可回收鋼棧橋在深基坑工程中的應(yīng)用

姚 健

上海遠(yuǎn)方基礎(chǔ)工程有限公司 上海 200436

1 工程概況

背景工程位于上海市嘉定區(qū)馬陸鎮(zhèn)滬宜公路以西，高臺(tái)路以南、白銀路以北地塊內(nèi)，包括1幢20層五星級(jí)主題酒店、1幢14層特色辦公樓、下沉式主題廣場(chǎng)，設(shè)2層地下室。

該工程基坑面積約38 300 m2，基坑開挖深度10.70 m。基坑?xùn)|側(cè)為規(guī)劃河道，目前為空地；白銀路、高臺(tái)路路下均有多條市政管線，地下室外墻距最近管線分別為7.52 m和10.66 m；南側(cè)有架空電話線，距地下室外墻約8.06 m。

工程場(chǎng)地內(nèi)有暗浜分布。淺層第②3砂質(zhì)粉土夾黏質(zhì)粉土滲透系數(shù)較大，第⑤層土缺失、第⑥層土局部缺失。場(chǎng)地內(nèi)第④、⑥、⑦層土層標(biāo)高高差很大，分布復(fù)雜。基坑開挖面大多在第④層中，局部在第⑥層土中。

基坑安全等級(jí)為二級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為三級(jí)。基坑圍護(hù)采用φ900 mm、φ950 mm鉆孔灌注樁，外加φ850 mm三軸水泥土攪拌樁作止水帷幕圍護(hù)。坑內(nèi)豎向加2道鋼筋混凝土支撐，平面布置為對(duì)撐、角撐加邊桁架。坑底雙軸水泥土攪拌樁局部暗墩加固。

在基坑圍護(hù)樁、坑底加固、2道混凝土支撐已施工完畢的工況下，因未設(shè)計(jì)混凝土棧橋，為解決第3層土方開挖問題，在現(xiàn)有工況條件下架設(shè)簡(jiǎn)易的施工棧橋[1-4]，棧橋采用貝雷梁、鋼梁、鋼管柱及其他輔材進(jìn)行鋪設(shè)，橋面寬6 m，局部加寬便于錯(cuò)車、轉(zhuǎn)向、材料運(yùn)轉(zhuǎn)等，最大跨度12 m（圖1）。

圖1 鋼棧橋平面布置

2 鋼棧橋節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 鋼平臺(tái)

本工程鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)荷載城市A級(jí)，行車道凈寬單車道6 m，橋梁最大計(jì)算跨徑為12 m。結(jié)構(gòu)型式上，平臺(tái)面板為厚10 mm花紋鋼板，焊接在中心間距200 mm的22b#工字鋼橫梁上。荷載方面，出土車輪胎寬度（前輪寬300 mm，中后輪寬600 mm）均大于工字鋼橫梁間距，荷載直接作用在22b#工字鋼上，故厚10 mm面板可不作檢算，滿足規(guī)范要求。

2.2 貝雷梁

鋼平臺(tái)主要采用3根φ630 mm鋼柱（壁厚10 mm），雙拼45b#工字鋼蓋梁，6排單層不加強(qiáng)貝雷片，22b#工字鋼（間距200 mm）及厚10 mm花紋鋼板組合布置而成（圖2、圖3）。

2.3 有限元MIDAS測(cè)算

本次計(jì)算采用MIDAS CIVIL軟件建立棧橋及平臺(tái)模型，根據(jù)不同工況分別計(jì)算各構(gòu)件的力學(xué)性能是否符合施工要求。考慮到計(jì)算的速度和建模的難易度，鋼管樁及以下部分不予模擬，用豎向約束進(jìn)行模擬。各構(gòu)件采用的有限元單元類型見表1。

圖2 貝雷梁斷面

圖3 貝雷梁側(cè)面

表1 構(gòu)件有限元模擬類型

棧橋恒荷載程序自動(dòng)加載，同時(shí)考慮1.2系數(shù)。棧橋活荷載依據(jù)實(shí)際情況，通過車道荷載來模擬出土車荷載作用。車道荷載考慮向棧橋板一側(cè)偏心的不利情況。通過計(jì)算，受力最大的連續(xù)三片桁架梁桿件的軸力、邊跨桁架梁軸力、中跨桁架梁軸力、桁架梁支點(diǎn)反力、 車道荷載作用下的棧橋板及桁架梁的變形均滿足規(guī)范要求。

2.4 均勻設(shè)計(jì)土層參數(shù)反演

均勻設(shè)計(jì)法是只考慮試驗(yàn)點(diǎn)在其范圍內(nèi)均勻散布的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。它將數(shù)論和多元統(tǒng)計(jì)相結(jié)合，可高效地選取能反映樣本空間的試驗(yàn)點(diǎn)。采用均勻設(shè)計(jì)法和有限元模擬相結(jié)合進(jìn)行土層參數(shù)反演和周邊沉降觀測(cè)的一般過程如下：

1）建立基坑有限元模型，明確反演參數(shù)和預(yù)測(cè)指標(biāo)。

2）制訂因素水平表，選擇適宜的均勻設(shè)計(jì)表來安排試驗(yàn)方案。

3）進(jìn)行有限元模擬試驗(yàn)，計(jì)算坑外沉降值。

4）根據(jù)某個(gè)施工階段的沉降計(jì)算結(jié)果，建立相應(yīng)的回歸方程。

5）結(jié)合工程沉降實(shí)測(cè)值，反演土層彈性模量。

6）根據(jù)反演所得土層參數(shù)進(jìn)行精確數(shù)值模擬。

經(jīng)過計(jì)算，影響參數(shù)均符合規(guī)范要求。

3 鋼棧橋施工及拆除技術(shù)

3.1 鋼棧橋搭設(shè)

1）平臺(tái)基礎(chǔ)及橋臺(tái)與便道的銜接。按施工圖紙，用全站儀放出橋臺(tái)位置，放樣施工橋臺(tái)樁位，打設(shè)橋臺(tái)樁。橋臺(tái)施工好后，根據(jù)橋臺(tái)與原地面的高差，填筑一條坡度不大于10%的引道，便于平臺(tái)與橋臺(tái)側(cè)便道的順利銜接，并保證汽車安全運(yùn)輸。

2）鋼管樁施工。棧橋施工主要由基礎(chǔ)3根φ630 mm鋼管樁振沉、貝雷主桁架設(shè)、橋面鋪裝組成。棧橋基礎(chǔ)施工采用50 t履帶式起重機(jī)配合DZ60振動(dòng)錘沉樁；棧橋主桁采用按圖拼裝分組的桁架，并利用履帶式起重機(jī)吊裝組拼；橋面施工采取在后方將橋面分塊加工成標(biāo)準(zhǔn)化模塊，運(yùn)輸?shù)轿缓蟛倏v履帶式起重機(jī)吊裝架設(shè)，順次逐跨施工。

3）施工測(cè)量放線。首先進(jìn)行全站儀測(cè)量放樣，用全站儀并借助導(dǎo)向桁架定位；其次用DSZ2水準(zhǔn)儀測(cè)量技術(shù)控制棧橋高程。棧橋高程采用DSZ2水準(zhǔn)儀控制，按四等水準(zhǔn)進(jìn)行控制測(cè)量，水準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)在鋼管樁上部橫梁兩側(cè)不易受到擾動(dòng)位置。

4）鋼管樁施工。棧橋鋼管樁分節(jié)長(zhǎng)度為12 m、10.5 m，接樁采用樁頭對(duì)接上下滿焊，用4塊厚10 mm鋼板綁焊焊接。鋼管樁均為Q235鋼，且符合GB/T 714—2015《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》的標(biāo)準(zhǔn)。鋼管樁構(gòu)件單重約為1.8、1.6 t。鋼管樁焊接時(shí)要注意焊接質(zhì)量，做好焊接工藝評(píng)定工作。每跨施工邊處應(yīng)架設(shè)施工操作平臺(tái)以方便進(jìn)行樁定位、調(diào)直、焊接鋼管樁及架設(shè)蓋梁工作。沉樁采用錘擊樁，樁與樁之間焊接質(zhì)量經(jīng)檢查合格后重新進(jìn)行打樁，直至將樁打到設(shè)計(jì)位置。

5）橋面施工。首先進(jìn)行主桁拼裝。鋼管樁施工完成以后，上鋪貝雷桁架主桁縱梁，吊機(jī)起吊安裝成主桁整體，并與分配梁有效連結(jié)。其次進(jìn)行橋面系鋪裝。在已架設(shè)好的貝雷桁架縱梁上鋪設(shè)橫梁及橋面板，各部分之間用U形卡連接。施工完一跨棧橋后，與前一孔相同，利用履帶吊將導(dǎo)向架整體吊裝與棧橋主梁連接，精確放出樁位，履帶吊配合振動(dòng)錘沿測(cè)定孔位打樁。最后進(jìn)行欄桿安設(shè)。棧橋欄桿采用普通鋼管制作，欄桿每3 m設(shè)置1道φ48 mm的鋼管立柱，鋼管焊接在橋面系橫梁上。

3.2 鋼棧橋維護(hù)

棧橋維護(hù)是鋼棧橋安全使用的重要環(huán)節(jié)。首先要完善日常檢查工作，對(duì)棧橋各個(gè)重要受力構(gòu)件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)監(jiān)控；其次注重日常管理，禁止履帶吊在棧橋面上施工作業(yè)并對(duì)其限載、限速；再次是鋼棧橋在水中使用時(shí)間應(yīng)受到嚴(yán)密控制，防腐蝕也是鋼棧橋維護(hù)的重要內(nèi)容[5-9]。

3.3 鋼棧橋拆除

鋼平臺(tái)的拆除順序與搭設(shè)順序相反（圖4）。依次拆除橋面附屬設(shè)施、橋面槽鋼、型鋼分配梁、貝雷、樁頂分配梁及鋼管樁。拆除鋼平臺(tái)時(shí)，采用同一個(gè)工作面倒退拆除施工方法，一邊拆除，一邊利用原鋼平臺(tái)運(yùn)送所拆材料。在鋼管樁基礎(chǔ)拆除時(shí)需要慢慢搖動(dòng)鋼管，然后再慢慢拔出。在拆除過程中要注意對(duì)周圍河域的保護(hù)，防止油污等造成對(duì)河域的過度污染。

圖4 鋼平臺(tái)拆除順序示意

4 土方開挖

現(xiàn)場(chǎng)只剩下基坑第3層土方，因其存在開挖難度大的特點(diǎn)而未開挖。在具備簡(jiǎn)易鋼平臺(tái)后，按照底板后澆帶分區(qū)的原則，第3層土方分11個(gè)區(qū)進(jìn)行開挖（圖5）。地下室第3道土方開挖施工順序?yàn)椋篈1第1次挖土、B1、C1→A2、B2、C2、D1→A3、B3、C3、D2→A1第2次挖土。其中，A1區(qū)域分2次挖土，第1次挖土至－11.00 m，第2次挖土至筏板底板，第2次挖土須待其他區(qū)域基礎(chǔ)筏板均挖完。

圖5 第3層土方開挖分區(qū)

嚴(yán)格按照以上分區(qū)進(jìn)行土方開挖，一個(gè)分區(qū)底板澆筑完成以后再開挖另一個(gè)分區(qū)土方（圖6）。

在考慮到基坑土方開挖有鋼棧橋的施工前提下，各分區(qū)的土方分別向相應(yīng)的鋼棧橋方向進(jìn)行土方倒運(yùn)作業(yè)，在鋼棧橋上利用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行坑內(nèi)取土裝車（圖7）。

5 結(jié)語

圖6 第3層土方開挖分區(qū)邊坡放坡示意

圖7 第3層土方坑內(nèi)倒運(yùn)示意

本工程實(shí)現(xiàn)了鋼棧橋在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的成功應(yīng)用，通過對(duì)鋼平臺(tái)、貝雷梁、鋼管樁的設(shè)計(jì)以及鋼棧橋施工、拆除工藝及土方開挖的介紹，完成了對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)的要求，解決了基坑開挖應(yīng)急處理難題，為軟土地基同等狀況提供了良好的參考經(jīng)驗(yàn)。