超厚卵石層地質(zhì)條件下的鋼棧橋設(shè)計與施工

張效磊 鄔良玉

摘 要：以東江特大橋為工程背景，結(jié)合該項目地質(zhì)條件及施工難點(diǎn)，對超厚卵石層地質(zhì)條件下鋼棧橋的設(shè)計與施工工藝進(jìn)行具體的分析，并提出主要施工控制措施，實(shí)際施工效果表明，該棧橋經(jīng)過一個洪水期的考驗，未出現(xiàn)任何安全問題。

關(guān)鍵詞：東江特大橋 鋼棧橋 卵石層

1.工程簡介

東江特大橋全長1510m，橋面全寬23.0m，主橋采用（85+150+85）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋跨越兩岸大堤處采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，其余位置均采用跨徑為30m的裝配式預(yù)應(yīng)力砼小箱梁，基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

東江特大橋主橋跨越東江主航道，目前河道為限制性V級航道，遠(yuǎn)期規(guī)劃為III級航道設(shè)計最高通航水位24.94m、最低通航水位14.80m。為了滿足施工期間東江航道正常通航要求，主河道東西兩岸棧橋不能拉通，東岸鋼棧橋由河岸21#墩向河中27#墩延伸、西岸棧橋由河堤向28#墩延伸，27#、28#墩之間棧橋不連通，確保航道寬度120m以上，棧橋總長約280m。鋼棧橋設(shè)置在東江特大橋中心線下游18.0m，按照雙向通行設(shè)計，橋面寬度7.5m，棧橋頂標(biāo)高取21.0m（與江心洲——鵝塘洲地面標(biāo)高一致）。為了充分利用自有材料，鋼棧橋基礎(chǔ)采用φ630×8mm鋼管樁、雙拼工40a橫向主梁、貝雷梁縱梁和工20a+10mm厚的花紋鋼板橋面板組成。

2.重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

（1）橋址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，卵石層較厚、致密，卵石含量高、粒徑較大，不利于鋼管樁的入土深度控制。

橋位區(qū)河床地質(zhì)情況由砂礫層、厚卵石層、粉質(zhì)黏土夾層、全風(fēng)化變質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化夾中風(fēng)化變質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、中風(fēng)化變質(zhì)砂巖、中風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖微風(fēng)化變質(zhì)砂巖等組成。鋼管樁穿過砂礫層進(jìn)入卵石層深度較深，砂礫層厚較薄，呈黃褐色、飽和、松散、零散分布；卵石層呈黃褐、灰褐色、局部紅褐色，飽和、中密～密實(shí)，卵石含量70%～90%，呈磨圓狀～次磨圓狀，粒徑1.0～5.0cm，卵石成分主要為砂巖，間隙填充砂礫夾粉質(zhì)粘土，局部分布，厚度15～25.0m。棧橋鋼管樁打入卵石層中深度要求達(dá)到7～10m，因卵石層致密、厚度較厚、卵石粒徑較大，鋼管樁沉入的入土深度控制難度大。

（2）東江河流受臺風(fēng)和雨季影響，具有山區(qū)河流暴漲暴落特點(diǎn)，水流速度較快、水位變幅度大，高差達(dá)到5～10m，對鋼棧橋結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性非常不利。

東江洪水主要是鋒面雨和臺風(fēng)雨所造成，前汛期（4月～6月）主要是鋒面雨洪水，后汛期（7～9月）主要是臺風(fēng)雨洪水，其特點(diǎn)是山區(qū)河流匯流時間短，峰值大，易漲易退；干流峰值高、流量大、流速快，對棧橋影響大，要求鋼管樁的入土深度較深，橫向抗力較大，確保各種不利條件下棧橋的安全性和穩(wěn)定性，鋼棧橋的設(shè)計與施工難度大。

（3）工期緊、任務(wù)重、不利因素多。本項目外部影響因素較多，建設(shè)單位征地拆遷推進(jìn)較慢，直至2018年5月正式啟動鋼棧橋施工。鋼棧橋施工處在本項目關(guān)鍵線路上，280m鋼棧橋及鋼平臺要求在2個月內(nèi)完成，而鋼棧橋施工正直本地區(qū)汛期，有效作業(yè)時間較短。且受東江航道限制大型施工機(jī)械、船舶無法進(jìn)入施工現(xiàn)場，只能選擇“釣魚法”施工工藝，施工進(jìn)度受到制約。

（4）充分利用自有材料，要求設(shè)計方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)、適用。本項目有部分自有材料包括φ630×8mm鋼管樁、工40a、工20a等，棧橋設(shè)計時進(jìn)行了方案比選，為了利用自有φ630×8mm鋼管樁放棄選用更適合卵石地層的小直徑鋼管樁方案；為了確保棧橋施工進(jìn)度放棄選用成本更低的預(yù)制鋼筋混凝土面板方案。

3.鋼棧橋設(shè)計

3.1基礎(chǔ)設(shè)計

本鋼棧橋一般寬度為7.5m、跨度為1 2 m，每隔5 ～ 6跨設(shè)一道制動墩（用于增強(qiáng)棧橋的穩(wěn)定性和橫向抗沖擊能力），鋼管樁采用φ630×8mm螺旋鋼管，單排為2根，橫向間距為5m，平聯(lián)和斜撐均采用雙拼[20a，橫向主梁采用雙拼工40a。棧橋布置如圖1所示。

為了便于鋼管樁在超厚砂卵石層內(nèi)沉入到設(shè)計標(biāo)高，采用在鋼管樁頂設(shè)置穿破砂卵石層錳鋼樁尖，樁尖采用2塊梯形和1塊5邊形20mm厚的鋼板焊接成“十”字錐形樁尖，錐尖尾部采用φ630mm厚度10mm鋼板設(shè)置30cm的環(huán)向連接。鋼管樁沉入前，先將樁尖與鋼管樁底焊接牢固形成整體。

3.2縱梁及橋面設(shè)計

鋼棧橋采用規(guī)格1500×3000mm貝雷梁作為縱梁，單排設(shè)7排貝雷梁（貝雷梁），貝雷梁縱向采用銷軸連接，橫向通過花架采用90型花架、135型花架連接，將真?zhèn)€7排貝雷梁連成整體。橫向主梁采用2工40a，貝雷梁與工40a采用U型卡固定牢靠，貝雷梁頂分配梁采用工20a，間距30cm布置，分配梁與貝雷梁采用V型卡固定。橋面板為10mm厚的花紋鋼板，采用點(diǎn)焊與橫向分配梁固定。棧橋兩側(cè)采用1.2m高的工10作為立桿，φ48×3.5mm鋼管作為橫桿，棧橋護(hù)欄刷黑白油漆并設(shè)置踢腳板。

4.棧橋施工

4.1施工工藝流程

鋼棧橋施工流程：施工準(zhǔn)備→樁尖制作及安裝→吊裝鋼管樁就位（50T履帶吊+90型振動錘）→測量定位→鋼管樁振動下沉→主橫梁雙拼工40a安裝→平聯(lián)及斜撐安裝→貝雷梁安裝及固定→橫向分配梁（次橫梁）安裝→橋面板10mm花紋鋼板安裝→附屬結(jié)構(gòu)安裝→安裝導(dǎo)向定位架→吊裝下一跨鋼管樁就位→鋼管樁振動下沉→下一跨棧橋各結(jié)構(gòu)施工→棧橋驗收→棧橋使用及維護(hù)→工程完工后棧橋拆除。

4.2鋼管樁施打

本工程采用DZ90型液壓振動錘。為了確定鋼管樁穿過覆蓋層、砂礫層進(jìn)入卵石層沉樁工藝，尋找合適的沉樁最終控制標(biāo)準(zhǔn)，并初步確定鋼管樁樁尖對沉樁速度、深度影響，最終選定了6根有代表性的鋼管樁進(jìn)行了分析。施打采用50T履帶吊+90型振動錘進(jìn)行鋼管樁試打，具體試打效果：3根帶樁尖的鋼管樁樁試打均一次性達(dá)到了設(shè)計標(biāo)高，3根未帶樁尖的沉樁速度慢，部分樁達(dá)不到設(shè)計標(biāo)高并進(jìn)行了加樁處理。

通過試樁本項目棧橋其它樁基均采用50T履帶吊配合DZ90型液壓振動錘沉入，并在鋼管樁底加帶樁尖，在厚卵石層中取得較好的效果，鋼棧橋共計158根φ630×8mm鋼管樁，均能達(dá)到設(shè)計要求。

4.3主要施工控制措施

棧橋施工控制重點(diǎn)為鋼管樁的入土深度控制，尤其像本項目河床下地質(zhì)為超厚卵石層，鋼管樁沉入難度較大，控制好鋼管樁沉入深度不僅減少棧橋累計沉降，還增加鋼棧橋使用期間防洪度汛的安全保障。為了確保鋼管樁在大粒徑、超厚卵石層地質(zhì)情況下達(dá)到嵌固深度要求，施工過程中對鋼管沉入采取以下幾個主要控制措施：

（1）采用“十”字錐形樁尖：在大粒徑、超厚卵石層地質(zhì)情況下使用“十”字錐形樁尖比不使用錐形樁尖，鋼管樁沉入深度平均深1.0～1.5m，沉樁速度更快。

（2）采用“高頻振動、反復(fù)插拔”，在大粒徑、超厚卵石層地質(zhì)情況下對局部受阻有一定的減阻效果，能夠達(dá)到增加一定的入土深度。

（3）采用增加輔助樁解決局部受阻嚴(yán)重，個別鋼管樁入土深度不足，而采用螺旋鉆引孔不經(jīng)濟(jì)時選用。

5.實(shí)施效果

東江特大橋鋼棧橋總長280m，該棧橋于2018年5月開始搭設(shè)，7月底完成棧橋及鋼平臺的施工，解決了26#墩～28#墩水上施工問題，達(dá)到了變水上施工為陸上施工目的，到目前為止，該棧橋經(jīng)過了一個洪水期的考驗，未出現(xiàn)任何安全問題。

6.結(jié)束語

綜上所述，通過本項目鋼棧橋的成功實(shí)施，解決了一系列超厚卵石層地質(zhì)條件下鋼棧橋設(shè)計與施工難題，在材料選用、結(jié)構(gòu)選型、工藝流程等方面對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，解決了一系列超厚卵石層地質(zhì)條件下鋼棧橋設(shè)計與施工難題，達(dá)到了安全可靠、施工快速、經(jīng)濟(jì)合理的預(yù)期目標(biāo)，獲得較好的綜合效益，為今后同類型工程施工提供寶貴參考價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTG D64-2015 公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2]周水興.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.