平口資水大橋棧橋及水上平臺設計與施工關鍵技術

唐祥春

（保利長大工程有限公司，廣東廣州 510630）

1.工程概況

G59湖南省官莊至新化高速公路是張家界至新化高速公路中的一段。設計標準：公路—Ⅰ級，設計速度80km/h和10km/h。平口資水大橋位于安化縣平口鎮移民新村境內，跨柘溪水庫，橋長839m，橋梁分左右線設置，設計橋孔和跨徑（孔×m）為7×30+（56+2×90+56）+11×30m，橋梁上部結構選用連續鋼構+預應力砼T梁。8#、9#、10#三個主墩位于柘溪水庫中，橋梁樁基為鉆孔灌注樁，樁徑為2m，樁長為26m～32m不等。承臺為方形混凝土承臺，高度3.2m，墩身采用薄壁空心墩。航道等級為Ⅳ級航道，單向通航孔8m×45m（凈高×凈寬），本橋采用雙孔單向通航，橋跨處河道寬度約為550m，河道受下游柘溪水電站調蓄洪水影響，河道水位分為蓄水期和枯水期，水面最大高差達18m左右，水流較為平緩。蓄水期水位標高：+166m，枯水期水位標高：+155m，水中墩處水深10m～25m。河床地質條件為1m～2m卵石淺覆蓋層，其下為泥灰巖，橋址處巖層堅硬，覆蓋層淺，樁基施工困難。橋跨布置如圖1所示。

圖1 平口資水大橋主橋橋型結構圖

2.基礎施工方案選定

平口資水大橋橋址處于龍灣濕地公園環境保護區，且水深較大，水中墩無法進行筑島施工。結合平口資水大橋橋址處地質、環境等因素，主墩水中基礎采用臨時鋼棧橋（Temporary steel trestle）及鉆孔平臺施工方案。棧橋橋面設計寬度8m，雙車道，基本跨度9m+3m。在承臺處設置鉆孔平臺，每個承臺前后兩側設置橫向的支棧橋作為存料及施工平臺。8#與9#墩之間預留55m通航孔，并設置防撞設施及通航標識。棧橋（Temporary steel trestle）設計荷載為掛-120和公路I級車輛荷載，考慮80t履帶吊在墩頂位置起吊作業，鉆孔平臺荷載按6臺沖孔鉆機（Punch drill）同時作業設計，2個循環完成樁基施工。棧橋及平臺布置如圖2所示。

圖2 主棧橋立面及平面布置圖

3.棧橋結構形式

3.1 下部構造

棧橋樁基礎采用φ820×10mm螺旋鋼管，由于鋼管樁高度達27m，為保證棧橋穩定性，縱向跨徑采用3+9跨徑組合，每排3根，橫橋向間距為3.25m；墩頂承重梁（Bearing beam）采用雙拼I45a型鋼，設置2層φ529×6mm鋼管橫聯。

3.2 上部結構

棧橋橋面凈寬為8m，按0.75m人行道+2×3.25m雙向行車道+0.75m人行道設計。棧橋主梁采用321型貝雷梁（Bailey beam）組拼，橫橋向布置6片。貝雷梁鋼材為16Mn，貝雷梁（Bailey beam）銷軸（Pin shaft）鋼材為30CrMnSi。支撐架：主梁之間設置[20槽鋼作為下平聯支撐架和φ529×8mm橫向支撐架。

橋面板：棧橋采用型鋼橋面板，分配梁采用工25a型鋼，面板為10mm花紋鋼板，長8.0m，寬1.5m，后場制作，現場安裝，棧橋兩邊設置型鋼防護欄桿。棧橋設計高程：+170.0m，設計水位：+166.0m，設計車速：10km/h。棧橋斷面如圖3所示。

圖3 主棧橋斷面圖

4.水上平臺結構形式

水上鉆孔平臺作為樁基施工的承載結構和承臺圍堰施工的拼裝平臺，具有設計荷載大、結構穩定性要求高的特點。主墩平臺在圍堰兩邊設置支棧橋作為樁基施工平臺和材料堆放場地。平臺基礎采用φ820×8mm鋼管基礎，工45a型鋼分配梁，上面采用貝雷梁主梁結構，面板采用與棧橋相同的花紋鋼+型鋼組合。平臺結構形式如圖4所示。

圖4 主墩鉆孔平臺布置圖

5.棧橋結構計算

鋼棧橋主要作為車輛通行，施工物資、機械運輸通道，主要荷載有：風荷載、水流荷載、自重、車輛荷載、人行荷載。計算工況如表1所示。

表1 棧橋計算工況

采用Midas有限元軟件建立棧橋整體模型并計算如圖5所示。

圖5 棧橋Midas模型

計算結果如表2所示。

表2 棧橋計算結果

6.棧橋鋼樁施工

橋址處為卵石淺覆蓋層，巖層堅硬，常規鋼樁施工困難，震動打樁無法使鋼樁進入巖層形成穩定結構，經研究和現場試驗，棧橋及平臺鋼樁施工采用引孔灌砂（Guide hole sand filling）新工藝，較好的解決了樁基穩定問題[1]。

6.1 鋼樁錨固原理

采用旋挖鉆（Rotary drill）水中引孔后（φ820mm鋼管樁可引孔φ1000mm的孔），將鋼管樁插入孔內然后灌砂，緩慢提高鋼管樁，讓鋼管樁內的砂子將引好的孔填充密實，再利用打樁錘插打鋼管樁至巖層，用水密及振動將孔內砂和鋼管內的砂進行密實，最終可穩固鋼管樁。鋼樁錨固示意圖6所示。

圖6 鋼管樁錨固施工步驟圖

6.2 鋼樁施工流程

采用浮箱作為旋挖鉆的水中平臺，浮箱為自制，箱型尺寸：2m×3m×4m（高×長×寬）長箱，運送至現場后利用吊機在水中拼裝平臺，平臺尺寸：15m×16m，以便于旋挖鉆施工。浮箱固定采用拋錨，水平移動可采用卷揚機，水中縱向移動采用拖輪。采用280旋挖鉆水中引孔，引孔深度為入巖后4m～5m，孔徑大小為1000mm，出渣可就地放入河底。此施工不會對水中造成較大擾動，不會產生水中泥漿。利用“釣魚法”插打鋼管樁至已引孔完成的孔內，利用浮吊臨時固定鋼管樁，用履帶吊將料斗吊起，用挖機對料斗內灌砂，將料斗調至鋼管樁頂口，用“拔球法”對鋼管樁內進行灌砂，灌砂方量平均約為6m3。打樁錘將鋼管稍微提高3m，砂子將從鋼管樁內倒出填滿已引好的孔內。注意此處鋼管樁不能提太高或突然起高，防止鋼管吊至孔外。利用振動打樁錘重新插打鋼管樁直至鋼管樁的進尺小于10mm/min，此時孔內及鋼管樁內的砂子通過泡水及振動已經非常密實，鋼管樁底口已深入巖層，鋼管樁較為穩固，完成鋼樁施工。

7.棧橋及平臺上部結構施工

棧橋及平臺鋼樁施工完成后，采用100t水上浮吊安裝樁頂分配梁及貝雷梁主梁結構，最后安裝鋼橋面板及欄桿結構，完成棧橋及水上平臺施工。

8.結語

平口資水大橋基礎施工采用鋼棧橋結合水上施工平臺的方案，較好的解決了橋梁深水基礎施工的難點，根據本橋覆蓋層淺、巖層堅硬等特點，采用引孔灌砂新工藝，有效解決了鋼樁穩定問題，具備安全牢靠、施工速度快的特點。對相似環境條件下工程具有一定的參考性和借鑒價值。