碼頭引橋設計
1 工程概況
吳淞口郵輪碼頭位於上海寶山吳淞口，作為世博配套工程，必須在世博前投入使用。作為上海視窗的郵輪碼頭工程在設計中，非常注重景觀性，同時工期也非常緊迫。碼頭引橋的荷載及上部結構計算按公路- I 級荷載和相關橋樑結構要求進行，下部結構則為水工構築物，須考慮水流、波浪對橋樑基礎結構的作用和橋樑結構耐久性的要求以及水上施工的可行性。根據總體設計，碼頭上設有一棟聯檢大樓，除交通外還有大量管線通過引橋。碼頭所處區域，船隻密集，橋樑還有被船隻撞擊的風險性。受多種因素的限制，本橋設計有如下特點：荷載大，景觀、防撞、防腐要求高。引橋總長約450 m，寬15 m。引橋設4 跨一聯，每2 跨設一個景觀平台，見圖1。
2 引橋總體設計思路
作為郵輪碼頭引橋，引橋的線形受到很多條件限制。為順接陸域和碼頭，引橋平面半徑為1995 m 的圓曲線。縱斷面為順接碼頭和陸域標高，從景觀考慮，引橋縱向設平坡。該區水域設計高水位標高為4.01 m，極端高水位約5.87 m，橋面標高約7.6 m。為使箱梁梁底在高水位之上，梁高不能超過1.8 m。照“安全、經濟、適用、美觀”的原則，儘量選擇合理的相同跨徑來布設，以方便施工，並達到均勻和諧的效果。跨徑太小，橋墩太密，下部結構過多，造價過高，且不美觀；跨徑太大，則梁高較大，對施工機械設備，都有較高的要求，同時梁高較高，看起來有厚重感，不美觀，且造價也將提高。綜合以上因素，但是受梁高的限制，直線段主引橋橋樑跨徑選擇為30 m。
考慮到本工程橋樑位置隸屬於海洋環境，應儘量選用外表面積較少的斷面，有利於防腐。本工程引橋有一定長度，且無通航要求，採用梁橋比較經濟、美觀、合理。梁橋中也分空心板梁、T 梁、箱梁。空心板梁施工簡單，也比較經濟，但是需要蓋梁，美觀稍有不足，且跨徑一般不宜超過25 m。T 梁跨越能力稍強，最大跨徑能到50～60 m，可採用預製吊裝的工藝，缺點是外表面積太多，不利於結構防腐，而且也不美觀。且跨徑大了後梁高也較高，T 梁也需設定蓋梁，美觀性較差。箱梁外表面簡潔大方，結構整體性好，抗扭轉效果好，有利於防腐。經綜合比較，引橋方案標準段從景觀要求選定採用跨徑適中的30 m 跨徑等高預應力混凝土連續箱梁橋。橫斷面採用弧形橫斷面。每隔一跨設觀景平台，觀景平台尺寸為半橢圓形，橢圓長軸為5 m，短軸3 m。
3 引橋結構設計
3.1 樁基
一般港口、橋樑工程中常用樁型有預應力混凝土方樁、高強度預應力混凝土管樁（PHC 樁）、鋼筋混凝土灌注樁、鋼管樁等。鋼管樁相對於混凝土樁，樁身的抗彎抗拉能力強，自重輕，耐錘擊性能好，施工快速，適合於水深大，可能有船隻碰撞發生的情況。本工程所屬區域為於吳淞口錨地，小型船隻眾多，船隻撞擊橋樑的機率較高。而且大部分引橋水域的水深條件較好，適合打樁船施工。標準段橋墩樁基推薦採用鋼管樁。A3～A15 橋墩承台下設定6 根1 m 直徑的鋼管斜樁，計算樁長65 m 左右，持力層選用7 層粉砂層，計算單樁極限承載能力標準值為7 500 kN。鋼管樁採用適當預留壁厚和塗環氧類重防腐塗料的方法防腐。A1～A2 兩個橋墩，根據現場情況，近岸的灘地堆有較厚的鋼渣堆，為方便施工，考慮採用沖孔灌注樁。具體每個承台採用5 根直徑1.2 m，混凝土標號C40 的沖孔灌注樁，估計樁長65m 左右，持力層選用7 層粉砂層。計算單樁極限承載能力標準值為7 300 kN。
3.2 承台
承台大部分採用為高樁承台，考慮施工的可操作性，布置如下：A1～A2 承台標高設在 2.3 m，其餘承台標高設在 2.8 m。根據設計水位，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 承台形狀選用矩形帶圓倒角，尺寸為6.6 m×6.6 m；A3～A18 承台形狀選用橢圓形，平面上迎水面呈半圓型，尺寸為 6.9 m×4.5 m，承台採用 C40 現澆鋼筋混凝土，水上部分採用鋼套箱施工方法施工承台。
3.3 橋墩立柱
A1~A15 標準段橋墩立柱採用獨柱Y 型花瓶狀橋墩，線型由多段圓弧組成，線條流暢優美。立柱底面尺寸2.5 m×1.2 m，頂面尺寸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
連續樑上部結構的設計和施工方式密切相關。可以採用滿堂支架施工方法，少支架施工方法以及架橋機逐孔現澆施工方法。由於本橋橋樑長度短，採用架橋機不經濟。水深較深，採用滿堂支架不現實，最終施工單位選用了打設臨時樁，用貝雷架的少支架施工方法。這種施工方法，箱梁設計計算可以按照成橋狀態計算。
3.4.2 箱梁縱向預應力設計
按箱梁為單箱兩室，梁高取1.7 m。中腹板厚度為45 cm，外腹板採用斜腹板，厚50 cm。和花瓶式橋樑相呼應。箱梁頂寬15 m，底寬7.5 m，頂板22cm，底板25 cm。懸挑翼緣長約3.25 m，端厚20cm，懸臂根部55 cm。同普通陸上橋樑不同，本橋需要考慮高水位時的浮托力，除考慮規範的正常組合外，還需考慮有浮托力的組合。縱向鋼束採用18 根Φ15.20- 15 的腹板通長束，4 根Φ15.20- 9 的頂板束和8 根Φ15.20- 9 的底板束。整個引橋共四聯，為不影響端部張拉，通長束端頭設在端部頂板上。為避免邊跨下方出現裂縫，底部端頭設單端張拉的鋼束。
3.4.3 箱梁橫向預應力設計
為滿足景觀要求，橫斷面採用整體感強的單箱斜腹板箱梁，箱梁底部採用曲線，使橋樑看起來更加動感現代。橫斷面內僅設兩個支座。由於碼頭引橋上有座聯檢大樓，因此有大量管線要從引橋上過，水電專業提出，最小淨高要500mm。本橋景觀要求很高，不允許橋下懸掛管線，那就僅能懸臂考慮了。同樣由於停車及景觀要求，人行道僅高於車行道20 cm，在懸臂處設計了管線溝。同樣由於景觀要求，本橋除了設計普通欄桿外，還另外設計了景觀欄桿。景觀欄桿和景觀平台錯開布置。原本的普通大挑臂變成錯綜複雜。引橋是邊施工邊設計，方案不斷調整。橫向僅在景觀平台處設計了橫向預應力筋，其它為鋼筋混凝土結構。
3.5 引橋防沖系統設計
本橋的前提條件是該引橋下不通航。但是該區域屬於避風港，船隻較多，使用中的長航碼頭離引橋更是非常近。引橋初步設計的時候，僅考慮上游小船失控撞擊橋墩的可能。實際施工期間就發生了一次船舶撞擊了施工中臨時導樁的事情。由於平時水位較高，船舶一旦撞擊橋樑，容易撞到上部結構。而上部結構為薄壁箱梁，是經不起撞擊的。為防止上游的停靠的船舶撞擊橋樑，不允許船舶靠近橋樑停靠。
在接近現有長航碼頭引橋處，用直徑1.0 m 的鋼管樁設成鋼柵欄緩衝失控的船舶漂向引橋。根據公路橋涵設計通用規範，表4.4.2.1 內河船舶撞擊力標準值，3 000 t 極船舶撞擊力為1 400 kN，設作用在中間5 排樁上。經Ansys 軟體模擬，最大位40 cm，鋼管樁應力達291 MPa，在每個橋墩的兩側方向20 m 左右，設定一個防撞墩.防撞墩的作用是攔阻失控船舶撞擊下游橋樑，使其停止或大大減速，但在撞擊過程中，允許防撞墩被撞壞便於修復。引橋其它部分考慮100 t 級船舶撞擊。防撞墩為圓形直徑4 m，底標高1.5 m，頂標高3 m，每個橋墩設三個直徑1.0 m 的鋼管樁，兩個橋墩之間設兩根鋼管樁，間距10 m。鋼管和防撞墩的間隙用錨鏈相連，考慮以下兩種工況，工況一：100 t 船舶撞擊到承台上。承台位移2.8 cm,鋼樁應力68 MPa，根據計算結果，承台自身的防撞能力是有富餘的，但是一旦船隻進入承台之間，則無多大富餘。
3.6 引橋與防洪堤、隧道工程的結合
引橋設計之初，後方陸域接線地塊的設計未定。但是引橋施工一半時，其它工程與引橋有交叉。後方陸地設有200 a 一遇的防洪堤，且為了更大程度利用土地，將堤線設在A1 位置。且防洪堤斷面為斜坡堤斷面，坡腳到到達A3 橋墩，斷面對橋墩水平影響較大。
為配合整體工程進度和引橋的安全，同意業主將A0~A1 跨取消，並將A1 橋墩改造成具有擋土功能的橋台，並說服防洪堤設計在引橋範圍不設斜坡堤，一定範圍內設直立式駁岸和橋台相連線。A0~A1，A1~A2 之間還有兩條規劃隧道盾構通過，A0~A2 均為直樁，為避免樁基離隧道邊線太近，A2 橋墩往江側移了1 m，調整了下第一聯的跨徑。
3.7 耐久性設計
（1）所有橋墩和箱梁外側表面圖矽烷浸漬材料以防腐。支座採用球鋼支座，為滿足防腐要求，採用定製方法，採用不鏽鋼，使球鋼支座滿足海港工程的防腐要求。
（2）保證混凝土保護層的厚度，所有鋼筋外側保護層要求淨保護層5 cm。
（3）預應力筋的耐久性防護措施：管道填充漿體中加入阻銹劑，採用塑膠波紋套管，保證預應力鋼束的混凝土淨保護層。波紋管應採用高密度聚乙烯和聚丙烯塑膠套管。
（4）預應力錨固端的耐久性防護：預應力錨固端的耐久性應通過錨頭組件材料、錨頭封罩、封罩填充、錨固區封填等環節提供保證。錨固端的防護工藝如下：錨頭封罩內部填充材料中加入阻銹劑，錨頭封罩採用高耐磨性材料。
（5）承台表面設從中央到四邊的排水坡度，避免漲潮落潮後在承台表面形成積水。
4 結語
隨著人們對橋樑的景觀要求日益提高，碼頭引橋的功能不僅僅局限於滿足使用功能要求。受到水上諸多條件的限制，景觀要求高的碼頭引橋的設計比公路橋樑考慮更多的因素。本設計可供同類橋樑參考。
碼頭引橋預製箱梁
1工程概述
大連LNG 碼頭工程引橋長150m，共三跨，結構屬於沉箱重力墩式結構，沉箱上部為大跨度預應力箱梁，橋面寬16m，每跨5 榀箱梁，共15 榀，第一跨箱梁長43.87m，第二跨長34.85m，第三跨長41.9m，
2鋼筋工程
2.1 非預應力鋼筋制綁
（1）箱梁所用鋼筋在加工前按設計圖紙對規格、型號、數量、位置進行覆核，準確無誤後進行交底，開始下料加工。鋼筋在加工場製作成型，平車運至現場，人工在底胎在上綁紮成型，鋼筋連線主要採用搭接綁，首先進行架力筋支立，然後進行分布筋綁紮。
（2）箱梁鋼筋綁紮順序：底板鋼筋→腹板鋼筋→ （底、腹板束波紋管布置）→ （封頭模支立及錨具固定）→ （側模、芯模製安）→頂板鋼筋綁紮。
（3）鋼筋墊塊為強度不小於設計砼強度的半圓形墊塊，與模板線接觸，墊塊布設應交錯分布，不應貫通，每平米不少於1個，綁紮鉛絲不應過長，鉛絲頭及鉛絲結全部向里側按倒或與鋼筋面平齊。
2.2 預應力孔道預留
後張法預應力孔道採用鍍鋅鋼波紋管成孔，波紋管布置時，其縱橫向曲線參數必須滿足設計要求。波紋管接頭處要以大一號的波紋管進行旋接，接頭內口先將毛口打磨平滑，以確保穿束順暢，波紋管接頭外口用膠帶包裹好，以防止漏漿。波紋管埋設時，另須注意張拉端處位置的準確，並要求與錨墊板喇叭管管道自然順接，並保證接口處牢固、不漏漿。波紋管預埋時，以Ф10mm 鋼筋作為定位鋼筋，採用“井”字架固定，其中直線段每1m 設定一道，在曲線處每0.5m 設定一道，定位鋼筋與箱梁縱橫向骨架筋電焊固定，以確保孔道在砼澆注過程中不發生移位，滿足設計及規範要求。
3模板工程
3.1 模板設計與製作
箱梁模板採用大片定型鋼模板，面板為4mm 鋼板，外設[10 縱橫肋,槽鋼間布置角鋼∠50×5，外片模板附帶桁架，內芯模板設計為截面可伸縮形式，外片模板底部通過對穿拉桿連線固定，頂部採用桁架連線固定，內芯則通過與頂部桁架連線固定，內外模板間採用定位筋控制相對位置。
3.2 模板支立
箱梁側模採用牆包堵形式，在底、腹板鋼筋綁紮成型，預應力孔道布置結束後進行箱梁堵頭及芯模支立，由於頂部桁架還沒有設立，無法進行吊拉固定，先利用支架支墊，芯模支立完成後，進行頂部鋼筋綁紮，完成後進行外片模板支立、拼裝。模板安放到位後，須調整模板的邊線及垂直度，另須收緊模板間對拉螺栓，使模板上口邊線順直。在模板安裝前須在模板板面塗抹優質脫模劑，塗刷要求均勻，厚薄以模板板面有油感為準，模板拼縫間用硬泡沫條封堵。拼接完成後須對模板板面及拼縫進行仔細檢查，拼縫處如有錯牙或止漿條伸出模板面，須進行調整。
3.3 模板拆除
採用25t 吊車配合人工進行拆除，先進行堵頭及內芯模板拆除，再進行外片拆除，內芯模板先將底八角人工拆除，然後通過絲槓將芯模兩側收縮與側牆分離，將平移車推入箱梁內，平移車到位後將頂部吊芯模的螺栓卸下，芯模通過自重落於平移車上，然後利用滑輪組將平移車拽出，如果模板與砼接觸緊密，不能自由下落，利用在芯模兩端預埋的吊環，用絲槓將芯模拽下，外片模板常規的採用25t 吊車配合人工分片拆除。
4箱梁砼澆築
4.1 砼配合比
砼強度等級為C55 高性能砼，根據高性能砼技術指標要求及施工經驗，塌落度過小由於鋼筋較密，造成砼不容易下落，有可能卡在模板中間位置，很難處理；如果塌落度過大，流動性變大，凝結時間較長，在澆註上層砼時，從芯模壓漿板反出的砼過多，將反出的砼從箱梁中倒出非常困難，因此在設計砼配合比時將砼塌落度控制在14～16cm。
4.2 砼澆築
（1）由1m攪拌站集中供料，4 台砼罐車運料，利用兩輛25t汽車吊吊1m砼大罐下灰入模澆築。箱梁砼澆築採用從中間分層對稱下灰，階梯式推進，布灰的具體順序要求為：底板→腹板→頂板，布灰厚度按每層50cm 控制，5 層到頂，箱梁第一層底板砼數量為70 m左右，根據拌合站的攪拌能力每小時25 m計算，底板澆築完成需要2.5～3 小時，根據該砼初凝時間判斷可以激活重朔，因此滿足施工需要，底板澆注完成後在進行側牆澆注時，應觀察底板砼的凝結情況，防止澆注側牆砼時，砼下沉從芯模壓漿板反出。
（2）箱梁砼振搗採用以5cm 插入式振搗棒和附著式振搗器相結合的方式振倒，附著式振搗器間距75cm，每3 個一組，振搗1 次30 秒，每組振3 次，在砼初凝後，不能再使用附著式振搗器。
（3）採用插入式振搗棒時，施工中要特別注意振倒棒不得接觸或插碰波紋管及錨墊板，振搗棒移動間距不應超過30cm，且應插入下層混凝土5cm，對每一振動部位，尤其是箱梁兩端因錨墊板埋設及錨下分布筋較密部位，必須振搗到該部位混凝土停止下沉，不再冒氣泡，表面呈現平坦為止，嚴禁“過振”和“漏振”，箱梁頂面採用木抹反覆搓壓找平。
（4）箱梁模板拆除後，立即進行兩端封端砼施工。
（5）箱梁砼養護採用淡水潮濕養護21 天，前14 天採用土工布覆蓋潮濕養護，後7 天採用淡水直接灑於表面。同時用塑膠膠帶將外漏鋼絞線及波紋管包裹，防止進水鏽蝕。
4.3 預應力張拉
（1）張拉機具：砼強度達到設計強度的90%後可進行預應力張拉施工，張拉採用4 台QY-250 型千斤頂兩端對稱張拉，千斤頂與壓力表應配套校驗，以確定張拉力與壓力表讀數之間的關係曲線。
（2）張拉錨具：錨夾具出廠前應由供方按規定進行檢驗並提供質量證明書。錨夾具進場時應分批進行外觀檢查，不得有裂紋、傷痕、鏽蝕，尺寸不得超過允許偏差，對錨具的強度、硬度、錨固能力等，應根據規範規定確定復驗的項目及數量。當質量證明書不符合要求或對質量有疑點時，應按有關規定進行檢驗，符合要求時才能驗收和使用。
（3）張拉施工：張拉採用雙控，即以應力控制為主，伸長量作為校核，單根鋼絞線的張拉控制理論值為：F=0.75×1860× 140=195.3kN。預應力筋張拉程式為：0→0.1бcon （量初值）→ 1.0 con （量終值）→1.0бcon （持荷2min）→錨固。實測伸長值與理論伸長值的差值須在±6%以內，否則應暫停張拉，待查明原因並採取措施予以調整後，方可繼續張拉。
4.4 孔道壓漿
預應力張拉錨固後，用手提砂輪機割除多餘的鋼絞線，及時進行預應力孔道壓漿封閉工作，壓漿前採用淡水將孔道沖洗乾淨，然後根據試驗室配合比拌制砂漿，用壓漿泵將砂漿從孔道一端注入，當另一端排出的砂漿與注入相同時，用木楔將出漿口封堵，繼續注入砂漿，壓漿泵壓力升高，當壓力升至0.5~ 0.7MPa 時，關閉壓漿泵和進漿孔。壓漿後將其周圍沖洗乾淨並對梁端混凝土鑿毛，漏出預埋鋼筋進行鋼筋綁紮，然後支立模板澆築封錨混凝土。
5箱梁平移
因為受箱梁底胎限制，箱梁張拉完成後及時移出胎位，進行下榀箱梁預製，移梁採用卷揚機通過動滑輪組牽引箱梁兩側底部鋼墊板，利用鋼墊板與鋼軌間的四氟滑板減小摩擦力進行平移。
（1）將千斤頂放入預留的頂升槽內，使用四台千斤頂同時將梁兩端頂起距底胎5cm，然後將墊板與四氟滑板從一端推入，並在墊板頂部放置5cm 木板，然後收回千斤頂，使梁緩慢落在墊板上。
（2）箱梁支墊平穩無異常情況後，將動滑輪組牽引掛在墊板的牽引環上，兩側同時開動卷揚機，梁體瞬間衝破摩擦力阻力後開始平穩移動，然後將梁移至距離碼頭前沿20m 範圍，具48CWT中國水運2016·05備700t 吊船起吊條件。
6箱梁安裝
由於預製場距離安裝現場直線距離不到500m，因此採用700t 起重船直接吊運安裝的方法。
6.1 起重船駐位倒運
起重船垂直於臨時碼頭駐位，下兩口後錨，帶2 口交叉前纜於碼頭前沿繫船柱上。起重船駐位完成後，應緩慢放下鉤頭，起重工立即將吊裝索具分別掛於吊船鉤頭上，然後起重船起吊吊裝索具，且緩慢移船，使吊個裝索具至吊裝箱梁正上方，起重工指揮掛扣，並將起重船兩根晃繩繫於塊體兩側吊環上，掛扣完成，起重工檢查卡環及鎖具安全情況，指揮起重船起吊，剛剛帶勁後，停止起吊，起重人員再次檢查吊索具情況，符合要求後作業人員全部撤下，起重船緩慢起吊箱梁，在箱梁達到指定高度後，解除前纜繩，拖輪拖起重船至施工現場駐位。
6.2 現場駐位、安裝
起重船垂直於箱梁軸線安裝，根據安裝位置首先下兩口後錨，兩口前纜交叉帶於箱梁兩側的沉箱上。帶纜完成後，起重船緩慢靠近安裝位置，起重工指揮起重船利用兩晃繩調正塊體方向，並根據安裝基線，將預製塊體控制在安裝位置正上方，緩慢落鉤，同時用晃繩和絞纜不斷調整塊體位置，當塊體落至距安裝底面20cm 左右時停止落鉤，起重工精確調位，位置在允許範圍內，起重工指揮起重船落鉤。測量人員利用鋼尺檢測塊體底邊線，當誤差在允許偏差以內時，起重落鉤，起重船解纜安裝下一個塊體，否則重新起鉤安裝，直至安裝精度符合要求。
7箱梁施工中發現的幾個問題及處理
7.1 預應力孔道的定位及密封
預應力筋的位置準確與否對結構的受力狀態和預應力張拉質量產生一定的影響，施工中採用定位鋼筋環將波紋管按照箱梁內設計坐標固定在箱梁鋼筋上，為防止在砼振搗時插入式振搗棒破壞波紋管或造成其位置移動，振搗施工採取根據波紋管曲線變化，在波紋管下方砼採用附著式振搗器振搗，上方採用插入式振搗器振搗，波紋管接頭處要以大一號的波紋管進行旋接，波紋管接頭外口用膠帶包裹好。
7.2 端部砼振搗控制
箱梁端部錨墊板附近鋼筋非常密集，如果不採取有效措施加強振搗，極易出現砼漏振問題，造成錨墊板附近砼強度薄弱，在預應力張拉時出現錨墊板塌陷或斷裂的情況，施工時採取在端頭模板錨墊板旁邊預留振搗觀察孔，以保證砼振搗密實。 7.3 箱梁安裝控制箱梁海上起重船安裝與陸上安裝最大區別在於風浪影響，安裝時沒有陸上安裝平穩，且箱梁支座為盆式橡膠支座，不具備箱梁反覆上下砸壓的條件，因此箱梁安裝必須選擇海面平穩的時間安裝，前後纜要系帶穩固，以保證安裝平穩。
