜1.3[τ] =65.4MPa,

σ=Mmax/W=85×103/(692.5×10-6)=123MPa＜1.3 [σW] =188.5MPa.

刚度：

fmax=Pa2L(3-4a/L) /24EI,代入a=1.3,L=3.5得fmax=2.42mm ＜[f]=3500/600=5.8mm,刚度满足要求。

2.1.2.4贝雷架计算

工况一：当汽车后轴轮的着力点最靠近贝雷架上方且在护筒上方时，其所受剪力最大，按简支梁计算偏安全，受力简图如图7所示。

R1=1/2P×5.4/12+P×4/12=56kN,R1=2.5P- R1=194kN, Q=R2=194kN。

工况二：

当汽车后轴轮的重心在贝雷架跨中时，其所受弯距最大，按简支梁计算偏安全，受力简图如图8所示。

R1=140kN ,R2=110kN ,弯矩图如图9所示。

因此Qmax=194kN，Mmax=430kN・m。

桥面和贝雷架自重：

（270×12+52.69×3×1200/60+45/30×12×27.4）/100=68.95kN

q=68.95/(2×12)=2.87kN/m

Q=q×L/2=2.87×12/2=17.22kN

M=q×L2/8=2.87×122/8=51.66kN・m

合计：Qmax=194+60.33=254.33kN＜[Q]=490.4kN

Mmax=430+51.66=481.66kN・m＜[Mmax]=1576kN・m

单层双排贝雷架：

I=5.01×105cm4 ，[M]=1576kN・m ，[Q]=490.4kN，[f]=L/600=12000/600=20mm

将车辆简化为集中荷载：

f=PL3/(48EI)+5qL4/(384EI), 其中：P=250kN， q=2.87kN/m

fmax=(250×103×123/48+5×2.87×103×124/384)/(2.1×105×5.01×104)

=9.1mm＜[f]=20mm。

2.1.2.5钢管桩检算

本栈桥拟采用直径为φ630mm壁厚10mm的钢管作为栈桥基础。根据以上计算，连续的单根钢管桩承载力按照50t进行控制。

钢管桩稳定性、强度、刚度验算如下：

栈桥桥面标高为+4.0m，钢管桩均采用φ630×8mm，在河床以上部分钢管最大长度为14m（包含2m冲刷），即悬臂长度为14m。考虑钢管的周转折旧，计算时按壁厚9mm计。单排桩单根桩的承载力为50t。

现对钢管桩的强度、刚度及稳定性验算。

结合本栈桥的结构特性和查《公路桥涵设计通用规范》4.3.7各表，取k0=0.8；风载阻力系数k1分别取值0.8（钢管桩）、1.6（桁架）和1.3（桥面系）；地形、地理系数K3=1.08。构件的遮风面积分钢管桩、桁架主梁和桥面系分别进行计算。将以上参数代入公式进行计算（取12m单跨桥梁进行计算），可得钢管桩压力:

P=246.33+38.08×6×2/2×10×10-3+0.8×0.8×0.01×7.85×103×10×10-3

=249.12 kN

钢管桩容许承载力检算：

根据以上比较，横涌海4#地质条件最为不利，故只进行该处验算即可，钢管桩长度26m，栈桥顶面标高+4m，，横涌海4#局部冲刷线标高-17.2m，故钢管桩入局部冲刷线以下6.8m。

[P]=1/2（UΣαiliτi+αAσR）

因此[P]=1/2（1.98×1×6.8×60+1×0.0195×150）=405.4kN＞P=249.12kN

钢管桩稳定性检算：

计算公式：N/Am≤Ψ[σ],其中[σ]=140MPa,

Am=3.14×(0.3152-0.3052)=0.0195m2

N/Am=249.12×103/0.0195=12.78 MPa＜Ψ[σ]=0.469×140=65.66MPa

因此，稳定性满足要求。

2.1.3栈桥施工（图10）

图10 栈桥施工流程图

2.1.3.1钢管桩整修接长

栈桥基础采用φ630×10钢管桩，钢管桩运到工地后要首先进行检查、修整、接长，接长长度根据水深和试打深度现场确定。钢管桩对接采用单面坡口焊，已有焊缝不饱满的要进行补焊，接头一圈设六块300×200×8加强钢板。钢管桩底部沿外周设50cm高10mm厚加强钢板。钢管桩打设完毕后，要及时加焊[14a剪刀撑，增强平台整体性，防水流冲击倾斜移位。

2.1.3.2钢管桩打设

钢管桩下沉利用ZD60型振动锤，并用40T浮吊配合下放，钢管桩按摩擦桩设计，在实际打桩过程中根据不同的地质变化而采取相应的变动措施。沉入钢管桩时用一台全站仪和一台经纬仪跟踪测量，随时指导沉桩的位置。钢管桩倾斜率控制在1%以内，平面位置偏差控制在10cm以内。钢管桩打设完毕后，要及时加焊[14a剪刀撑，防水流冲击使钢管桩产生倾斜移位。

2.1.3.3纵横承重梁铺设

钢管桩打设完毕后，利用水平管抄平后将上部多余钢管割除，并在钢管桩顶加焊盖板，盖板上横向铺设双拼I25a型工字钢垫梁并焊接牢固。必须严格控制垫梁顶面标高，以保证桥面水平。然后在垫梁上摆放贝雷梁承重纵梁，横桥向间距60cm铺设I32a工字钢承重梁，垫梁与纵向承重贝雷梁，纵向贝雷梁通过花窗连成整体,纵向承重贝雷梁与横向承重梁之间用U型卡卡紧。

2.1.3.4桥面分配梁铺设

纵横承重梁铺设完毕后，顺桥向按30cm间距摆放[25槽钢，反扣放并与横梁点焊连接。

钢栈桥整体性保证措施：为提高各构件的三向受力强度，增加桥梁整体性，在受力检算合格的同时，补充以下措施。① 钢管桩板凳之间的横联连接牢固，用连接钢板满焊；② 钢管桩盖板与垫梁焊接，垫梁与贝雷梁采用[10槽钢固定；③ 贝雷梁安装兜底花窗，两排贝雷梁共设置五道斜撑进行横向连接；④ 贝雷梁与横向分配梁工字钢采用U型圆钢加螺栓进行固结；⑤ 桥面槽钢与工字钢牢固焊接。

综上设计情况，根据有关规范，对钢栈桥各结构进行受力计算，保证其承载能力和稳定性满足要求，各项计算安全系数大于2.0。该大桥水中栈桥及施工平台平面布置、剖面、细部断面及建设标准如图11所示。

图11水中栈桥及施工平台平面布置、剖面、细部断面及建设标准图

2.2墩台身施工

2.2.1 桥墩结构及分类

桥梁工程共计桥墩377座，按照结构型式分为三种：矩形、圆端形。

1）矩形主要适用于单（双线）简支梁墩身，全桥共计325座，按照墩高可分为A1～A4四种类型，具体结构尺寸统计见表1。

表1矩形桥墩结构尺寸统计表

墩 形 墩高范围m 横截面尺寸

横桥向宽度m 顺桥向厚度m

矩形（A1） 5.5～10 3～6 2.3～3.2

矩形（A2） 10～15 3～7 2.3～4.2

矩形（A3） 15～20 4～7 2.8～4.2

矩形（A4） 20～27.5 4～10 2.3～4.8

2）圆端形适用于连续梁墩身，全桥共计52座，根据连续梁墩身设计图，具体结构尺寸统计见表2。

表2圆端形桥墩结构尺寸统计表

连续梁名称 墩形 墩高范围 m 横截面尺寸

横桥向宽度 m 顺桥向厚度m

跨横涌海 圆端 16～19.5 9.3～11.2 3.7～5.5

跨倒运海 21～21.5 9.8 3.8

跨横沥涌 12.5～14 10 4

跨廖厦水道 11～12.5 10 4

跨穗莞深洪屋涡 6.5～12.5 9 4

跨赤窖口河 22.5～27 8.2～8.8 3.5～4.5

跨莞惠洪屋涡 22.5～29 8.6～9.8 4～4.5

2.2.2墩台身施工工艺与方法

本标段的墩台身为一般矩形实体墩台身，钢筋混凝土结构门式框架墩、钢结构门式框架墩。

其中一般矩形实体墩台身采用大块刚模板整体浇筑，墩身高度超过12m分层浇筑；钢筋混凝土结构门式框架墩和钢结构门式框架墩墩身与一般矩形实体墩台身施工方法相同，预应力钢筋混凝土盖梁采用支架法施工，钢盖梁采用厂家制造现场拼接吊装方法施工。

2.2.3一般矩形实体墩台身施工工艺及方法

一般矩形实体墩台身施工方法如下。

⑴基础施工完毕后，基础顶面凿毛、清理干净。

⑵测量复核中线及水平标高。

⑶在基础顶面上搭设双排脚手架，作为墩台身施工的作业平台。

⑷检验调整预埋钢筋的位置，按设计图纸绑扎墩台身钢筋。并安装模板。

⑸钢筋检验合格后，用起重机吊装模板。墩身施工根据墩身的结构尺寸，由厂家制作各种不同型号的整体钢模板。模板按图纸和施工要求制作，外模用特制大块钢模板。

⑹钢筋、模板经监理工程师检查合格后进行墩身混凝土的灌筑，并一次浇筑成型。混凝土在拌和站集中拌和，采用耐久性好的高性能混凝土，以满足主体结构耐久性使用的要求。混凝土搅拌运输车运输混凝土，泵车泵送混凝土。在灌筑混凝土作业中，不断调整串筒高度，始终保持混凝土自由下落高度不大于2m。

⑺混凝土浇筑完成拆模后，及时进行养生。采用洒水、薄膜覆盖等方式，一直养护到规范要求的养生期为止。

⑻施工时注意做好支座锚栓孔的预留，并切实做好围篮、吊篮及检查梯等预埋件的预埋。

3 注意事项

3.1栈桥

横涌海施工栈桥属于宽度小、跨径长的重型栈桥，施工方法比较常规，该栈桥施工工艺也很成熟，但由于地质水文情况特殊，栈桥设计时应尽量考虑各种不利因素，施工时应做到落实设计意图，保证栈桥施工质量。主要质量、安全控制要点如下：

1）保证钢管桩打设位置、垂直度、桩底岩层强度符合设计要求；

2）钢管桩横向、纵向剪刀撑焊接牢固；

3）栈桥各结构层之间的连接（固结、焊接）符合设计要求；

4）栈桥纵梁、横梁、桥面板间距及布置符合设计要求；

5）桥面与桥台之间应顺接，确保错台小于5mm。

3.2墩台身

1)墩、台身采取薄层浇灌，合理分层(30cm左右)，全断面连续浇灌，一次成型，控制混凝土的灌筑速度，尽量减小新老混凝土的温差，提高新混凝土的抗裂强度，防止老混凝土对新混凝土过大的约束而产生断面通缝。

2)承台施工时要采取可靠的固定措施保证承台中的墩身插筋固定牢固。

3)整体模板的设计要有足够的刚度，面板统一采用优质冷轧钢板，选择具有相应施工资质及丰富施工经验的模板厂家加工制造，确保面板焊接拚缝严密平整，表面平整光滑。

4)在墩身施工时，要通过浇筑试验墩验证模板的工艺是否符合要求、混凝土的配合比及施工工艺是否满足要求、脱模剂的性能是否能够保证外观质量满足要求。

5)全桥墩身使用同场家、同品种的水泥、粗细骨料、外加剂、脱模剂，对于一个单墩尽量使用同一批号的水泥。石子用干净水二次冲洗确保混凝土颜色一致。

6)混凝土全部采用全自动配料搅拌系统生产，泵送入模。

7)加强混凝土养护，防止产生表面裂纹。对已完混凝土进行包裹，后续工序施工模板严密，避免漏浆，使用清洁用水进行养生，保护已完混凝土结构不受污染。

8)尽量避免在墩身上安设临时预埋件，如确实需要，要征得监理工程师同意并尽可能采用预留孔洞等措施以减小对混凝土外观的影响。

9)提前安排桥台施工，以便及早组织过渡段施工。

4小结

横涌海特大桥4#、5#墩栈桥目前主要用于主墩桩基施工，随着施工进度，会陆续开展承台、墩身、连续梁、拱的施工，本栈桥可用于材料的转运，运输混凝土的通道，拱肋拼装时栈桥的加宽段用于材料的暂时中转中心。

作者简介：王发志（1980―），男，工程师。2005年毕业于山东大学材料科学与工程专业，现中铁十四局集团隧道工程有限公司工作。