裸巖地質(zhì)鋼棧橋施工技術(shù)

李成鋼

（中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司，江西，九江，332000）

裸巖地質(zhì)鋼棧橋施工技術(shù)

李成鋼

（中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司，江西，九江，332000）

鋼管樁基礎(chǔ)、貝雷梁結(jié)構(gòu)的棧橋在橋梁施工中應(yīng)用廣泛，其基礎(chǔ)施工質(zhì)量與使用安全密切相關(guān)，同時(shí)棧橋基礎(chǔ)施工因地質(zhì)條件各有不同。本文結(jié)合武漢脛黃岡城際鐵路黃岡公鐵兩用長(zhǎng)江大橋2#、3#主塔墩棧橋鋼管樁基礎(chǔ)在流速大、裸巖地質(zhì)條件下施工的過(guò)程，介紹裸巖地質(zhì)鋼棧橋施工技術(shù)。

鋼棧橋；鋼管樁；裸巖地質(zhì)；施工技術(shù)

一、工程概況

武漢至黃岡城際鐵路黃岡公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)殇撹炝盒崩瓨?，橋跨布置為?1+243+567+243+81=1215m。因主墩基礎(chǔ)施工及后期邊跨側(cè)鋼梁安裝的需要，擬在南岸修建棧橋連通主墩。棧橋全長(zhǎng)195m，跨度15m，3跨一聯(lián)，共5聯(lián)。北岸棧橋長(zhǎng)240m,跨度15m，3跨一聯(lián)，共6聯(lián)，按雙車(chē)道設(shè)計(jì)，全寬 8.0m，棧橋前端設(shè)置一個(gè)會(huì)車(chē)及存料平臺(tái)，主梁采用貝雷梁結(jié)構(gòu)，橫向布置9片貝雷梁；棧橋縱向中心線距離橋梁中心線上游側(cè)22.0m，棧橋頂面標(biāo)高南岸為+25.73m， 北岸為+24.20m。詳見(jiàn)圖1?南岸棧橋總布置圖?。

1、地質(zhì)條件

橋址處覆蓋層均為粉砂層，南岸由 2#主墩往岸邊逐步變薄，局部墩位無(wú)覆蓋層，隨著施工阻水面積的增加及長(zhǎng)江水位的上漲，覆蓋層基本全部沖刷完；北岸由3#主墩至岸邊覆蓋層，在枯水期為7～10m厚，隨著長(zhǎng)江水位的上漲，從岸邊到3#墩沖刷程度逐漸增大，3#主墩附近100m范圍基本全部沖刷完。覆蓋層下為砂、礫巖，屬弱風(fēng)化帶，巖石基本承載力[σ]＝2000Kpa，南岸巖面傾斜嚴(yán)重，巖面與豎向最大有78°夾角。北岸巖面稍平坦。

2、水文條件

橋址處水面寬約1060m，最大水深約23～24m。橋址處流量大（洪水期流量達(dá)71800m3/s），流速達(dá)3.0m/s，流向與橋址基本呈0°夾角。

二、采用鋼棧橋方案的總體思路

為了有效地解決 2#、3#主塔墩建設(shè)工期緊張，施工壓力大的問(wèn)題，達(dá)到變水上施工為岸上施工的目的，經(jīng)過(guò)研究分析，采用鋼棧橋方案作為主塔墩施工的物資、設(shè)備運(yùn)送的主要通道，以提高主塔墩施工過(guò)程中材料、設(shè)備輸送效率，減少長(zhǎng)江水位變化對(duì)施工的影響。

三、鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和施工需要，該鋼棧橋從使用功能上由架梁通道和汽車(chē)通道兩部分組成；從結(jié)構(gòu)上由鋼管樁基礎(chǔ)、型鋼分配梁、貝雷梁縱梁及橋面板組成。

1、鋼管樁基礎(chǔ)

鋼棧橋鋼管樁基礎(chǔ)采用鉆孔樁與鋼管樁結(jié)合形式，利用Φ1400×14mm鋼管樁做為鋼護(hù)筒進(jìn)行Φ1.4m鉆孔樁，鉆孔方式采用沖擊反循環(huán)成孔，鉆孔樁入巖深度不小于4.0m，鋼管內(nèi)灌注混凝土高度4.0m，達(dá)到鋼管樁與基巖固結(jié)的目的。設(shè)置兩層用槽32制作的連接系，連續(xù)墩橫橋向上下設(shè)置兩層連接系L3，制動(dòng)墩橫橋向上下設(shè)置兩層連接系L3，縱橋向上下設(shè)置兩層連接系L2。連續(xù)墩上層連接系設(shè)置在距鋼管樁頂1m位置處，制動(dòng)墩上層連接系設(shè)置在距鋼管樁頂1.42m位置處，上下層連接系的間距為4m ,為了棧橋的整體穩(wěn)定性得以更好的保證，連接系與鋼管樁之間均采用相慣線直接焊接連接。連續(xù)墩采用2根鋼管樁，橫橋向間距6.0m；制動(dòng)墩采用4根鋼管樁，橫橋向間距6.0m，縱橋向間距5.0m。南岸岸邊基礎(chǔ)采用Φ1400×14mm挖孔樁基礎(chǔ)，北岸岸邊基礎(chǔ)采用Φ800×8mm鋼管樁插打基礎(chǔ)。其余水中棧橋基礎(chǔ)因覆蓋層極少，采用鉆孔樁與Φ1400×14mm鋼管樁結(jié)合形式，鉆孔樁入巖深度不得小于 4.0m，鋼管內(nèi)灌注混凝土高度不小于4.0m。最小樁長(zhǎng)9m、最大樁長(zhǎng)34m。水中鋼管樁基礎(chǔ)形式詳見(jiàn)圖2?鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖?。

圖2 鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

2、鋼棧橋上部結(jié)構(gòu)

為滿(mǎn)足汽車(chē)行駛和后期邊跨側(cè)鋼梁安裝的要求鋼棧橋從上到下依次為 20cm厚 C30預(yù)制混凝土橋面板，貝雷梁，2HN700*300mm分配梁,2HN400*200mm樁頂分配梁。分配梁型鋼長(zhǎng)度根據(jù)各個(gè)部位的需要確定，為了增強(qiáng)整個(gè)鋼管樁基的整體穩(wěn)定性和樁頂分配梁本身的穩(wěn)定性，分配梁與鋼管樁之間采用剛性連接。

四、鋼棧橋施工

鋼棧橋鋼管樁基礎(chǔ)采用定位船定位，逐根鉆孔成樁，逐根連接的施工方法進(jìn)行鋼樁基礎(chǔ)施工。上部結(jié)構(gòu)采用履帶吊機(jī)由岸邊向江中心逐跨架設(shè)、安裝施工。

主要施工流程：定位船定位 ?導(dǎo)向架加工及安裝 ? 插打第一排鋼管樁 ? 沖擊鉆鉆孔成孔 ? 澆筑混凝土 ? 用連接系連接鋼管樁 ?安裝樁頂分配梁，貝雷梁及橋面結(jié)構(gòu)? 50t履帶吊機(jī)上鋼棧橋按上述方法完成剩余的結(jié)構(gòu)施工。

1、鋼管樁基礎(chǔ)施工

南岸岸邊墩位處于裸露的基巖上，采用挖孔樁方法施工基礎(chǔ)：人工挖孔Φ1.6m、深度4.0m以上，埋置Φ1400×16mm鋼管樁后，澆注8.0m混凝土，其中嵌入巖層深度4.0m，樁內(nèi)混凝土高度4.0m，達(dá)到固結(jié)目的。北岸岸邊墩位處覆蓋層較厚，采用常規(guī)振動(dòng)錘插打鋼管樁方法進(jìn)行施工。

水中墩棧橋鋼管樁基礎(chǔ)采用鉆孔樁與鋼管樁結(jié)合形式，利用Φ1400×14mm鋼管樁做為鋼護(hù)筒進(jìn)行Φ1.4m鉆孔樁施工，鉆孔方式采用沖擊反循環(huán)成孔，鉆孔樁入巖深度不小于4.0m，鋼管內(nèi)灌注混凝土高度4.0m。

管樁插打及鉆孔施工平臺(tái)采用浮式導(dǎo)向船形式，由 5組 2×HN400*200mm將兩艘定位船焊接成整體，兩艘定位船中間預(yù)留制動(dòng)墩的4個(gè)樁位，便于導(dǎo)向架對(duì)位和插樁，以及固定鋼護(hù)筒；整個(gè)定位船兩側(cè)各安裝單排鋼管樁導(dǎo)向；即浮式施工平臺(tái)定位1次可以進(jìn)行8根鋼管樁的插打及鉆孔樁的施工。詳見(jiàn)圖3?棧橋鋼管樁基礎(chǔ)施工導(dǎo)向船布置圖?。

圖3 棧橋鋼管樁基礎(chǔ)施工導(dǎo)向船布置圖

另外北岸棧橋在水位+15m以下時(shí)，覆蓋層沖刷影響較小，實(shí)際在2010年4月～5月份（覆蓋層還有6～8m）施工時(shí)，采用先快速插打鋼管樁，并安裝貝雷梁，鉆孔樁施工在貝雷梁面進(jìn)行的施工方法。此種方法相當(dāng)于棧橋施工成形了再施工鉆孔樁，其作業(yè)面大，可以上多臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行施工，也減少了鋼管樁在鉆孔樁施工完后須接長(zhǎng)的一道工序，大大加快了棧橋施工進(jìn)度。但需注意的是：長(zhǎng)江水位、流速、覆蓋層厚度須經(jīng)常進(jìn)行觀測(cè)，以理論計(jì)算為依據(jù)確保棧橋施工的安全；在管樁插打時(shí)須保證管樁底已到巖面，在鉆孔樁施工時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致管樁下沉造成安全事故；管樁頂分配梁安裝時(shí)需預(yù)留鉆孔樁的孔位，鉆孔樁施工完進(jìn)行恢復(fù)；在實(shí)際施工時(shí)務(wù)必利用當(dāng)?shù)厮木值乃活A(yù)測(cè)資料進(jìn)行施工安排，絕對(duì)確保安全。北岸棧橋在6月份水位上漲過(guò)大后，同樣采用的浮式導(dǎo)向船鉆孔方法。

（1）鋼棧橋鋼管樁定位

在流速大、水深的長(zhǎng)江水域利用浮式平臺(tái)進(jìn)行鋼管樁精確定位是鋼管基礎(chǔ)施工成敗的關(guān)鍵。

①定位時(shí)由于水流力影響，鋼管樁產(chǎn)生整體位移。

經(jīng)計(jì)算流速為2.5m/s，施工水位為+18.0m時(shí),鋼管樁整體最大水平位移為34.5mm。；流速為2.5m/s，施工水位為+22.0m時(shí),鋼管樁整體最大水平位移為45.0mm。插打時(shí)鋼管樁中心先向上游預(yù)偏5cm；

②由于鉆孔施工狀態(tài)下，鋼護(hù)筒與巖層為鉸接、與導(dǎo)向船為鉸接，承受水流壓力，且鋼管樁長(zhǎng)細(xì)比較大。定位時(shí)除考慮水流力造成的整體位移外還應(yīng)考慮其繞度變形。導(dǎo)向船錨錠系統(tǒng)為線性材料，在承受鋼管樁水流力情況下有一定伸長(zhǎng),伸長(zhǎng)量約為5cm。因此二者合計(jì)取10cm的預(yù)偏量。

③利用導(dǎo)向船錨錠系統(tǒng)精確定位定位船，并安裝好導(dǎo)向架。將定位船向上游預(yù)偏10cm,導(dǎo)向架的垂直度保證在1/500以上。

（2）鋼棧橋鋼管樁插打

水中鋼管樁下沉采用懸打法施工，用35t浮吊配合振動(dòng)樁錘施打鋼管樁。先將鋼管樁吊起并快速?gòu)膶?dǎo)向架內(nèi)插入覆蓋層中。測(cè)量組確定樁位與樁的垂直度滿(mǎn)足要求后，開(kāi)動(dòng)振樁的下沉應(yīng)一氣呵成，中途不可有較長(zhǎng)的時(shí)間的停頓，同時(shí)振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間不宜超過(guò)10min～15min。

（3）沖擊鉆鉆孔

鋼管樁插打至巖面后立即進(jìn)行沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)，鉆至入巖4 m后終孔進(jìn)行清孔。為防止由于巖面傾斜造成鋼管樁底口局部脫空，影響鋼管樁與基巖有效固結(jié)，鋼管樁入巖應(yīng)大于 2.0m。為保證鋼管樁順利入巖，沖擊鉆頭直徑采用Φ1.36m，成孔后鋼管樁基礎(chǔ)樁徑約Φ1.4m，成孔后利用振樁錘復(fù)打鋼管樁使其達(dá)到入巖2.0m。

（4）安裝鋼筋籠及混凝土灌筑

成孔并進(jìn)行鋼管樁跟進(jìn)后，即可進(jìn)行鋼筋籠安裝及混凝土灌注，灌注過(guò)程應(yīng)連續(xù)，保證成樁質(zhì)量。由于鉆孔孔深較深，鋼筋籠質(zhì)量相對(duì)非常輕，采取制作有底鋼筋籠的方法，杜絕了灌注水下混凝土?xí)r鋼筋籠的上浮。

（5）割樁移船

待鋼管樁內(nèi)混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，將各鋼管樁在定位船連接的分配梁底以上部分割除，移開(kāi)定位船至下一施工點(diǎn)。管樁進(jìn)行接高至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2、鋼管樁連接系施工

連接系采用槽32的型鋼組在車(chē)間焊好后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝焊接，下層連接系在低水位時(shí)進(jìn)行焊接。

3、上部結(jié)構(gòu)施工

上部結(jié)構(gòu)主要有樁頂分配梁、貝雷梁及橋面板等。這些構(gòu)件均在工廠或預(yù)制場(chǎng)加工成型后，通過(guò)陸路運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，采用50t履帶吊機(jī)根據(jù)鋼棧橋拼裝過(guò)程的需要進(jìn)行逐個(gè)拼裝。

4、控制結(jié)果

由竣工測(cè)量數(shù)據(jù)可知，鋼管樁定位時(shí)向上游預(yù)偏10cm施工，施工完后鋼管樁中心位置偏差小于5cm，垂直度小于1%，符合要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

鋼管樁基礎(chǔ)、貝雷梁結(jié)構(gòu)的棧橋在橋梁施工中應(yīng)用廣泛，其基礎(chǔ)施工因地質(zhì)條件各有不同。黃岡公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主塔墩棧橋鋼管樁基礎(chǔ)在水位高、流速大、覆蓋層薄且極易沖刷、部分巖面傾斜嚴(yán)重的特殊地質(zhì)條件下施工，取得了施工速度快、鋼管樁中心位置偏差小于5cm，垂直度小于1%的良好成果，為長(zhǎng)江上施工棧橋及同類(lèi)棧橋鋼管樁基礎(chǔ)施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JGJ041-2000

[2] 中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG 025-86

[3] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程荷載規(guī)范》JTJ215-98

[4] 黃紹金 劉陌生《裝配式公路鋼橋多用途手冊(cè)》

TU158

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1674-3954（2011）02-0077-02