某工程大跨度鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工

東湖通道工程大跨度鋼棧橋設(shè)計(jì)與施工丁德亮1，楊磊1，彭建鋒1，于洋1，付猛1（1中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，武漢，430074）摘要：為緩解東湖通道工程主體結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有沿湖路平面交叉路段交通壓力，擬采用鋼棧橋進(jìn)行交通疏解。通過(guò)對(duì)鋼棧橋設(shè)計(jì)背景分析，結(jié)合39m大跨度雙層貝雷梁鋼棧橋結(jié)構(gòu)剛度，強(qiáng)度及穩(wěn)定性受力計(jì)算，得出鋼棧橋能夠滿(mǎn)足沿湖路車(chē)輛正常行駛要求。關(guān)鍵詞：雙層貝雷梁；大跨度鋼棧橋；穩(wěn)定性；釣魚(yú)法施工1工程概述東湖通道起于二環(huán)線(xiàn)水東段主線(xiàn)高架橋（紅廟立交），止于光谷大道主線(xiàn)高架橋前（虹景立交），橫貫東湖風(fēng)景名勝區(qū)，全長(zhǎng)約10.294公里。本標(biāo)段施工主體結(jié)構(gòu)為湖中隧道，施工工藝采用明挖法施工。樁號(hào)k0+630m位置施工紅線(xiàn)穿過(guò)沿湖路湖中路段，施工過(guò)程中需要挖斷紅線(xiàn)區(qū)域沿湖路段，后期予以恢復(fù)，但是本段沿湖路中斷會(huì)導(dǎo)致整條沿湖路交通中斷，因此需要在湖中修建一座鋼棧橋供社會(huì)車(chē)輛通行使用。隧道主體結(jié)構(gòu)寬30m，雙向6車(chē)道，主體結(jié)構(gòu)為C40P8鋼筋砼兩孔閉合框架，單孔13.35m，凈高6.9m。沿湖路鋼棧橋東湖通道沿湖路鋼棧橋東湖通道圖1鋼棧橋平面布置圖圖2隧道主體標(biāo)準(zhǔn)截面圖2施工難點(diǎn)（1）本項(xiàng)目地處東湖風(fēng)景區(qū)，沿湖路旅游交通流量較大，為落實(shí)市政府文明施工的思想，施工鋼棧橋過(guò)程中盡量減少對(duì)社會(huì)交通的干擾，減少施工車(chē)輛與社會(huì)車(chē)輛的平面交叉。（2）東湖通道工程施工共分為六個(gè)標(biāo)段，本項(xiàng)目施工范圍為第二標(biāo)段，處于工程中間段位置，由于本項(xiàng)目工期緊張，施工過(guò)程中要始終保證主體結(jié)構(gòu)兩側(cè)的便道保持貫通狀態(tài)，全線(xiàn)主體結(jié)構(gòu)完成后才能恢復(fù)沿湖路，因此鋼棧橋下主體結(jié)構(gòu)需要在鋼棧橋拆除之前完成，才能滿(mǎn)足整個(gè)工程整體工期要求。（3）按照武漢市園林局要求，因施工位于東湖風(fēng)景區(qū),社會(huì)敏感度非常高，鋼棧橋施工過(guò)程中盡量減少移栽沿湖路樹(shù)木，施工過(guò)程中減小對(duì)東湖水體的影響。3主要對(duì)策（1）為避免施工過(guò)程中施工車(chē)輛與社會(huì)車(chē)輛的平面交叉，減少施工過(guò)程中對(duì)社會(huì)交通的干擾，本鋼棧橋設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮鋼棧橋跨過(guò)圍堰，圍堰堰芯頂距棧橋下弦桿凈空3.5m，保證施工車(chē)輛與社會(huì)車(chē)輛分離。（2）鋼棧橋采用39m雙層貝雷梁主跨跨過(guò)主體結(jié)構(gòu)，保證鋼棧橋不干擾主體結(jié)構(gòu)施工，從而保證工期履約。（3）為減少沿湖路樹(shù)木移栽數(shù)量，需要對(duì)沿湖路附近進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，選擇樹(shù)木較為稀疏的地點(diǎn)作為鋼棧橋與沿湖路相接的出入口。4鋼棧橋設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)概況棧橋起點(diǎn)樁號(hào)ZQK0+000,止點(diǎn)樁號(hào)ZQK0+330.8,全長(zhǎng)330.8m，跨湖中隧道主體結(jié)構(gòu)區(qū)域采用39m跨雙層貝雷梁，其他區(qū)域均采用12m標(biāo)準(zhǔn)跨徑。鋼棧橋設(shè)計(jì)橋面寬度為9m（0.228m寬護(hù)欄+1.022m寬人行道+6.5m寬雙向機(jī)動(dòng)車(chē)道+1.022m寬人行道+0.228m寬護(hù)欄），橋臺(tái)與沿湖路之間共20m長(zhǎng)臺(tái)背填筑區(qū)域。鋼棧橋平面圖及縱斷面圖見(jiàn)圖3、圖5。圖3鋼棧橋平面圖圖412m跨鋼棧橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖圖5鋼棧橋立面圖4.2設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式鋼棧橋采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，橋梁基本跨徑為12m，3－4跨為一聯(lián),棧橋標(biāo)準(zhǔn)橋面寬9m。在橋梁跨越主通道時(shí)，為便于主體結(jié)構(gòu)施工，橋梁跨度布置為39m。（1）12m跨標(biāo)準(zhǔn)斷面結(jié)構(gòu)形式12m跨鋼棧橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖如圖4所示。每墩采用橫向間距2.2m的四根φ630mm壁厚12mm的鋼管樁作為主要承重構(gòu)件。在鋼管樁樁頂下60cm和260cm處采用雙拼28b槽鋼作為平聯(lián)進(jìn)行縱向連接，平聯(lián)與鋼管樁采用抱箍連接，抱箍采用12mm厚鋼板制作，內(nèi)徑比鋼管樁大1.5mm，上下兩道平聯(lián)采用∠100*8角鋼斜撐進(jìn)行連接增強(qiáng)穩(wěn)定性。鋼管樁頂設(shè)置雙拼I45a墊梁，且在雙拼45a墊梁的貝雷梁兩側(cè)邊界處焊接∠100*8角鋼進(jìn)行限位。為增強(qiáng)I45a墊梁剛度，在貝雷梁安放位置及跨中位置設(shè)置加勁板，加勁板根據(jù)圖紙放樣加工。墊梁上布置單層4組雙排321貝雷架作為縱梁，貝雷架間采用90型標(biāo)準(zhǔn)花架連接，貝雷梁與型鋼之間連接采用直徑20的“U”型螺栓；貝雷架上部均布I28b橫向分配梁，間距75cm，橫向分配梁上設(shè)置I14縱向分配梁，間距30cm；橋面板采用10mm厚花紋鋼板，花紋鋼板與縱向分配梁焊接成框架結(jié)構(gòu)?？紤]行人安全，在橋的兩側(cè)豎向采用14#槽鋼作防護(hù)欄桿的立桿，高度為1.2米，間距為75cm；橫桿采用直徑48mm的鋼管，設(shè)3道。同時(shí)，在兩側(cè)護(hù)欄下部設(shè)置28b工字鋼作為擋板，在距棧橋外緣1.25m位置焊接I28b型鋼對(duì)車(chē)行道和人行道進(jìn)行分隔。所有型鋼連接均采用焊接，焊縫厚度不小于8mm。（2）39m跨標(biāo)準(zhǔn)斷面結(jié)構(gòu)形式圖639米跨標(biāo)準(zhǔn)斷面結(jié)構(gòu)形式棧橋基礎(chǔ)為雙排6根Ф1.2m鉆孔灌注樁，下部結(jié)構(gòu)為5.4m×9.0m×1.5m承臺(tái)，承臺(tái)上部棧橋支撐立柱Ф630mm×16mm鋼管采用螺栓與承臺(tái)錨接。在鋼管樁樁頂下60cm處采用雙拼28b槽鋼作為平聯(lián)進(jìn)行縱向連接，平聯(lián)與鋼管樁采用抱箍連接，抱箍采用12mm厚鋼板制作，內(nèi)徑比鋼管樁大1.5mm。鋼管樁頂設(shè)置雙拼I56a墊梁，且在雙拼I56a墊梁的貝雷梁兩側(cè)邊界處焊接∠100*8角鋼進(jìn)行限位；墊梁上布置5組雙層三排321貝雷架作為縱梁，貝雷架間采用45型標(biāo)準(zhǔn)花架連接，貝雷梁與型鋼之間連接采用直徑20的“U”型螺栓；貝雷架上部均布I28b橫向分配梁，間距75cm，橫向分配梁上設(shè)置I14縱向分配梁，間距30cm；橋面板、護(hù)欄及其他構(gòu)造同12m跨鋼棧橋。考慮39m跨貝雷梁水上一次吊裝難度較大，為方便施工，施工時(shí)在39跨內(nèi)設(shè)兩處臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐為單排五根Ф630mm×16mm鋼管樁，根據(jù)承載力要求打入湖底中風(fēng)化巖層1m。（3）水平轉(zhuǎn)角處銜接鋼棧橋在K0+125m處存在90°水平轉(zhuǎn)角，考慮轉(zhuǎn)角區(qū)貝雷梁難以架設(shè)，此段棧橋上部主縱梁采用型鋼搭設(shè)，在鋼棧橋轉(zhuǎn)角處兩側(cè)各增加一根Ф630mm×12mm鋼管樁，采用45cm寬的單組雙排貝雷梁進(jìn)行連接，上部型鋼分配梁與12m跨標(biāo)準(zhǔn)斷面一致。（4）12m跨與39m跨銜接構(gòu)造12m跨與39m跨單、雙層貝雷梁銜接構(gòu)造如下圖示：圖7單、雙層貝雷梁銜接構(gòu)造圖（5）主橫梁及縱梁加勁構(gòu)造為加強(qiáng)樁頂橫梁雙拼I45或雙拼I56a剛度，設(shè)置加勁板，加強(qiáng)勁板與橫梁之間采用焊接。（6）棧橋基礎(chǔ)根據(jù)棧橋各區(qū)域湖床、水文條件，地質(zhì)情況，以及承載力等因素分析，淺灘區(qū)、淺水區(qū)、深水區(qū)樁長(zhǎng)根據(jù)不同位置地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整，鋼管樁深入中風(fēng)化巖層1m，鋼管樁總長(zhǎng)約32m。（7）鋼棧橋調(diào)坡段及橋臺(tái)設(shè)置綜合考慮圍堰頂行車(chē)及碼頭通航需要，本標(biāo)段鋼棧橋橋面最大標(biāo)高取26.39m，而兩端沿湖路標(biāo)高為21.5m，存在4.89m的高差，因此在棧橋兩端至沿湖路設(shè)調(diào)坡段，兩端調(diào)坡段長(zhǎng)度分別為123.9m、186.7m。兩端調(diào)坡段縱坡分別為3.95%、2.62%，中部轉(zhuǎn)彎段20.6m為平坡段與兩側(cè)調(diào)坡段銜接，平坡段橋面標(biāo)高為26.39m，全橋不設(shè)橫坡。鋼棧橋縱坡采用貝雷梁與樁頂橫梁的楔形鋼板進(jìn)行調(diào)坡，楔形鋼板尺寸根據(jù)不同部位及棧橋構(gòu)造放樣加工。鋼棧橋橋臺(tái)為“L”型橋臺(tái)，橋臺(tái)下部為4根Ф800mm×12mm鋼管基礎(chǔ)，樁端嵌入橋臺(tái)20cm。鋼棧橋與橋臺(tái)連接構(gòu)造如下圖示：圖8鋼棧橋與橋臺(tái)連連接構(gòu)造圖4.339m跨鋼棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算（1）建立計(jì)算模型圖939m跨計(jì)算模型（2）貝雷梁最大變形計(jì)算圖10貝雷梁變形圖表1貝雷梁最大變形表組合名稱(chēng)組合內(nèi)容貝雷梁最大變形（mm）自重與城B荷載1.2×結(jié)構(gòu)自重+1.4（城市B級(jí)荷載+其他可變作用）23.1貝雷梁彈性豎向最大變形為23.1mm，即為23.1<L/400=97.5mm，撓度滿(mǎn)足要求。（3）貝雷梁強(qiáng)度計(jì)算表2桿件性能表?xiàng)U件名稱(chēng)材料斷面型式斷面面積(cm2)理論容許承載能力(KN)弦桿16Mn2[102×12.74560豎桿16MnI89.52210斜桿16MnI89.52171.5經(jīng)計(jì)算得到主桁各桿件的最大軸力如下表所示：表3桿件最大軸力表(kN)組合名稱(chēng)弦桿斜桿豎桿自重與城B荷載最大軸力325.945.4110.4由以上計(jì)算可知，貝雷梁的各個(gè)桿件的內(nèi)力都能符合規(guī)范要求。（4）14工字鋼計(jì)算圖1114工字鋼分配梁組合應(yīng)力圖（單位：MPa）由計(jì)算可得，14工字鋼的最大組合應(yīng)力為55.64MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。（5）28b分配梁計(jì)算圖1228b分配梁組合應(yīng)力圖（單位：MPa）由計(jì)算可得，28b工字鋼的最大組合應(yīng)力為66.7MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。（6）56a墊梁計(jì)算圖1356a墊梁組合應(yīng)力圖（單位：MPa）由計(jì)算可得，56a型鋼的最大組合應(yīng)力為14.62MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。（7）鋼管樁計(jì)算圖14鋼管樁最大承載力圖（單位：KN）由以上計(jì)算可知，鋼管樁的最大軸力為232.5KN1）強(qiáng)度驗(yàn)算鋼管立柱最大軸力為：N=232.5KN考慮現(xiàn)場(chǎng)施工因素，偏心e=50mm鋼管立柱設(shè)計(jì)采用為φ630×16mm鋼管A=16304.9mm2W=2076335mm32）穩(wěn)定性驗(yàn)算回轉(zhuǎn)半徑：i=183.52mm長(zhǎng)細(xì)比:查表得軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)：φ=0.8353）剛度驗(yàn)算λ=32.7＜[λ]=1505施工工藝及主要方法施工時(shí)，用于鋼棧橋、鋼平臺(tái)搭設(shè)施工的鋼管樁、貝雷片、型鋼、鋼板等材料陸續(xù)進(jìn)場(chǎng)到位后，從岸上開(kāi)始采用“釣魚(yú)法”進(jìn)行鋼棧橋的搭設(shè)。步驟1：棧橋混凝土橋臺(tái)施工完畢后，從岸邊向河道方向推進(jìn)，搭設(shè)第一跨連接棧橋。履帶吊在已填筑壓實(shí)的棧橋橋臺(tái)臺(tái)背上就位，起吊鋼管樁，與120振動(dòng)錘連接后，使鋼管樁振動(dòng)下沉，直至鋼管樁不再下沉為止，利用氣割等機(jī)具割除鋼管樁樁頂標(biāo)高以上上面多余部份，焊接鋼墊板，吊裝I56a雙拼型鋼分配梁（見(jiàn)圖15）。圖15第一跨棧橋鋼管樁施工示意圖圖16第一跨棧橋貝雷梁吊裝施工示意圖圖17第二跨棧橋鋼管樁施工示意圖圖18第二跨棧橋貝雷梁吊裝施工示意圖步驟2：履帶吊起吊、安裝已預(yù)拼好的一組15m貝雷片；在前方墩頂處懸臂3m。然后鋪設(shè)橋面橫、縱梁及橋面鋼板，完成一跨棧橋的鋪設(shè)（見(jiàn)圖16）。步驟3：履帶吊在已架設(shè)首跨棧橋上就位，起吊鋼管樁，與振動(dòng)錘連接后，使鋼管樁振動(dòng)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，利用氣割等機(jī)具割除鋼管樁樁頂標(biāo)高以上上面多余部份，焊接鋼墊板，吊裝2I45a(39m跨為I56a)雙拼工字鋼分配梁（見(jiàn)圖17）。步驟4：履帶吊起吊、安裝已預(yù)拼好的下一組12m(2排8片)貝雷梁，與安裝好的貝雷梁銷(xiāo)接就位；在前方墩頂處懸臂3m。然后鋪設(shè)橋面橫、縱梁及橋面鋼板，完成一跨棧橋的鋪設(shè)（見(jiàn)圖18）。6總結(jié)（1）通過(guò)Midas軟件對(duì)鋼棧橋的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出鋼棧橋滿(mǎn)足車(chē)輛正常通行