埂埕大橋卵石、光板巖地層棧橋鋼管樁施工技術(shù)

李剛

摘要：南平埂埕大橋在大橫鎮(zhèn)埂埕村橫跨閩江上游支流建溪，設(shè)置鋼棧橋連接左右岸作為橋梁施工通道。河床覆蓋卵石層或光板巖地層，橋位處常年流速大于2m/s，高水位流速達(dá)到4.3m/s，當(dāng)?shù)赜薪ㄏ獥颉盁o(wú)橋不跨”的流言。經(jīng)方案施工設(shè)計(jì)，近河側(cè)采用清理卵石后錘擊沉樁，深水區(qū)及光板巖地層采用增設(shè)臨時(shí)墩、鉆孔跟進(jìn)鋼護(hù)筒及孔內(nèi)填充混凝土成樁，有效解決了山區(qū)大流速條件下鋼管樁施工復(fù)雜的技術(shù)難題。采用MIDAS2010建立棧橋計(jì)算模型，均滿足10年一遇洪水條件下強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要強(qiáng)。

Abstract： The Nanping Gengcheng Bridge is built across Jianxi， an upper reaches of the Minjiang River in Gengcheng village of Daheng Town， and the steel trestle bridge is connected to the left and right banks as a bridge construction channel. The riverbed is covered with the pebble layer or the light slate formation. The annual flow velocity of the bridge is more than 2m/s， and the high water velocity reaches 4.3m/s. After the scheme construction design， the near-river side is cleaned with pebble and then hammered and piled. In the deep water area and the light slate formation， additional temporary piers， drilled steel casings and concrete filled piles are used to effectively solve the complicated technical problems of the construction of steel pipe piles in large flow conditions in the mountainous area. The calculation model of the trestle bridge is established by MIDAS2010， which is strong in strength， stiffness and stability under the condition of 10 years of flood.

關(guān)鍵詞：埂埕大橋;卵石;光板巖;棧橋;鋼管樁;施工技術(shù)

Key words： Gengcheng Bridge;pebbles;light slate;trestle;steel pipe pile;construction technology

中圖分類號(hào)：U448.18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）34-0124-04

1? 工程概況

南平市渡改橋工程埂埕大橋起點(diǎn)位于建溪西岸大橫鎮(zhèn)埂埕新村光明小學(xué)南側(cè)約90m，與G205平面交叉，新建埂埕大橋跨越建溪，改線公路線往南北向布設(shè)，終點(diǎn)與現(xiàn)有馬大線連接，路線總長(zhǎng)948.559m。為保證東西兩岸正常施通行擬在橋位下游處新建一座棧橋，棧橋西岸起點(diǎn)樁號(hào)K0+78.800m，東岸終點(diǎn)樁號(hào)K0+384.200m，棧橋全長(zhǎng)305.4m，位于主橋下游側(cè)，橋面寬5.5m，跨徑為12m的連續(xù)梁設(shè)計(jì)（跨中設(shè)置臨時(shí)墩），每四跨設(shè)置一聯(lián)，每聯(lián)設(shè)置一個(gè)制動(dòng)墩，在制動(dòng)墩處設(shè)置2cm伸縮縫。在4#墩下游側(cè)設(shè)置一處會(huì)車（調(diào)車）平臺(tái)，長(zhǎng)度都為30m，會(huì)車平臺(tái)總寬8.5m。棧橋橋式布置圖如圖1所示，棧橋斷面布置示意圖如圖2所示。

根據(jù)調(diào)查勘探報(bào)告，地層分為9層，自上而下分別為：素填土、殘積性粘土、卵石、細(xì)砂、風(fēng)化砂巖、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖、微風(fēng)化砂巖。3～4#墩之間為卵石層，4～5#墩之間為風(fēng)化巖層。橋位處降水量年內(nèi)分配不均勻，4～6月份雨量占全年的60%左右，盛夏和秋季雨量偏少，易出現(xiàn)干旱。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查近十年最高水位為80.8m，最大流速4.11m/s。

本工程存在的重難點(diǎn)：①橋址處存在卵石層及裸巖，卵石層中大塊石較多，棧橋鋼管樁插打施工困難，保證棧橋管樁埋置深度且嵌入強(qiáng)風(fēng)化持力層一定深度是施工難點(diǎn);②流速大、巖面傾斜，鋼管樁精確定位難度大[6]。

2? 施工方案

2.1 鋼管樁施工方案比選

2.1.1 鋼管樁內(nèi)插入鋼棒成樁

4～5#墩之間無(wú)覆蓋層，鋼管樁難以直接插打至設(shè)計(jì)深度，當(dāng)貫入度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，采用在鋼管內(nèi)部、河床頂面插入3根鋼棒，鋼棒和鋼管樁的總?cè)胪辽疃炔恍∮谠O(shè)計(jì)值，鋼棒露出巖面不小于3m。完后將水下混凝土灌注在鋼管樁內(nèi)，使鋼管與鋼棒連接成整體。本方案具有工序多、工期長(zhǎng)、效率低、施工費(fèi)用高且后期需水下切割或爆破拆除，但是成樁質(zhì)量高、有利于棧橋的整體穩(wěn)定性。

2.1.2 小跨徑鉆孔跟進(jìn)成樁

對(duì)于無(wú)覆蓋層，管樁難以打入至設(shè)計(jì)深度時(shí)，減小棧橋單跨跨徑，同時(shí)減小了單樁受力，使管樁達(dá)到設(shè)計(jì)要求;管樁仍不能插打至設(shè)計(jì)深度時(shí)，采用沖孔方式跟進(jìn)管樁，跟進(jìn)后管樁內(nèi)回填沙土或澆筑混凝土。本方案需增加鋼管樁、分配梁等的投入，造價(jià)高、工期長(zhǎng)、跟進(jìn)距離小，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好、無(wú)后期拆出除問(wèn)題。

2.1.3 增設(shè)臨時(shí)樁標(biāo)準(zhǔn)跨徑成樁

對(duì)于無(wú)覆蓋層，管樁直接插打難以打入至設(shè)計(jì)深度時(shí)，設(shè)置臨時(shí)樁，為便于拆除臨時(shí)樁中心距為6m，距前一排管樁距離為9m，同時(shí)貝雷梁安裝至臨時(shí)樁，在臨時(shí)裝上沖擊鉆機(jī)，在下一排管樁內(nèi)沖600mm孔至不小于設(shè)計(jì)深度，然后下放鋼筋籠灌注混凝土至河床面以上2m。本方案需增加混凝土、鋼筋籠及臨時(shí)管樁的投入，造價(jià)高、工期長(zhǎng)，且混凝土樁基深入河床，后期需爆破或水下拆除，但結(jié)構(gòu)受力清晰、穩(wěn)定性最好。（圖5）

根據(jù)以上3個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及可用資源，從經(jīng)濟(jì)性、工期影響、結(jié)構(gòu)穩(wěn)性能等方面綜合考慮，當(dāng)管樁插打距離設(shè)計(jì)深度較小地段時(shí)采用小跨境鉆孔跟進(jìn)方案，當(dāng)鋼管插打深度距離設(shè)計(jì)深度較大地段時(shí)采用增設(shè)臨時(shí)樁標(biāo)準(zhǔn)跨徑成孔。

2.2 棧橋鋼管樁施工方案

2.2.1 卵石清理后錘擊成樁

枯水期施工時(shí)，水位較低處管樁施工先采用挖機(jī)將卵石層放坡開挖，開挖深度不小于2m，然后采用振動(dòng)打樁機(jī)插打，鋼管樁插打采用履帶吊機(jī)整樁起吊，Φ630×10mm采用DZ-60振動(dòng)打樁機(jī)及液壓夾持器，Φ820×10mm采用DZ-90振動(dòng)打樁機(jī)及液壓夾持器，插打至貫入度小于2cm/min。當(dāng)插打深度不小于3.5m時(shí)直接將原狀土回填壓實(shí)[5]。

2.2.2 擴(kuò)大基礎(chǔ)接鋼管樁

采用直接插打方式進(jìn)行管樁施工時(shí)，當(dāng)插打深度小于3.5m時(shí)在開挖處設(shè)置鋼套箱，外側(cè)形成筑島圍堰，在管樁外澆筑擴(kuò)大條形基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸為2×5×1.5m。（圖6）

2.2.3 設(shè)置臨時(shí)墩鉆孔成樁

高水位施工時(shí)，每跨管樁中間增設(shè)一排Φ630×10mm臨時(shí)樁（須與前排管樁增設(shè)連接系），作為沖擊鉆機(jī)的施工平臺(tái)，避免因貝雷梁變形過(guò)大引起鉆機(jī)傾覆，臨時(shí)樁以貫入度控制，當(dāng)貫入度小于2cm/min時(shí)，停止插打（不進(jìn)行沖孔），待前排管樁貝雷梁施工完成后方可拆除[2]。

鋼管樁采用振動(dòng)打樁機(jī)插打，鋼管樁插打采用履帶吊機(jī)整樁起吊，DZ-60振動(dòng)打樁機(jī)及液壓夾持器，插打至貫入度小于2cm/min，對(duì)于入巖深度小于4m的管樁，采用沖擊鉆沖擊成孔，沖孔過(guò)程中可跟進(jìn)管樁，保證泥漿不外流，孔底標(biāo)高至卵石層頂標(biāo)高不小于6m，下放鋼筋籠，澆筑C30水下混凝土（參考鉆孔樁施工方案），混凝土與管樁粘結(jié)長(zhǎng)度不小于2m;對(duì)于入巖深度大于4m管樁滿足施工要求，不再進(jìn)行沖孔。

3? 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 近岸側(cè)鋼管樁施工

3.1.1 下河道路設(shè)置

棧橋面距離河床面約17m，在棧橋上直接清理河床困難，枯水期近岸側(cè)水深約1.5m，且棧橋處于回水灣，東岸棧橋處水流小、沖刷小，可從東岸便道直接修建臨時(shí)道路下河至棧橋樁位處。臨時(shí)道路采用鉆渣、黏土及附近卵石土進(jìn)行修筑，下部設(shè)置過(guò)水管道，便道寬度4m，自然放坡，坡底距棧橋管樁不小于1m。此便道后期可作為主橋4#墩承臺(tái)施工通道。

3.1.2 基礎(chǔ)清理

近岸側(cè)河床已覆蓋層和卵石層為主，厚度約2m?；A(chǔ)清理前首先確定清理挖掘邊線，然后采用普通挖掘機(jī)對(duì)河道進(jìn)行清理施工，并將清理出淤泥的轉(zhuǎn)移及裝載。由于清理出的淤泥含水量大，運(yùn)輸過(guò)程中容易造成道路及周邊環(huán)境污染，因此淤泥需經(jīng)過(guò)晾曬，然后通過(guò)渣土運(yùn)輸車外運(yùn)?；A(chǔ)清理至無(wú)大顆粒卵石為止，再整平河床面便于后續(xù)施工。

3.1.3 擴(kuò)大基礎(chǔ)施工

擴(kuò)大基礎(chǔ)采用鋼套箱圍堰進(jìn)行水下混凝土澆筑施工。鋼套箱組件的制作按工藝設(shè)計(jì)將模板制成后拼裝，然后分組、編號(hào)、上油保護(hù)，所用橡膠防水墊圈和連接螺栓等設(shè)專箱存放，與鋼套箱鋼模一起待用組裝。組件加工完成后在岸上拼裝組件，組裝成無(wú)底鋼套箱。拼裝完成的鋼套箱圍堰需做好嚴(yán)密性及滲水措施。

基礎(chǔ)清理完成后用履帶吊機(jī)在已拼裝棧橋上將鋼套箱吊起，放入樁位處，測(cè)量套箱位置，使鋼套箱依靠自重漫漫下沉至基底，再采用黏土在套箱四周外回填，防止?jié)仓炷習(xí)r滲漏。然后按照設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行鋼管樁插打至設(shè)計(jì)貫入度后再水下澆筑混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后接高管樁至設(shè)計(jì)位置。

3.2 深水鋼管樁施工

3.2.1 鋼管樁精確定位

鋼管樁采用釣魚法進(jìn)行施工，為保證施工的精度，快速施工，首先就是控制鋼管樁的定位。由于臨時(shí)樁與棧橋樁距離只有一片貝雷梁的距離（3m），管樁插打用導(dǎo)向架將臨時(shí)樁與棧橋樁合并成為一個(gè)新型懸臂式導(dǎo)向架，施工更為方便，且縮短了導(dǎo)向架安拆的時(shí)間。導(dǎo)向架分為上下兩層，層高約1.5m，且導(dǎo)向架與前端2組貝雷梁上弦桿采用螺栓固定，增強(qiáng)導(dǎo)向架的整體性和橫向穩(wěn)定性，可以有效控制鋼管樁的插打精度。管樁插打前鋪設(shè)臨時(shí)鋼板、安裝護(hù)欄，保證施工人員的安全作業(yè)，插打過(guò)程中測(cè)量人員從上下游兩個(gè)相互垂直的方向同時(shí)觀測(cè)管樁的垂直度，采用設(shè)置在導(dǎo)向架上的糾偏裝置隨偏隨糾，確保成樁后管樁垂直度小于0.5%。組合式導(dǎo)向架將管樁中水定位調(diào)整為岸上定位，同時(shí)臨時(shí)樁與棧橋樁可以實(shí)現(xiàn)同步精確定位，受水流影響小，大大加快施工進(jìn)度[4]。

3.2.2 臨時(shí)墩及鉆孔成樁

在河床段大粒徑剛性卵石層及風(fēng)化裸巖地質(zhì)條件下，鋼管樁插打困難，打入深度不能滿足汛期水流力作用下水平抵抗力要求。改用Ф810mm（δ=10mm）鋼管樁樁內(nèi)沖孔，用振動(dòng)錘插打管樁，以貫入度為控制標(biāo)準(zhǔn)，插打完成后在樁內(nèi)沖孔，孔徑直徑600mm。沖孔完成后，下放鋼筋籠，灌注混凝土錨固嵌巖。

鉆機(jī)采用CJF-15沖擊鉆機(jī)，氣舉反循環(huán)成孔工藝。在鋪設(shè)完成的棧橋貝雷梁上，靠近橋墩附近直接橫向安裝2根I45分配梁，在其上安裝鉆機(jī)鉆孔，鉆機(jī)安裝時(shí)要求其底座平穩(wěn)、水平，鉆架豎直，且保持鉆機(jī)頂部的起重滑輪槽、鉆頭、樁位中心在同一鉛垂線上，以保證鉆孔垂直度?？卓谔幤畈淮笥?cm。若樁身較長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)樁的傾斜度計(jì)算出樁底位置，應(yīng)保證鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁底中心，以防在鉆孔時(shí)護(hù)筒脫空。在墩位處設(shè)置鉆碴船，鉆碴外運(yùn)到指定地點(diǎn)處理[5]。

鉆孔前應(yīng)清理鉆孔平臺(tái)周圍的雜物，嚴(yán)禁其他臨時(shí)荷載堆放于所在施工位置及相鄰位置。鉆進(jìn)過(guò)程中需經(jīng)常對(duì)頂口標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，檢查管樁是否下沉，鉆頭進(jìn)行檢查和修復(fù)，鉆頭直徑磨耗不應(yīng)超過(guò)1.5cm?？變?nèi)水位不低于護(hù)筒外水位，鉆孔深度以出護(hù)筒底2m為宜，護(hù)筒打入深度不足時(shí)應(yīng)加大鉆孔深度，以進(jìn)入巖層4m為準(zhǔn)，若地質(zhì)條件不理想時(shí)可適當(dāng)加深。

樁基鋼筋籠在車間制作。并且在安裝鋼筋籠前，計(jì)算鋼筋籠底標(biāo)高，因鋼筋籠較輕且不用放到孔底，采用鐵絲吊掛方法安裝，并根據(jù)實(shí)際鉆孔深度調(diào)整，采取防止鋼筋籠上浮措施。

樁基混凝土采用垂直導(dǎo)管法進(jìn)行灌注。導(dǎo)管使用前須進(jìn)行組裝編號(hào)，并進(jìn)行接頭拉力和水密試驗(yàn)，確保導(dǎo)管的良好狀態(tài)。進(jìn)行水密試驗(yàn)的壓力不應(yīng)小于孔內(nèi)水深1.3倍的壓力，也不應(yīng)小于導(dǎo)管和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力的1.3倍。安裝導(dǎo)管時(shí)注意防止掛碰鋼筋籠?；炷梁鸵仔皂殱M足運(yùn)輸和灌注的要求，檢測(cè)方法和結(jié)果應(yīng)符合規(guī)范要求。水下混凝土灌注高度以進(jìn)入護(hù)筒不少于2m。

4? 計(jì)算分析

棧橋除貝雷梁構(gòu)件采用16Mn材質(zhì)，其余各構(gòu)件均為Q235B材質(zhì)，在建立計(jì)算模型時(shí)，由于單元數(shù)量龐大，為加快建模和分析過(guò)程，采用midas建立單跨整體計(jì)算模型，未按全橋進(jìn)行建模，對(duì)計(jì)算結(jié)果偏于安全，計(jì)算模型圖如圖7所示。

棧橋進(jìn)行受力分析計(jì)算時(shí)綜合考慮了棧橋結(jié)構(gòu)自重、50t履帶吊機(jī)、10m3混凝土罐車、行人荷載、風(fēng)荷載、水流沖擊力及其他可能產(chǎn)生的荷載，分5個(gè)工況對(duì)棧橋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、位移及內(nèi)力進(jìn)行分析：①履帶吊機(jī)墩頂作業(yè);②履帶吊機(jī)跨中行走;③8級(jí)風(fēng)荷載下混凝土罐車運(yùn)輸;④撤離水流力作用下罐車運(yùn)輸;⑤人員、機(jī)械撤離，僅考慮設(shè)計(jì)最大水流力+結(jié)構(gòu)自重。

各工況下棧橋管樁的軸力、彎矩及正應(yīng)力值如表1所示。

鋼管樁最大軸力522kN，最大應(yīng)力72.7MPa，經(jīng)驗(yàn)算，鋼管樁穩(wěn)定性、地基承載力、水平推力、抗拔力均滿足要求。

經(jīng)計(jì)算，橋面板、小橫梁、分配梁、連接系的強(qiáng)度、位移及貝雷梁各桿件的內(nèi)力均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。貝雷梁應(yīng)按設(shè)計(jì)要求安裝橫向水平、豎向支撐架，并在端部上下弦設(shè)橫向通長(zhǎng)槽鋼連接貝雷片，以保證主梁結(jié)構(gòu)整體性。

5? 結(jié)語(yǔ)

福建南平市大橫鎮(zhèn)渡改橋工程埂埕大橋臨時(shí)施工棧橋，地質(zhì)水文條件極其復(fù)雜，對(duì)于臨時(shí)棧橋當(dāng)?shù)亓鱾髦盁o(wú)橋不跨”，無(wú)成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。施工過(guò)程中，結(jié)合本工程實(shí)際施工特點(diǎn)，淺水區(qū)通過(guò)設(shè)置鋼套箱澆筑擴(kuò)大基礎(chǔ)、直接挖除卵石層;深水區(qū)通過(guò)設(shè)置臨時(shí)墩、鉆孔跟進(jìn)或者灌注混凝土等一系列關(guān)鍵技術(shù)，成功的完成了南平埂埕大橋臨時(shí)施工的施工。到目前為止已順利度過(guò)三個(gè)汛期，且今年汛期超過(guò)設(shè)計(jì)水位，通過(guò)汛期前后棧橋監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，管樁最大下沉量約2cm，最大傾斜度不超過(guò)0.5%（含施工偏差），河床最大沖刷為60cm，棧橋整體穩(wěn)定性能良好，預(yù)計(jì)明年汛前拆除。該棧橋的成功實(shí)施打破了南平建溪臨時(shí)棧橋“無(wú)橋不跨”的魔咒，可為今后類似復(fù)雜水文地質(zhì)條件修建臨時(shí)棧橋提供借鑒[3]。

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