一  工程概况

长江轮渡北栈桥属新长铁路，位于靖江市长江北岸，其上游约3公里处是江阴长江大桥。本栈桥全长509.40m,下部为 550PHC管桩基础 ，直桩190根，7：1斜桩180根，总延长10695m，管桩接头采取端头焊板连接方式，桩长22—40m。栈桥上部为 固定部分7-3 2m下承式钢桁梁＋活动部分5-48m下承式钢桁梁，固定部分轨面固定，线坡1.8%，活动部分轨面根据长江潮位的涨落进行升降调节，调节升降机械系统采用螺杆传递方式，调节最大坡度为26‰，相邻两孔梁的坡度代数差为16%。为保证钢桁梁能随水位的涨落而调节其坡度，故在下弦的两个节点上，设置了绞孔，前一孔钢梁E0节点与后一孔钢梁E6节点铰接由吊板及大螺杆等升降装置连接后自由起落升降，使桥上坡度能随轮渡上三股道相对应，并增加了跳板梁和元宝梁，以保证顺利实现桥船连接。

桥修建在长江北岸靖江一侧，受潮汐影响较大，高潮位H  =5.23m,低潮位H=-1.15m,夏季有台风侵入，施工区域水深2—9m。河床表层为淤泥质粘土，向下依次渐变为砂粘土、粉砂夹砂粘土、砂粘土、粉砂土渐变为细砂。

二  主要施工方法

根据桥位处的水文、地质情况，以及栈桥基础、承台、钢梁的结构形式，通过对技术、安全、质量、效益、进度等多方面的论证，PHC管桩采取移动式打桩船施工、7—13#墩承台采取钢板桩围堰方案、1—6#墩承台施工采取钢套箱法方案、钢桁梁采取浮运膺架法、钢板梁采取吊装法施工。

三  主要施工工艺

(一)PHC管桩施工

1  打桩船

 打桩船由16节标准舟节组成，外型尺寸36×17.4m，中间留有6.6m的空档，打桩机在此空档实施打桩作业，其形式见图—01。

D35型打桩架插打7：1斜管桩存在的问题：

①打桩架布置在船体上需增设桩架底盘；

②桩架底盘前横梁能自由升高和降低；

③导向装置对控制桩的方向误差太大；

④斜撑杆的稳定系数偏小。

针对上述问题，对打桩作了如下技术改造：

(1)打桩架底盘

两船体中间留有6.6m作业空档。为保证浮箱的受力合理，用12.66m的栈桥梁作底盘前、后横梁，底盘前横梁升高或降低时，为便于调整底盘两横梁间的平面距离，在前、后两横梁间设置了铰接连杆，交接连杆与前、后横梁连接处设置了铰接，以便连杆能自由转动。为使底盘前横梁能够自由升高或降低，在前横梁两端部增设了两台50吨电动液压千斤顶，千斤顶的技术参数如下：

              起重量                           50T

              行程                        　　 70cm

              工作油压                         25MPa

              回程油压                         <3MPa

              顶头尺寸                         150mm

              外形尺寸                         Φ300×1170mm

              自重                         　　436kg

              需油量                           18L

千斤顶将底盘前横梁顶起后，在前横梁底部两端各加塞一个钢支腿，然后释放千斤顶，锤重及打桩架重由钢支腿承担。其布置见图—02。

(2)导向装置

D35型打桩架的立柱导向杆底端没有布设导向架，桩的方向仅靠桩帽来控制，误差较大，为此在立柱导向杆下端增设了桩箍见图—03。其功能：插桩时和桩帽一起抵抗土的侧压力和水流冲力；纠偏时作为支点承受拉压力；施打时能导向约束桩的方向，缩短桩的自由长度和防止意外事故等。桩箍两卡蹄可转动，内设导向木块，并相交90，这样可保证四个方向均有约束力。

(3)斜撑杆

当立柱导向杆后倾成7：1斜度后，经检算打桩架斜撑杆的受压稳定性较差。为增加斜撑杆强度，在撑杆顶端设两台5吨导链滑轮作拉索。

(4)前、后横梁

当底盘前横梁升高和降低时，打桩架前、后横梁与底盘钢轨接触处为转动，为防止出现滑动，在前后横梁下部加焊了限位槽钢。

2　现场接桩

PHC管桩作为深基础桩基类型之一，多被设计为长桩，工厂预制长度一般为4—12m，因此一根桩的接头数量也相应增多，因受运输条件和沉桩设备的限制，管桩接头需在现场进行，为确保采取端头焊板连接方式的管桩接桩质量施工中采用了台座和钢销定位，运用了多层焊接和加强焊缝等技术。

接桩分为码头接桩和打桩架上接桩两种情况。

(1)现场接桩的要求

a、应确保桩的轴线一致及端头焊板的密贴；

b、接桩所需用设备简便易备；

c、接桩要简便迅速； 

d、接桩时要确保焊接质量；

针对上述要求，在北栈桥PHC管桩施工中采取了下述现场接桩技术。

(2)PHC管桩对位

a、码头对位

为保证接桩时桩的轴线一致及端头焊板的密贴，在码头制作了一个接桩台座，其够造如图—02所示，为适应4m 和6m 、8m 、10m 两种桩长，台座设置了五个垫座和一个支墩。垫座基础为150#砼 ，垫座直径为管桩直径φ550，弧长为1/3圆，垫座安装时要以经纬仪定位，水准仪严格抄平，支墩前放置一台5T螺旋千斤顶。

b、打桩架上对位

端头焊板连接方式，在打桩架上接桩常规做法是采用对接钢笼或卡箍方式稳桩定位，上述方式有速度慢、精度低、作业程序多的缺点。经分析论证，采取了定位钢销方式，它具有速快、精度高、操作简便的特点。

PHC管桩在生产时，在端头焊板上留有均匀的12个φ25带丝螺栓孔，孔深28mm  ，此孔在沉桩时并无作用，为此，在每个接头加工了三个定位钢销，长度为50mm  ，均布于端头焊板上，钢销构造如图—07所示。

待接桩喂到位后，将固定在已沉桩节的对应孔中，然后将锤落下压在待接桩上，桩架前后、左右移动调整将桩轴线调成一致，依靠锤重、桩重 使端头焊板密贴。

(3)PHC管桩焊接

a、焊条选择

端头焊板材质设计为A3钢，管桩在沉桩时为动力结构，为确保焊接质量，选用了低氢钾型φ3.2和φ4.0两种规格J426焊条。

b、焊机选择

根据焊条型号及规格选用AW400型交流弧焊机。

c、焊接准备

对焊条的型号、规格、数量、焊机的完好程度、施工脚手以及焊工的保安工具等要进行严格的检查。

焊条在使用前进行烘干预热。

对坡口要进行人工修整、干燥和清洁。

d、焊接操作

操作要点：焊接时焊工要根据事先试验的数值选定适当的电流、的电压，操作时应时刻注意运用焊条的方法、电弧长度、保持角度及熔深的状态等并及时调整。

多层焊接：端头焊板的坡口深度为12mm ，为此采取了4层焊接，第一层为打底焊，使用φ3.2mm  J426型焊条，以后几层使用φ4.0mm  J426型焊条,每层焊完后应将焊渣和飞溅物完全消除,再焊下一层,以防夹渣,每层的收条部位应与上、下层的收条部位相互错开。

加强焊缝：加强焊缝的目的是为了把受到骤冷的最后一层粗结晶组织，再一次加强焊缝的焊接，使之起到退火的效果，以期改善结构组织。但加强焊缝过高会降低周边母材的强度，也会妨碍应力的顺利传递，因此加强焊缝的高度不大于3mm  ，并且焊接部表面要平滑均匀。

e、焊接检查

由于PHC管桩在现场焊接完后就要打入 ，所以除了在试打时焊接部位进行试验外，一般不作强度试验，只作外观检查和尺寸检查。

(4)PHC管桩接桩注意事项

a、选桩

①按《铁路桥涵工程质量评定验收标准》对桩的质量进行严格检查，不合格的桩，禁止使用。

②PHC管桩端头焊板由于受张拉应力的影响有微小变形，因此在接桩时要选择端头焊板能相互吻合的两根桩进行连接。

b、嵌填。由于端头焊板的不平整，虽经选桩，仍有不密贴的现象，施工中对小于2mm  的缝隙不作处理，对在2mm  —4mm  的缝隙，用薄钢片嵌入，对大于4mm 的缝隙需重新选桩。

c、焊条。焊条要有质量保证书，贮存库应干燥且通风良好；焊条在使用前必须烘干，烘干温度为3500C—4500C，烘干后要放入保温筒中随用随取。

d、第一层打底焊时，在保证所定的电流上尽量将电压调低，以使第一层焊接焊深一些。

f、在降雨、降雪和刮大风时，要停止焊接作业。

e、端头焊板上需上定位钢销的螺栓孔要仔细检查，深度不够时应以丝攻修整。

f、  进行焊接操作时，严格按照手弧焊的安全技术规程操作。

3  沉桩

(1)打桩船就位

通过四套锚碇设备将打桩船锚碇，锚绳与船轴线的夹角在400—600之间，四个方向夹角基本相同。通过全站仪和经纬仪的控制使打桩船初步定位。

(2)喂桩

浮吊吊钩吊住管桩上端，打桩机和浮吊配合将管桩垂直吊起，喂入桩帽，打桩机落锤，进一步调整桩位，下端卡上桩箍。

(3)插桩和纠偏

插桩时，利用桩、锤自重压桩使其沿桩箍导向木下沉，桩尖入土约5m  时，停止下沉，进行桩位检查，发现偏移进行纠偏。

(4)稳桩

桩经纠偏后，将桩再下沉2-3米 ，使桩稳定，停止沉桩，再次调整打桩机复核桩位，尔后继续沉桩，直至桩不能自行下沉为止。

(5)施打

桩下沉稳定后，即可施打。施打 时要尽量保持桩锤、桩帽、桩中心线互相重合，以免击偏。桩沉入较硬土层，应控制落距，采取重锤轻打，渐渐下沉，以保沉桩质量，同时不致损坏桩身。

(6)接桩

当桩打至桩顶 距桩箍一米左右时，应停打 ，进行接桩。

(7)送桩

这是沉桩过程中的最后一道工序。为将桩打到设计标高，要接送桩器进行送桩，送桩时要使送桩器和桩中轴线重合，送桩深度由跟踪测量的水准仪控制。

4  测量控制

(1)目的

①掌握桩身的平面为仪位移及倾斜度。

②掌握桩的贯入度及桩尖所穿过的土层。

③控制的检验施工工艺。

(2)控制方法

着重介绍斜桩的控制方法。

①桩的横向控制：

首先在桥头测放出每排管桩的桥头控制桩，将经纬仪支立此处，就能控制桩的横向位移。

②桩的纵向控制：

桥位处水位较深，又受潮汐影响较大，水面变化不定 ，如以船体 平面作为控制面误差较大，且不稳定，为确保桩位的准确，施工中采取预设控制平面法进行控制

a  控制原理

当桩身倾斜度不变的情况下，同一根桩在同一标高平面处的桩身位置是不变的。为此，假定一控制平面，其标高为 （最高潮位时，此平面仍在船面以上），通过控制此平面即可控制斜桩的纵向平面位移。

b  计算

如图-08所示，首先假定一控制平面，设其标高为+4.000m,则在控制平面上斜、直桩间距为2-[4-（-3.6)]÷（7÷1）＝0.914m。

建立如图-09控制网，ZD31-6C=（404.45-0.914-146.16)÷COS26015′16″=286.981m          ZD31-6D1=（1.65＋1.65）÷Sin26015′16″＝7.46m

CM=(ZD31-6C-ZD31-6D1)×Sin26015′26″＝（286.981－7.46）×Sin26015′26″＝123.649m

C点至1#桩外边缘的水平距离为123.649-(0.55／2）＝123.374m（0.55为管桩直径）。

C  测量控制

利用上述资料，用经纬仪、全站仪对插桩、稳桩、打桩、接桩、送桩等进行全过程跟踪，发现桩身偏移较大时（或有继续增大的趋势时），操纵打桩机对桩身进行控制以减小桩身位移。

③桩尖标高控制

因受潮汐影响，桩尖标高不能以船体进行控制，为此在岸上或水中测量平台上，支立水准仪进行控制。以桩尖为0在桩身上以10cm  为单位标出桩身长度，锤击 时水准仪随时读取桩身或送桩器上的数值，以此推算出桩尖标高。记录锤击次数并与入土深度相比较，据此计算出桩的贯入度，判断出桩尖所进入的土层，据此选择锤的落距。

(二)钢板桩围堰施工

根据桥位处7#-13#墩处的水文地质情况，其承台的施工采取钢板桩围堰的施工方法。

1  设备拼组

利用舟桥器材拼组成定位船等施工设备。

2  钢板桩的结构形式

承台的结构尺寸为8m×5.4m×2m。为满足承台的施工需要，钢板桩围堰采用矩形的结构形式，其尺寸为10.988m×8.888m ，内设二道内支撑，支撑由[40槽钢加工而成，钢板桩选用15m的32W型。钢板桩的计算数据见表1。

3  钢板桩检验、整型

钢板桩运到工地后，均应详加检查、丈量、分类、编号，特别要检查锁口，将所有同类型的钢板桩作锁口通过检查，凡钢板桩有弯曲、破损、锁口不合格的均应整修，整修后的板桩要符合技术要求，以保证板桩的顺直及锁口处能顺利通过。并在锁口处涂以黄油膏，以减少插打时的摩阻力，加强防渗性能。

4  定位船定位

在仪器的控制下，通过四台定位锚机将定位船锚定在设计位置。

5  钢板桩的插打及合拢

插第一根板桩时，要确保其位置的准确及其自身的竖直，经检验无误后，用10吨浮吊吊震动锤将板桩插打到位，然后以第一根板桩为基准，沿定位船将板桩逐根插打到位。钢板桩起吊后以人力扶持插入前一块桩的锁口内，动作要缓慢，防止损坏锁口，插入后吊机下钩，使桩凭自重和锤重滑下直至不能下滑，然后开动震动锤将桩打至设计标高。插打中要随时与设计位置比较并纠正歪斜，板桩合拢困难时，可用导链滑车调整合拢口的宽度，以便合拢。

6  内支撑的安装

北栈桥采取了两种安装内支撑的方法，一是先沿定位船插打钢板桩，后安内支撑；二是先插打定位桩，将内支撑悬挂在定位桩上，再沿内支撑 插打钢板桩。

13#采用了第一种方法：

(1)钢板桩合拢后，用浮吊将二道内支撑先逐层放入围堰内，临时挂在板桩上，在钢板桩上焊接第一道内支撑牛腿，将第一道内支撑安放在牛腿上，并用木楔嵌填内支撑与钢板桩间的空隙；然后抽水至第二道支撑处，再以同样的方法安装好第二道内支撑。          ⑵、7#~12#墩采用了第二种方法：在内支撑四角位置按设计要求打入四根φ429钢管桩作定位桩及临时支撑。然后将第二层内支撑按设计位置悬挂在定位桩上，再将第一层内支撑按设计位置安装在定位桩上。以第一、二层内支撑作内导向，定位船作外导向，逐片插打钢板桩直至合拢。然后抽水，嵌填。

7  射水开挖、封底

第二道内支撑安装支撑牢固后，射水吸泥开挖至承台底标高以下20cm，然后灌注20cm封底砼，为防止封底砼对钢板桩的粘结，可在封底砼与钢板的联接处铺上油毡。

8  钢板桩的拆除

承台、墩身施工完毕，即可向围堰内灌水至第二道支撑处，然后拆除第二道支撑，再灌水至第一道支撑，再拆除第一道支撑。                                             

将拆除的钢板桩保养后运往下一墩位施工。

(三)钢桁梁架设

1  钢桁梁架设施工方案比较

钢桁梁的架设方案要考虑墩高、跨度、通航、水深、流速、河床地质、机具设备等情况，因为不同的架设方法，在钢桁梁杆件中产生的应力不同，有时需对杆件进行加强或增加临时杆件。本桥设计文件中指定采用浮运法或膺架法进行钢桁梁架设。

(1)浮运法架设钢桁梁方案

活动栈桥的钢桁梁由于需要升降，墩身在钢桁梁两侧，且墩顶混凝土面高程（最高为+9.0m）远高于施工水位（平均为+2.0m），若采用浮运法架设，钢桁梁底面高程至少为11.3m （高于钢架立柱底节0.5m）。在浮船上拼装时，高度答达7.5m，既不安全也不便于操作，同时费用较高。如果先施工墩身的一半，然后采用浮运架设钢桁架，最后完成墩身施工，将给墩身施工带来困难。不仅墩身模板不易安装（墩身与钢桁架之间的最小静距只有12cm），而且若墩身混凝土上下连接面边缘处理不好，会产生错牙，影响墩身的外观质量。

(2)膺架法架设钢桁梁方案

由于桥位水深，河床为淤泥质砂粘土，膺架类型不宜采用一般的支柱式、长梁式，而采用墩梁式较为有利。利用墩身施工时钢套箱围堰的竖向大龙骨作为膺架梁支墩，用六四式军用梁拼组膺架梁，同时在墩身承台上搭设临时落梁支墩以支撑钢桁梁的端节点，待升降设备与钢桁梁连接之后再予以拆除。膺架梁的架设方法与以往的传统方法不同，而是采用浮运的方法。两种方案的比较见表2。

根据以上方案比选，决定采用浮运膺架法架设钢桁梁。

2  浮运膺架架设钢桁梁主要施工方法

(2)浮运膺架梁的架设

①膺架梁支墩

根据钢桁梁施工期间的水位确定膺架梁的架设高程，膺架梁支墩系利用钢套箱的侧壁，将钢套箱于一定高程处切割水平，其上置一片12.66m长的桥面垫梁，并与钢套箱竖向大龙骨连接。切割高程主要考虑施工期间的潮水位，以便浮运法架设和拆除膺架梁。

②浮运膺架梁

膺架梁长40m，由2组4片双层六四式军用梁拼组而成。每组2片军用梁间用套管螺栓连接。2组中心线之间距离6.1m，与钢桁梁主桁中心一致。膺架梁两端支承在膺架梁支墩（桥面垫梁）上。2组军用梁之间采用[16做横向连接系，设上、中、下3道，同时在膺架梁三等分处加设2[40“十”字支撑，以保证膺架梁的整体稳定。

膺架梁拼组在六七式铁路舟桥标准舟节拼成的浮船上进行。拼组完成后，高潮时，利用浮船将膺架梁浮运至待架梁位，然后用钢丝绳将浮船和钢套箱连接带紧，再用倒链将浮船稍稍移动，以使膺架梁准确就位。就位后，在支墩上膺架梁支座两侧竖向焊接角钢，以防止膺架梁横向移动。待落潮时，将倒链缓慢放松，使膺架梁落于支墩上。最后将浮船拖出。

膺架梁架设就位后，在其上满铺竹脚手板，作为钢桁梁架设施工平台。同时在钢桁梁下弦节点处搭设高60cm枕木垛。枕木垛上铺12cm厚钢板，用以支承钢桁梁节点。钢梁架设完之后，拆除枕木垛，膺架梁与钢桁梁之间留有30~60cm的空间，以便浮出膺架梁。膺架梁及支墩结构见图1。

利用六四式军用梁作为膺架梁进行钢桁架设的关键是膺架梁的搭设和钢桁梁拱度的调整。膺架梁的搭设采用浮运法，而预留拱度不但要考虑到钢桁梁的设计拱度，还应考虑膺架梁本身受力后产生的挠度，膺架梁预留拱度见表3。膺架梁拆除后，实测钢桁梁的架设拱度符合设计要求。

③落梁支墩

落梁支墩由[40焊接而成，先在浮船上焊好，然后将其整体吊装安放于承台上钢桁梁节点位置。钢桁梁梁底的架设高程大于最低设计高程。架设时，在各支墩上钢桁梁端节点处搭设高程相同的枕木垛，使桥面保持水平。枕木垛上铺12mm厚钢板。落梁支墩结构见图2。

(2)落梁

钢桁梁拼装完毕，用4台1000KN油压千斤顶在钢梁端部将钢梁均匀顶起，然后拆除膺架上节点外支墩。在低潮时将浮船拖至膺架下面，利用涨潮将其整体托起，再拖出移至下一孔钢桁梁处进行拼装架设。膺架移开之后，利用纵横向滑移板将钢梁移至梁位，再用千斤顶缓慢均匀地将钢材桁架落在支座上并将支座锚固。一~四孔梁落在临时落梁支墩上。