復(fù)雜地質(zhì)條件下超大海上鋼混組合棧橋施工技術(shù)

徐文杰　周聚辰　閔令

【摘? 要】本文以泉州灣跨海大橋超大海上鋼混組合棧橋的施工為背景。棧橋鋼管樁根據(jù)不同地質(zhì)條件運(yùn)用不同的施工方法進(jìn)行施工。棧橋橋面板運(yùn)用UHPC預(yù)制混凝土面板，提高了棧橋的行車(chē)舒適性，施工效率，并降低了橋面板的維護(hù)成本。本文詳細(xì)闡述了釣魚(yú)法，打樁船法的施工步驟，為今后復(fù)雜地質(zhì)條件下水上棧橋的施工提供了技術(shù)借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】鋼混組合棧橋;釣魚(yú)法;打樁船施工

1.工程項(xiàng)目概述

泉州灣跨海大橋全長(zhǎng)20286.76m，其中海上橋梁長(zhǎng)度為8.96km。海上主橋全長(zhǎng)800m，為70+130+400+130+70m鋼-混結(jié)合梁半漂浮體系斜拉橋。

泉州灣跨海大橋海上棧橋由福州側(cè)棧橋及廈門(mén)側(cè)棧橋兩部分組成，分別從海堤連通至主塔墩。棧橋全長(zhǎng)約9120.88m，其中福州側(cè)2105.23m，廈門(mén)側(cè)7015.65m。

本棧橋主要為滿(mǎn)足泉州灣跨海大橋海上施工需要，使用年限為4年。穿越區(qū)域較多，規(guī)模大，地層斷面變化大，包含有淺灘區(qū)，深水區(qū)，淺覆蓋層區(qū)等，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，海上風(fēng)浪條件比較惡劣，每年有臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)，并且與原泉州灣跨海大橋匝道有交錯(cuò)，施工難度大。

棧橋?qū)?.5m，頂標(biāo)高+7.5m。棧橋兩側(cè)設(shè)欄桿，面板采用200mm厚預(yù)制UHPC混凝土板。為保證使用年限及材料回收利用，縱梁采用鍍鋅貝雷片;下橫梁選用型鋼2HM588×300。下部采用樁基排架，外表面進(jìn)行防腐涂裝，標(biāo)準(zhǔn)斷面排架橫向間距6m，縱向間距為標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)，每一聯(lián)為6×12+6m。棧橋每2聯(lián)設(shè)置一個(gè)制動(dòng)墩，伸縮縫設(shè)置在制動(dòng)墩處，排架間距為6.05m。

排架樁基采用Φ800×12鋼管樁，在棧橋橫向標(biāo)高+0.5m和+3.5m的位置設(shè)2層Φ426×8mm平聯(lián)，平聯(lián)之間設(shè)置斜撐雙拼工36a型鋼。

在淺灘區(qū)覆蓋層很薄的位置，棧橋斷面由2根鋼管樁變?yōu)?根鋼管樁，兩側(cè)2根鋼管樁植入強(qiáng)風(fēng)化巖層，并澆灌混凝土，如下圖所示。

2.棧橋橋面板比選

棧橋面板分為鋼面板及UHPC混凝土面板兩種形式，對(duì)比分析如下：

通過(guò)對(duì)比分析，泉州灣跨海大橋棧橋擬采用UHPC混凝土面板的結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點(diǎn)有使用過(guò)程中基本不用維護(hù)、無(wú)破損、噪音小、舒適性高;利于工廠化預(yù)制，施工速度快;受海水侵蝕影響小，可回收利用。

3.工程重點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）本工程跨海域的棧橋線(xiàn)路長(zhǎng)，施工組織管理難度大。

（2）海上施工區(qū)域的淤泥層厚度不均，橋址區(qū)存在多個(gè)孤石段，鉆孔平臺(tái)及棧橋須保證剛度和穩(wěn)定性。

（3）橋址區(qū)處于海洋鎂鹽、氯鹽腐蝕環(huán)境，對(duì)鋼材的腐蝕較嚴(yán)重，如何保證棧橋在四年使用期的結(jié)構(gòu)要求。

（4）季風(fēng)性海洋氣候持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)工程進(jìn)度、質(zhì)量及安全提出更高要求。

（5）與泉州灣公路大橋距離較近，船舶施工過(guò)程中需加強(qiáng)對(duì)泉州灣公路大橋橋墩的安全防護(hù)。

（6）潮位、氣象及地質(zhì)條件變化對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)條件及安全提出較高要求。

4.施工技術(shù)方法

結(jié)合棧橋不同區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)及施工作業(yè)面的劃分，棧橋的施工工藝根據(jù)鋼管樁插打方法不同分為釣魚(yú)法及打樁船施工兩種。其中釣魚(yú)法用于淺灘區(qū)，打樁船施工法用于深水區(qū)。

棧橋鋼管樁集中加工制作。對(duì)于采用“釣魚(yú)法”施工的鋼管樁，陸運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)長(zhǎng)度超過(guò)18m時(shí)，在廠內(nèi)分段制作，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行接樁。對(duì)于采用打樁船施工的鋼管樁，采取整根制作，利用駁船水運(yùn)至橋址。

4.1淺灘區(qū)鋼管樁釣魚(yú)法施工工藝

位于淺灘區(qū)棧橋鋼管樁采用“釣魚(yú)法”施工，利用履帶吊+振動(dòng)錘插打鋼管樁基礎(chǔ)。

（1）鋼管樁沉樁工藝

①、樁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，起吊鋼管樁，主鉤吊樁頂，副鉤起吊樁尖端，慢慢將樁豎直。

②、將鋼管樁慢慢放進(jìn)臨時(shí)固定導(dǎo)向架里面，固定導(dǎo)向架采用2節(jié)3m長(zhǎng)貝雷片和型鋼拼裝而成。待鋼管樁穩(wěn)定后解鉤，起吊安裝振動(dòng)錘。

③、振動(dòng)錘先點(diǎn)振，樁位以及垂直度滿(mǎn)足要求后持續(xù)振動(dòng)下沉。

④、鋼管樁需接長(zhǎng)時(shí)，首節(jié)鋼管樁下沉至水面以上4m左右停止下沉，起吊下一節(jié)鋼管樁開(kāi)始接樁，并振動(dòng)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（2）鋼管樁施沉控制

①、插打過(guò)程中及時(shí)對(duì)樁位、垂直度及樁頂標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，每隔1～2min或每下沉5m校正鋼管樁一次，若發(fā)現(xiàn)偏差較大則及時(shí)進(jìn)行糾正。

②、振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)不同機(jī)械和不同土質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)確定，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)也不宜過(guò)短，一般控制在5min～10min。

③、振動(dòng)下沉?xí)r鋼管樁應(yīng)夾緊，不得有間隙或松動(dòng)，否則影響鋼管樁下沉，振動(dòng)錘也易損傷。在振動(dòng)錘振動(dòng)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)樁頂局部變形或損壞，則立即暫停施工，查找原因。

④、鋼管樁接長(zhǎng)時(shí)采用單邊坡口熔透焊，保證結(jié)構(gòu)受力，同時(shí)四周增設(shè)加勁板。鋼管樁接長(zhǎng)并經(jīng)質(zhì)量驗(yàn)收合格后方可繼續(xù)施打。

⑤、由于本項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，鋼管樁的最終樁底標(biāo)高控制采取標(biāo)高、貫入度雙重控制，以貫入度控制為主，標(biāo)高校核。振動(dòng)型沉錘的停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后3min振錘累計(jì)進(jìn)尺低于3cm。

（3）植樁法施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，對(duì)于淺覆蓋層區(qū)域，鋼管樁入土深度不足以滿(mǎn)足鋼管樁的嵌固要求，需采用植樁法施工，具體施工工藝如下：

先利用履帶吊按照“釣魚(yú)法”進(jìn)行植樁區(qū)棧橋的鋼管樁施打，同時(shí)每排鋼管樁間縱向增設(shè)平聯(lián)形成“板凳”結(jié)構(gòu)，然后安裝棧橋上部結(jié)構(gòu)，形成鉆孔作業(yè)平臺(tái)，履帶吊則繼續(xù)向前施工;將沖擊鉆機(jī)運(yùn)至植樁區(qū)域，沖擊成孔，采用氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行清孔;清孔完成后，進(jìn)行鋼筋籠的下放，并利用導(dǎo)管法澆筑水下混凝土，完成植樁工藝。

4.2深水區(qū)鋼管樁打樁船施工工藝

位于深水區(qū)的棧橋鋼管樁采用打樁船插打的施工方法，具體施工工藝如下：

（1）船舶拋錨定位

利用打樁船GPS定位系統(tǒng)將打樁船移至樁位附近，進(jìn)行初步定位。運(yùn)輸鋼管樁的自航駁在打樁船附近拋錨定位。

（2）打樁船移船取樁及立樁

①、打樁船移至運(yùn)樁自航駁側(cè)面，樁架前傾至鋼管樁上方，利用吊鉤和鋼絲繩起吊鋼管樁，收緊錨纜使打樁船移至施打區(qū)域，過(guò)程中避免拖樁、碰樁等情況的發(fā)生。

②、打樁船移船過(guò)程中緩緩立樁。將打樁船主吊索上升，副吊索下降，使鋼管樁成豎直狀態(tài)。同時(shí)打樁船樁架后傾，使鋼管樁與打樁船的龍門(mén)梃滑道平行（即同時(shí)成豎直狀態(tài)），抱樁器鎖定鋼管樁。

③、立樁完畢后，替打沿龍門(mén)梃軌道滑移，套住樁頂。根據(jù)“水上打樁GPS-RTK定位系統(tǒng)”進(jìn)行初步定位，將打樁船移至樁位附近。

（3）穩(wěn)樁及壓樁

在鋼管樁測(cè)量定位后，將鋼管樁緩慢下放，下放過(guò)程中保持樁架與鋼管樁樁的垂直度，保證樁錘、替打和鋼管樁位于同一軸線(xiàn)上，保證鋼管樁下沉?xí)r受力均勻。

（4）錘擊沉樁

利用GPS測(cè)量再次觀測(cè)樁的偏位、扭角及垂直度，各項(xiàng)控制數(shù)據(jù)達(dá)到要求后開(kāi)始擊打。打樁初時(shí)，應(yīng)輕擊數(shù)錘，落距應(yīng)小，過(guò)程中觀察樁身、樁架及樁錘，避免偏心錘擊。錘擊沉樁過(guò)程中，宜采用重錘低擊。錘擊保持連續(xù)，以免土壤恢復(fù)而增加其對(duì)沉樁的阻力。

打樁船沉樁以貫入度控制為主，標(biāo)高校核。打樁船沉樁的停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后10錘累計(jì)進(jìn)尺低于5cm。

4.3后續(xù)結(jié)構(gòu)安裝

（1）平聯(lián)、斜撐安裝

鋼管樁下沉到位后，檢查樁的偏斜及入土深度，與設(shè)計(jì)無(wú)誤后，采用φ426×8鋼管進(jìn)行鋼管樁間橫縱向水平撐及剪刀撐連接，形成整體結(jié)構(gòu)。相關(guān)焊縫質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，確保質(zhì)量及使用安全。

完成平聯(lián)及斜撐焊接后，割除樁頂至設(shè)計(jì)標(biāo)高，開(kāi)設(shè)槽口并焊接樁頂十字隔板，槽口及樁頂隔板應(yīng)平整且在同一平面上，以保證下橫梁擱置平穩(wěn)。

（2）主橫梁安裝

將拼裝成整體的主橫梁吊裝嵌入槽口內(nèi)，與鋼管樁之間焊接肋板及連接板進(jìn)行加固。主橫梁在后場(chǎng)加工區(qū)制作成型，2根HM588型鋼之間焊縫為斷續(xù)坡口焊，焊縫長(zhǎng)度200mm，間距200mm。主橫梁間設(shè)有肋板。肋板間距為450mm，900mm及1200mm。肋板焊縫皆為連續(xù)角焊縫，焊腳尺寸為10mm。

（3）貝雷架安裝

為了防止貝雷片腐蝕而影響結(jié)構(gòu)安全性，同時(shí)保證后續(xù)拆除后能夠再回收利用，貝雷片進(jìn)行鍍鋅防腐處理。將鍍鋅貝雷片按排架間距在后場(chǎng)拼成單層三排組合，貝雷片通過(guò)橫向及豎向貝雷支撐架連接成整體，間距為3m。組裝完成后利用平板車(chē)運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)。

主橫梁上測(cè)量放樣貝雷片安裝位置，利用90t履帶吊吊裝貝雷桁架梁，位置偏差不大于5cm。棧橋橫斷面上共設(shè)3組3拼的貝雷桁架梁。組與組之間用∠75*8mm作斜撐將貝雷桁片連成整體，間距為3m。貝雷梁下弦桿通過(guò)[8槽鋼焊接固定在橫梁上，依此完成全部鋼棧橋貝雷架的安裝固定工作。

（4）橋面板的預(yù)制和安裝

橋面板采用UHPC混凝土橋面板，在加工預(yù)制廠集中預(yù)制。橋面板鋼筋在鋼筋加工廠集中制作，預(yù)埋件在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制作。

橋面板的側(cè)模采用[20a，利用已硬化的場(chǎng)地作為底模，采用塑料薄膜進(jìn)行隔離。橋面板混凝土初凝后，對(duì)橋面板表面進(jìn)行拉毛處理。橋面板通過(guò)噴灑養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。每塊混凝土面板標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸為7.5m*1.99m*0.2m，重量約7.8t。橋面板側(cè)面設(shè)置了四個(gè)吊裝槽口，利用卡板卡住槽口后即可順利起吊。

利用履帶吊或起重船進(jìn)行混凝土面板的安裝。面板安裝前在貝雷梁上弦桿鋪設(shè)1cm厚橡膠墊塊。安裝定位后將貝雷梁與面板通過(guò)“U”型卡板鎖定，U型卡板焊接在混凝土面板底部的預(yù)埋鋼板上。

5.結(jié)語(yǔ)

福廈鐵路泉州灣跨海大橋海上棧橋全長(zhǎng)約9公里，穿越區(qū)域伴隨強(qiáng)風(fēng)，大浪，淺覆蓋層等不利因素，施工過(guò)程中采用釣魚(yú)施工法和打樁船施工法相結(jié)合，淺灘區(qū)與深水區(qū)同時(shí)施工，運(yùn)用植樁法克服淺覆蓋層鋼管樁嵌固力不足的缺點(diǎn)，結(jié)合UHPC預(yù)制混凝土橋面板，提高了施工功效，加強(qiáng)了棧橋的耐久性，舒適性，為項(xiàng)目取得了良好的工期效益及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[3] 《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB50661-2011）

作者簡(jiǎn)介：徐文杰（1988.8--），男，湖北黃岡人，本科，工程師，從事公路、鐵路施工工作。