深水裸巖采用水下承臺(tái)搭設(shè)鋼棧橋施工技術(shù)

劉 勇

(核工業(yè)長(zhǎng)沙中南建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410116)

1 引 言

深水區(qū)大橋樁基施工離不開水上平臺(tái)或大型駁船設(shè)備作為工作平臺(tái)，而投入大型水上施工設(shè)備，不但投入費(fèi)用巨大，而且在庫區(qū)河流一般缺乏此類設(shè)備，即使采用大型駁船和浮吊，也存在運(yùn)營費(fèi)用高和工效低的問題。進(jìn)行水深20 m以上裸巖環(huán)境下鋼棧橋施工方法和技術(shù)的研究，不但可以解決庫區(qū)深水河流橋梁施工水上設(shè)備缺乏問題，而且穩(wěn)定可靠，可改善水上施工條件，提高工作效率，可節(jié)約水上浮吊和打樁船及運(yùn)輸駁船的投入，大幅節(jié)約施工成本。為今后相似條件下鋼棧橋的施工提供借鑒和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有很好的應(yīng)用推廣前景。一般情況下，鋼棧橋施工需要良好的巖石覆蓋層基礎(chǔ)，在淺水條件下鋼管樁能打入覆蓋層一定深度(5 m以上)，如水位為超20 m深水區(qū)，則要求覆蓋層更厚(8 m以上)才能滿足要求，并要求河流水位基本穩(wěn)定，才能使鋼管樁承載力，穩(wěn)定性處于良好狀態(tài)，而在裸巖的深水區(qū)，且水位變化無常條件下搭設(shè)鋼棧橋尚屬技術(shù)難題。以我公司承接的湖南沅陵酉水大橋?yàn)楸尘埃M(jìn)行工程實(shí)例分析。根據(jù)地質(zhì)和水位狀況采用震動(dòng)錘下沉鋼管樁和混凝土承臺(tái)加固并逐跨搭設(shè)鋼棧橋的施工方法，在技術(shù)支撐、安全保障和工期保證條件下，解決了鋼棧橋施工中深水裸層小群鋼管樁插打和深水水下封底承臺(tái)兩大難題。

2 工程概況

湖南沅陵酉水大橋工程項(xiàng)目，橋梁全長(zhǎng)908.16 m，橋面為雙向4車道，橋面寬度：23.5 m。主橋全長(zhǎng)480 m，主橋上部構(gòu)造為(60+4×90+60)m預(yù)應(yīng)力變截面混凝土連續(xù)箱梁，樁基均采用鉆孔灌注樁。其中大橋6#～10#主墩墩位于酉水河主航道，這5個(gè)墩位需在水上搭設(shè)鋼棧橋及平臺(tái)進(jìn)行下部構(gòu)造施工。河道水深最深處達(dá)18～22 m，河床覆蓋層平均僅0.5～0.6 m，屬無覆蓋層或稱超薄覆蓋層，俗稱“裸巖”，巖性為泥質(zhì)粉砂巖，堅(jiān)硬致密，鋼管樁無法正常插打，無法支撐穩(wěn)定整體構(gòu)架，加上酉水河河床地貌起伏大，給施工鋼平臺(tái)增加了困難。

3 主要方案及結(jié)構(gòu)

(1)鋼棧橋采用螺旋管、型鋼與貝雷片相互焊與聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式，單跨由4根螺旋管組合成1個(gè)高樁墩，5跨一聯(lián)72 m，每聯(lián)設(shè)置1個(gè)制動(dòng)墩。

(2)主、次分配梁采用雙拼45#工字鋼，橋面板分配梁采用22#工字梁，橋面板采用10 mm厚鋼板，雙層樁間平聯(lián)結(jié)構(gòu)采用20#槽鋼。

(3)鋼棧橋上部橫向布設(shè)6片貝雷片，每?jī)善瑸橐唤M，在墩頂分配梁位置設(shè)置限位裝置與標(biāo)準(zhǔn)支撐架，以確保貝雷梁橫向穩(wěn)定性。

(4)由于深水無覆蓋層的特點(diǎn)，鋼棧橋樁間下部采用導(dǎo)管水下灌注C30混凝土進(jìn)行封底，把由群樁(鋼管樁)組成的高樁墩鋼管樁固結(jié)，形成筏板式混凝土剛性基礎(chǔ)，鋼棧橋的抗傾覆能力和整體穩(wěn)定性大大增加。

(5)樁墩由4根鋼管樁組成，群樁代替排樁，增強(qiáng)了鋼棧橋橫向穩(wěn)定性及豎向承載力。

(6)鋼棧橋與鋼平臺(tái)剛性連接一體，施工時(shí)實(shí)行平行推進(jìn)作業(yè)，確保鋼棧橋與鋼平臺(tái)的整體穩(wěn)定性。

4 主要施工流程

對(duì)打樁浮吊進(jìn)行拋錨定位→設(shè)置打樁定位、導(dǎo)向架→插打小群樁基礎(chǔ)內(nèi)鋼管樁，進(jìn)行連接系焊接→汽車起重機(jī)與手動(dòng)葫蘆配合吊裝模板至預(yù)定位置→潛水員水下連接與緊固鋼模板→鋼套箱水下拼裝、調(diào)平→下沉鋼套箱至河床底→沿套箱周邊撒布卵石封底→吸泥泵吸底泥→砂包定點(diǎn)投放→潛水員埋沙包封底→輸送泵水下灌注承臺(tái)混凝土→拆除模板→鋼管樁接長(zhǎng)、連接系焊接→主分配梁安裝→貝雷梁及橋面板安裝→安全設(shè)施施工。

5 鋼棧橋施工

5.1 施工準(zhǔn)備

研讀施工圖紙，掌握樁位、樁徑、樁長(zhǎng)、樁頂、樁底標(biāo)高、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)等鉆孔相關(guān)資料；掌握鋼管樁尺寸、規(guī)格、長(zhǎng)度等制作、安裝資料；掌握上部結(jié)構(gòu)材料型號(hào)、組成、用量，同時(shí)還要熟讀施工規(guī)范，了解平臺(tái)施工要點(diǎn)及質(zhì)量要求。

測(cè)量人員根據(jù)施工平面布置圖計(jì)算平臺(tái)定位樁坐標(biāo)，水上施工利用錨錠系統(tǒng)精確定位浮吊，并進(jìn)行導(dǎo)向架的安裝。

5.2 鋼樁插打

水中6#～9#墩混凝土輸送便橋鋼管樁采用懸打法下沉施工，用浮吊配合振動(dòng)樁錘施打鋼管樁。鋼管樁入巖后，利用臨時(shí)定位平臺(tái)進(jìn)行臨時(shí)固定，焊接連接系。測(cè)量組精確測(cè)量導(dǎo)向架的位置，利用錨碇系統(tǒng)調(diào)節(jié)導(dǎo)向架中心位置，在樁位與樁的垂直度達(dá)到條件后，將振動(dòng)打樁錘一次下沉。

5.3 施工要點(diǎn)

(1)振動(dòng)錘一定要夾緊樁頭，不得有松動(dòng)或間隙，接頭處也容易產(chǎn)生振動(dòng)。在插入鋼樁過程中，如發(fā)現(xiàn)樁頂局部變形或損壞，應(yīng)將其截?cái)?，并接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

(2)使用振動(dòng)錘沉樁時(shí)，開始時(shí)可以靠自重使樁沉降，然后將振動(dòng)樁錘與固定裝置牢固地連接在樁頂上，啟動(dòng)振動(dòng)錘進(jìn)行下沉樁。一次性完成樁的下沉，中間停留時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免樁周巖土恢復(fù)，難以繼續(xù)下沉。持續(xù)時(shí)間的振動(dòng)太短，不會(huì)破壞巖土結(jié)構(gòu)，過長(zhǎng)則容易破壞振動(dòng)錘的零件。持續(xù)振動(dòng)的時(shí)間應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)備和巖性進(jìn)行試驗(yàn)確定。

(3)鋼管樁中間的接頭必須全焊，加勁和加長(zhǎng)板也必須全焊并符合要求。待技術(shù)人員檢查樁接頭的焊接質(zhì)量后，方可插入鋼樁。

(4)插入鋼管樁時(shí)，應(yīng)保證滿足單樁許用承載力的要求。插入時(shí)應(yīng)控制土層深度，檢查貫入度情況。在沉樁中，如發(fā)現(xiàn)貫入度異常、突然落樁、過度傾斜、移位等情況，應(yīng)立即停止沉樁，等查清后，再繼續(xù)沉樁。

(5)沉樁過程中如出現(xiàn)樁位偏差較大，應(yīng)重新拔出，糾正樁位后再次錘擊，不得使用移船方法糾正樁位。

5.4 模板安裝

小承臺(tái)鋼管樁連接系焊接完畢后，在鋼管樁四周焊接牛腿作為模板安裝平臺(tái)。模板分節(jié)制作、安裝。

模板拼接完成后，采用導(dǎo)聯(lián)作為下放工具，將模板逐步放入承臺(tái)四周河床面，潛水員進(jìn)行水下固定。

模板安裝完畢后，利用吸砂泵清洗模板內(nèi)淤泥等，潛水員水下作業(yè)對(duì)承臺(tái)下口采用沙袋或土工布等進(jìn)行封堵。

5.5 承臺(tái)封底

初次封底采用船運(yùn)卵石至平臺(tái)邊，通過皮帶輸送沿套箱周邊撒布卵石進(jìn)行初次封底。潛水員下水檢查卵石封底情況，進(jìn)行第二次水下埋砂包封底，砂包由運(yùn)輸船運(yùn)抵平臺(tái)，砂包通過螺旋管沿套箱周邊定點(diǎn)投放至水下預(yù)定位置。

采用吸泥泵吸套箱內(nèi)底泥，自套箱中心向周圍進(jìn)行吸泥，污泥排入河中，潛水員下水檢查吸泥情況。底泥吸干凈后，潛水員下水埋設(shè)砂包，封堵套箱底邊，確保水下灌注混凝土不漏漿。

5.6 灌注水下混凝土

安裝凝土輸送泵及管線，通過拌合站和攪拌車輸送混凝土至輸送泵，首批混凝土澆筑后，混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，吊機(jī)起吊灌注導(dǎo)管根據(jù)測(cè)量水下混凝土厚度進(jìn)行移動(dòng)，澆筑自中心向外四周進(jìn)行，保證套箱內(nèi)混凝土澆筑連續(xù)密實(shí)。第一次混凝土的灌注數(shù)量要能大于1 m的埋置導(dǎo)管深度和填充管道底部的要求。

6#～10#墩水下封底混凝土承臺(tái)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，混凝土達(dá)到3 d強(qiáng)度后，潛水員下水拆除套箱模板，吊車配合吊裝模板出水。

5.7 接高及連接鋼管樁

在已灌好混凝土的鋼樁樁外壁對(duì)稱焊接4個(gè)卡位角鋼。

起吊第二節(jié)鋼管樁，將第二節(jié)鋼管樁對(duì)準(zhǔn)4個(gè)卡位角鋼中間緩緩下放，使鋼管樁順著卡位角鋼滑到底節(jié)鋼管頂面，轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管使上下節(jié)鋼管的某一段對(duì)位比較圓順并使上面的鋼管略微支撐在下護(hù)筒上，同時(shí)用兩臺(tái)全站儀沿相互垂直的方向測(cè)量調(diào)節(jié)鋼管，將上鋼管與下鋼管的出露段調(diào)節(jié)到一條線上，并用小楔塊將上下鋼管對(duì)接口抄緊，吊船松鉤(吊鉤僅略微帶勁，使鋼管保持不倒即可)，再次用全站儀測(cè)量、調(diào)整，直至松鉤后上下鋼管位于一條線上。

從對(duì)接比較圓順的位置開始焊接鋼管，不圓順的位置則采用大錘敲打等措施調(diào)整，使上下鋼管對(duì)接平順并焊接，逐步將接頭焊接完畢，焊接質(zhì)量要求必須滿足要求。

鋼管樁施工完成后，應(yīng)立即將鋼管樁水平連接起來，用剪刀撐和鋼管平縫焊接。

5.8 鋼管樁連接系及樁頂分配梁施工

小承臺(tái)處鋼管樁施工完成后，立即進(jìn)行該墩鋼管樁間平聯(lián)、樁頂分配梁施工。

在鋼管樁上進(jìn)行平聯(lián)位置的測(cè)量放樣。技術(shù)員實(shí)測(cè)樁間平聯(lián)長(zhǎng)度并在后場(chǎng)下料，同步進(jìn)行樁頭加工、焊接及樁頂分配梁的加工。用船舶將半成品運(yùn)至施工墩位處。

用浮吊懸吊平聯(lián)，到位后電焊工焊接平聯(lián)。對(duì)焊接縫進(jìn)行質(zhì)量檢查，符合要求后安裝。

測(cè)量放樣將超過設(shè)計(jì)高度的鋼管樁切除，安放并焊接樁頭鋼板，浮吊懸吊樁頂分配梁到達(dá)指定位置進(jìn)行安裝并簡(jiǎn)單固定，樁頂分配梁采用型鋼，電焊工按指定位置焊接縱、橫梁，焊縫質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.9 貝雷梁安裝

貝雷梁的組裝：貝雷梁按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行組裝后，在施工碼頭上轉(zhuǎn)運(yùn)上運(yùn)輸船。采用25 t浮吊進(jìn)行架設(shè)。

將拼裝好的一組貝雷梁裝船并運(yùn)至需要安裝的墩位，根據(jù)測(cè)量位置放置，先進(jìn)行第一組貝雷梁的安裝，準(zhǔn)確就位后先牢固捆綁在橫梁上，然后焊接限位器，再進(jìn)行第二組貝雷梁的安裝，最后連接好兩組貝雷梁。

5.10 橋面板安裝

在貝雷梁頂進(jìn)行面板系安裝，橋面板采用型鋼與鋼板組合的加工件，在加工工廠按照橋面跨度進(jìn)行加工成半成品，運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)后直接進(jìn)行安裝。為防止橋面板與貝雷梁產(chǎn)生橫向錯(cuò)位滑移，橋面板兩側(cè)設(shè)置限位設(shè)施。

5.11 便橋安全設(shè)施安裝

平臺(tái)形成一段后可接著進(jìn)行附屬安全設(shè)施的安裝。包括水、電管路及泵管的鋪架和橋面欄桿及照明、消防設(shè)施，安全警示標(biāo)志。

5.12 鋼棧橋觀測(cè)情況

施工時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼棧橋變形情況，采用橋梁施工的四邊形控制網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，架立全站儀進(jìn)行橫向、縱向、高程位移的測(cè)量，使用相對(duì)差異和變化率的結(jié)果來分析平臺(tái)的穩(wěn)定性。

本次觀測(cè)持續(xù)時(shí)間共318 d，共監(jiān)測(cè)記錄28組數(shù)據(jù)，橫、縱向最大變形分別為4.2 cm和3.1 cm，豎向最大變形出現(xiàn)在棧橋水深最大的位置，為3.3 cm。均滿足設(shè)計(jì)和運(yùn)行的要求。

6 結(jié) 論

(1)上述采用群樁與封底混凝土相結(jié)合加固技術(shù)方案、321貝雷片橫向結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及雙層樁間平聯(lián)結(jié)構(gòu)加固措施，克服了深水、無覆蓋層、水位變化大三大難點(diǎn)。確保了鋼棧橋的穩(wěn)定性及抗傾覆能力。

(2)經(jīng)過對(duì)鋼棧橋結(jié)構(gòu)受力分析、穩(wěn)定性驗(yàn)算、安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)和觀測(cè)記錄，證明了在八級(jí)風(fēng)力、1.5 m/s水流沖擊且河底裸巖環(huán)境下，鋼棧橋整體穩(wěn)定性好、變形小、位移及沉降量小，完全滿足庫區(qū)深水河流橋梁施工要求。

(3)通過鋼棧橋與鋼平臺(tái)連為一體，樁間采用C30混凝土封底，保證了鋼棧橋與鋼平臺(tái)的承載能力及整體穩(wěn)定性，滿足50 T汽吊橋上吊裝作業(yè)要求。

(4)鋼棧橋?yàn)樗喜牧稀⒃O(shè)備、人員提供了便捷的作業(yè)通道，為深水施工提供了作業(yè)空間，實(shí)踐證明：橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)各施工工序環(huán)節(jié)均能通過鋼棧橋與鋼平臺(tái)實(shí)現(xiàn)平行流水作業(yè)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、高效、便捷的目的。

(5)通過對(duì)本項(xiàng)目大橋施工所采取的兩種方案(鋼棧橋與浮吊水運(yùn))的論證與對(duì)比，得出經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)如下：鋼棧橋總造價(jià)858萬元，扣除材料回收殘值191萬元后，實(shí)際總造價(jià)為667萬元，而投入浮吊水運(yùn)總費(fèi)用約1 600萬元，顯然，鋼棧橋方案比浮吊水運(yùn)方案減少投入資金近1 000萬元，如果算上因縮短工期帶來的效益，那么采用鋼棧橋施工方案將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。