環(huán)境敏感庫區(qū)深水淺覆蓋層大跨鋼便橋快速施工技術(shù)

張文軍

（中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津 300300）

1 工程概況

（1）設(shè)計(jì)概況

池黃鐵路正線設(shè)計(jì)為雙線350 km/h 的高速鐵路，太平湖特大橋全長926.1 m，其中主橋長788 m，采用（48+118+2×228+118+48）m 雙線三塔矮塔斜拉橋形式，橋位位于太平湖東北角，自北向南跨越太平湖，太平湖為國家濕地公園和風(fēng)景名勝區(qū)，施工環(huán)保壓力大，橋址處湖面寬約730 m，最大水深約43 m。

（2）地質(zhì)水文

太平湖特大橋5#墩地質(zhì)從上至下為：淤泥、卵石、弱風(fēng)化石英砂巖。6#墩位：淤泥、粗砂、卵石土、弱風(fēng)化石英砂巖。同時(shí)地勘顯示，在大里程左側(cè)存在粉質(zhì)黏土和強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖夾層，厚度在1.5～8.2 m。7#墩位：淤泥、粉質(zhì)黏土、卵石土、弱風(fēng)化砂巖、弱風(fēng)化砂質(zhì)頁巖、弱風(fēng)化砂巖。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，湖內(nèi)水位常年較穩(wěn)定，湖內(nèi)水位隨季節(jié)變化較小太平湖水流速0.385 m/s。橋位處設(shè)計(jì)最高通航（Ⅵ級(jí)航道），水位117.15 m，施工水位117.51 m（10 年一遇）。湖底形狀同設(shè)計(jì)圖紙基本一致為U 形湖底。根據(jù)安徽省蕪湖水文水資源局，統(tǒng)計(jì)了近五年太平湖橋位水位資料，顯示近5 年以來水位情況見圖1，最高水位為118.436 m。

圖1 太平湖特大橋地質(zhì)情況

2 鋼便橋設(shè)計(jì)

2.1 鋼便橋總體布置

鋼便橋設(shè)置在橋位的上游與大里程側(cè)施工便道連通，全長797.2 m，共八聯(lián)：（144+104+120+120+128+36+36+108）m；在4#、5# 墩 設(shè) 置 通 航 孔2 處（采用提升形式）。Ⅵ級(jí)航道，凈高6 m，通航標(biāo)高+123.15 m，通航孔可提升標(biāo)高+125.15 m。為利于收集雨污水，橋面以通航孔處為分界點(diǎn)設(shè)置雙向縱坡（大里程側(cè)為1‰，小里程側(cè)3.4‰），設(shè)置單向3.5‰橫坡，橋面高程+120.75m/+121.37m，橋面寬8 m，標(biāo)準(zhǔn)跨度24 m，在兩岸淺水區(qū)及通航孔處設(shè)置28 m 跨。

2.2 鋼便橋斷面結(jié)構(gòu)

鋼便橋采用鋼管貝雷梁（鐵建特種桁梁）結(jié)構(gòu)，由橋面板、貝雷梁（鐵建特種桁梁）、橫梁、鋼管樁、連接系等組成，鋼管樁底部采用灌注樁錨固（淺覆蓋層處）。

鋼便橋標(biāo)準(zhǔn)跨度為24 m，在通航孔處及淺水區(qū)設(shè)置跨徑28m，橋面寬8 m。設(shè)計(jì)為鋼管支墩體系，其中鋼管樁采用φ1220×16 mm 鋼管，鋼管樁之間采用鋼管φ325×10 mm 連接成整體，樁頂設(shè)置雙拼H700 mm×300 mmH 型鋼，承重梁采用新型組合式桁梁，桁梁間距90 cm、45 cm，采用支撐架連接成整體，最后鋪設(shè)95 mm 橋面板，兩側(cè)設(shè)置防護(hù)欄桿，欄桿下方設(shè)置50 cm 的擋水板，在遠(yuǎn)離主橋一側(cè)設(shè)置32 mm×69 mm 的雨污水收集槽，并設(shè)置警示立柱。

鋼管樁基礎(chǔ)以6 根/4 根一組形成組合墩，組合墩橫橋向間距5.4 m，縱橋向間距8 m，新型組合式桁梁橫向布置12 片，間距為2×0.45+2×0.9+3×0.45+2×0.9+2×0.45=6.75 m；貝雷片（特種桁架）橫向采用花架和銷子連成整體。

2.3 荷載

（1）車輛荷載：

掛-100 重載汽車：掛-100 在棧橋每聯(lián)內(nèi)僅允許布置一輛且間隔2 跨以上；

100 t 履帶吊機(jī)：100 t 履帶吊機(jī)在棧橋每聯(lián)內(nèi)僅允許布置一輛且間隔2 跨以上。履帶吊僅限在樁頂起吊，最大吊重15 t，履帶吊機(jī)吊裝作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁履帶外邊緣距離棧橋邊緣小于0.5 m；

12 m3罐車：12 m3罐車在棧橋每聯(lián)不超過六輛且單跨不超過兩輛。

（2）水流力：水流流速取0.385 m/s 計(jì)。

（3）風(fēng)荷載：按照安徽省黃山市50 年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓取0.35 kN/m2。

2.4 結(jié)構(gòu)說明

通行能力及承載能力：棧橋設(shè)計(jì)荷載主要考慮結(jié)構(gòu)自重和100 t 履帶吊（負(fù)載15 t）及12 m3混凝土運(yùn)輸車荷載。橋墩處的支棧橋可滿足車輛的轉(zhuǎn)向、變向及會(huì)車等需求。棧橋上行走車輛主要為12 m 平板車和混凝土罐車，根據(jù)計(jì)算棧橋設(shè)計(jì)汽車荷載可滿足項(xiàng)目施工需求。

3 工程難點(diǎn)

（1）水文地質(zhì)復(fù)雜：根據(jù)地質(zhì)水文報(bào)告顯示，橋位處湖底為U 谷，最大水深約43 m，且部分區(qū)域?yàn)闇\覆蓋層或裸巖地質(zhì)，增大了水中施工的難度。

（2）環(huán)保要求高：太平湖風(fēng)景區(qū)屬于國家4A級(jí)旅游景區(qū)，位于國家濕地公園，對(duì)環(huán)保施工要求高，施工過程中要嚴(yán)格杜絕水質(zhì)的污染。

（3）鋼管樁沉樁難度大：鋼管樁較長，無法一次起吊，需要在沉樁過程中多次接長，且部分區(qū)域?yàn)闇\覆蓋層或裸巖地質(zhì)，鋼管樁打入困難，需設(shè)置錨樁以增加其穩(wěn)定性。鋼管柱較長，沉樁過程中的相對(duì)位置和垂直度控制難度大。

4 總體施工方案

（1）先用浮平臺(tái)配合80 t 履帶吊在水中采用釣魚法由太平湖特大橋大里程向小里程逐樁插打鋼管樁基礎(chǔ)。

（2）滿足錨樁施工條件時(shí)，采用浮箱配合沖擊鉆進(jìn)行錨樁的施工。

（3）滿足陸地履帶吊施工條件時(shí)，采用100 t履帶吊從大里程方向逐跨進(jìn)行鋼便橋上部結(jié)構(gòu)及橋面系施工。

（4）重復(fù)上述施工步驟，從大里程向小里程逐孔完成全線棧橋施工。

5 關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 下部結(jié)構(gòu)施工

下部鋼管樁采用浮吊（浮平臺(tái)+85 t 履帶吊）+150 振動(dòng)錘施工，對(duì)于淺無覆蓋層（裸巖區(qū)）由浮箱拼裝成浮平臺(tái)后采用沖擊鉆施工錨樁。

5.1.1 鋼便橋材料加工及運(yùn)輸線路

鋼管樁為Φ1220×16 mm 型號(hào)，鋼管樁在鋼結(jié)構(gòu)加工場按設(shè)計(jì)長度分節(jié)制作，焊縫采用全熔透對(duì)接氣保焊，并在焊縫周圍焊接4 塊1 cm 厚加勁板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，焊接完成的鋼管進(jìn)行防腐處理，并在樁上用油漆作出刻度標(biāo)示，便于打樁時(shí)觀測其貫入度。

在鋼管樁裝車運(yùn)輸前需要對(duì)鋼管樁的制作質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，主要檢查項(xiàng)目：長度、直徑、軸線偏差、樁頭垂直度、防腐涂層、吊點(diǎn)、數(shù)量等。對(duì)驗(yàn)收合格的鋼管樁，將其屬性（樁長、墩號(hào)等）標(biāo)志于鋼管樁明顯位置。鋼便橋所需材料由臨時(shí)碼頭運(yùn)輸至橋位處，運(yùn)輸采用動(dòng)力船，運(yùn)輸線路長約8 km。

5.1.2 鋼管樁沉放

鋼管樁采用浮吊配合DJZ150 型振動(dòng)錘振動(dòng)下沉，沉樁采用“釣魚法”施工，鋼管樁采用兩點(diǎn)吊，每節(jié)樁頂部設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱吊點(diǎn)，吊點(diǎn)采用在鋼管樁頂兩側(cè)設(shè)置吊耳。

本工程鋼管樁沉樁以貫入度控制為主，標(biāo)高控制校核。當(dāng)貫入度已達(dá)到控制貫入度而樁端標(biāo)高未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，要求繼續(xù)錘擊3 min，避免沉樁中出現(xiàn)虛假現(xiàn)象。當(dāng)最終1 min 的貫入度小于5mm，且貫入度無增大的趨勢，可停錘。打樁時(shí)，技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，記錄鋼管樁的入土深度及貫入度，做好相應(yīng)的施工記錄。

沉樁過程中，做好鋼管樁定位及鋼管樁入土深度（包括淤泥深度）記錄表，沉樁完成后應(yīng)及時(shí)測定并記錄處于自由狀態(tài)的樁頂偏位。

5.1.3 連接系安裝

鋼管樁間連接系選用φ325×10mm 鋼管，待單排鋼管樁施打就位后，即可開始進(jìn)行平聯(lián)的連接工作。平聯(lián)連接方式為“哈佛接頭”連接，即在任意一端采用哈佛接頭，接頭分為兩片。所有鋼管平聯(lián)按照兩鋼管之間的平聯(lián)總長度縮短15 cm 的尺寸下料，一端加工成垂直斷面；“哈佛接頭”的內(nèi)徑比鋼管平聯(lián)外徑大1 cm，長度按照45 cm 進(jìn)行下料。

5.1.4 承重梁施工

承重橫梁是由雙拼HN700 mm×300 mm 型鋼構(gòu)成，由后場加工成型、現(xiàn)場進(jìn)行安裝，雙拼型鋼上下鋼翼板之間采用間斷連接，即焊10 cm 長焊縫留10 cm 長間隔，再焊10 cm 長焊縫，其內(nèi)外均做加勁肋加強(qiáng)剛度。

鋼管樁下沉到位后，割除樁頂至設(shè)計(jì)標(biāo)高并開設(shè)槽口，將拼裝成整體的主橫梁雙拼HN700 型鋼吊裝嵌入槽口內(nèi)，鋼管樁下槽口一定要割平，如出現(xiàn)切割不平整時(shí)，采用手工打磨平順，以保證主橫梁擱置平穩(wěn)，在槽口兩側(cè)和下部焊接加勁板將主橫梁與鋼管樁焊接固定，焊接采用三圍焊接法。

5.2 上部結(jié)構(gòu)安裝施工

上部結(jié)構(gòu)采用100 t 履帶吊“釣魚法”施工。在橫梁上鋪設(shè)12 片特種桁梁作為主縱梁，梁中心距0.9 m 及0.45 m，特種桁梁之間采用標(biāo)準(zhǔn)支撐架連接；縱梁上面橫向鋪設(shè)橋面板。

5.2.1 新型組合桁架安裝

待橫梁安裝完畢，可在橫梁上測量放樣定出特種桁梁位置。為吊裝方便，特種桁梁可根據(jù)履帶吊的吊裝能力大小，在橋尾拼裝成型，根據(jù)實(shí)際需要將特種桁架拼接成單層雙排或三排，用支撐架拼成整體，用履帶吊安裝就位。特種桁梁的節(jié)點(diǎn)應(yīng)放置在承重梁頂面，各組特種桁梁之間用支撐架聯(lián)結(jié)成整體，全部特種桁梁安裝就位后，用U 形卡固定在承重梁上。

5.2.2 橋面板安裝

鋼便橋新型組合式桁梁安裝完畢后，其上鋪設(shè)δ=9 cm 的特種橋面板，橋面板采用U 形栓與新型組合式桁梁弦桿固定在一起。

5.2.3 錨樁施工

對(duì)于淺覆蓋層區(qū)鋼管樁沉樁完成后，入土深度達(dá)不到計(jì)算要求，需將浮平臺(tái)移至樁孔處，以浮平臺(tái)橋?yàn)殂@孔平臺(tái)，以鋼管樁為護(hù)筒，采用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔，入巖深度保證2 m。

沖擊鉆選擇 CZ-1200 型沖擊式鉆機(jī)，該鉆機(jī)沖孔直徑為φ600 ～1500 mm。

錨樁采用清水樁工藝，鉆孔過程中，始終保持孔內(nèi)水位高出鋼管外水位1.5 ～2.0 m。起鉆時(shí)，要控制進(jìn)尺速度，緩慢鉆進(jìn)，使底腳處有堅(jiān)固的泥皮護(hù)壁后，開始以正常速度鉆進(jìn)。過程中注意土層變化，在土層變化處必須撈取渣樣，判斷土層，記入鉆孔記錄表并與地質(zhì)柱狀圖核對(duì)，操作人員必須認(rèn)真填寫鉆孔記錄。鉆渣直接采用掏渣筒排放至指定位置。

終孔后，進(jìn)行清孔，再進(jìn)行水下混凝土灌注。

5.2.4 鋼便橋變形監(jiān)測

鋼便橋施工完成后，在鋼便橋橋面跨中左右邊緣對(duì)稱設(shè)置1 對(duì)觀測點(diǎn)，共設(shè)23 對(duì)觀測點(diǎn)即46 個(gè)。對(duì)鋼便橋進(jìn)行沉降及變形監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常變化，對(duì)其穩(wěn)定性和安全性做出正確判斷。

6 結(jié)論

太平湖特大橋跨湖鋼便橋經(jīng)過4 個(gè)月順利施工完成，未出現(xiàn)沉降及變形，未出現(xiàn)任何安全質(zhì)量問題。

環(huán)境敏感區(qū)深水大跨鋼便橋快速施工工藝在太平湖特大橋的成功應(yīng)用。鋼便橋上部采用新型組合桿件加大棧橋跨度，減少水中鋼管樁數(shù)量，減少管樁施工的不確定性，快速拉通施工便橋；采用下部與上部分離施工工法，加快便橋施工進(jìn)度；封閉庫區(qū)無大型起吊施工設(shè)備，采用履帶吊機(jī)+浮箱拼裝起吊設(shè)備，可靈活進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)起吊，且施工成本較低；橋面設(shè)計(jì)一種雨污水收集系統(tǒng)，運(yùn)用于環(huán)境敏感水體中鋼便橋的施工。可為其他類似工程提供有益的參考。