重型钢栈桥的设计及施工技术

裸露岩层地质条件下重型钢栈桥的设计及施工技术摘要通过广东省平远（赣粤界）至兴宁公路项目第五标段潭头河重型钢栈桥的设计及施工实例，重点介绍了在裸露岩层地质条件下，重型钢栈桥的设计及施工的特点。

关键词裸露岩层重型钢栈桥设计及施工技术1、工程简介1.1线路及栈桥概况新建广东省平远（赣粤界）至兴宁高速公路是济广国家高速公路的一部分，全线呈北至南走向，起于梅州市平远县，止于梅州兴宁市。

我部施工的第五合同段起于平远县石正镇，终于梅县梅西镇。

设计为双向四车道高速公路，设计速度100km/h，路基宽26m。

项目线路起止里程：K1610+700～K1617+000，全长6.3公里，以路基为主，兼有桥涵。

主线K1613+400处，高速公路设计为潭头河大桥与潭头河正交，结构形式为9×20m小箱梁；为保证桥梁施工便利，同时疏通主线路基前后施工便道，须在潭头河上游20m处设置施工重型钢栈桥。

潭头河重型钢栈桥位置示意图图1潭头河钢栈桥桥面宽度为4.5m，全长24.0m，桥梁荷重为50t。

栈桥小里程端直接与乡道Y153相接，为保证车辆的转弯半径，将桥台位置前移3.0m；该处先填土至设计标高，压实后再进行桥台基础及台背砌筑。

1.2气候及水文情况工程区域为亚热带季风型气候，是南亚热带和中亚热带气候区过渡地带，受海洋季风的影响，气候温暖潮湿，雨量丰沛，雨季长，区内雨量充沛，潮湿系数大于1，年降雨量在1540.3～1637.0mm，其中夏季雨季占年降雨量的41.5%。

潭头河虽然宽度较小，水流量不大，但雨季河水流速较快，且上游存在较多的河流漂浮物；由于钢栈桥受河岸两侧路面影响，主体钢结构在汛期将位于河面以下，故应随时注意漂浮物的清理，以免横向冲击力对钢栈桥造成影响。

1.3地质情况潭头河钢栈桥位置地质情况是影响该桥设计及施工的重要因素，该区域岩土性以砂质黏性土为主，一般含有较多分布不均匀的砂、砾石层，厚度变化较大。

由于潭头河常年受山区流水冲刷严重，除两侧桥台有部分填土外，其余位置均为裸露的岩层，且强风化岩层较薄，钢管桩基础入土深度较小，因此，在进行钢栈桥设计时，应充分考虑基础的稳定性。

综上，潭头河重型钢栈桥属于急水、裸露岩层施工，施工技术难度较大，施工安全要求高。

2、重型钢栈桥的设计2.1栈桥设计原则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，在上述地质水文情况下，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。

潭头河重型钢栈桥基础及纵梁示意图图22.1.2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。

2.1.3钢栈桥承载力大由于潭头河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，故设计时就应确保潭头河重型钢栈桥的刚度与承载力满足各类机械的通行。

2.2栈桥结构设计根据前述设计原则，对潭头河栈桥设计时关键考虑以下几方面：2.2.1钢管桩的布置考虑到桥台为新填土，且车辆上下栈桥时对桥梁纵向冲击力较大，在距离桥台1.5m和3.0m位置分别设置1排Φ630mm钢管桩，增强桥梁的纵向稳定性。

中间位置按“板凳法”分别布置4根钢管桩，最大跨径为6.0m。

钢管之间采用[14的槽钢设置横、纵向剪刀撑。

潭头河重型钢栈桥纵断面示意图图32.2.2钢管桩盖板及垫梁设计为确保钢管桩基础受力均衡，每根钢管上方设置800×800mm盖板，盖板为厚10mm的无缝钢板；钢板上方设置双拼I25工字钢垫梁，传递纵梁承载力的同时将横向钢管连成一体，增强基础稳定性。

2.2.3纵梁的选型与布置为保证重型钢栈桥的承载能力及总体稳定性，经过比选后决定用军用贝雷梁作为栈桥纵梁，每组两片，用45花窗组合而成。

纵向贝雷梁共设置两排，间距为2.9m，作用于钢管桩顶部双拼I25垫梁之上。

2.2.4横梁与桥面设计①钢栈桥横向分配梁采用I32工字钢，长度与桥面宽度一致，为4.5m，间距按55cm布置。

②桥面采用[25槽钢纵向满铺，净距为5cm；2.2.5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。

潭头河钢栈桥各构件连接示意图图42.3钢栈桥的结构计算2.3.1计算思路及方法①本重型栈桥的最大荷载设计为50t汽车（10m3砼搅拌运输车），其荷载分布如下图：前轴荷载：10t，后轴荷载：2x20t，轴距：4m+1.4m，轮距:1.8m；中、后轮着地宽度：0.6m，长度：0.2m。

其平面尺寸如下图所示：车辆荷载平面图图5②钢栈桥格结构自重按各型号国标每延米重量计算。

③计算采用迈达斯MIDAS 2010 版软件计算，在钢栈桥模型计算、荷载定义、边界条件定义后计算受力分析。

2.3.2软件模型建立①材料定义：贝雷梁定义为M16锰钢；钢管桩、工字钢、槽钢均定义为Q235型钢；②构件定义：各构件均用两单元定义，桥面采用模拟板单元定义；③截面定义：栈桥各构件均为标准截面，可直接从迈达斯中导入截面特性。

④边界条件定义：除贝雷梁连接位置采用释放梁端约束的刚性连接以外，其余各构件均采用自由固结方式定义，钢管桩底部按竖向约束定义。

2.3.3内力及变形检算具体钢栈桥各结构杆件内力与变形检算过程略，结果如表1潭头河钢栈桥结构杆件内力及变形检算结果表1此外，还对栈桥杆件之间焊缝及贝雷梁螺栓连接进行了计算，均满足要求。

由计算可知，托架受力满足设计要求，且承载力储备较大，但由于刚度要求高，变形控制计算，为保证栈桥通行安全，采用的杆件型号稍大。

2.3.4结论本栈桥安全系数高，可以满足平兴高速五标项目建设施工便桥使用要求。

3 潭头河栈桥的施工3.1钢管桩的搭设钢管桩下沉利用ZD60型振动锤，并用25T 汽车吊配合下放，钢管桩按端承桩设计，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，防止水流冲击使钢管桩产生倾斜移位。

3.2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 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55cm 铺设I32a 工字钢承重梁，垫梁与纵向承重贝雷梁采用[10槽钢固结，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。

3.3桥面板的铺设钢栈桥桥面板采用[25槽钢纵向布置，净距为5cm，与I32工字钢横向分配梁焊接牢固。

桥面槽钢是车辆、机械通过的直接承载构件，因此施工时应特别注意以下几点：（1）保证桥面槽钢的铺设平整度，使各点受力均衡；（2）处理桥面槽钢与桥台连接处的错台，减小车辆机械上下桥冲击力；（3）保证槽钢净距符合设计要求，槽钢纵向连接处应焊接牢固。

3.4栈桥施工重点分析潭头河施工栈桥属于宽度小、跨径短的重型栈桥，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。

4 结束语在常年严重冲刷的山区河流区域，地质结构为裸露岩层，重型钢栈桥施工时，由于钢管桩打入深度浅，河水流速快，加上汛期河水流量急剧增大，将对栈桥产生较大的横向冲击力。

若按常规的贝雷梁间距布置钢管桩基础，栈桥将不能承受流水横向冲击力及车辆纵向推力，桥梁稳定性无法满足设计要求，故采用上述钢管桩基础“板凳法”施工，既能满足桥梁上部构件的刚度与变形要求，又能保证基础有足够的稳定性；同时，可采取分段施工方法，25t汽车吊逐步上桥施工，缩短了施工工期，创造了经济效益。

本桥所采用的“板凳法”，综合了栈桥基础施工简单、各构件稳定牢固、组织速度快、刚度大变形小、安全系数高、经济效益高等优点，处理了裸露岩层地质条件的不利工况，实践证明完全满足施工要求，可作为类似地质情况下栈桥施工工法的借鉴。