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木质桥梁安装技术研究与应用

陈立庆

摘要：沙特朱拜勒海滨公园项目通过总结木桩桥木桩打设和上部结构施工过程中的难点与经验，重点研究形成一套关于木质桥梁安装的系统性技术总结，使工程在保证安全质量的前提下，达到缩短工期，降低成本的效果，为公司后期类似施工提供参考。
Abstract： The Saudi Jubail Seashore Park Project summarized the difficulties and experience in the installation of the timber pile and timber bridge upper structure， and focused on the formation of a set of systematic technologies for the installation of the timber bridge， so that the project can guarantee the safety and quality of the project. It can shorten the construction period and reduce the cost， providing reference for similar construction in the later stage of the company.
關键词：木质桥梁;木桩;系统性技术总结
Key words： timber bridge;timber pile;systematic technical summary
：U448                                       ：A                                  ：1006-4311（2020）08-0132-05
0  引言
沙特朱拜勒海滨公园一期项目位于朱拜勒工业城区域，业主是沙特皇家管理委员会。项目施工内容主要包括原有道路及附属设施拆除工程、桥梁工程、土方工程、人工河开挖及河西护岸工程、场区附属建筑工程、道路及停车场工程、雨水系统工程、污水系统工程、饮用水消防系统工程、中低压供电系统及照明系统工程。本项目木桩桥为沙特国内首次应用，在材料处理、桩基打设、上部结构安装等施工工序进行了多方面探索，并成功实施，借以本项施工为后续的类似桥梁结构施工提供借鉴。
1  工程概况
1.1 基本参数
本项目木桩桥共有3座，总长382m。主要结构包括木桩、横梁、纵梁、踏步板和扶手。木桩总计182根，直径0.3m，长度6-12m不等。其他上部结构材料根据图纸要求进行加工生产。各结构间通过不锈钢全螺纹螺柱、螺母或不锈钢螺钉或不锈钢钉连接紧固。
1.2 地质条件
业主与第三方检测单位通过标准贯入试验检测得出的河道地质勘探报告（图1）显示，从地表以下2m开始地基承载力逐渐增强，当深度达到地表以下3m处时，地基承载力达到最大。随着深度继续加深地基承载力逐渐减弱。因此河道地表下深度为2.5m-3.5m的土层最适合落桩。
设计要求最大木桩深入度为3.5m，与地质勘探报告相符。
2  材料检测及处理
沙特业主规范对木桩桥材料要求十分严苛，材料全部从美国采购，其中木桩和木质踏板材质为美国南方黄松，其他横梁、纵梁、扶手等上部结构材质为花旗松。全部木材均通过木材机械分级检测，加工到相应尺寸后，经加压深度防腐处理。
美国南方黄松及花旗松加工标准依据美规 ASTM D-25。加工完成后进行加压防腐处理，木结构使用寿命可达30-50年甚至更长。其防腐处理工艺如图2。
①将木材放置轨道车上，通过轨道将木材送入一个大体积、水平放置的气缸中（图3）。
②气缸门是可密封的，通过内部真空装置将气缸和木材内部的气体排出，形成真空状态。
③将CCA防腐液泵送至气缸内部，加热汽化。
④气缸内增压至150磅每平方英寸，将CCA压入木材中。加压时间取决于木材种类、木材加工程度和防腐剂的深入度需求。
⑤木材处理达到相应时间后，通过泵将剩余的防腐液回收至储存罐中。
⑥通过最后一次真空操作将木材内多余的防腐液排出，再将处理好的木材通过轨道车运出后，放置到混凝土垫上，直到不再有防腐剂滴下。
3  桥体木桩施工
木桩桥施工主要流程为：设备进场？隰场地准备？隰木桩施工？隰横梁吊装？隰纵梁吊装？隰踏板、扶手立柱安装？隰扶手剩余结构安装？隰灯具及其配件安装。其中木桩施工和横纵梁安装施工十分关键，对桥的整体性有重要影响。
3.1 设备进场及调试
3.1.1 打桩机
打桩机负责打设木桩，安装了定制的液压桩钳，其桩钳最大有效抬高高度达12m，满足木桩施工需求。
3.1.2 旋挖钻
旋挖钻负责木桩打设前的钻孔施工。钻头直径同木桩直径0.3m，最大钻孔深度4.2m大于设计要求的最大深度3.5m。
3.1.3 升降机和伸缩臂叉车
升降机负责为桩帽拆卸、横纵梁安装等高空作业提供作业平台;伸缩臂叉车主要负责倒运材料。
3.1.4 吊机、挖机、小铲车、装载机和两头忙
负责吊装和场地准备等作业。
3.2 场地准备
木桩桥位于项目河道，河道内配有降水机利用集水沟集水，进行排水作业，以维持河道内的低水位，河道中间的集水沟长期浸水，部分区域表层土质松软，大型设备无法运行。河道一侧为小岛，坡度约33度。另一侧靠近重力墙，相对平缓。场地准备的主要内容是换填河床的松软土层和沿着桥身一侧施工便道。
3.3 打桩
3.3.1 编号、标线、倒运
按照设计要求准备木桩材料需求清单，根据需求清单对不同长度的木桩进行编号，打桩前通过实地标高和设计标高计算入土深度，在桩身标线，桩身每50cm标一段控制线。
3.3.2 定桩位
使用全站仪放出桩心点位后，采用十字放样法控制桩位，并用与桩直径相同的钢套筒标记出木桩外圈。
3.3.3 钻孔
首先根据设计标高和现场实地标高计算钻孔深度，根据设计标高各处木桩设计入土深度均为3.35m，钻孔深度较桩入土深度小0.5m。钻孔过程分多次用水准尺检查钻头垂直度，确保垂直钻孔。（图12-图14）
3.3.4 桩帽、桩垫安装
桩帽用螺栓紧固，防止打桩过程中出现松动，一旦桩帽松动要及时停止打桩，利用升降机对桩帽进行2次紧固。（图15-图17）
3.3.5 打桩
用振动锤钳住已紧固在桩头的桩帽，将木桩吊入孔中。打桩前通过十字放样的其他点位对桩位再次复核，误差控制在±1cm内。打桩过程根据入土深度每0.5m或1m间断一次，通过人工使用水平尺和测量仪器对桩的垂直度进行观察。木桩入土速率，应缓而慢。当桩入土深度达到设计要求后，停止打桩，进行下一步施工。
3.3.6 拆桩帽
借助升降机，进行人工拆卸桩帽螺栓，再利用桩钳将桩帽吊下。
3.3.7 沉降观测标记
木桩整体打设完成后，在桩身做标记并记录标记标高，用于后期木装桥整体完成后观测木桩沉降。
4  桥体上部结构施工
上部结构施工主要包括横纵梁安装和踏步板、扶手的安装。上部结构施工最关键的部分是框架结构的施工，横梁与木桩形成每榀的框架，通过每跨纵梁的连接将每榀框架链接加固形成一个整体，而后进行其他踏步板、扶手的安装，最终完成整座木桩桥的上部结构。下面将对各步骤进行拆分讲解。
4.1 横梁施工
横梁施工首先在每根木桩两侧开槽，将两根横梁分别嵌入槽口，并用全螺纹螺柱将木桩和横梁紧固，最终每组的木桩（2根或3根）和横梁被连接成为一个整体，形成一榀基础框架。
4.1.1 脚手架安装
每座木桩桥均从重力墙侧开始搭设横梁，前2-3榀框架需要在每组木桩两侧搭设脚手架，用于提供初期的操作平台，进行木桩开槽和横梁纵梁等安装。当前2-3组木桩的上部结构成型后，将以前2-3组木桩的上部结构为平台，配合升降机进行后续部分桥体上部结构施工。示意图详见图19、图20。
4.1.2 木桩开槽
木桩开槽位置只需通过测量放点标记槽口的底边缘，上反40cm为上边缘，并增加1cm的预留高度。
木桩槽位之间的线性控制问题和槽口深度控制具有一定的难度。经过项目部的研究设计了专用的开槽模具，通过在模具之间带线可确保木桩槽口面位于同一平面。模具紧贴桩身，板厚2cm，而切割机的切割片漏出6cm，则切割机最大切割深度为6cm，通过该模具可控制木桩最大切割深度为4cm，符合设计要求。木桩开槽完成后需对槽口进行打磨处理。
4.1.3 横梁吊装
木桩槽口完成后，通过吊机将横梁吊装至桩槽并用长螺钉将横梁临时固定在木桩上，之后划线标记出螺柱位置，最后钻孔并安装紧固螺柱。（图26）
4.2 纵梁施工
当横梁完成3-4榀后便可以开始纵梁的安装，纵梁材料有多种尺寸，因此安装前也需要同木桩施工前一样进行材料尺寸的统计与编号，避免后期出现材料短缺的情况。
除桥体两端的部分纵梁外，其余纵梁均跨两跨，并且相邻纵梁错开接缝进行安装，这样就能避免所有纵梁接缝处在同一榀框架内，进一步提高框架的整体刚度。
4.2.1 纵梁定位
纵梁共5排，中心线与桥体中心线重合，通过全站仪放出桥体中线，然后标记出两侧纵梁的位置。
4.2.2 纵梁吊装
纵梁通过吊机或伸缩臂叉车吊装就位用临时钉固定。
4.2.3 纵梁与横梁连接
纵梁间通过不锈钢竖向钢条链接加固，主要作用是将横纵梁加固，防止纵梁发生位移。（图31、图32）
4.2.4 纵梁间连接
纵梁间通过木质支撑板和不锈钢托架连接，支撐板起支撑作用，可以固定纵梁间距，防止桥体震动时发生纵梁与横梁偏移导致桥体结构不稳定。（图33、图34）
4.2.5 纵梁桥头搭接处理
标记纵梁位置，距梁端头20cm处钻孔穿过纵梁深入桥台混凝土，开孔直径18mm，孔深入桥台混凝土30cm，插入长度为60cm，直径16mm的通丝杆。将混凝土孔缝隙内灌入混合胶，将通丝杆与混凝土部分粘结。最终用螺帽垫片从端将纵梁固定到桥台上。
4.2.6 踏步板安装
踏步板截面184mm*38mm，长度3.1m踏步板间距6mm。通过不锈钢螺钉将木踏板与纵梁固定。
5  实施效果
正是基于以上对木质景观桥施工工艺的不断总结、研究与应用，项目3座总长382m的木桩桥全部顺利完工。
木质桥梁施工在国内外比较普遍，但在中东区域十分少见，在高温高湿的环境和业主方相关经验较少的情况下，整个桥梁施工具备一定的特殊性。由于还涉及到高空作业及多种大型设备的交叉作业因此这项施工也是海滨公园项目施工的一项安全风险主控点，项目的目标是通过整个桥梁施工工艺的实施达到安全与质量的双控。
参考文献：
[1]杨小光.软弱地基的松木桩处理[J].价值工程，2014，33（12）：126-127.
[2]李玲，薛小荣，胡德宏.浅谈仿木桩护岸施工要点[J].治淮，2019（11）：35-36.
[3]赵欢乐，朱爱军，周鸿轲，雷明妍.活木桩联合草本防护边坡稳定性数值研究[J].水力发电，2019，45（12）：37-41.

-全文完-