码头引桥

吴淞口邮轮码头位于上海宝山吴淞口，作为世博配套工程，必须在世博前投入使用。作为上海窗口的邮轮码头工程在设计中，非常注重景观性，同时工期也非常紧迫。码头引桥的荷载及上部结构计算按公路- I 级荷载和相关桥梁结构要求进行，下部结构则为水工构筑物，须考虑水流、波浪对桥梁基础结构的作用和桥梁结构耐久性的要求以及水上施工的可行性。根据总体设计，码头上设有一栋联检大楼，除交通外还有大量管线通过引桥。码头所处区域，船只密集，桥梁还有被船只撞击的风险性。受多种因素的限制，本桥设计有如下特点：荷载大，景观、防撞、防腐要求高。引桥总长约450 m，宽15 m。引桥设4 跨一联，每2 跨设一个景观平台，见图1。

作为邮轮码头引桥，引桥的线形受到很多条件限制。为顺接陆域和码头，引桥平面半径为1995 m 的圆曲线。纵断面为顺接码头和陆域标高，从景观考虑，引桥纵向设平坡。该区水域设计高水位标高为4.01 m，极端高水位约5.87 m，桥面标高约7.6 m。为使箱梁梁底在高水位之上，梁高不能超过1.8 m。照“安全、经济、适用、美观”的原则，尽量选择合理的相同跨径来布设，以方便施工，并达到均匀和谐的效果。跨径太小，桥墩太密，下部结构过多，造价过高，且不美观；跨径太大，则梁高较大，对施工机械设备，都有较高的要求，同时梁高较高，看起来有厚重感，不美观，且造价也将提高。综合以上因素，但是受梁高的限制，直线段主引桥桥梁跨径选择为30 m。

考虑到本工程桥梁位置隶属于海洋环境，应尽量选用外表面积较少的断面，有利于防腐。本工程引桥有一定长度，且无通航要求，采用梁桥比较经济、美观、合理。梁桥中也分空心板梁、T 梁、箱梁。空心板梁施工简单，也比较经济，但是需要盖梁，美观稍有不足，且跨径一般不宜超过25 m。T 梁跨越能力稍强，最大跨径能到50～60 m，可采用预制吊装的工艺，缺点是外表面积太多，不利于结构防腐，而且也不美观。且跨径大了后梁高也较高，T 梁也需设置盖梁，美观性较差。箱梁外表面简洁大方，结构整体性好，抗扭转效果好，有利于防腐。经综合比较，引桥方案标准段从景观要求选定采用跨径适中的30 m 跨径等高预应力混凝土连续箱梁桥。横断面采用弧形横断面。每隔一跨设观景平台，观景平台尺寸为半椭圆形，椭圆长轴为5 m，短轴3 m。

3.1 桩基

一般港口、桥梁工程中常用桩型有预应力混凝土方桩、高强度预应力混凝土管桩（PHC 桩）、钢筋混凝土灌注桩、钢管桩等。钢管桩相对于混凝土桩，桩身的抗弯抗拉能力强，自重轻，耐锤击性能好，施工快速，适合于水深大，可能有船只碰撞发生的情况。本工程所属区域为于吴淞口锚地，小型船只众多，船只撞击桥梁的概率较高。而且大部分引桥水域的水深条件较好，适合打桩船施工。标准段桥墩桩基推荐采用钢管桩。A3～A15 桥墩承台下设置6 根1 m 直径的钢管斜桩，计算桩长65 m 左右，持力层选用7 层粉砂层，计算单桩极限承载能力标准值为7 500 kN。钢管桩采用适当预留壁厚和涂环氧类重防腐涂料的方法防腐。A1～A2 两个桥墩，根据现场情况，近岸的滩地堆有较厚的钢渣堆，为方便施工，考虑采用冲孔灌注桩。具体每个承台采用5 根直径1.2 m，混凝土标号C40 的冲孔灌注桩，估计桩长65m 左右，持力层选用7 层粉砂层。计算单桩极限承载能力标准值为7 300 kN。

3.2 承台

承台大部分采用为高桩承台，考虑施工的可操作性，布置如下：A1～A2 承台标高设在 2.3 m，其余承台标高设在 2.8 m。根据设计水位，承台在常水位大部分不露出水面，在高水位不露出水面。A1～A2 承台形状选用矩形带圆倒角，尺寸为6.6 m×6.6 m；A3～A18 承台形状选用椭圆形，平面上迎水面呈半圆型，尺寸为 6.9 m×4.5 m，承台采用 C40 现浇钢筋混凝土，水上部分采用钢套箱施工方法施工承台。

3.3 桥墩立柱

A1~A15 标准段桥墩立柱采用独柱Y 型花瓶状桥墩，线型由多段圆弧组成，线条流畅优美。立柱底面尺寸2.5 m×1.2 m，顶面尺寸4.3 m×1.8 m。高度2.75～3.25 m。

3.4 箱梁

3.4.1 箱梁施工方法

连续梁上部结构的设计和施工方式密切相关。可以采用满堂支架施工方法，少支架施工方法以及架桥机逐孔现浇施工方法。由于本桥桥梁长度短，采用架桥机不经济。水深较深，采用满堂支架不现实，最终施工单位选用了打设临时桩，用贝雷架的少支架施工方法。这种施工方法，箱梁设计计算可以按照成桥状态计算。

3.4.2 箱梁纵向预应力设计

按箱梁为单箱两室，梁高取1.7 m。中腹板厚度为45 cm，外腹板采用斜腹板，厚50 cm。和花瓶式桥梁相呼应。箱梁顶宽15 m，底宽7.5 m，顶板22cm，底板25 cm。悬挑翼缘长约3.25 m，端厚20cm，悬臂根部55 cm。同普通陆上桥梁不同，本桥需要考虑高水位时的浮托力，除考虑规范的正常组合外，还需考虑有浮托力的组合。纵向钢束采用18 根Φ15.20- 15 的腹板通长束，4 根Φ15.20- 9 的顶板束和8 根Φ15.20- 9 的底板束。整个引桥共四联，为不影响端部张拉，通长束端头设在端部顶板上。为避免边跨下方出现裂缝，底部端头设单端张拉的钢束。

3.4.3 箱梁横向预应力设计

为满足景观要求，横断面采用整体感强的单箱斜腹板箱梁，箱梁底部采用曲线，使桥梁看起来更加动感现代。横断面内仅设两个支座。由于码头引桥上有座联检大楼，因此有大量管线要从引桥上过，水电专业提出，最小净高要500mm。本桥景观要求很高，不允许桥下悬挂管线，那就仅能悬臂考虑了。同样由于停车及景观要求，人行道仅高于车行道20 cm，在悬臂处设计了管线沟。同样由于景观要求，本桥除了设计普通栏杆外，还另外设计了景观栏杆。景观栏杆和景观平台错开布置。原本的普通大挑臂变成错综复杂。引桥是边施工边设计，方案不断调整。横向仅在景观平台处设计了横向预应力筋，其它为钢筋混凝土结构。

3.5 引桥防冲系统设计

本桥的前提条件是该引桥下不通航。但是该区域属于避风港，船只较多，使用中的长航码头离引桥更是非常近。引桥初步设计的时候，仅考虑上游小船失控撞击桥墩的可能。实际施工期间就发生了一次船舶撞击了施工中临时导桩的事情。由于平时水位较高，船舶一旦撞击桥梁，容易撞到上部结构。而上部结构为薄壁箱梁，是经不起撞击的。为防止上游的停靠的船舶撞击桥梁，不允许船舶靠近桥梁停靠。

在接近现有长航码头引桥处，用直径1.0 m 的钢管桩设成钢栅栏缓冲失控的船舶漂向引桥。根据公路桥涵设计通用规范，表4.4.2.1 内河船舶撞击力标准值，3 000 t 极船舶撞击力为1 400 kN，设作用在中间5 排桩上。经Ansys 软件模拟，最大位40 cm，钢管桩应力达291 MPa，在每个桥墩的两侧方向20 m 左右，设置一个防撞墩.防撞墩的作用是拦阻失控船舶撞击下游桥梁，使其停止或大大减速，但在撞击过程中，允许防撞墩被撞坏便于修复。引桥其它部分考虑100 t 级船舶撞击。防撞墩为圆形直径4 m，底标高1.5 m，顶标高3 m，每个桥墩设三个直径1.0 m 的钢管桩，两个桥墩之间设两根钢管桩，间距10 m。钢管和防撞墩的间隙用锚链相连，考虑以下两种工况，工况一：100 t 船舶撞击到承台上。承台位移2.8 cm,钢桩应力68 MPa，根据计算结果，承台自身的防撞能力是有富余的，但是一旦船只进入承台之间，则无多大富余。

3.6 引桥与防洪堤、隧道工程的结合

引桥设计之初，后方陆域接线地块的设计未定。但是引桥施工一半时，其它工程与引桥有交叉。后方陆地设有200 a 一遇的防洪堤，且为了更大程度利用土地，将堤线设在A1 位置。且防洪堤断面为斜坡堤断面，坡脚到到达A3 桥墩，断面对桥墩水平影响较大。

为配合整体工程进度和引桥的安全，同意业主将A0~A1 跨取消，并将A1 桥墩改造成具有挡土功能的桥台，并说服防洪堤设计在引桥范围不设斜坡堤，一定范围内设直立式驳岸和桥台相连接。A0~A1，A1~A2 之间还有两条规划隧道盾构通过，A0~A2 均为直桩，为避免桩基离隧道边线太近，A2 桥墩往江侧移了1 m，调整了下第一联的跨径。

3.7 耐久性设计

（1）所有桥墩和箱梁外侧表面图硅烷浸渍材料以防腐。支座采用球钢支座，为满足防腐要求，采用定制方法，采用不锈钢，使球钢支座满足海港工程的防腐要求。

（2）保证混凝土保护层的厚度，所有钢筋外侧保护层要求净保护层5 cm。

（3）预应力筋的耐久性防护措施：管道填充浆体中加入阻锈剂，采用塑料波纹套管，保证预应力钢束的混凝土净保护层。波纹管应采用高密度聚乙烯和聚丙烯塑料套管。

（4）预应力锚固端的耐久性防护：预应力锚固端的耐久性应通过锚头组件材料、锚头封罩、封罩填充、锚固区封填等环节提供保证。锚固端的防护工艺如下：锚头封罩内部填充材料中加入阻锈剂，锚头封罩采用高耐磨性材料。

（5）承台表面设从中央到四边的排水坡度，避免涨潮落潮后在承台表面形成积水。

随着人们对桥梁的景观要求日益提高，码头引桥的功能不仅仅局限于满足使用功能要求。受到水上诸多条件的限制，景观要求高的码头引桥的设计比公路桥梁考虑更多的因素。本设计可供同类桥梁参考。^[1]

大连LNG 码头工程引桥长150m，共三跨，结构属于沉箱重力墩式结构，沉箱上部为大跨度预应力箱梁，桥面宽16m，每跨5 榀箱梁，共15 榀，第一跨箱梁长43.87m，第二跨长34.85m，第三跨长41.9m，

2.1 非预应力钢筋制绑

（1）箱梁所用钢筋在加工前按设计图纸对规格、型号、数量、位置进行复核，准确无误后进行交底，开始下料加工。钢筋在加工场制作成型，平车运至现场，人工在底胎在上绑扎成型，钢筋连接主要采用搭接绑，首先进行架力筋支立，然后进行分布筋绑扎。

（2）箱梁钢筋绑扎顺序：底板钢筋→腹板钢筋→ （底、腹板束波纹管布置）→ （封头模支立及锚具固定）→ （侧模、芯模制安）→顶板钢筋绑扎。

（3）钢筋垫块为强度不小于设计砼强度的半圆形垫块，与模板线接触，垫块布设应交错分布，不应贯通，每平米不少于1个，绑扎铅丝不应过长，铅丝头及铅丝结全部向里侧按倒或与钢筋面平齐。

2.2 预应力孔道预留

后张法预应力孔道采用镀锌钢波纹管成孔，波纹管布置时，其纵横向曲线参数必须满足设计要求。波纹管接头处要以大一号的波纹管进行旋接，接头内口先将毛口打磨平滑，以确保穿束顺畅，波纹管接头外口用胶带包裹好，以防止漏浆。波纹管埋设时，另须注意张拉端处位置的准确，并要求与锚垫板喇叭管管道自然顺接，并保证接口处牢固、不漏浆。波纹管预埋时，以Ф10mm 钢筋作为定位钢筋，采用“井”字架固定，其中直线段每1m 设置一道，在曲线处每0.5m 设置一道，定位钢筋与箱梁纵横向骨架筋电焊固定，以确保孔道在砼浇注过程中不发生移位，满足设计及规范要求。

3.1 模板设计与制作

箱梁模板采用大片定型钢模板，面板为4mm 钢板，外设[10 纵横肋,槽钢间布置角钢∠50×5，外片模板附带桁架，内芯模板设计为截面可伸缩形式，外片模板底部通过对穿拉杆连接固定，顶部采用桁架连接固定，内芯则通过与顶部桁架连接固定，内外模板间采用定位筋控制相对位置。

3.2 模板支立

箱梁侧模采用墙包堵形式，在底、腹板钢筋绑扎成型，预应力孔道布置结束后进行箱梁堵头及芯模支立，由于顶部桁架还没有设立，无法进行吊拉固定，先利用支架支垫，芯模支立完成后，进行顶部钢筋绑扎，完成后进行外片模板支立、拼装。模板安放到位后，须调整模板的边线及垂直度，另须收紧模板间对拉螺栓，使模板上口边线顺直。在模板安装前须在模板板面涂抹优质脱模剂，涂刷要求均匀，厚薄以模板板面有油感为准，模板拼缝间用硬泡沫条封堵。拼接完成后须对模板板面及拼缝进行仔细检查，拼缝处如有错牙或止浆条伸出模板面，须进行调整。

3.3 模板拆除

采用25t 吊车配合人工进行拆除，先进行堵头及内芯模板拆除，再进行外片拆除，内芯模板先将底八角人工拆除，然后通过丝杠将芯模两侧收缩与侧墙分离，将平移车推入箱梁内，平移车到位后将顶部吊芯模的螺栓卸下，芯模通过自重落于平移车上，然后利用滑轮组将平移车拽出，如果模板与砼接触紧密，不能自由下落，利用在芯模两端预埋的吊环，用丝杠将芯模拽下，外片模板常规的采用25t 吊车配合人工分片拆除。

4.1 砼配合比

砼强度等级为C55 高性能砼，根据高性能砼技术指标要求及施工经验，塌落度过小由于钢筋较密，造成砼不容易下落，有可能卡在模板中间位置，很难处理；如果塌落度过大，流动性变大，凝结时间较长，在浇注上层砼时，从芯模压浆板反出的砼过多，将反出的砼从箱梁中倒出非常困难，因此在设计砼配合比时将砼塌落度控制在14～16cm。

4.2 砼浇筑

（1）由1m搅拌站集中供料，4 台砼罐车运料，利用两辆25t汽车吊吊1m砼大罐下灰入模浇筑。箱梁砼浇筑采用从中间分层对称下灰，阶梯式推进，布灰的具体顺序要求为：底板→腹板→顶板，布灰厚度按每层50cm 控制，5 层到顶，箱梁第一层底板砼数量为70 m左右，根据拌合站的搅拌能力每小时25 m计算，底板浇筑完成需要2.5～3 小时，根据该砼初凝时间判断可以激活重朔，因此满足施工需要，底板浇注完成后在进行侧墙浇注时，应观察底板砼的凝结情况，防止浇注侧墙砼时，砼下沉从芯模压浆板反出。

（2）箱梁砼振捣采用以5cm 插入式振捣棒和附着式振捣器相结合的方式振倒，附着式振捣器间距75cm，每3 个一组，振捣1 次30 秒，每组振3 次，在砼初凝后，不能再使用附着式振捣器。

（3）采用插入式振捣棒时，施工中要特别注意振倒棒不得接触或插碰波纹管及锚垫板，振捣棒移动间距不应超过30cm，且应插入下层混凝土5cm，对每一振动部位，尤其是箱梁两端因锚垫板埋设及锚下分布筋较密部位，必须振捣到该部位混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈现平坦为止，严禁“过振”和“漏振”，箱梁顶面采用木抹反复搓压找平。

（4）箱梁模板拆除后，立即进行两端封端砼施工。

（5）箱梁砼养护采用淡水潮湿养护21 天，前14 天采用土工布覆盖潮湿养护，后7 天采用淡水直接洒于表面。同时用塑料胶带将外漏钢绞线及波纹管包裹，防止进水锈蚀。

4.3预应力张拉

（1）张拉机具：砼强度达到设计强度的90%后可进行预应力张拉施工，张拉采用4 台QY-250 型千斤顶两端对称张拉，千斤顶与压力表应配套校验，以确定张拉力与压力表读数之间的关系曲线。

（2）张拉锚具：锚夹具出厂前应由供方按规定进行检验并提供质量证明书。锚夹具进场时应分批进行外观检查，不得有裂纹、伤痕、锈蚀，尺寸不得超过允许偏差，对锚具的强度、硬度、锚固能力等，应根据规范规定确定复验的项目及数量。当质量证明书不符合要求或对质量有疑点时，应按有关规定进行检验，符合要求时才能验收和使用。

（3）张拉施工：张拉采用双控，即以应力控制为主，伸长量作为校核，单根钢绞线的张拉控制理论值为：F=0.75×1860× 140=195.3kN。预应力筋张拉程序为：0→0.1бcon （量初值）→ 1.0 con （量终值）→1.0бcon （持荷2min）→锚固。实测伸长值与理论伸长值的差值须在±6%以内，否则应暂停张拉，待查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。

4.4孔道压浆

预应力张拉锚固后，用手提砂轮机割除多余的钢绞线，及时进行预应力孔道压浆封闭工作，压浆前采用淡水将孔道冲洗干净，然后根据试验室配合比拌制砂浆，用压浆泵将砂浆从孔道一端注入，当另一端排出的砂浆与注入相同时，用木楔将出浆口封堵，继续注入砂浆，压浆泵压力升高，当压力升至0.5~ 0.7MPa 时，关闭压浆泵和进浆孔。压浆后将其周围冲洗干净并对梁端混凝土凿毛，漏出预埋钢筋进行钢筋绑扎，然后支立模板浇筑封锚混凝土。

因为受箱梁底胎限制，箱梁张拉完成后及时移出胎位，进行下榀箱梁预制，移梁采用卷扬机通过动滑轮组牵引箱梁两侧底部钢垫板，利用钢垫板与钢轨间的四氟滑板减小摩擦力进行平移。

（1）将千斤顶放入预留的顶升槽内，使用四台千斤顶同时将梁两端顶起距底胎5cm，然后将垫板与四氟滑板从一端推入，并在垫板顶部放置5cm 木板，然后收回千斤顶，使梁缓慢落在垫板上。

（2）箱梁支垫平稳无异常情况后，将动滑轮组牵引挂在垫板的牵引环上，两侧同时开动卷扬机，梁体瞬间冲破摩擦力阻力后开始平稳移动，然后将梁移至距离码头前沿20m 范围，具48CWT中国水运2016·05备700t 吊船起吊条件。

由于预制场距离安装现场直线距离不到500m，因此采用700t 起重船直接吊运安装的方法。

6.1 起重船驻位倒运

起重船垂直于临时码头驻位，下两口后锚，带2 口交叉前缆于码头前沿系船柱上。起重船驻位完成后，应缓慢放下钩头，起重工立即将吊装索具分别挂于吊船钩头上，然后起重船起吊吊装索具，且缓慢移船，使吊个装索具至吊装箱梁正上方，起重工指挥挂扣，并将起重船两根晃绳系于块体两侧吊环上，挂扣完成，起重工检查卡环及锁具安全情况，指挥起重船起吊，刚刚带劲后，停止起吊，起重人员再次检查吊索具情况，符合要求后作业人员全部撤下，起重船缓慢起吊箱梁，在箱梁达到指定高度后，解除前缆绳，拖轮拖起重船至施工现场驻位。

6.2 现场驻位、安装

起重船垂直于箱梁轴线安装，根据安装位置首先下两口后锚，两口前缆交叉带于箱梁两侧的沉箱上。带缆完成后，起重船缓慢靠近安装位置，起重工指挥起重船利用两晃绳调正块体方向，并根据安装基线，将预制块体控制在安装位置正上方，缓慢落钩，同时用晃绳和绞缆不断调整块体位置，当块体落至距安装底面20cm 左右时停止落钩，起重工精确调位，位置在允许范围内，起重工指挥起重船落钩。测量人员利用钢尺检测块体底边线，当误差在允许偏差以内时，起重落钩，起重船解缆安装下一个块体，否则重新起钩安装，直至安装精度符合要求。

7.1 预应力孔道的定位及密封

预应力筋的位置准确与否对结构的受力状态和预应力张拉质量产生一定的影响，施工中采用定位钢筋环将波纹管按照箱梁内设计坐标固定在箱梁钢筋上，为防止在砼振捣时插入式振捣棒破坏波纹管或造成其位置移动，振捣施工采取根据波纹管曲线变化，在波纹管下方砼采用附着式振捣器振捣，上方采用插入式振捣器振捣，波纹管接头处要以大一号的波纹管进行旋接，波纹管接头外口用胶带包裹好。

7.2 端部砼振捣控制

箱梁端部锚垫板附近钢筋非常密集，如果不采取有效措施加强振捣，极易出现砼漏振问题，造成锚垫板附近砼强度薄弱，在预应力张拉时出现锚垫板塌陷或断裂的情况，施工时采取在端头模板锚垫板旁边预留振捣观察孔，以保证砼振捣密实。 7.3 箱梁安装控制箱梁海上起重船安装与陆上安装最大区别在于风浪影响，安装时没有陆上安装平稳，且箱梁支座为盆式橡胶支座，不具备箱梁反复上下砸压的条件，因此箱梁安装必须选择海面平稳的时间安装，前后缆要系带稳固，以保证安装平稳。^[2]