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摘要：钢栈桥常用于跨越江河、跨海等大型桥梁施工的水上通道和作业平台，钢栈桥安全合理的结构及其快速施工投入使用往往决定着桥梁建设的成本、安全和工期。本文结合新昌工业园区基础设施工程临江北路桥钢栈桥的建设，阐述浅覆盖河床重荷载工况条件下的钢栈桥设计与施工技术，为日后类似工程提供借鉴。
关键词：浅覆盖；重荷载；钢栈桥
1 概述
新昌工业园区基础设施工程临江北路桥全长254.52m，桥梁宽32m，分为主、引桥形式，其中主桥段上部结构采用跨径为3×30m的空腹式连拱结构现浇拱桥，下部结构采用群桩承台基础+实体墩。主桥段水域宽度约90m，水深3m，⑤、⑥承台位于主河道范围，河道地质条件自上而下依次为卵石层，强风化、中风化泥质砂岩，其中卵石层作为覆盖层约3m厚，桥梁周边为沿江生态景区，环保水保标准高，涉河工程严禁筑土围堰，主桥段施工通道及作业平台要求采取钢栈桥措施，因此钢栈桥的设计与快速搭设成为主桥段顺利施工的关键，也是桥梁建设关系安全、经济效益的重要措施。
2 设计技术指标
2.1 运行荷载
钢栈桥的主要功能是用于水上主桥段施工的便道、作业平台，根据桥梁工期要求、施工方案设备选型需要，最大荷载因素如下：
（1）轮式工作荷载:16m³混凝土罐车自重+载重，共600KN；
（2）履带工作荷载一：QU50履带吊+10吨震动锤，共60OKN；
（3）履带工作荷载二：XR280D旋挖钻机行走荷载70吨，工作荷载890KN。
钢栈桥行车要求同一跨内，仅允许一台QU50汽车吊作业或XR280D旋挖钻机通行，16m³混凝土罐车荷载单跨双车通行，钢栈桥处于重荷载运行工况。
2.2 其他技术指标
（1）钢栈桥桥面宽度：8m，可满足机械设备安全运行需要；
（2）设计安全等级：二级，结构重要性系数取值为1.0；
（3）设计洪水频率：1/20，设计最高水位不得高于承重梁底部标高；
（4）设计水流：考虑安全取最大流速1m/s。
3 钢栈桥设计与施工重难点
（1）钢栈桥钢管桩入土深度受地质影响
河道内地质构造主要为埋深约3m厚的卵石层，之后便是强风化、中风化岩层，覆盖层浅，加之卵石层可能孤石的存在，对钢栈桥钢管桩的下沉比较不利，实际钢管桩入土深度较浅，若按常规钢栈桥每跨间采取单排桩布置形式，稳定性势必受到影响。
（2）钢栈桥处于重荷载工况运行
本桥梁建设工期紧，水上施工不得污染河道，因此主桥段群桩施工设备采取了大功率旋挖钻机+长护筒护壁干作业法，效率高，环水保标准高，这也导致了钢栈桥运行荷载大，加之桥梁主体施工需要，混凝土供应设备配置大，也要求钢栈桥承受重荷载工况，对钢栈桥的设计满足安全运行且经济合理提出了较高的要求。
（3）钢栈桥施工周期短
受桥梁总体工期制约，对钢栈桥的快速施工提出了较高的要求。
4 钢栈桥结构设计
4.1 结构设计
钢栈桥单跨长度12m，桥面宽度8m，自下而上依次为：
（1）桩基础
桩基础采用D630×10钢管桩，为克服卵石层浅覆盖造成实际钢管桩入土深度不足影响桩基稳定性，采取将常规每跨间单排桩布置形式改为双排桩布置，排距2m，每排桩横向桩间距2.2m，通过双排桩布置可减小单桩承载力，同时形成了“板凳支腿”，提高每跨桩基稳定性。
（2）承重梁及桩间联系
钢管桩之间采用联系结连接，联系结材料为I22a工字钢，桩顶纵横采用2I40a工字钢叠加，承重梁在钢管桩位置，焊接设置牛腿，增加钢管桩的受力面积，通过承重梁及桩间联系，形成了“板凳桩”，达到了承台群桩基础效果，这样以来，即便部分桩基础埋深不足，只要处于持力层，也能够大大提高钢栈桥下部结构的稳定性。
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图1 钢栈桥设计结构纵向立面图
（3）主桁梁
承重梁上支撑主桁梁，主桁梁采用321型贝雷梁拼装，主桁梁每节长3m，高1.5m，构件材料为16Mn，每片主桁梁重270kg，每断面布置4组单层贝雷梁，每组由常规钢栈桥布置形式2片一组增加为3片一组，主桁梁承载能力也因此提高了50%，采用90型竖向支撑架固定每组桁梁端部，支撑架采用撑架螺栓及螺母与桁梁进行连接，连接时将其空心圆锥套筒插入桁梁弦杆或端竖杆支撑架螺栓孔内。相邻桁梁的连接采用桁梁销，桁梁销上销锥端有一小孔，供插保险销用，另一端面上有一凹槽，其方向与保险销孔相同。
承重梁与主桁梁之间采用型钢限位器固定。
（4）分配梁
贝雷梁分配梁采用I25工字钢，间距75cm，采用专用抱箍与贝雷梁固定。
（5）桥面板
桥面板采用I12工字钢@25cm作为劲板与10mm花纹钢板角缝焊形成整体，加工成标准配件，满铺在分配梁上，并采用专用抱箍与分配梁固定。
（6）护栏
护栏由护栏立柱和横栏组成，立柱采用1.3m高的I12工字钢，采用焊接连接在桥面板上；横栏采用D48×3mm的镀锌钢管。
（7）桥台
桥台台帽采用L型简易桥台，桥台混凝土为C30。底部配一层面筋增加基础整体稳定性，基础开挖至老土地基，承载力根据计算不小于125Kpa。
钢栈桥设计结构图见图1、图2。
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图2 钢栈桥设计结构横断面图
4.2 安全计算
（1）计算方法
钢栈桥结构为静定结构，采用公式计算与SAP-2000有限元分析软件结合。
（2）工况分析
钢平台结构设计分为工作状态和非工作状态，具体为：
施工工作状态：钢平台在自身施工期间，以单跨栈桥通行履带吊机以及履带吊机在前端打桩时的施工荷载组合；
使用工作状态：砼罐车、履带吊、旋挖钻作业荷载组合；
非工作状态：在恶劣的天气状态下，栈桥上不允许通行车辆与桥梁施工作业，仅承受结构自重与对应状态的其他可变作用的组合。
为减小计算工程量，相比较，合并多余荷载，选最不利结构的荷载，考虑极限风载、水流状态下，钢栈桥依然允许运行。采用SAP-2000有限元分析软件建立整体模型进行计算，上部结构各构件均采用梁单元，下部结构钢管桩嵌固点位置设置为铰结支座；按旋挖钻机和混凝土罐车满载在结构墩顶和跨中建模分析，每个工况考虑偏载。
（3）计算结论
栈桥上部结构最大组合应力和剪切应力满足要求；栈桥下部结构主横梁和立柱组合应力和剪切应力满足要求，钢管桩承载力满足要求；各结构材料刚度满足要求。由于地质为卵石层，沉桩有一定难度，施工中以贯入度控制为主，桩长作为校核为主，但最少入土不少于3米，贯入度经验取值1cm/min，确保钢管桩打到强风化岩层顶部。
5 施工技术
5.1 方案综述
钢栈桥架设采用“钓鱼法”进占施工，逐跨架设推进。首先完成桥台浇筑，之后插打第１跨双排钢管桩，50t履带吊停放至桥台处，吊DZ90振动锤震动钢管桩下沉，钢管桩下沉完成后，处理桩头自下而上依次完成管桩间联系结、桩顶承重梁安装，单跨12m主桁梁在后场按组拼接完成，履带吊按组快速吊装主桁梁，之后再依次施工分配梁、桥面板及钢护栏即完成1个标准跨钢栈桥，接着50t履带吊前行，逐跨架设钢栈桥。
5.2 主要工序施工方法
5.2.1 施工准备
（1）材料准备
根据钢栈桥设计结构，做好各个构件材料准备，配合架设施工分批进场，可降低现场周转及场地面积。值得强调的是钢管桩受到地质条件影响，每根桩实际下沉长度差异较大，前期进场钢管桩单根长度考虑一定富裕，桩头处理速度快，减少现场接桩频次，可加快钢栈桥架设进度。
（2）设备准备
钢栈桥施工使用到的主要设备有履带吊，震动锤，汽车吊，电焊机、等离子切割机，小船等。
（3）人员准备
钢栈桥施工用到的主要作业人员有起重工，司索工，电焊工，测量员，管理人员等。
5.2.2 桥台浇筑
钢栈桥两岸桥台采用“L”形混凝土桥台，与便道顺接，基础开挖至老土地基，承载力根据计算不小于125Kpa。浇筑的同时预埋10#槽钢，槽钢下部设置“几”形D=16钢筋，与槽钢接触部位满焊，增加锚固型，上部后期采用工字钢限位器焊接限制321贝雷片拼装的主桁梁端。
5.2.3 钢管桩施工
钢管桩下沉采用导向架进行定位，在施工时，对导向架进行整体吊装。一侧与已施工完成的栈桥贝雷片连接，一侧悬臂。矩形框架位于钢管桩桩位上方，用以定位钢管桩。采用履带吊将振动锤起吊至竖起的钢管桩顶口处，操作液压振动锤使其液压钳夹紧钢管桩，开启振动开关，钢管桩在振动锤激振力的作用下，振动下沉。打入精度：钢管桩沉桩过程中，双排桩平面偏差≤80mm；钢管桩插打垂直度偏差≤1%。每跨钢管桩下沉完成后，对桩顶标高抄平，切割承重梁槽口。钢管桩之间采用I22a工字钢联系结角缝焊连接成整体。
5.2.4 吊装承重梁
采用履带吊吊装2I40a型钢承重梁落至桩顶槽口位置，增设钢板牛腿脚缝焊接，使承重梁与钢管桩牢固形成整体，达到群桩承台基础效果。
5.2.5吊装主桁梁
承重梁上支撑主桁梁，主桁梁采用321型贝雷梁拼装，在后场完成每组钢桁梁拼装，每组长12m，采用用50t履带吊安装就位，注意确保贝雷梁的主受力节点应放在横梁上，每跨贝雷梁安装就位后，用型钢制作限位器焊接固定将主桁梁限制在承重梁上。
6 结语
新昌工业园区基础设施工程临江北路桥钢栈桥通过精细化结构设计，采用“板凳桩”思路，加密贝雷片加强主桁梁结构强度，优化施工程序，构件做到工厂化，标准化，提前拼装成组等措施，做到了浅覆盖河床重荷载工况条件下快速投入使用，为主桥段安全顺利施工创造了条件，达到了环保、安全、高效，为桥梁建设发挥了重要的社会和经济效益。
参考文献：
[1] JTGD64-2015，公路钢结构桥梁设计规范[S].
[2] JTS167-7-2012，港口工程桩基规范[S].
[3] 黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京:人民交通出版社，2001