橋梁深水基礎(chǔ)鋼棧橋及沖孔平臺(tái)設(shè)計(jì)施工技術(shù)

劉水康

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

1 概述

所謂深水橋梁，是指在水深大于5 m、河面寬100 m以上的河道或江面施工的大型橋梁。隨著近年來交通建設(shè)的發(fā)展，跨越深水河道的橋梁越來越多，其橋梁深水基礎(chǔ)的施工技術(shù)亦得到了長足的發(fā)展。

成樂高速擴(kuò)容建設(shè)項(xiàng)目樂山城區(qū)過境復(fù)線新建支線段青衣江大橋跨青衣江及河灘而設(shè)，青衣江河寬約150 m，路線與河流交角約90°，水流平緩，橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高受路線控制，起點(diǎn)岸地形較陡峭，止點(diǎn)岸為河灘地，地形平緩。橋梁全長1 028.5 m，其主橋上部為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)，下部基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)接承臺(tái)，墩柱采用雙薄壁空心墩。青衣江大橋主橋L3、L4號(hào)主墩均位于青衣江河道內(nèi)，其中主橋L3主墩處水深大于5 m，屬深水基礎(chǔ)。如何在保證施工安全及質(zhì)量的前提下進(jìn)行主橋L3號(hào)墩深水基礎(chǔ)的施工，成為本次橋梁施工的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 鋼棧橋及沖孔平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及設(shè)計(jì)方案，擬采用“一橋一平臺(tái)L型布置”的方式上跨河道進(jìn)行主橋L3號(hào)深水基礎(chǔ)的施工。先根據(jù)水文資料確定安全的搭設(shè)高度，青衣江大橋所處青衣江常水位標(biāo)高377 m。根據(jù)調(diào)查，青衣江大橋橋址處50年一遇洪水位為385.76 m，考慮到浪涌高度，決定該橋施工鋼棧橋橋面控制高程為386 m；鋼棧橋設(shè)計(jì)橋?qū)? m，橋面車輛最大行駛時(shí)速5 km/h，設(shè)計(jì)橋面動(dòng)荷載不大于100 t。

整體采用“一橋一平臺(tái)L型布置”方案，具體為：根據(jù)便道路線方案，共布置2段棧橋與1個(gè)沖孔平臺(tái)。其中：1#鋼棧橋全長48 m，用于連接3#墩及其小樁號(hào)側(cè)2#便道，布置在主體橋梁下游；2#鋼棧橋全長48 m，為平臺(tái)鋼棧橋，布置在3#墩沖孔鋼平臺(tái)小里程側(cè)；3#墩處設(shè)置一座鋼平臺(tái)作為沖孔平臺(tái)，平臺(tái)長48 m，寬15 m，與鋼棧橋高程保持一致，整體呈“L”型布置。具體布置如圖1所示。

圖1 青衣江大橋鋼棧橋及沖孔平臺(tái)平面布置圖

3 鋼棧橋及沖孔平臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)

3.1 地質(zhì)情況說明

根據(jù)地勘資料顯示，L3號(hào)墩地層分布情況從上到下依次為：黏土層約為2.7 m，強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖約為9 m，中風(fēng)化粉砂巖約38.4 m。使用90型振動(dòng)錘輔助下沉螺旋焊管樁，且需要對(duì)螺旋焊管樁穿管靴，以保證鋼管埋深深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

3.2 鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本鋼棧橋單跨跨徑12 m，橋面寬度6 m；鋼棧橋下部結(jié)構(gòu)為螺旋焊管樁樁基墩柱，每排墩按5 m橫距布置2根φ 630 mm×10 mm螺旋焊管樁；螺旋焊管樁間設(shè)[12.6槽鋼作為鋼橫聯(lián)及斜撐，樁頂橫梁為2I36b的工字鋼。上部主縱梁選用普通“321”型貝雷桁架片，采用6片貝雷梁拼裝而成，每2片一組；貝雷梁上部向按0.25 m間距鋪設(shè)I25b分配梁，橋面層鋪設(shè)δ10 mm花紋鋼板，防護(hù)欄采用標(biāo)準(zhǔn)的A型防護(hù)欄；鋼棧橋設(shè)計(jì)動(dòng)荷載不大于100 t。受力計(jì)算時(shí)為保證結(jié)構(gòu)安全，上部結(jié)構(gòu)縱向貝雷桁架采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)計(jì)算，動(dòng)荷載受力計(jì)算安全系數(shù)取1.4倍，靜荷載計(jì)算安全系數(shù)取1.2倍。

3.3 沖孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

沖孔平臺(tái)面寬度15 m，長度及跨徑與棧橋相同；平臺(tái)下部基礎(chǔ)采用φ 630 mm×10 mm螺旋焊管樁，布置間距為5.5 m+2 m+5.5 m，單排設(shè)置4根；螺旋焊管樁橫向聯(lián)結(jié)系均采用[20a槽鋼，樁頂橫梁采用2I40a工字鋼。主縱梁仍采用“321”型貝雷桁架梁，上部分配梁采用I36b工字鋼。

平臺(tái)上驗(yàn)算最大荷載根據(jù)50 t汽車吊起吊樁基鋼筋籠時(shí)計(jì)算，動(dòng)荷載計(jì)算安全系數(shù)取1.4倍，靜荷載計(jì)算安全系數(shù)取1.2倍。棧橋與平臺(tái)立面布置形式如圖2所示。

圖2 鋼棧橋與鋼平臺(tái)立面布置圖

4 鋼棧橋施工

4.1 施工工藝流程

鋼棧橋整體施工工藝流程如下：施工準(zhǔn)備—岸邊橋臺(tái)施工—測(cè)量放樣—插打鋼管—安裝鋼管聯(lián)結(jié)—安裝柱頂橫梁—安裝貝雷主梁—安裝橋面結(jié)構(gòu)。

4.2 鋼棧橋施工方法

4.2.1 打樁施工

首先架設(shè)測(cè)量?jī)x器將樁位按照設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確放樣，在鋼棧橋起點(diǎn)位置上將定位樁施設(shè)完成，導(dǎo)向架精確吊裝就位，然后運(yùn)輸φ 630 mm×10 mm螺旋焊管樁至指定樁位。此時(shí)按照測(cè)量情況，調(diào)整履帶吊吊點(diǎn)至管樁滿足相應(yīng)精度要求(樁心誤差在5 cm以內(nèi))位置后，緩慢下放，并使之在自重作用下沉入泥土直至穩(wěn)定。測(cè)量螺旋焊管樁垂直度，滿足要求后安裝90型振動(dòng)錘，開始低檔振動(dòng)下沉，待螺旋焊管樁入土3～5 m后即可高檔振動(dòng)下沉，直至第一節(jié)螺旋焊管樁露出地面的長度為2.0 m左右時(shí)，停止振動(dòng)，拆除振動(dòng)錘。再用履帶吊起第二節(jié)螺旋焊管，與第一節(jié)螺旋焊管對(duì)接，焊接焊縫接長螺旋焊管樁。焊接完成后，安裝振動(dòng)錘繼續(xù)振動(dòng)，使之下沉至設(shè)計(jì)要求的高程。

螺旋焊管樁的焊接接長質(zhì)量是確保管樁施工質(zhì)量的重要工序。應(yīng)將螺旋焊管對(duì)接處接口預(yù)作45°倒角的坡口。螺旋焊管樁接長采用熔透焊接等長環(huán)焊縫，焊縫余高不少于2 mm，對(duì)接錯(cuò)邊尺寸不得大于3 mm。對(duì)接錯(cuò)邊大的地方可采用外包加強(qiáng)板、施焊周邊角焊縫進(jìn)行加強(qiáng)。

停錘控制標(biāo)準(zhǔn)：螺旋焊管樁插打施工如圖3所示，采用貫入度和樁頂標(biāo)高雙指標(biāo)控制，具體要求如下。

1)設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高為中密以上風(fēng)化巖土層時(shí)，根據(jù)貫入度變化并對(duì)照地質(zhì)資料，確認(rèn)樁底已沉入要求的土層，貫入度達(dá)到控制貫入度。

2)當(dāng)貫入度已達(dá)到控制貫入度，而樁底標(biāo)高未到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)繼續(xù)錘入0.1 m左右(或錘擊30～60次)，如無異常變化即可停錘；若樁底標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5 m以上時(shí)，應(yīng)暫停施工，查明原因。

3)設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高處為一般黏土或其他松軟土層時(shí)，應(yīng)以標(biāo)高控制為主，貫入度控制為輔。當(dāng)樁底已達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高但貫入度差別仍較大，應(yīng)繼續(xù)錘擊，使其接近設(shè)計(jì)要求的貫入度。

4)在同一組樁基中，各樁的最終貫入度和沉入度不宜相差過大，避免因地質(zhì)不均導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象。

圖3 螺旋焊管樁插打?qū)嵕皥D

4.2.2 主桁架拼裝

螺旋焊管樁施工完成后，檢查樁的垂直度、深度與設(shè)計(jì)無誤后，將螺旋焊管樁頂使用氣割切割平整，焊接管內(nèi)加鋼板，吊放工字鋼分配梁并與螺旋焊管樁頂封頭板焊接。鋼桁架在后方分組拼裝，汽車運(yùn)輸至鋪設(shè)位置，吊機(jī)起吊安裝成主桁整體，并與分配梁連結(jié)。相鄰兩組貝雷梁之間使用∠75°×8 mm的角鋼，或直接使用“90”花架連接，縱向間距3 m布置。

在已安裝好貝雷縱梁的頂面按照25 cm的間距鋪設(shè)25b工字鋼，工字鋼與貝雷立桿支撐共截面。工字鋼與貝雷梁之間通過貝雷片外側(cè)焊接[12.6槽鋼作水平限位。

4.2.3 鋪設(shè)橋面系

橋面鋼板采用δ10 mm花紋鋼板，花紋鋼板鋪設(shè)時(shí)錯(cuò)縫布設(shè)。相鄰橋面板間設(shè)置1 cm的縫隙，用于防止因鋼板溫度應(yīng)力得不到釋放而引起的橋面不平整和變形現(xiàn)象。橋面鋼板與分配梁之間通過點(diǎn)焊連接。棧橋欄桿采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的A型防護(hù)欄桿如圖4所示，并在棧橋上設(shè)置航道警示燈；需要夜間施工時(shí)，須在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置滿足要求的夜間照明設(shè)施。

圖4 貝雷鋼棧橋?qū)嵕皥D

5 沖孔平臺(tái)施工

沖孔鋼平臺(tái)施工工藝及操作要點(diǎn)與鋼棧橋相同，此處不再重復(fù)。

6 結(jié)語

按照以上“一橋一平臺(tái)L型布置”的方法和技術(shù)進(jìn)行青衣江大橋主橋L3號(hào)主墩施工，工程施工期間未發(fā)生任何質(zhì)量安全事故，L3號(hào)主墩基礎(chǔ)施工質(zhì)量和安全完全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，施工安全、質(zhì)量和工期均得到了有效保障，得到了監(jiān)理及業(yè)主的一致好評(píng)，其相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)值得在后期類似工程中進(jìn)行借鑒和推廣。