橋梁工程水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)的搭設(shè)

王衛(wèi)星 ，江克斌 ，丁 勇 ，倪勝琪

（1.解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院，江蘇南京 210007；2.江蘇陽(yáng)湖建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，江蘇常州 213159；3.上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海市 201210）

0 前言

隨著“十二五”期間城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展和城市化的快速推進(jìn)，城市對(duì)市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的公用服務(wù)功能和配套等各方面要求將日益增強(qiáng)，“綠色、低碳、環(huán)?！睂⒊蔀槌鞘谢A(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的新方向。在河網(wǎng)密布的江南水鄉(xiāng)城市中進(jìn)行道路改造，中小型橋梁工程是最為常見的，而在一般河流中建造橋梁，施工平臺(tái)的搭設(shè)也是必不可少的，本文結(jié)合工程實(shí)例推薦一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、簡(jiǎn)便、快捷又符合“綠色、低碳、環(huán)?！痹瓌t的搭設(shè)方法，以供參考。

1 工程概況

大通河橋位于某道路K0+325.03處，跨大通河，橋位處河道寬38 m左右。河道流速約2.0 m/min，有潮汐影響。橋梁上部采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡(jiǎn)支梁，主要跨徑20 m+25 m+20 m，下部采用樁柱式橋墩。

大通河水位為青島標(biāo)高2.0 m左右（2010年3月測(cè)量），5月份施工時(shí)水位為青島標(biāo)高約2.5 m左右，河道中心深度約5.5 m。從現(xiàn)場(chǎng)地形條件看，橋梁主跨2#墩位于河道內(nèi)，0#橋臺(tái)位于現(xiàn)狀道路上，1#墩及3#橋臺(tái)在河岸擋墻位置，鉆樁平臺(tái)總平面布置見圖1?；A(chǔ)橋墩為1200 mm鉆孔灌注樁，樁底標(biāo)高-29.0 m，計(jì)24根。在進(jìn)行橋梁2#墩基礎(chǔ)位置及下部結(jié)構(gòu)施工時(shí)需設(shè)置水上鉆樁平臺(tái)，考慮到防汛防臺(tái)要求，平臺(tái)高度應(yīng)在水平面以上50 cm處。1#墩及3#墩在河岸擋墻位置，需要拆除擋墻才能鉆樁，同時(shí)在此位置外側(cè)進(jìn)行圍堰占用河道約4 m。

2 水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)搭設(shè)前的施工準(zhǔn)備工作

2.1 施工方案的選擇與報(bào)審

水上鉆孔灌注樁施工平臺(tái)的選擇，對(duì)照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）[1]中6.2.1條的施工平臺(tái)與護(hù)筒規(guī)定：場(chǎng)地為深水時(shí)可采用鋼管樁施工平臺(tái)、雙壁鋼圍堰平臺(tái)等固定式平臺(tái)，也可采用浮式施工平臺(tái)。針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況（平均水深 5 m），本著“經(jīng)濟(jì)、綠色、低碳、環(huán)保”的原則，經(jīng)參建各方共同協(xié)商后，決定采用承包單位提出的搭設(shè)水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)的方案。具體方案見圖1～圖4。

圖1 大通河圍堰/鉆樁平臺(tái)總平面布置圖（單位：m）

2.2 擬投入的機(jī)械設(shè)備

表1所列為本方案所需機(jī)械設(shè)備及其主要性能參數(shù)。

2.3 擬投入的勞動(dòng)力情況

針對(duì)施工工期、機(jī)械設(shè)備及施工現(xiàn)狀的地質(zhì)、水文狀況，承包單位投入管理人員8人，打樁人員8人，普通工人10人，水電工2人。

2.4 木樁承載力驗(yàn)算

由于該水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)（2#墩）承受較完整施工荷載，其立柱及蓋梁的支架、模板（需計(jì)算強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性）另行考慮具體施工方案，因此只需計(jì)算2#墩平臺(tái)木結(jié)構(gòu)的單樁實(shí)際承載力是否小于設(shè)計(jì)承載力。人行便橋因結(jié)構(gòu)類似，且只有施工人群及移動(dòng)荷載，就不作贅述。如圖2、圖4所示，根據(jù)地質(zhì)資料及擬定的施工方案，圓木樁入粉質(zhì)粘土質(zhì)層，擬入土層深度為3 m，圓木樁小頭直徑為Ds=22 cm，直徑變化率為9 cm/m。依據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ025-86）[4]的規(guī)定，將該平臺(tái)的木樁力學(xué)計(jì)算模型簡(jiǎn)化為兩端鉸接的軸心受壓構(gòu)件，因此只需驗(yàn)算其穩(wěn)定承載力即可。l0=1.0l，其中l(wèi)0為計(jì)算長(zhǎng)度，l為總長(zhǎng)度。按最不利情況考慮，長(zhǎng)度l=5.5 m木樁的穩(wěn)定承載力為：式中：[N]為穩(wěn)定承載力；[σa]為木材順紋容許承壓應(yīng)力，取為11.0 MPa；Am為木樁中部截面面積；φ為穩(wěn)定系數(shù)，當(dāng) λ≤80時(shí)，φ=1.02-0.55×[(λ+20)/100]2，當(dāng) λ＞80 時(shí)，φ=3000/λ2。式中：λ為木樁的長(zhǎng)細(xì)比；r為回轉(zhuǎn)半徑；Im為中部截面的慣性矩。根據(jù)規(guī)范[4]的規(guī)定，穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)取中部截面進(jìn)行，則木樁中部截面直徑Dc=24.5 cm；Imc=0.177×10-3m4；Amc=0.047 m2。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得 rc=6.14×10-2m；λc=89.5；φc=0.374。將以上計(jì)算得到

的數(shù)據(jù)代入式(1)可得：

圖2 鉆樁平臺(tái)（2#墩）平面布置圖（單位：cm）

圖3 人行便橋剖面圖Ⅱ（單位：cm）

表1 主要施工機(jī)械選用表

因此，單根木樁承受的設(shè)計(jì)計(jì)算荷載為193 kN。

依據(jù)鉆樁平臺(tái)（2#墩）平面布置圖（見圖2）所示，每根鉆孔灌注樁鉆機(jī)施工時(shí)，其承受的荷載大致為鉆機(jī)二臺(tái)（一臺(tái)備用）、施工人群及其它移動(dòng)荷載等，且木樁平臺(tái)承受荷載的作用位置影響范圍至少為三排12根，如圖2中圓圈虛線所示。經(jīng)查表，鉆孔灌注樁施工過(guò)程中兩臺(tái)GPS-15型號(hào)主機(jī)重約16 t，考慮樁基吊導(dǎo)管、鋼筋籠等因素，樁機(jī)總重量取40 t，人及其它移動(dòng)荷載取10 t，因此，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)[5]中第4.1.6條的相關(guān)規(guī)定，該平臺(tái)承載能力極限狀態(tài)下荷載設(shè)計(jì)值為：式中：γ0取為1.0；SGik為第i個(gè)永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，本文不考慮木樁本身重量，SGik取為0；SQlk為第1個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，文中為樁機(jī)重量，故取為40 t；γQl為可變荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取為1.4；SGik為其他第j個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值，本文只考慮人及其他移動(dòng)荷載，取10 t；γQj為其他可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，取為1.4；ψc為其他可變荷載組合系數(shù)，取為0.80；因此有：

依據(jù)以上，承受所有荷載的圓木樁，取3排12根計(jì)，則單根木樁承受的實(shí)際荷載為：Q=γ0Sud/n=67.2/12=5.6 t=56.0 kN

因此該水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)（2#墩）的單樁承載力符合施工方案的要求。

3 水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)搭設(shè)的施工過(guò)程

根據(jù)擬定的施工方案，水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)的施工過(guò)程為：測(cè)量放樣→根據(jù)施工方案放出鉆孔樁及圓木樁位置→潛水員水下探測(cè)→清除拋石等水下障礙物→打圓木樁→設(shè)槽鋼剪刀撐→方木連接→鋪設(shè)木板→水上平臺(tái)臨邊圍護(hù)等→鉆孔樁、系梁、立柱及蓋梁施工→拆除水上平臺(tái)。

3.1 水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)搭設(shè)的測(cè)量放樣

（1）導(dǎo)線點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量

用全站儀按相同的導(dǎo)線形式和精度對(duì)原有導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，并將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平差式計(jì)算，將相關(guān)資料報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行最后審核，確定其首級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并以此作為施工控制測(cè)量的依據(jù)。

（2）地形復(fù)測(cè)和建立施工控制網(wǎng)

在導(dǎo)線點(diǎn)復(fù)測(cè)完畢并得到測(cè)繪部門認(rèn)可后，在開工前對(duì)該橋梁進(jìn)行施工控制網(wǎng)測(cè)量，用全站儀和工程施工放樣軟件，在監(jiān)理部測(cè)量監(jiān)理工程師的監(jiān)督下，依據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)和施工軟件設(shè)計(jì)里程樁中樁坐標(biāo)，用坐標(biāo)法恢復(fù)里程樁位（加密樁位同時(shí)進(jìn)行）。

施工控制網(wǎng)點(diǎn)在導(dǎo)線測(cè)量完成后，布設(shè)次級(jí)導(dǎo)線加密（結(jié)果同樣需測(cè)量監(jiān)理工程師最后復(fù)核確認(rèn)），以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的控制要求。

承包單位根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在通視良好的狀態(tài)下在大通河兩側(cè)布置了5個(gè)控制點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量監(jiān)理工程師復(fù)核后投入使用。所有測(cè)量控制點(diǎn)，設(shè)置均應(yīng)牢固可靠，且不受施工或其他條件的影響，并定期對(duì)其進(jìn)行復(fù)測(cè)、保護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題須及時(shí)補(bǔ)測(cè)和恢復(fù)。所有布設(shè)的導(dǎo)線及水準(zhǔn)點(diǎn)、鉆孔灌注樁和圓木樁坐標(biāo)位置均經(jīng)測(cè)量監(jiān)理工程師最終復(fù)核，即“一放二復(fù)”，確保與設(shè)計(jì)圖紙一致，標(biāo)高及中線誤差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和以上測(cè)量成果，放出鉆孔樁位置，然后根據(jù)項(xiàng)目監(jiān)理部最終審定的水上平臺(tái)施工方案定出圓木樁的位置。

3.2 水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)的搭設(shè)

（1）打圓木樁前，必須如前所述進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量放樣，按照擬定的施工方案放出圓木樁位置，然后派潛水員水下勘察，清除拋石等障礙物。圓木樁進(jìn)場(chǎng)后，承包單位對(duì)其外觀進(jìn)行檢查，并用卷尺測(cè)量，該木樁長(zhǎng)度、直徑等必須符合要求。承包單位在施工現(xiàn)場(chǎng)租賃一臺(tái)25 t的船吊并用人工配合進(jìn)行圓木樁施工。

（2）鉆孔樁水上施工平臺(tái)采用9～11 m長(zhǎng)的圓木樁，小頭直徑為22 cm，樁入土3 m，樁頂離水平面保持50 cm。圓木樁每4根為1排，間距1 m+2 m+1 m，排距為2 m，共16排。2#墩水上平臺(tái)與河岸之間設(shè)置2.4 m寬的人行便橋通道。通道采用相同規(guī)格的圓木樁，樁入土3 m，每2根為1排，間距為2 m，排距為2 m。

（3）圓木樁打入完畢后，樁頂采用25 cm×25 cm的方木進(jìn)行連接，最后在方木上鋪設(shè)5 cm厚的木板。并用槽鋼設(shè)置剪力撐，在圓木樁和槽鋼對(duì)應(yīng)位置鉆孔，用螺栓連接，橫向和豎向方木之間用螞蟥釘進(jìn)行連接后成形。水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)施工完畢后用鋼管及綠網(wǎng)進(jìn)行臨邊圍護(hù)，防止人員及材料掉入水中。施工完畢后照片見圖5、圖6。

圖5 水上木結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)

4 結(jié)語(yǔ)

圖6 人行便橋

由于施工方案準(zhǔn)備的較為完善，現(xiàn)場(chǎng)施工的人員、機(jī)械、材料得以合理組織、安排，承包單位在一臺(tái)打樁機(jī)械施工的情況下，在7 d內(nèi)就基本完成了圓木樁100多根的施工任務(wù)，并依據(jù)施工方案的要求加工成鉆孔灌注樁鉆機(jī)施工平臺(tái)，為整個(gè)橋梁工程在施工計(jì)劃工期內(nèi)完成作了有力保障。而且該施工平臺(tái)在整個(gè)橋梁工程的施工過(guò)程中使用功能良好，達(dá)到了施工方案預(yù)期的效果。

在整個(gè)橋梁工程下部結(jié)構(gòu)施工完畢后，該木結(jié)構(gòu)水上施工平臺(tái)易于拆除、不污染河流、不阻礙航道，而且圓木樁也可重復(fù)周轉(zhuǎn)使用，在一定程度上降低了施工成本。相對(duì)于其他形式的施工平臺(tái)、圍堰而言，該施工平臺(tái)即經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，也基本達(dá)到參建各方開工前設(shè)定的“經(jīng)濟(jì)、綠色、低碳、環(huán)保”目標(biāo)。

[1]JTJ041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2000.

[2]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)[S].北京:人民交通出版社,2002.

[3]CJJ2-2008,城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[4]JTJ025-86,公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,1987.

[5]JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.