淺覆蓋層地質(zhì)大跨度鋼棧橋優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工

程明明 趙俊

摘要 淺覆蓋層地質(zhì)條件下，鋼棧橋無(wú)法運(yùn)用常規(guī)的“釣魚法”進(jìn)行施工，水中樁基施工復(fù)雜、工期長(zhǎng)、成本高。增加棧橋的跨徑可以大大的減少水中墩的數(shù)量，從而降低施工周期、節(jié)省施工成本。文章將結(jié)合金簡(jiǎn)仁快速路二期保通棧橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工，介紹淺覆蓋層地質(zhì)條件下，棧橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及水中樁基的施工工藝。

關(guān)鍵詞 淺覆蓋層地質(zhì);大跨度鋼棧橋;灌注型嵌巖樁;鋼管樁植入嵌巖樁;浮箱鉆孔

中圖分類號(hào) U448.18;U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）03-0132-03

0 引言

涉水工程建設(shè)過(guò)程中，通常需要設(shè)置鋼棧橋進(jìn)行設(shè)備、材料的運(yùn)輸。棧橋的施工常采“釣魚法”進(jìn)行鋼管的施打以及貝雷架設(shè)。但是淺覆蓋地質(zhì)條件下，鋼管樁無(wú)法自穩(wěn)，需要設(shè)置嵌巖錨固樁，常規(guī)的“釣魚法”將無(wú)法適用。為解決這一難點(diǎn)，需要在棧橋的設(shè)計(jì)以及嵌巖錨固樁的施工工藝上進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

金簡(jiǎn)仁快速路二期沱江大橋段位于成都市簡(jiǎn)陽(yáng)市及東部新區(qū)，起點(diǎn)樁號(hào)K26+100，止點(diǎn)樁號(hào)K28+320，長(zhǎng)2.22 km。保通棧橋?yàn)轫?xiàng)目臨時(shí)保通工程，主要起到社會(huì)小型車輛臨時(shí)保通、混凝土運(yùn)輸、原材料進(jìn)場(chǎng)及沱江兩岸施工車輛的溝通等作用。全線共設(shè)置3座保通棧橋，分別為1#、2#、3#保通棧橋。其中，1#、3#保通棧橋跨越溝谷。2#棧橋跨越沱江，起止樁號(hào)K0+558.676～K1+040.076，橋長(zhǎng)度545.1 m，并設(shè)有40 m寬通航孔。

2 棧橋設(shè)計(jì)

2#保通棧橋橋位處沱江河床接近裸巖，局部有少許覆蓋層，設(shè)計(jì)與施工難度較大，該文將重點(diǎn)介紹2#保通棧橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工。

2.1 水文地質(zhì)條件

橋位處20年一遇洪水時(shí)水深8.5 m;20年一遇水流流速：2.2 m/s;工作風(fēng)速13.8 m/s（6級(jí)風(fēng)）;非工作風(fēng)速20.7 m/s（8級(jí)風(fēng)）。橋位處主要分布有卵石及侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、粉砂巖;中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。其中卵石覆蓋層較淺，部分區(qū)域?yàn)槁銕r。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)車速：

社會(huì)車輛：30 km/h。

施工車輛：15 km/h。

（2）設(shè)計(jì)荷載：社會(huì)車輛按照城市-B級(jí)，施工車輛按照30 t重載車進(jìn)行驗(yàn)算。

（3）橋梁設(shè)計(jì)使用年限5年。

（4）2車道，橋面寬度8 m。

2.3 棧橋方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 原設(shè)計(jì)方案

2#棧橋設(shè)計(jì)院原設(shè)計(jì)方案非通航孔段標(biāo)準(zhǔn)跨徑為15 m，上部結(jié)構(gòu)采用10片321型普通貝雷+200 mm厚混凝土板，下部結(jié)構(gòu)采用6根鋼管樁組成的格構(gòu)式墩柱，格構(gòu)式墩布置為橫向（3+3）m×縱向3 m。通航孔處理論跨徑為46 m，為了減小結(jié)構(gòu)自重，上部結(jié)構(gòu)采用10片雙層321型貝雷+鋼面層，下部結(jié)構(gòu)同非通航孔處，鋼管樁型號(hào)均為φ1000×12，水中墩柱16組共計(jì)96個(gè)鋼管樁。

鋼管樁基礎(chǔ)采用灌注型嵌巖樁[1]，如圖1所示，設(shè)計(jì)推薦的主要施工工藝為：鋼管樁插打一定深度后，臨時(shí)穩(wěn)固鋼管樁，搭設(shè)臨時(shí)打樁平臺(tái)或水中浮箱，在鋼管中下放鉆頭，進(jìn)行灌注樁鉆孔，灌注樁嵌入基巖深度不小于5 m，下放鋼筋籠，澆筑水下混凝土，形成樁頭嵌固。經(jīng)過(guò)討論論證，項(xiàng)目部決定進(jìn)行試樁，試樁過(guò)程發(fā)現(xiàn)鋼管樁插打較為困難，鋼管樁臨時(shí)穩(wěn)固較為困難，需要借助臨時(shí)穩(wěn)固設(shè)施，穩(wěn)固效果不理想，灌注樁鉆孔時(shí)鋼管樁易發(fā)生傾斜偏位，成樁質(zhì)量欠佳。

2.3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3座保通棧橋總工期不足3個(gè)月，2#保通棧橋水中墩較多，嵌巖樁施工難度大，經(jīng)過(guò)試樁以及工期推算，原方案下無(wú)法滿足工期要求，需進(jìn)行方案整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體思路為，增大跨徑減小水中墩的數(shù)量，優(yōu)化嵌巖樁的成樁工藝。

非通航孔處，將原方案15 m跨徑優(yōu)化為（24+6）m組合跨徑，上部結(jié)構(gòu)采用10片雙層321型貝雷，下部結(jié)構(gòu)采用6根鋼管樁組成的格構(gòu)式墩柱，格構(gòu)式墩布置為橫向（3+3）m×縱向6 m。水中墩柱9組共計(jì)54個(gè)鋼管樁，比原方案鋼管樁數(shù)量少42個(gè)。

鋼管樁基礎(chǔ)采用鋼管植入嵌巖樁[2]，如圖2～3所示，主要施工工藝為：借助水中浮箱進(jìn)行引孔，引孔入基巖深度不小于5 m，下放鋼管，澆筑水下混凝土，形成樁頭嵌固。

通航孔處理論跨徑46 m，上部結(jié)構(gòu)采用10片200型貝雷加強(qiáng)型+鋼面層，下部結(jié)構(gòu)同原方案（如圖4）。

2.3.3 方案對(duì)比

優(yōu)化方案與原方案相比，上部結(jié)構(gòu)用鋼量雖然增加但水上安裝頻次相當(dāng)，主要是下部結(jié)構(gòu)鋼管數(shù)量以及嵌巖樁數(shù)量大大減少，且節(jié)省了一定的工期。嵌巖樁施工工藝中，優(yōu)化方案省去了鋼管樁的臨時(shí)穩(wěn)固，保證了成樁質(zhì)量，節(jié)省了施工工期，優(yōu)化臨時(shí)措施。

大跨度棧橋貝雷梁端的轉(zhuǎn)角較大，剛性橫梁不能適應(yīng)扭轉(zhuǎn)變形，因此優(yōu)化方案貝雷梁底設(shè)置（176×450×

78）mm板式橡膠支座。

另外通航孔處200型貝雷彎矩容許值（2 254 kN·m）[1]和剪力容許值（257 kN）[1]比雙層321型貝雷彎矩容許值（1 632 kN·m）[3]和剪力容許值（245.2 kN）[3]均有提高，棧橋安全儲(chǔ)備稍有提高。

2.3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案計(jì)算

通航孔處跨徑不變，貝雷承載力提高，故不進(jìn)行計(jì)算。僅對(duì)非通航孔段進(jìn)行計(jì)算。

選取非通航孔段標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)進(jìn)行建模計(jì)算，荷載按照原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加載（如圖5）。

通過(guò)計(jì)算（表1），優(yōu)化方案棧橋各構(gòu)件均能滿足規(guī)范要求。

3 棧橋施工

棧橋總體施工工藝為：旋挖鉆上浮箱—浮箱定位拋錨—旋挖鉆引孔—履帶吊上浮箱就位—打入鋼管樁—澆筑混凝土—鋼管樁接長(zhǎng)—安裝樁間連接系—安裝樁頂橫梁—安裝貝雷—鋪裝面層—安裝附屬結(jié)構(gòu)。

3.1 嵌巖樁引孔方案

經(jīng)工效分析，54根水中樁基礎(chǔ)須在35天內(nèi)完成才能保證后續(xù)鋼管接長(zhǎng)以及上部結(jié)構(gòu)的架設(shè)，經(jīng)方案分析對(duì)比采用浮箱+SR220型旋挖鉆擬進(jìn)行引孔，方案分析比選情況見表2。

3.2 水中浮箱

1#浮箱作為旋挖鉆機(jī)水上引孔施工平臺(tái)，設(shè)計(jì)荷載為300 t，采用兩側(cè)各8個(gè)箱室加中間型鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)，浮箱結(jié)構(gòu)尺寸為（16×14×2.5）m。

2#浮箱作為履帶吊水上施工平臺(tái)，設(shè)計(jì)荷載為200 t，采用10個(gè)承載力為20 t 的軍用浮箱（9×2.7×1.7）m通過(guò)型鋼平聯(lián)成整體，履帶吊承重部分浮箱整體結(jié)構(gòu)尺寸為（13.5×18×1.7）m。

3#浮箱作為水上棧橋段材料轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)荷載為40 t，采用2個(gè)承載力為20 t的軍用浮箱（9×2.7×1.7）m通過(guò)工45 型鋼平聯(lián)成整體，浮箱整體結(jié)構(gòu)尺寸為（9×8.4×1.7）m。

1#浮箱在工廠加工成半成品，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝焊接，在沱江東岸側(cè)搭設(shè)臨時(shí)拼裝焊接平臺(tái)，在兩側(cè)箱體焊接完成后采用履帶吊吊放下水，在水上進(jìn)行中間平臺(tái)拼裝焊接。2#浮箱和3#浮箱租用軍用浮箱，車運(yùn)至主橋位沱江東岸側(cè)處，采用履帶吊吊放下水，在水上進(jìn)行拼裝連接。

浮箱通過(guò)岸邊地錨進(jìn)行臨時(shí)定位固定，在浮箱和江岸側(cè)臨時(shí)碼頭平臺(tái)間搭設(shè)鋼棧橋，旋挖鉆機(jī)和履帶吊上浮箱采用鋼棧橋走道開行上浮箱。

3.3 水中浮箱引孔

1#浮箱和2#浮箱通過(guò)兩岸設(shè)置四個(gè)地錨在樁基墩位處進(jìn)行定位固定，1#浮箱定位后通過(guò)四角位置設(shè)置的鋼管作為插樁進(jìn)行限位固定。

樁基引孔施工前采用浮箱上長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行樁位處覆蓋層清理，樁基引孔的鉆渣通過(guò)在浮箱上放兩個(gè)2 m3的裝渣料斗進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)鉆渣，鉆渣料斗采用棧橋上的履帶吊和渣土運(yùn)輸車轉(zhuǎn)運(yùn)至岸上棄渣場(chǎng)棄放。

3.4 鋼管樁插打及混凝土澆筑

單個(gè)墩位采用旋挖鉆機(jī)引孔完成后，2#浮箱移位至該墩位，采用浮箱上履帶吊進(jìn)行鋼管樁下放定位，每個(gè)墩位6根樁基鋼管樁平聯(lián)完成后，測(cè)量孔底沉渣厚度，如果沉底沉渣超標(biāo)則采用吸泥泵進(jìn)行清孔，清孔完成后采用水下混凝土澆筑工藝進(jìn)行樁基錨固段混凝土澆筑。

混凝土通過(guò)岸側(cè)成型的棧橋上履帶吊轉(zhuǎn)運(yùn)至3#浮箱上，再利用2#浮箱上的履帶吊吊放入料斗。為保證鋼管樁外壁與引孔內(nèi)間隙的混凝土填充效果，每根鋼管混凝土嵌固部分，于管壁上設(shè)置長(zhǎng)20 cm×寬10 cm條形布料孔，條形孔從鋼管底每2 m對(duì)稱設(shè)置2個(gè)。水中引孔完成后將鋼管樁插入孔內(nèi)，鋼管露出水2 m，搭設(shè)水中作業(yè)平臺(tái)，安裝混凝土澆筑導(dǎo)管并連接料斗，采用拔塞法澆筑水下混凝土，嚴(yán)格控制混凝土灌注標(biāo)高，將混凝土灌至河床面，灌混凝土方量根據(jù)引孔深度確定。

3.5 棧橋上部結(jié)構(gòu)安裝

棧橋嵌巖樁及鋼管樁施工完畢后，按照常規(guī)方法依次對(duì)棧橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)棧橋優(yōu)化設(shè)計(jì)以及施工方案的優(yōu)化，最終3座保通棧橋在要求的工期下如期貫通通車。

淺覆蓋層地質(zhì)區(qū)域，嵌巖樁施工較困難，可以通過(guò)大跨徑設(shè)計(jì)減少樁基數(shù)量，減少嵌巖樁作業(yè)量。嵌巖樁可以優(yōu)先選擇鋼管樁植入嵌巖樁，成樁工藝簡(jiǎn)便。

采用水中浮箱作為棧橋樁基施工平臺(tái)，拆裝方便，施工方便，無(wú)須設(shè)置臨時(shí)鉆孔平臺(tái)和作業(yè)平臺(tái)[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]喻忠權(quán)，沈惠榮.HD200型裝配式公路鋼橋[J].公路，2000（11）：27-29.

[2]碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：JTS167—2018[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2018.

[3]黃紹金，劉陌生. 裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè) [M].北京：人民交通出版社，2003：58-59.

[4]梁之海.閩江特大橋深水裸巖河床棧橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2019（3）：50-53+67.