新型装配式桥面板及护栏在钢栈桥中的应用

新型装配式桥面板及护栏在钢栈桥中的应用

何善美

中交一公局厦门工程有限公司，厦门 361000

摘要：近年来，我国交通基础建设发展迅猛，江、河、湖海等大跨度的桥梁已不再是难题，而涉水桥梁对于钢栈桥的需求已是不可或缺，对路桥工程项目起着重要的作用，为了保证钢栈桥的施工效率及本质安全，在进行海上栈桥施工时采用新型装配式桥面板及护栏，施工技术凸显出了一定的优势，能大幅提高了施工质量及安全，有效缩减了施工时间。

关键词：装配式桥面板及护栏 效率 安全 质量

1 工程概况

成功特大桥水上施工采用栈桥+钻孔平台施工，栈桥不拉通，施工期间预留航道宽度300m，采用单孔双向通航。其中，东岸侧栈桥长度644.7m（栈桥顶标高6.8m），西岸侧栈桥长度150.2m（栈桥顶标高6.8m），主栈桥宽度8m，钢栈桥的使用期为三年，作为临建工程，设计时遵循 “安全”和“经济”的原则，取重现期20年一遇的自然灾害和环境条件进行设计。

2 钢栈桥施工

2.1 装配式桥面板受力验算

（1）结构型式：主栈桥8m宽装配式桥面板为10mm厚花纹A3钢板，焊接在横肋30cm间距，纵肋75cm间距的I16工字钢框架上。

（2）荷载：

100t履带吊履带长宽按6.5m×0.8m计算，自重＋吊重为140kN，单位面积荷载（考虑1.4的活载分项系数）：

。

9方混凝土罐车荷载后轴轴重160kN，汽车轮压荷载取1.4分项系数。混凝土罐车后轮着地面积尺寸为60cm×20cm。单位面积荷载为：

。

（3）结构计算：

整个装配式桥面板采用midas建模计算，验算新型装配式桥面板在最不利的工况下的工作状态以及受力变形，为实际应用提供了依据。模型如下图:

图1 桥面板整体模型

a.履带吊自重及吊重作用下，桥面板受力情况如下：

图2I16工字钢应力图示

图3 钢板应力图示

图4 整体变形图示

在100t履带吊荷载作用下，装配式桥面板结构I16工字钢最大组合应力为60.6MPa＜215MPa，板单元最大应力为6.5MPa＜215MPa，整体最大变形为0.5mm，均满足要求。

9方混凝土罐车荷载作用，装配式桥面板受力情况如下：

图5I16工字钢应力图示

图6钢板应力图示

图7整体变形图示

在9方混凝土罐车荷载作用下，装配式桥面板结构I12.6工字钢最大组合应力为117.1MPa＜215MPa，板单元最大应力为48.7 MPa＜215MPa，整体最大变形为1.73mm，均满足要求。

故，8m宽装配式桥面板能够满足钢栈桥使用的结构受力要求。

2.2 主栈桥施工工艺

主栈桥采用履带吊“钓鱼法”施工，即在岸上及已经施工完成的栈桥上，采用履带吊悬吊DZ-90振动锤逐孔振沉钢管桩。第一排定位桩插打完成后，安装桩间平联，利用履带吊安装桩顶纵横梁，继续插打第二排定位钢管桩。当一跨两排钢管桩插打完成后，利用履带吊机架设第一孔栈桥，铺设装配式桥面板及护栏，然后履带吊机在钢栈桥前端进行插打栈桥第二跨定位桩，架设第二孔，如此循环进行插打定位桩及安装栈桥直至整座栈桥施工完成。

（1）钢管桩及导向贝雷片施工

钢管桩采用国家标准的Q235钢板，按要求每节长度设计为12m，接桩采取电焊对接并在对接焊缝的外侧沿四周加焊6块钢板加劲块，加劲块钢板的厚度不小于钢管壁厚，长度不小于200mm，宽度不小于100mm，加劲块与钢管满焊连接，需避免接头处于局部冲刷线处。钢管桩在运至打桩现场前，预先进行防腐处理，并在桩上用油漆作出刻度标示，便于打桩时观测其贯入度。

其次，在进行钢管桩采振动下沉时，需在贝雷梁间使用特制导向架进行定位，保证钢管桩施工时的垂直度。先将定位桩安装在定位框内，利用履带吊机竖向起吊后将定位桩下端略微插入土层内，测量并调整桩的垂直度，待符合要求后缓慢将吊机吊钩力松开，钢管桩在自重及打桩锤自重下插入土体一定深度后，点动打桩锤，插打定位桩，待桩入土3m左右桩身自身达到稳定后再逐渐增加打桩锤震动插打时间，待桩身入土5m左右后再摘除吊钩，继续插打定位桩，直至定位桩下振至设计位置。

（2）平联、斜撑、桩顶分配梁施工

a.钢管桩振桩施工完成后，首先对钢管桩平联位置进行测量，根据实测桩间平联长度在后场下料，同步进行桩顶分配梁的加工。在已搭设完成的钢管立柱上安装采用[8槽钢焊接拼装而成的操作平台，进行平联斜撑及桩顶结构施工。

b.用履带吊悬吊平联到位后焊接平联，平联与钢管连接处采用接头管进行连接，连接部位进行满焊，焊缝宽度hf=8mm。

c.平联斜撑施工完成后，采用提升装置将操作平台进行提升，在钢管桩顶切割槽口，桩顶槽口处设置1.4m长2HN400×200型钢纵梁，在纵梁上搭设2HN400×200/2HN500×200型钢横梁，并与纵梁焊接成一体。再将纵梁与钢管桩槽口底进行满焊焊成整体，在其两侧各焊接2块耳板，使纵梁梁与钢管固定。耳板与钢管桩双面焊，焊脚尺寸hf=8mm。槽口深度为25cm，宽度比桩顶双型钢宽5cm。

鉴于传统工艺施工仍然存在大量现场焊接工作，经专项论证后钢栈桥平联可采取装配式平联系统实施，装配式平联系统采取钢抱箍锁固式+工字钢铰接及承插式设计。钢抱箍由一侧对铰、另一侧承插式的两个半圆体组成。平联钢管采取承插式形式，前后设计有工字钢预留螺栓孔的接长装置，通过承插型设计及高强螺丝孔的不同位置以便适应由于钢管桩施工误差造成的局部长度不足的情况，平联钢管在接长装置前设计有球型万向机制，以便适应施工误差造成的局部空间不足的情况。

（3）贝雷梁施工

根据图纸提前进行贝雷片的分段预拼，在主横梁施工完成后，直接进行贝雷片安装。（注意：贝雷片预拼完毕后必须检查贝雷销、保险销、花架螺栓连接到位后方可进行安装）。

在下部结构顶横梁上进行测量放样，定出贝雷架准确位置后将贝雷梁吊起，放在已安装完成后的贝雷梁后面并与其成一直线，将贝雷梁下弦销孔对准后，插入销栓，然后再抬起贝雷梁后端，插入上弦销体并设保险插销。

为保证贝雷桁架的横向稳定性，在桩顶分配梁处贝雷桁下弦设置限位角钢，组与组之间用角钢进行连接。

（4）装配式桥面板及附属设施施工

在贝雷梁上进行装配式桥面板安装，由于新型桥面板改变了传统意义上的先进行铺设分配梁再进行面板安装工序，所以安装时只需要定位准确即可直接通过公母头进行安装，安装完成后采用钩头螺栓与贝雷梁进行连接，每块桥面板不少于4个。

图8 钩头螺栓

在桥面板两侧安装装配式防护栏杆，分为正反两种安装方式，正安装时护栏高度为1.2m,反安装时护栏高度1.0m。装配式栏杆是由方管立柱、球型柱帽、连接螺栓及护栏组成，护栏宽为175cm，高100cm，由圆管焊接而成，立柱底板焊接一块有4孔的正方形钢板，与装配式护栏连接在一起，立柱上下及两侧焊接方向半开口卡槽，用于护栏安装及限位。

图9 装配式护栏施工

3 应用新型装配式桥面板及护栏的意义

3.1 施工工艺对比

3.1.1 桥面板施工工艺对比

装配式桥面板采用整体式安装，安装时需要进行公母头对接，两侧需要加宽时使用螺栓进行连接即可。

传统桥面板安装时需要先安装分配梁，对分配梁进行定位，定位完成后将分配梁与贝雷梁固定，再安装桥面板，割除多余桥面板后，将桥面板与每根分配梁之间的接触面进行焊接。

3.1.2 护栏施工工艺对比

装配式护栏立柱采用螺栓与桥面板连接，护栏与立柱采用卡扣式连接，操作简单便利，无需专业焊工即可完成护栏装配式安装。而传统钢栈桥护栏采用工字钢立柱焊接在桥面板上，钢立柱中需上下根据图纸位置开孔安装横杆钢管，横杆钢管采用对焊连接并现场刷涂防锈漆作为钢栈桥护栏，施工工艺繁琐，工种要求高。

图10传统桥面板及护栏

图11新型桥面板及护栏

3.2 施工功效对比

新型装配式桥面板及护栏在施工时较传统方式的安装，在以成功特大桥栈桥施工为研究背景的条件下，经现场验证以12m为一跨，平均每跨可节约1天。

3.3 经济性对比

使用新型装配式桥面板及护栏可减少材料现场施工时的损耗，分配梁的延伸量，且由于桥面板为整体，可以减少用钢量。其次由于安拆方便，可增大重复利用率，减少人工使用。经综合比较，新型桥面板每平米可节约成本60元。

3.4 质量对比

（1）传统桥面板在使用过程中容易翘起，对车辆、行人等形成安全风险源，而使用装配式桥面板可完全避免此问题。

（2）装配式桥面板及护栏较传统桥面板及护栏受力更均匀，可承荷载更大。

（3）新型桥面板由于是一个整体，具有更好的稳定性。

3.5 安全性及环保性对比

（1）使用新型桥面板，可以减少人员高空作业、电焊机及气割的使用频率，降低安拆时带来的风险。

（2）使用新型桥面板及装配式护栏可减少焊条、氧气及乙炔的使用，产生的固体废弃物将大幅降低，直接对环保做出贡献。

（3）新型桥面板及钢栈桥护栏采用装配式设计，无需现场焊接，可有效避免焊工无证操作带来的风险。

3.6 标准化对比

（1）使用新型桥面板及装配式护栏，安装完成后整体较为美观，更显标准化建设。

（2）新型整体式桥面板及装配式护栏，尺寸统一标准，更具有施工指导意义。

（3）新型桥面板及钢栈桥护栏采用装配式设计，更加符合现代化国家建设标准。

4 结论

通过使用新型装配式桥面板及护栏，确定了其对现场施工的意义，较传统栈桥桥面板及护栏施工，具有更高效、更经济、更高质、更安全环保、更美观的优点。

通过对装配式工艺的研究，解决钢栈桥目前周转困难、损耗严重的问题，极大降低了施工成本；将桥面板进行工厂化集中加工，将最大限度的节约施工时间，降低施工时场地局限造成的影响；施工过程中的能源消耗减少、工序简化，使工程更具安全环保性；施工完成后整体受力及结构稳定性较传统桥面板有了较大改进，提高了工程施工质量及施工标准化建设。

总的来说，新型装配式桥面板及护栏在钢栈桥中的应用能大幅度的提高施工工效，减少施工成本，降低安全风险，具有较广泛的应用前景。我国基建行业的发展态势更进一步提高了并要求钢栈桥装配式化的标准化建设。

参考文献：

（1）国家标准.弓天云.(JTG/T F50-2011)公路桥涵施工技术规范.北京：人民交通出版社,2011

（2）国家标准.张启文.（GB 50017-2003）[S]钢结构设计规范.北京：中国计划出版社，2003

（3）专著.周水兴.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001.5. 411-427