深水基础钢栈桥设计与施工

深水基础钢栈桥设计与施工

摘要深水基础施工时，一般需修建钢栈桥作为运输通道，并依附钢栈桥搭设作业平台，实现由水中作业转化为陆地作业的目的。本文通过新许特大桥双洎河水中墩栈桥实例，详细介绍了钢栈桥的设计过程和施工方法，供同行参考借鉴。

关键词钢栈桥；设计；施工方法

1工程概述

石武客运专线新许特大桥全长41.209km，其中401#墩～405#墩位于双洎河水中，水位从6.27m至9.71m不等。该桥下部结构设计为钻孔桩基础、矩形承台、圆端型桥墩。本桥横跨双洎河，水中墩主要地质为：淤泥质粉质黏土、粉土、粉质黏土、中密粉土、细砂、粉质黏土、石英质粗圆砾土；桥址区第四系地层覆盖厚达80m以上，地质构造不发育。

2总体方案

401#~405#水中墩施工采用搭设钢栈桥作为运输通道，并在相应墩位处搭设作业平台进行钻孔桩作业和钢板桩围堰施工，围堰封底后再进行承台及墩身施工的施工方法。本文重点讲述钢栈桥的设计与施工技术。

3钢栈桥设计

钢栈桥采用上承式结构，全长为141m，桥面宽度为5m，跨径为1-3.0+9-15.0+1-3.0m。考虑到本桥不通航，根据历年洪水水位，设定桥面标高为97.0m。

栈桥采用钢管桩（Φ500mm，壁厚8mm）基础，入土深度为13.2m，每个墩位管桩露出水面部分横向采用型钢剪刀撑连为一体。桩顶采用双排6m长I45a工字钢作为横梁将上部荷载传至桩身，为防止失稳，在支撑点处与管桩连接部位横桥向设置牛腿加固。梁部主桁架采用6片贝雷拼装而成，钢栈桥桥面板横梁采用Ⅰ10a工字钢通过U型卡固定在贝雷片弦杆的节点处，桥面板纵梁采用［10a槽钢与横梁焊接，桥面板采用10mm厚防滑钢板。活荷载上桥时限制行车速度在10km/h以内。栈桥检算结构模型如图1所示。

图1结构模型

以自重为62.6t履带旋挖钻机行驶至跨度为15m钢栈桥跨中和桩顶时作为计算模型，分别验算钢栈桥面板、钢栈桥面板[10槽钢纵肋、钢栈桥面板I10工字钢横肋、钢栈桥贝雷桁架、钢栈桥I45a工字钢横梁及钢栈桥钢管桩（φ500mm，壁厚8mm空心钢柱）的受力情况。

3.1钢栈桥面板（10mm厚钢板）验算

桥面板自重=0.785KN/m。

履带旋挖钻机履带长度4m，宽度0.8m，计算面板时取1.2的冲击系数。

单侧匀布荷载q=626/（0.8×4×2）*1.2=117kPa，经迈达斯软件分析计算，最大组合应力σ=202.1MPa<[σ]= 205MPa，满足要求。其最大支点反力为69.6kN。

3.2钢栈桥面板[10槽钢纵肋验算

按五等跨连续梁进行计算，支座间距0.5m，查《建筑施工手册》弯矩为：

M=0.105*69.6*0.5*102=1.827kN.m，弯曲应力：

σ= M/W=1.827*103/39.7*10-6=46.02MPa<[σ]=205MPa，满足规范要求。

最大剪力：Q=0.606*69.6*0.5=21.1kN，剪应力为：

τ= Q*S/（b*I） =21.1*103*23.5*10-6/（5.3*10-3*198.3*10-8）=47.2MPa<[τ]=125MPa，满足规范要求。

3.3钢栈桥面板I10工字钢横肋验算

按跨度0.9m的简支梁中间布置间距为0.5m的两个集中荷载进行计算

（偏于安全），弯矩为9.85kN.m，弯曲应力：σ=M/W=9.85*103/49*10-6

=201.0MPa<[σ]=205MPa，满足规范要求。

支座最大反力：Rb=1.132*69.6*0.5=39.4kN，即剪力最大为

Q= Rb=39.4kN，剪应力：

τ=Q*S/（b*I）= 39.4*103*28.2*10-6/（4.5*10-3*245*10-8）= 100.8MPa<[τ]= 125MPa，满足规范要求。

3.4钢栈桥贝雷桁架验算

贝雷桁架由n=6片贝雷组成，每片国产贝雷片重量（3.0m长）（支撑架和销钉等零件）300kg，单片桁片惯性矩Ix=250500cm4、桁片截面模量WX=3570cm3、桁片允许弯矩[M]=788.2kN.m、允许剪力[Q]=245kN，不均匀折减系数η为0.9。

一辆履带旋挖钻机行驶至栈桥跨中时的弯矩为：

M1=1/4*626*1.4*15=3286.5kN.m

由“贝雷桁架自重+I10工字钢自重+[10槽钢自重+桥面板自重”产生的跨中弯矩为：M2=1/8*7*152*1.2=236kN.m，其中q=（3*6/3）+0.11+0.1+0.785=7kN/m。

最大弯矩为：Mmax= M1+ M2=3522kN.m<[M]=0.9*788.2*6=4256.28kN.m，满足要求。

挠度f=PL3/（48ηnE I）+5qL4/（384ηnEI）=626*103*153/

（48*0.9*6*2.06*1011*250500*10-8）+5*7*103*154/（384*0.9*6*2.06*1011*

250500*10-8）=0.0174m。

挠跨比为：f/L=0.0174/15=1/862<[f/L]=1/400，满足要求。

最大剪力Q=（626*1.4+7*1.2）/2=442.4kN<ηn [Q]= 0.9*6*245=1323kN，满足要求。

3.5栈桥I45a工字钢横梁验算

履带旋挖钻机行驶至桩顶位置时2I45a工字钢横梁承受的荷载最大。履带旋挖钻机重量由4片贝雷片共同承担，N=626*1.4/4=219.1kN，贝雷桁架等的自重1.1*7*15*1.2/4=34.65KN。

经计算组合应力177MPa，剪应力56MPa，均小于允许值，满足要求。

3.6栈桥钢管桩验算

按单根钢管桩（φ500mm、壁厚8mm空心钢柱）验算。

采用公路—Ⅰ级车辆荷载移动分析时，最不利位置如图2所示。

此时车辆荷载移动反力最大值为498.9kN，如图3所示。

采用公路—Ⅰ级车道荷载移动分析时，均布荷载标准值qK=10.5kN/m，集中荷载标准值PK按照计算跨径为15m直线内插求得PK=220kN，最不利位置如图4所示。

此时车道荷载的反力最大值为433.7kN，如图5所示。

可见支座反力均小于一台履带钻机的自重，故单墩受力按履带钻机自重的组合荷载N=626*1.4+1.1*7*15*1.2=1015kN（贝雷梁等的自重）进行计算安全可靠，单根钢管桩最大受力N=1015/2=507.5kN。

1）单根空心钢柱应力计算。由于空心钢管桩（直径500mm、壁厚8mm）埋入的软塑状粉质黏土、粉土、饱和稍密细砂、硬塑粉质黏土、粉土饱和中密层的横向约束较小，为安全起见，钢管桩的计算长度按照露出河床的长度为11.2m与预计埋入河床的长度

13.0m之和来考虑。即L=11.2+13.0=24.2m

I=πD4/64-πd4/64 =π*0.54/64-π*0.4844/64=0.000374248m4

A=πD2/4-πd2/4 =π*0.52/4-π*0.4842/4=0.012365308 m2