通航條件下棧橋設(shè)計(jì)方案及平臺施工技術(shù)研究

孫永震，竇 晗，陳 國，吳新濤

（1.中鐵一局集團(tuán)有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721006；2.南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，南京 210037）

資江特大橋（中心樁號DK172+892.890）位于邵陽市北塔區(qū)雨溪鎮(zhèn)。橋址于DK172+786—DK172+793.3處跨越興路，于DK172+914.2—DK173+270.9處跨越資江。起點(diǎn)樁號DK172+356.480，終點(diǎn)樁號DK173+429.300，橋梁全長為1 072.820 m，橋面寬度為12.5 m。本橋跨越資江，沿線路方向水流流向由右至左，橋軸法線方向與湘江河道水流方向斜角度為5°，橋址處上游，江水面積12 050 km2。設(shè)計(jì)流量12 300 m3/s，設(shè)計(jì)水位為224.6 m，5年一遇施工水位218.53 m。

連續(xù)梁為有砟軌道（72＋3×130＋72）m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主墩為雙線圓端形實(shí)體橋墩；懷化岸簡支T梁上構(gòu)為2×24 m+11×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，衡陽岸簡支T梁上構(gòu)為2×32 m+2×24 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，橋墩為雙線圓端形實(shí)體橋墩，0#、22#橋臺為雙線T型橋臺，基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁。其中14#、15#、16#、17#墩為連續(xù)梁主墩位于資江中，工程量大、技術(shù)難度高，是本項(xiàng)目的難點(diǎn)工程和控制性工程。橋址主體范圍內(nèi)水深情況經(jīng)測量為15#墩處水深平均2.6 m、16#墩處水深平均0.92 m和17#墩處水深平均3.03 m（測量時(shí)為11月份資江特大橋枯水季節(jié)），水流速度為1 m/s。建設(shè)場地主要地質(zhì)以粉質(zhì)黏土（硬塑）、泥質(zhì)粉砂巖（強(qiáng)風(fēng)化）和卵石土（稍密）為主，見表1。

表1 工程地質(zhì)條件

在通航條件下，為保證施工安全以及保證汛期，安全渡洪，需要搭建棧橋作為施工時(shí)吊機(jī)及混凝土輸送泵管的行走通道[1-3]。

1 施工方案比選

根據(jù)橋址地質(zhì)狀況，氣候、水文變化，河床面與承臺高程及沖刷深度，河道通航要求等情況[4]，經(jīng)過施工調(diào)查、專家咨詢，提出2套方案進(jìn)行比選。

1.1 方案①

棧橋面設(shè)計(jì)寬度6 m，雙向車道，標(biāo)準(zhǔn)跨徑12 m。分為西岸14#墩至15#墩，西岸施工棧橋全長153 m，東岸18#墩至16#墩，東施工棧橋全長205.3 m。棧橋設(shè)計(jì)車輛行駛速度為5 km/h，設(shè)計(jì)荷載根據(jù)實(shí)際施工情況，取最大荷載50 t履帶吊汽車，吊重按15 t考慮，考慮1.1的沖擊系數(shù)，驗(yàn)算最大荷載為93.5 t。棧橋及作業(yè)平臺頂面標(biāo)高設(shè)計(jì)為220.89 m。

棧橋基礎(chǔ)按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用Φ1 000 mm×10 mm鋼管樁形成橋墩。全橋共設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)墩28個(gè)，制動(dòng)墩4個(gè)，調(diào)節(jié)墩1個(gè)。棧橋承重梁采用“321”型貝雷梁，貝雷梁橫向布置間距90 cm，每片貝雷梁之間采用標(biāo)準(zhǔn)90支撐架進(jìn)行連接；貝雷梁縱橋向方向在制動(dòng)墩以及調(diào)節(jié)墩處斷開形成伸縮縫。棧橋橋面系由I25b工字鋼橫向分配梁、10a工字鋼和10 mm后花紋鋼板組成。橋面系橫向分配梁布置間距75 cm，縱向分配梁布置間距20 cm。棧橋兩側(cè)采用Φ48 mm×3.5 mm的鋼管設(shè)置欄桿焊接在橋面系橫向分配梁上，欄桿豎桿縱橋向間距1.5 m，橫桿設(shè)置3道，水平間距40 cm。采用I25b對稱設(shè)置1道護(hù)輪軌，護(hù)輪軌焊接在面板上，橫橋向間距5.06 m。

1.2 方案②

棧橋面設(shè)計(jì)寬度7 m，雙向車道，標(biāo)準(zhǔn)跨徑12 m。分為西岸13#墩至15#墩，西岸施工棧橋全長192 m，東岸18#墩至16#墩，東施工棧橋全長204 m。棧橋設(shè)計(jì)車輛行駛速度為15 km/h，設(shè)計(jì)荷載根據(jù)實(shí)際施工情況，取最大荷載80 t履帶吊汽車，吊重按15 t考慮，考慮1.1的沖擊系數(shù)，驗(yàn)算最大荷載為104.5 t。棧橋及作業(yè)平臺頂面標(biāo)高設(shè)計(jì)為220.89 m。

棧橋基礎(chǔ)按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用Φ1 000 mm×10 mm鋼管樁形成橋墩。全橋共設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)墩27個(gè)，調(diào)節(jié)墩6個(gè)。棧橋承重梁采用“321”型貝雷梁，貝雷梁橫向布置間距90 cm，每片貝雷梁之間采用標(biāo)準(zhǔn)90支撐架進(jìn)行連接；貝雷梁縱橋向方向在制動(dòng)墩以及調(diào)節(jié)墩處斷開形成伸縮縫。棧橋橋面系由I25b工字鋼橫向分配梁、10a工字鋼和10 mm后花紋鋼板組成。橋面系橫向分配梁布置間距75 cm，縱向分配梁布置間距20 cm。棧橋兩側(cè)采用Φ48 mm×3.5 mm的鋼管設(shè)置欄桿焊接在橋面系橫向分配梁上，欄桿豎桿縱橋向間距1.5 m，橫桿設(shè)置3道，水平間距40 cm。

1.3 方案比選

2個(gè)施工方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較見表2。從工程量方面考慮：方案①中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)墩為2根鋼管樁，調(diào)節(jié)墩及制動(dòng)墩為4根鋼管樁，鋼管樁用量312.7 t、槽鋼30.8 t和工字鋼303.92 t；方案②中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)墩為3根鋼管樁，調(diào)節(jié)墩為6根鋼管樁。鋼管樁用量500.32 t和槽鋼55.44 t和工字鋼394.97 t。其他材料基本相同。

表2 各方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

從適用方面考慮：方案①驗(yàn)算荷載93.5 t，方案②驗(yàn)算荷載為104.5 t。

從技術(shù)難度方面考慮：方案①和方案②均為鋼管樁基礎(chǔ)+貝雷梁桁架，施工難度一致。

從施工工期方面考慮：方案①計(jì)劃工期為70 d，方案②計(jì)劃工期為105 d。

從經(jīng)濟(jì)方面考慮：方案①棧橋1 m造價(jià)為1.553萬元，方案②棧橋1 m造價(jià)為1.66萬元。方案①棧橋的造價(jià)比方案②低11.8%。

經(jīng)過以上技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各方面比較后，結(jié)合資江特大橋施工實(shí)際情況，選用方案①作為棧橋設(shè)計(jì)方案。

2 方案實(shí)施

2.1 棧橋設(shè)計(jì)

為滿足資江特大橋水中15#、16#、17#主墩鉆孔樁、承臺、墩身及上部主梁施工材料、設(shè)備等運(yùn)輸，從東、西兩岸分別搭設(shè)臨時(shí)施工棧橋，西岸進(jìn)入15#主墩，東岸進(jìn)入16#、17#，主墩如圖1所示。棧橋施工從岸邊開始逐步向水中延伸，鋼管樁基礎(chǔ)依據(jù)本工程的施工條件分為水中非裸巖區(qū)和水中裸巖區(qū)，水中非裸巖區(qū)采用“釣魚法”打樁。水中裸巖區(qū)采用沖擊鉆或旋挖鉆沖孔，然后使用履帶吊或汽車吊使鋼管樁下沉到位，吊機(jī)根據(jù)起吊重量和范圍進(jìn)行選擇。

圖1 棧橋

棧橋西岸14#墩至15#墩，西岸施工棧橋全長153 m，跨徑布置為（4×12 m）+（5×12 m）+（2×12+9+12 m）；東岸18#墩至16#墩，東施工棧橋全長205.3 m，跨徑布置為（2×12+6 m）+（2×12+9+3×12 m）+（12+9+3×12 m）+（12+9+2×12+4.3 m）。棧橋由鋼管樁基礎(chǔ)、縱橫剪刀撐、主橫梁、縱梁、分配梁、橋面及附屬結(jié)構(gòu)等部分組成。利用嵌巖于堅(jiān)硬地層的鋼管樁直接支撐上部結(jié)構(gòu)，鋼管立柱在水面以上部位設(shè)置橫向聯(lián)結(jié)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，樁基礎(chǔ)上端布置橫向主梁，主橫梁上架設(shè)安裝縱向貝雷梁，貝雷梁頂部鋪設(shè)橋面分配梁及橋面鋼板，兩側(cè)設(shè)置護(hù)欄、照明及其他附屬設(shè)施[5]。

2.2 平臺設(shè)計(jì)

施工平臺用于資江特大橋15#、16#和17#墩鋼護(hù)筒下放及為樁基礎(chǔ)施工提供工作平臺，同時(shí)作為鉆孔設(shè)備、材料堆放場地。施工平臺設(shè)計(jì)寬32 m，長45 m。根據(jù)鋼圍堰施工工藝及平臺分布荷載的不同分為3種結(jié)構(gòu)形式。

3種結(jié)構(gòu)形式的施工作業(yè)平臺面層形式一致，即面層面板采用厚度為10 mm的壓花鋼板進(jìn)行鋪設(shè)，面板下方為I10的縱向分配梁，其橫橋向布置間距20 cm；I10的縱向分配梁下方為II32b的橫向分配梁，其縱橋向布置間距為75 cm。

施工平臺承重采用“321”型貝雷梁，每種結(jié)構(gòu)貝雷梁布置均不同。

（1）15#墩施工平臺貝雷梁跨徑布置為：6 m跨4榀、9 m跨4榀、12 m跨5榀、15 m跨6榀。

（2）16#墩施工平臺貝雷梁跨徑布置為：6m跨4榀、9 m跨4榀、12 m跨5榀。

（3）17#墩施工平臺貝雷梁跨徑布置為：6 m跨4榀、9 m跨4榀、12 m跨5榀。

貝雷梁之間采用異型花架連接，平臺每組貝雷梁之間采用[14a槽鋼平聯(lián)進(jìn)行連接，異型花架與平聯(lián)縱橋向間距3 m。貝雷梁與II32b橫向分配梁之間采用“U”型卡扣，每隔3 m進(jìn)行連接，與II56b分配梁采用槽型卡扣進(jìn)行連接。

平臺基礎(chǔ)采用Φ800 mm×10 mm鋼管樁，如圖2所示，樁間采用剪刀撐進(jìn)行連接，并于棧橋鋼管樁連接成一體。增強(qiáng)平臺的穩(wěn)定性。鋼管樁頂部為II56b工字鋼墩頂橫向分配梁，在鋼管樁之間采用II56b工字鋼作為牛腿分配梁（15#墩不設(shè)置牛腿）。

圖2 鋼管樁

平臺兩側(cè)采用Φ48 mm×3.5 mm鋼管設(shè)置欄桿焊接在橋面系橫向分配梁上，欄桿縱橋向間距為1.5 m，橫桿設(shè)置3道，水平間距40 cm，欄桿涂紅白相間的反光漆。

3.3 施工技術(shù)措施

每根鋼管樁下沉?xí)r要一氣呵成，不可中途間隙時(shí)間過長，每次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間過短，則土的結(jié)構(gòu)未被破壞，過長則振動(dòng)錘部件易遭破壞。振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間長短應(yīng)根據(jù)不同機(jī)械和不同土質(zhì)通過試驗(yàn)決定，一般不宜超過10～15 min。采取必要措施保證鋼管樁下沉的垂直度和平面位置，鋼管樁的垂直度小于等于1%，平面位置偏差小于等于5 cm。鋼管樁需要加長時(shí)，其間的連接必須滿焊，各加長加勁板必須滿焊，并且符合設(shè)計(jì)的焊縫要求，經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)員檢查鋼管樁接頭焊接質(zhì)量合格后方可打設(shè)鋼管樁。

鋼管樁施工完成后及時(shí)進(jìn)行鋼管樁之間縱、橫向之間剪刀撐安裝。測量人員現(xiàn)場指揮精確定位，在鋼管樁插入過程中要不斷地檢測樁位和樁的垂直度，并控制好樁頂標(biāo)高。下沉?xí)r如鋼管樁傾斜，應(yīng)及時(shí)牽引校正，每振1～2 min要暫停一下校正鋼管樁。沉樁開始時(shí)可依靠樁的自重下沉，然后吊裝振樁錘和夾具與樁頂連接牢固，開動(dòng)振動(dòng)錘使樁下沉。當(dāng)最后下沉速度與計(jì)算值相距不多，且振幅符合規(guī)定時(shí)認(rèn)為合格，施工采用設(shè)計(jì)樁長與貫入度法進(jìn)行雙控。振動(dòng)錘與樁頭法蘭盤連接螺栓必須擰緊，無間隙或松動(dòng)，否則振動(dòng)力不能充分向下傳遞，影響鋼管樁下沉，接頭也易振壞，在振動(dòng)錘振動(dòng)過程中，如發(fā)現(xiàn)樁頂有局部變形或損壞。要及時(shí)修復(fù)。懸臂導(dǎo)向支架應(yīng)固定，以便打樁時(shí)穩(wěn)定樁身；但樁在導(dǎo)向支架上不應(yīng)鉗制過死，更不允許施打時(shí)，導(dǎo)向支架發(fā)生位移或轉(zhuǎn)動(dòng)，使樁身產(chǎn)生超過許可的拉力或扭矩。

平臺貝雷梁之間采用異形花架進(jìn)行連接，平臺本身的每組貝雷梁之間采用貝雷梁平聯(lián)進(jìn)行連接。面層橫向分配梁按照75 cm間距布置在貝雷梁頂，并每隔3 m與貝雷梁之間采用“U”型卡扣進(jìn)行連接，然后在其上鋪設(shè)面層縱向分配梁，面層縱向分配梁與面板和面層橫向分配梁之間采用斷點(diǎn)焊接進(jìn)行連接；根據(jù)圍堰的下放順序，平臺整體搭設(shè)步驟有所不同，15#墩采用“先樁后堰”法施工，搭設(shè)施工平臺時(shí)可一次成型，待樁基施工完畢后，拆除圍堰范圍內(nèi)平臺，下方圍堰。16#、17#墩采用“先堰后樁”法施工，搭設(shè)施工平臺時(shí)先進(jìn)行圍堰外部平臺搭設(shè)及鋼護(hù)筒安裝，待圍堰安裝及封底完畢完成其余平臺搭設(shè)。

3 結(jié)束語

棧橋平臺的設(shè)計(jì)、施工及使用均滿足結(jié)構(gòu)安全、使用功能要求，解決了水中橋梁施工運(yùn)輸通道問題，同時(shí)保障了棧橋及平臺施工、使用和渡洪安全。受風(fēng)浪、水流和地質(zhì)條件的影響，棧橋施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，并建立相應(yīng)的預(yù)警和搶險(xiǎn)機(jī)制，確保棧橋拼裝安全。