钢栈桥技术应用于高速公路跨海大桥工程的施工工艺

彭航行

摘要：在介绍杭甬复线宁波一期高速公路工程二标段修建威海互通立交桥和威海高架桥的工程概况基础上，简述了钢栈桥的设计思路和设计标准，详细阐述了钢栈桥布置和结构型式，从钢栈桥施工准备、施工方法、施工工艺流程、下部结构施工、上部结构施工等方面阐述全过程施工工艺，为同行业技术人员提供了钢栈桥施工经验。

关键词：高速公路；跨海大桥；钢栈桥技术；施工工艺

1   工程概况

杭甬复线宁波一期高速公路工程是杭州湾地区环线并行线G92N的重要组成部分。路线起讫点分别是杭州和宁波，控制点为杭州、慈溪和宁波。该项目位于杭州湾南岸、长三角南翼，与国家高速公路网中的杭州湾跨海大桥衔接，建成后将大大缩短长三角南翼与北部地区的上海、嘉兴、苏州、湖州等城市之间的时空距离，是省际之间及长三角城市群之间的快速通道。

杭甬复线宁波一期高速公路工程二标段的起点桩号为K37+920，終点桩号为K40+520，主线总长2600m。标段内设有路基471m，收费站1处，互通式立交1处，主线大桥2座。这2座主线大桥分别是威海互通立交桥和威海高架桥。

威海互通立交桥和威海高架桥位于镇海区威海路沿海岸线向西北方向延伸，全部位于滩涂区域，退潮时为滩涂，涨潮时最高水位3.7m。该项目所处的地质、水文、气候条件复杂，建设期间除了受强潮汐的影响外，每年7～9月份台风肆虐，还伴随着狂风、暴雨和风暴潮。该项目所在区域为渔民渔业养殖张网区，施工过程需考虑渔民捕鱼期的安全。通过分析各种不利因素所造成的影响，考虑工程造价和实际需求，决定采用钢栈桥施工方案进行施工，以保证该项目施工的顺利进行，为缓解宁波各区县及舟山群岛的交通压力提供有利保障。威海互通立交桥和威海高架桥平面布置如图1所示。

2   钢栈桥的设计

2.1   设计思路

杭甬复线宁波一期高速公路二标段的威海互通立交桥和威海高架桥均，需搭设钢栈桥和钻孔作业平台。由于地理环境复杂，钢栈桥和作业平台易受潮水、台风、荷载等因素影响，会造成钢栈桥结构失稳、出现扭转断裂等事故，可导致钢栈桥或作业平台坍塌。因此在施工前需要对钢栈桥的设计和施工进行安全风险评估。通过对安全风险的摸排与评估，提出合理建议，有助于提高施工过程中的安全管理水平，同时也有助于该项目在完成施工任务的同时，提高经济效益，达到提质增效的目的。

2.2   设计标准

荷载等级为汽车-超20级。主线桥验算荷载为50t汽车+100t履带起重机（实际采用的最大车辆组合）。匝道桥验算荷载为200t履带起重机+单片钢梁60t（估算）。栈桥顶标高为+6.5m，钢管桩顶标高为+4.29m，设计略高于百年一遇洪水水位（+3.53m加壅水、浪高0.5+4.03m）。

钢栈桥标准联划分为2孔24m、3孔36m、4孔48m、5孔60m、7孔84m、8孔96m；每联钢栈桥长度设置时，需确保贝雷主梁转弯半径与主桥平曲线相符合。为确保钢栈桥整体的稳定性，在每联端头设置双排制动墩和伸缩缝。

钢栈桥桥面按标准化要求分为人行道和车行道，实行人、车分离，以黄色警戒线标识，其中人行道宽度为1m。整个钢栈桥施工区域实行封闭化管理并设置门禁系统，所有人员、车辆通过指纹和车牌号识别进入钢栈桥，并形成记录。钢栈桥设计行车速度为15km/h，限宽6.5m。主线及引线钢栈桥限载110t，匝道桥限载140t。钢栈桥全线贯通并与S3标段钢栈桥相连，确保施工材料、设备到达各个墩位处。

3   钢栈桥的布置和结构型式

3.1   钢栈桥布置

钢栈桥起点位于L匝道第2联附近，沿L匝道右侧下穿化工管廊预留口，上跨防浪堤后在裤衩区左、右分开。左侧沿B匝道曲线外侧直至滨海1号高架桥主线，右侧沿A匝道曲线外侧布置，直至主线加宽处并与主线钢栈桥相连。威海互通立交桥主线与滨海1号高架桥的钢栈桥相通，位于线路左侧，匝道桥的钢栈桥位于匝道中心线曲线之外，L匝道至B匝道至主线是运输的主干道，于K1+000处增设支线钢栈桥1处并与主线钢栈桥连接，其标准与主线钢栈桥相同。

3.2   钢栈桥结构型式

钢栈桥基础采用螺旋钢管桩，一般墩采用?710mm×8mm钢管桩，双排墩采用?630×8mm 钢管桩，钢管桩之间采用?273×6mm的钢管和双拼的[20a槽钢进行焊接固定，以加强桩基础的整体稳定性。钢管桩顶部的承重梁用于安装钢栈桥的纵向贝雷梁，采用双拼的Ⅰ45a型工字钢制作，单根长度为9m。

贝雷梁的主桁架采用321型标准钢桁架拼装，每片钢桁架长3m，高1.5m，材料为16Mn，质量为270kg。主线桥钢桁架横向间距布置为90m+135m+90m+135m+90m+

135m+90m，匝道桥钢桁架横向间距布置为2×45m+165m+2×45m+165m+90m+165m+90m。贝雷梁上部的钢横梁采用Ⅰ22a热轧普通工字钢，每根长度为9m。钢横梁下部与贝雷梁上弦杆采用抱箍固定，钢横梁在纵向每隔75cm布设1根。纵梁即桥面板，采用钢板与钢横梁焊接。

贝雷梁的竖向支撑架用于2片相邻钢桁架的横向连接，在2片相邻钢桁架端部设置，钢桁架的连接间距为 90cm。竖向支撑架采用支撑架螺栓及螺母与钢桁架连接，连接时将其空心圆锥套筒插入钢桁架弦杆端或支撑架竖杆螺栓孔内，使用支撑架螺栓固定，以加强钢桁架的整体性。支撑架螺栓用于固定支撑架与钢桁架之间的连接，与支撑架配套使用，每根支撑架匹配4根支撑架螺栓。

相邻的钢桁架采用桁架销连接。桁架销的销锥端有1个小孔，用于插保险销；另一端有1个导向凹槽，其方向与保险销孔相同。在安装时如果看不见销孔，可借助凹槽确定销孔方向，以顺利插入保险销。桁架销材料为30CrMnSi，直径为49.5mm，质量3kg。钢栈桥横截面如图2所示。

4   钢栈桥的施工工艺

4.1   施工准备

钢栈桥搭设前，完成其对海堤破坏的安全评估及恢复方案，取得产权单位的施工许可。技术部门至少提前2周向物资管理部门提交材料计划，提前1周进行预拼装、预焊接，并临时存储于材料存放场备用。每个作业面预拼及存放场地不小于1000m2，使用前用特制运输车转运到现场。

所需的位架、临时作业平台提前加工完成备用。作业点附近配备800kVA变压器1台，并配备315kW发电机各1台。测量人员完成导线复测加密，并在钢栈桥附近设置临时加密点，测设钢栈桥位置及走向。

4.2   施工方法

整个海域施工区域基本处于滩涂区，无法采用打桩船施工，整个钢栈桥的施工均采用单工作面逐步推进的方式进行作业。根据实际情况及施工进度，适当增加施工机械，同步进行作业平台施工，为桩机进场奠定基础[1]。

4.3   施工工艺流程

钢栈桥的施工工艺流程如下：施工准备（含原材料进场、钢构架加工、桩位测量放样）→安装导向架（测量配合）→钢管桩下沉（含测量定位、打桩设备和钢管就位）→钢管桩平联牛腿施工→桩顶横梁架设（含测量放样）→贝雷梁结构安装→桥面钢板铺设→栏杆等附属设施施工（包括测量放样）。

4.4   钢栈桥下部结构施工

钢管桩基础施工包括钢管桩后场加工运输和前场“钓鱼法”沉桩施工。钢管桩插打前，必须采用无明显缺陷、无变形的钢管桩。采用起重机配合振动锤施工。

4.4.1   钢管桩下沉

首先使用起重机将导向架放至桩位处，然后起吊钢管桩，同时由测量员指挥精确定位，并复核导向架位置及钢管桩垂直度。测量员复核导向架位置及钢管桩垂直度满足设计要求后，起重机主钩脱离钢管桩，打沉钢管桩至设计标高。钢管桩以贯入度控制为主，贯入量小于5cm/min时持荷5min，钢管桩无明显下沉即可停止振动。

在打设钢管桩的过程中，要不断检测桩位与桩的垂直度，发现偏差要及时纠正。钢管桩沉桩质量标准如表1所示。

4.4.2   钢管桩接桩

由于起重机能力有限，超长钢管桩需分2次打设、1次前场接桩，在接桩时下节桩的打剩高度，应留出使接桩容易就位的高度。为了便于焊接作业，下节桩应提供良好的焊接作业位置和操作姿势。一般下节桩的打剩高度以位于导向架以上50～80cm为宜。

钢管接长时必须先将接头切割整齐，管节对口应保持在同一个轴线上。在保证接口对接完好后，进行周边满焊，并在每一接头外贴焊6块厚度为8mm的加强钢板。下节桩打入后，应检查下节桩的上端是否变形，如有损伤，可用千斤顶或其他方法加以修复。

在上节桩就位之前，要扫除上节桩接头开口部位在搬运及吊装作业中附着的泥土，有变形的修正后再就位。此外，现场接头焊接完毕后，应留有大约1min的焊口冷却时间，然后再进行打桩作业。在打桩作业过程中，尽量避免长时间中断作业。

4.5   钢栈桥上部结构施工

4.5.1   钢栈桥主梁及分配梁施工

钢栈桥主梁采用贝雷梁架设。在架设贝雷梁之前，先根据图纸提前在加工场地拼接成长3m倍数的单层排架体，再使用起重机安装成贝雷梁。将拼装好的贝雷梁使用平板车运输到施工现场，将拟安装的贝雷梁抬起，放在已安装好的贝雷梁后面，并与其成一直线[2]。

2名作业人员用木棍穿过节点板，将贝雷梁前端抬起。下弦销孔对准后插入销栓，然后再抬起贝雷梁后端，插入上弦销栓并设保险插销。用吊装设备进行型钢分配梁的安装，吊装设备按设计的间距安装分配梁，并用骑马螺栓予以固定。

4.5.2   钢栈桥桥面系施工

单跨钢栈桥上部结构安装完成后，进行桥面系施工。用汽车起重机吊装单块质量约1.6t的桥面板，桥面板与纵梁采用U型螺栓固定，用于防止因温度变化而引起的桥面翘曲起伏。最后安装护栏立杆、护栏扶手和护栏钢筋以及涂刷油漆。

4.5.3   栏杆及安全防护措施

钢栈桥、钻孔平台属于临时结构，为了行人安全，在桥面两侧设立栏杆，主钢栈桥、匝道钢栈桥以及支线钢栈桥的栏杆采用1.2m的标准高度，栏杆从上至下布置3道钢管制作的横杆。栏杆涂装采用红白相间的警示油漆。

考虑到履带起重机旋转高度要求，平台施工区域的3面采用0.9m+0.4m插口组合式护栏。上部的0.4m使用［8槽钢加工制作，并根据需要进行局部降低，外观同标准欄杆，作业平台每侧栏杆上各挂2个救生圈。

主钢栈桥及匝道钢栈桥分配梁工字钢，在远离主体桥梁一侧需超出桥面板65cm，用于栏杆焊接、临时用电电缆、给水管道等平台铺设。电缆槽平台净尺寸50cm，在电缆及水管敷设完成后采用塑钢电缆槽封闭覆盖。钢栈桥每隔50m设置一处安全警示灯，钢栈桥两侧栏杆外每隔50m各挂设1个救生圈。

5   结束语

杭甬复线宁波一期高速公路工程二标段的威海互通立交桥和威海高架桥采用钢栈桥进行施工，搭设作业平台，将海上施工变成“陆地施工”，以便降低施工成本，保障施工安全，使得该工程有序进行。钢栈桥的应用为跨海大桥的安全、质量、进度、生态环保、文明施工等提供了切实的保障，可在相似项目施工中借鉴和推广。

参考文献

[1] 张波，彭启明，陈倩，等.钢栈桥施工技术分析[J].交通科

技与经济，2011，13（6）：4-9.

[2] 谢发良.浅谈施工栈桥型式与栈桥结构型式的选择[J].价值

工程，2018，37（12）92-94.