之江大桥开启式栈桥设计与施工

　　摘要:本文以杭州之江大桥开启式栈桥的设计和施工为依据，从设计、施工、运行三个阶段对开启式栈桥进行了详细论述。对于开启式栈桥在桥梁施工临时栈桥施工工艺方面，提供了新的思路。

　　关键词：之江大桥,开启式,栈桥,设计与施工

　　引 言

　　杭州之江大桥主桥根据现场场地情况，针对后期箱梁制作及存放，规划了钢箱梁存放位置，并配套设计了箱梁节块的运输方案(见图1)，其中沿运梁路线，靠近栈桥位置需穿过现有钢栈桥，需要净空高度为5.2m，而现栈桥净空为2.0m。为此，为满足箱梁运输需要，现将主栈桥第4、5跨之间的ZN05号栈桥桥墩拆除，同时在现有栈桥的结构基础上，设计开启式栈桥系统，以便于箱梁运输车辆通过栈桥时，将栈桥提升至预定高度，满足桥下车辆通行净空，在箱梁不运输期间，下放并恢复栈桥原始位置，满足原栈桥作业运输需求。

　　图1 平面图示

　　图2 需开启段栈桥立面图

　　1工程简介

　　施工栈桥采用型钢梁的设计形式:每跨9.0m;采用刚性扩大基础结构，Ф820x10mm钢管桩，桩顶设置2H500x200型钢帽梁，沿纵向设置8道H450x150型钢纵梁，横向间距0.9m;纵梁上部横向分配工14@40cm工钢，顶面铺设δ12mm桥面板，并设置包括栏杆，管线通道等其他附属桥面结构。

　　根据施工及运输需求，开启段栈桥设计采用两跨作为提升段，共计2x9.0=18.0m，设计开启式栈桥需满足栈桥上部车辆通行及机械作业的荷载要求，同时在栈桥开启后，需保证桥下有足够的净空及净宽，以保证箱梁运输车辆能够顺利通行。针对栈桥提升及下放运行阶段的安全性及系统操作的稳定性，需设计相应构造措施，以确保栈桥在使用过程中安全，稳定。

　　2开启式栈桥设计

　　2.1设计要求

　　开启式栈桥设计是为满足栈桥下部箱梁运输车辆通行需求，同时满足栈桥上部车辆运输及作业荷载要求，根据使用要求，设计中需满足以下要求：

　　⑴满足桥下净空5.5m，净宽14.0m的通行需求;

　　⑵开启式栈桥在上部车辆通行及作业工况下需满足95t的设计荷载;

　　⑶提升过程及下落过程稳定性和安全性保障。

　　2.2结构设计

　　栈桥结构设计在确保结构自身满足设计强度的前提下，力求简单，轻便的结构设计原则，尽量做到施工工艺简易，施工操作便捷，使开启式栈桥不仅从结构设计上做到材料的充分利用，同时在施工中也能最大化的方便施工，节省工期。

　　⑴结构组成

　　开启式栈桥设计结构主要包括下部基础及竖向支撑、纵横主梁，悬吊系统、牵引系统以及其他附属结构。

　　图4 开启式栈桥立面图(提升前)

　　图5 开启式栈桥断面图

　　⑵开启式栈桥结构材料

　　表1 开启式栈桥设计材料

　　2.3开启式栈桥结构计算

　　栈桥计算采用数据建模，利用软件进行数据分析，通过对各构件的受力计算结果，合理选用各结构部件材料类型，通过计算模型分析开启式栈桥结构自身稳定性及力学性能指标。

　　⑴设计荷载

　　恒载：提升段栈桥自重+底横梁(贝雷)+承重梁(型钢)

　　根据栈桥及开启段悬吊系统设计，开启式栈桥设计恒载为：28.44+8.64+0.96=38.04t。

　　活载：原栈桥设计荷载为满足65t履带吊提升30t重物

　　根据栈桥设计荷载，开启式栈桥设计采用95t的活载计算(65t履带吊提升30t重物)。

　　⑵工况分析

　　开启式栈桥运行阶段共分两种工况：1、栈桥上部荷载通行工况;2、下部运输工况;

　　工况一：栈桥非提升状况，上部车辆施工作业及运输车辆通行，计算荷载为栈桥自重荷载G1+上部作业施工活载G2(95t);

　　工况二：栈桥提升后，下部箱梁运输车辆通行工作状况，计算荷载为栈桥自重荷载G1;

　　故工况一情况下，栈桥需承受较大施工作业荷载，计算中，需对此工况下，开启式栈桥底贝雷横梁、型钢纵梁、以及吊杆等构件进行力学计算;工况二情况下，需保证栈桥的稳定。

　　⑶建立模型

　　计算开启式栈桥底横梁及吊杆拉力仅需考虑最不利状况下单侧底梁;如图6;

　　栈桥纵向型钢梁力学计算需考虑弯矩最大截面及剪力最大截面。

　　图6 开启式栈桥计算模型图

　　⑷计算结果

　　通过加载最不利荷载位置，利用软件计算得：

　　①栈桥纵向H450x150型型钢

　　最大弯矩值为：Mmax=103KN·m

　　最大剪力值为：Qmax=153KN

　　②底贝雷梁

　　最大弯矩值为：Mmax=2220KN·m

　　最大剪力值为：Qmax=681KN

　　③吊杆最大内力为：Qmax=352KN

　　④上部贝雷梁

　　最大弯矩值为：Mmax=2350KN·m

　　最大剪力值为：Qmax=567KN

　　⑸结构验算

　　①H450x150型钢纵梁

　　已知：H450x150型钢的截面模量为Wi=1137cm3;Ai=79.98cm2;[σ]=180 Mpa;

　　σ=1.2Mmax/Wi=108.7Mpa<[σ]=180Mpa

　　τ=1.2V/7998=26.8Mpa<[τ]=85MPa

　　满足设计要求。

　　②底贝雷横梁

　　贝雷采用3.0x1.5m的标准贝雷桁架形式，单片贝雷设计最大抗弯承载力为[σ]=750Mpa

　　最大抗剪[Q]=nξk[N] =980.98KN

　　σ=Mmax/Wi==666.0Mpa<[σ]=750Mpa

　　Q=681KN<[Q]=980MPa

　　满足设计要求。

　　③吊杆

　　吊杆采用32精轧螺纹钢，其最大抗拉强度为τ=1.2V/840.2=525.2Mpa<[τ]=1080MPa

　　满足设计要求。

　　④上部纵向贝雷梁

　　σ=Mmax/Wi=2350*1.2/4=705Mpa<[σ]=750Mpa

　　Q=567KN<[Q]=980KN

　　满足设计要求。

　　⑹结论

　　通过模型计算结果可知，开启式栈桥各受力杆件均满足要求，其中上部贝雷总纵梁受力较大，在纵梁安装中应重视贝雷拼接质量。

　　3开启式栈桥施工

　　3.1施工流程图

　　图7 施工工艺流程图

　　3.2施工工艺

　　开启式栈桥采用人工配合吊车的施工方法，具体施工工序包括测量放样、基础及立柱施工、纵横贝雷梁的架设、悬吊梁承重梁的拼装以及吊杆，起重系统的安装等。具体施工步骤如下：

　　⑴施工准备

　　开启式栈桥施工前，确保栈桥施工材料准备就位，预先将贝雷底横梁及纵梁拼接完成，根据现场实际情况，清平场地，进行施工人员、机械设备的组织。

　　⑵测量放样

　　根据开启式栈桥设计图，进行扩大基础放样以及钢管桩锚筋预埋位置放样。

　　⑶基础及钢管桩施工

　　搭设基础模板，绑扎基础钢筋，预埋锚筋，检查无误后，浇筑C30混凝土，做好混凝土的养护工作。待混凝土达到设计强度时，安装基础上部钢管桩，桩底锚垫板及肋板焊接时确保焊接质量，同时在桩侧设置两侧平联。

　　⑷安装桩顶型钢

　　利用吊车吊装桩顶型钢帽梁，确保焊接质量。

　　⑸安装纵向贝雷梁

　　单侧桩顶纵梁共重15.12t，利用50t履带吊可满足安装条件，利用吊车起吊安装纵梁，调整位置后，利用U型螺栓栓接贝雷梁与帽梁。

　　⑹安装悬吊系统

　　安装悬吊梁，穿吊杆，在栈桥底部吊装贝雷横梁，利用楔块支撑贝雷底横梁梁，在其下部安装承重梁并连接吊杆，利用吊车提升底横梁后，移除楔块，下落贝雷梁至承重梁。

　　⑺安装起重系统

　　位于钢管桩顶部贝雷梁两端利用工25a钢搭设卷扬机平台，吊装卷扬机至平台，栓接牢固后，安装滑轮组(一组动滑轮和一组定滑轮)。

　　⑻焊接栈桥型钢、安装导向装置

　　焊接开启段栈桥两跨纵梁衔接段，同时在栈桥底部纵向型钢底部焊接剪刀撑;在提升段栈桥两端焊接导向梁，钢管桩侧焊接导向槽口，使导向梁与导向槽口对应形成导向装置;非开启段栈桥纵向型钢端头焊接导向板。

　　⑼试运行栈桥

　　搭设完成后，需进行栈桥的试提升试验，确保开启式栈桥结构安全稳定后，投入运行。

　　4开启式栈桥运行

　　4.1运行流程图

　　图8 开启式栈桥提升、下落流程图

　　4.2提升及下落流程

　　当钢箱梁需要自桥下通行时，提升开启式栈桥。

　　⑴禁止桥上车辆通行，清理提升段栈桥上部闲置物资及人员;

　　⑵在提升段栈桥两侧设置安全防护;

　　⑶启动同步控制开关，启动卷扬机，提升栈桥至设计位置;

　　⑷桥下运梁车通行。

　　4.3下落流程

　　箱梁运输车辆通行后，下放开启式栈桥。

　　⑴禁止桥下车辆及行人通过，两侧设置防护;

　　⑵启动同步控制开关，下放栈桥至原始位置;

　　⑶检查各接触连接位置安全后，恢复桥上通行。

　　4.4运行操作注意事项

　　⑴施工作业人员必须具备良好的安全意识，佩带安全帽，上部高空施工作业人员必须佩戴安全带及其他安全附属设备;

　　⑵栈桥运行操作需设置专业人员负责管理;非指定人员不得擅自对栈桥进行开启操作;

　　⑶栈桥提升及下落运行阶段要求一名安全人员现场监督;

　　⑷栈桥提升或下落运行节段做好安全防护工作，闲杂人员不得擅自靠近;

　　⑸栈桥运行提升阶段做好周边安全维护措施;

　　5结语

　　此开启式栈桥的设计和应用，有以下特点

　　解决了跨越栈桥箱梁运输的问题，同时也确保了主栈桥上部运输通行的需求。对于在通航水域跨河栈桥的设计和应用，以及利用栈桥本身的起重功能提升运输设备等。

　　对于通航水域跨河施工栈桥的搭设，以往都是采用间断型的栈桥形式，即在栈桥中部设置间断，开设通航孔，对岸施工区域的材料运输及其他联系采用通过上下游临近跨河桥梁来实现，这样不但运输距离远，给对岸的施工带来很大的不便，而且在经济上也给项目带来损失。根据开启式栈桥的设计理念，在水中打入钢管桩作为支撑，上部采用开启式栈桥的设计方案，在施工过程中，可以作为正常栈桥使用，栈桥提升后，可满足下部通航需求。开启式栈桥的应用，将给项目最大化的节约成本，达到工效与利益的双赢。

　　参考文献

　　(1)《道路桥梁设计通用规范》 JTG D60-2004

　　(2)《材料力学》 人民交通出版社

　　(3)《结构力学》 人民交通出版社

　　(4)《之江大桥主栈桥设计图》浙江省交通规划设计研究院 2010.(1)

《之江大桥开启式栈桥设计与施工》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 之江大桥开启式栈桥设计与施工

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-19954