埂埕大橋卵石、光板巖地層棧橋鋼管樁施工技術

李剛

摘要：南平埂埕大橋在大橫鎮埂埕村橫跨閩江上游支流建溪，設置鋼棧橋連接左右岸作為橋梁施工通道。河床覆蓋卵石層或光板巖地層，橋位處常年流速大于2m/s，高水位流速達到4.3m/s，當地有建溪棧橋“無橋不跨”的流言。經方案施工設計，近河側采用清理卵石后錘擊沉樁，深水區及光板巖地層采用增設臨時墩、鉆孔跟進鋼護筒及孔內填充混凝土成樁，有效解決了山區大流速條件下鋼管樁施工復雜的技術難題。采用MIDAS2010建立棧橋計算模型，均滿足10年一遇洪水條件下強度、剛度及穩定性要強。

Abstract： The Nanping Gengcheng Bridge is built across Jianxi， an upper reaches of the Minjiang River in Gengcheng village of Daheng Town， and the steel trestle bridge is connected to the left and right banks as a bridge construction channel. The riverbed is covered with the pebble layer or the light slate formation. The annual flow velocity of the bridge is more than 2m/s， and the high water velocity reaches 4.3m/s. After the scheme construction design， the near-river side is cleaned with pebble and then hammered and piled. In the deep water area and the light slate formation， additional temporary piers， drilled steel casings and concrete filled piles are used to effectively solve the complicated technical problems of the construction of steel pipe piles in large flow conditions in the mountainous area. The calculation model of the trestle bridge is established by MIDAS2010， which is strong in strength， stiffness and stability under the condition of 10 years of flood.

關鍵詞：埂埕大橋;卵石;光板巖;棧橋;鋼管樁;施工技術

Key words： Gengcheng Bridge;pebbles;light slate;trestle;steel pipe pile;construction technology

中圖分類號：U448.18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0124-04

1? 工程概況

南平市渡改橋工程埂埕大橋起點位于建溪西岸大橫鎮埂埕新村光明小學南側約90m，與G205平面交叉，新建埂埕大橋跨越建溪，改線公路線往南北向布設，終點與現有馬大線連接，路線總長948.559m。為保證東西兩岸正常施通行擬在橋位下游處新建一座棧橋，棧橋西岸起點樁號K0+78.800m，東岸終點樁號K0+384.200m，棧橋全長305.4m，位于主橋下游側，橋面寬5.5m，跨徑為12m的連續梁設計（跨中設置臨時墩），每四跨設置一聯，每聯設置一個制動墩，在制動墩處設置2cm伸縮縫。在4#墩下游側設置一處會車（調車）平臺，長度都為30m，會車平臺總寬8.5m。棧橋橋式布置圖如圖1所示，棧橋斷面布置示意圖如圖2所示。

根據調查勘探報告，地層分為9層，自上而下分別為：素填土、殘積性粘土、卵石、細砂、風化砂巖、強風化砂巖、中風化砂巖、微風化砂巖。3～4#墩之間為卵石層，4～5#墩之間為風化巖層。橋位處降水量年內分配不均勻，4～6月份雨量占全年的60%左右，盛夏和秋季雨量偏少，易出現干旱。根據現場調查近十年最高水位為80.8m，最大流速4.11m/s。

本工程存在的重難點：①橋址處存在卵石層及裸巖，卵石層中大塊石較多，棧橋鋼管樁插打施工困難，保證棧橋管樁埋置深度且嵌入強風化持力層一定深度是施工難點;②流速大、巖面傾斜，鋼管樁精確定位難度大[6]。

2? 施工方案

2.1 鋼管樁施工方案比選

2.1.1 鋼管樁內插入鋼棒成樁

4～5#墩之間無覆蓋層，鋼管樁難以直接插打至設計深度，當貫入度達到設計要求后，采用在鋼管內部、河床頂面插入3根鋼棒，鋼棒和鋼管樁的總入土深度不小于設計值，鋼棒露出巖面不小于3m。完后將水下混凝土灌注在鋼管樁內，使鋼管與鋼棒連接成整體。本方案具有工序多、工期長、效率低、施工費用高且后期需水下切割或爆破拆除，但是成樁質量高、有利于棧橋的整體穩定性。

2.1.2 小跨徑鉆孔跟進成樁

對于無覆蓋層，管樁難以打入至設計深度時，減小棧橋單跨跨徑，同時減小了單樁受力，使管樁達到設計要求;管樁仍不能插打至設計深度時，采用沖孔方式跟進管樁，跟進后管樁內回填沙土或澆筑混凝土。本方案需增加鋼管樁、分配梁等的投入，造價高、工期長、跟進距離小，但結構穩定性較好、無后期拆出除問題。

2.1.3 增設臨時樁標準跨徑成樁

對于無覆蓋層，管樁直接插打難以打入至設計深度時，設置臨時樁，為便于拆除臨時樁中心距為6m，距前一排管樁距離為9m，同時貝雷梁安裝至臨時樁，在臨時裝上沖擊鉆機，在下一排管樁內沖600mm孔至不小于設計深度，然后下放鋼筋籠灌注混凝土至河床面以上2m。本方案需增加混凝土、鋼筋籠及臨時管樁的投入，造價高、工期長，且混凝土樁基深入河床，后期需爆破或水下拆除，但結構受力清晰、穩定性最好。（圖5）

根據以上3個方案的優缺點，結合現場實際情況及可用資源，從經濟性、工期影響、結構穩性能等方面綜合考慮，當管樁插打距離設計深度較小地段時采用小跨境鉆孔跟進方案，當鋼管插打深度距離設計深度較大地段時采用增設臨時樁標準跨徑成孔。

2.2 棧橋鋼管樁施工方案

2.2.1 卵石清理后錘擊成樁

枯水期施工時，水位較低處管樁施工先采用挖機將卵石層放坡開挖，開挖深度不小于2m，然后采用振動打樁機插打，鋼管樁插打采用履帶吊機整樁起吊，Φ630×10mm采用DZ-60振動打樁機及液壓夾持器，Φ820×10mm采用DZ-90振動打樁機及液壓夾持器，插打至貫入度小于2cm/min。當插打深度不小于3.5m時直接將原狀土回填壓實[5]。

2.2.2 擴大基礎接鋼管樁

采用直接插打方式進行管樁施工時，當插打深度小于3.5m時在開挖處設置鋼套箱，外側形成筑島圍堰，在管樁外澆筑擴大條形基礎，擴大基礎尺寸為2×5×1.5m。（圖6）

2.2.3 設置臨時墩鉆孔成樁

高水位施工時，每跨管樁中間增設一排Φ630×10mm臨時樁（須與前排管樁增設連接系），作為沖擊鉆機的施工平臺，避免因貝雷梁變形過大引起鉆機傾覆，臨時樁以貫入度控制，當貫入度小于2cm/min時，停止插打（不進行沖孔），待前排管樁貝雷梁施工完成后方可拆除[2]。

鋼管樁采用振動打樁機插打，鋼管樁插打采用履帶吊機整樁起吊，DZ-60振動打樁機及液壓夾持器，插打至貫入度小于2cm/min，對于入巖深度小于4m的管樁，采用沖擊鉆沖擊成孔，沖孔過程中可跟進管樁，保證泥漿不外流，孔底標高至卵石層頂標高不小于6m，下放鋼筋籠，澆筑C30水下混凝土（參考鉆孔樁施工方案），混凝土與管樁粘結長度不小于2m;對于入巖深度大于4m管樁滿足施工要求，不再進行沖孔。

3? 施工關鍵技術

3.1 近岸側鋼管樁施工

3.1.1 下河道路設置

棧橋面距離河床面約17m，在棧橋上直接清理河床困難，枯水期近岸側水深約1.5m，且棧橋處于回水灣，東岸棧橋處水流小、沖刷小，可從東岸便道直接修建臨時道路下河至棧橋樁位處。臨時道路采用鉆渣、黏土及附近卵石土進行修筑，下部設置過水管道，便道寬度4m，自然放坡，坡底距棧橋管樁不小于1m。此便道后期可作為主橋4#墩承臺施工通道。

3.1.2 基礎清理

近岸側河床已覆蓋層和卵石層為主，厚度約2m。基礎清理前首先確定清理挖掘邊線，然后采用普通挖掘機對河道進行清理施工，并將清理出淤泥的轉移及裝載。由于清理出的淤泥含水量大，運輸過程中容易造成道路及周邊環境污染，因此淤泥需經過晾曬，然后通過渣土運輸車外運?；A清理至無大顆粒卵石為止，再整平河床面便于后續施工。

3.1.3 擴大基礎施工

擴大基礎采用鋼套箱圍堰進行水下混凝土澆筑施工。鋼套箱組件的制作按工藝設計將模板制成后拼裝，然后分組、編號、上油保護，所用橡膠防水墊圈和連接螺栓等設專箱存放，與鋼套箱鋼模一起待用組裝。組件加工完成后在岸上拼裝組件，組裝成無底鋼套箱。拼裝完成的鋼套箱圍堰需做好嚴密性及滲水措施。

基礎清理完成后用履帶吊機在已拼裝棧橋上將鋼套箱吊起，放入樁位處，測量套箱位置，使鋼套箱依靠自重漫漫下沉至基底，再采用黏土在套箱四周外回填，防止澆筑混凝土時滲漏。然后按照設計工藝進行鋼管樁插打至設計貫入度后再水下澆筑混凝土至設計標高。待混凝土達到設計強度后接高管樁至設計位置。

3.2 深水鋼管樁施工

3.2.1 鋼管樁精確定位

鋼管樁采用釣魚法進行施工，為保證施工的精度，快速施工，首先就是控制鋼管樁的定位。由于臨時樁與棧橋樁距離只有一片貝雷梁的距離（3m），管樁插打用導向架將臨時樁與棧橋樁合并成為一個新型懸臂式導向架，施工更為方便，且縮短了導向架安拆的時間。導向架分為上下兩層，層高約1.5m，且導向架與前端2組貝雷梁上弦桿采用螺栓固定，增強導向架的整體性和橫向穩定性，可以有效控制鋼管樁的插打精度。管樁插打前鋪設臨時鋼板、安裝護欄，保證施工人員的安全作業，插打過程中測量人員從上下游兩個相互垂直的方向同時觀測管樁的垂直度，采用設置在導向架上的糾偏裝置隨偏隨糾，確保成樁后管樁垂直度小于0.5%。組合式導向架將管樁中水定位調整為岸上定位，同時臨時樁與棧橋樁可以實現同步精確定位，受水流影響小，大大加快施工進度[4]。

3.2.2 臨時墩及鉆孔成樁

在河床段大粒徑剛性卵石層及風化裸巖地質條件下，鋼管樁插打困難，打入深度不能滿足汛期水流力作用下水平抵抗力要求。改用Ф810mm（δ=10mm）鋼管樁樁內沖孔，用振動錘插打管樁，以貫入度為控制標準，插打完成后在樁內沖孔，孔徑直徑600mm。沖孔完成后，下放鋼筋籠，灌注混凝土錨固嵌巖。

鉆機采用CJF-15沖擊鉆機，氣舉反循環成孔工藝。在鋪設完成的棧橋貝雷梁上，靠近橋墩附近直接橫向安裝2根I45分配梁，在其上安裝鉆機鉆孔，鉆機安裝時要求其底座平穩、水平，鉆架豎直，且保持鉆機頂部的起重滑輪槽、鉆頭、樁位中心在同一鉛垂線上，以保證鉆孔垂直度。孔口處偏差不大于2cm。若樁身較長，應根據樁的傾斜度計算出樁底位置，應保證鉆頭對準樁底中心，以防在鉆孔時護筒脫空。在墩位處設置鉆碴船，鉆碴外運到指定地點處理[5]。

鉆孔前應清理鉆孔平臺周圍的雜物，嚴禁其他臨時荷載堆放于所在施工位置及相鄰位置。鉆進過程中需經常對頂口標高進行測量，檢查管樁是否下沉，鉆頭進行檢查和修復，鉆頭直徑磨耗不應超過1.5cm。孔內水位不低于護筒外水位，鉆孔深度以出護筒底2m為宜，護筒打入深度不足時應加大鉆孔深度，以進入巖層4m為準，若地質條件不理想時可適當加深。

樁基鋼筋籠在車間制作。并且在安裝鋼筋籠前，計算鋼筋籠底標高，因鋼筋籠較輕且不用放到孔底，采用鐵絲吊掛方法安裝，并根據實際鉆孔深度調整，采取防止鋼筋籠上浮措施。

樁基混凝土采用垂直導管法進行灌注。導管使用前須進行組裝編號，并進行接頭拉力和水密試驗，確保導管的良好狀態。進行水密試驗的壓力不應小于孔內水深1.3倍的壓力，也不應小于導管和焊縫可能承受灌注混凝土時最大內壓力的1.3倍。安裝導管時注意防止掛碰鋼筋籠?；炷梁鸵仔皂殱M足運輸和灌注的要求，檢測方法和結果應符合規范要求。水下混凝土灌注高度以進入護筒不少于2m。

4? 計算分析

棧橋除貝雷梁構件采用16Mn材質，其余各構件均為Q235B材質，在建立計算模型時，由于單元數量龐大，為加快建模和分析過程，采用midas建立單跨整體計算模型，未按全橋進行建模，對計算結果偏于安全，計算模型圖如圖7所示。

棧橋進行受力分析計算時綜合考慮了棧橋結構自重、50t履帶吊機、10m3混凝土罐車、行人荷載、風荷載、水流沖擊力及其他可能產生的荷載，分5個工況對棧橋結構的強度、位移及內力進行分析：①履帶吊機墩頂作業;②履帶吊機跨中行走;③8級風荷載下混凝土罐車運輸;④撤離水流力作用下罐車運輸;⑤人員、機械撤離，僅考慮設計最大水流力+結構自重。

各工況下棧橋管樁的軸力、彎矩及正應力值如表1所示。

鋼管樁最大軸力522kN，最大應力72.7MPa，經驗算，鋼管樁穩定性、地基承載力、水平推力、抗拔力均滿足要求。

經計算，橋面板、小橫梁、分配梁、連接系的強度、位移及貝雷梁各桿件的內力均滿足設計及規范要求。貝雷梁應按設計要求安裝橫向水平、豎向支撐架，并在端部上下弦設橫向通長槽鋼連接貝雷片，以保證主梁結構整體性。

5? 結語

福建南平市大橫鎮渡改橋工程埂埕大橋臨時施工棧橋，地質水文條件極其復雜，對于臨時棧橋當地流傳著“無橋不跨”，無成功經驗可供借鑒。施工過程中，結合本工程實際施工特點，淺水區通過設置鋼套箱澆筑擴大基礎、直接挖除卵石層;深水區通過設置臨時墩、鉆孔跟進或者灌注混凝土等一系列關鍵技術，成功的完成了南平埂埕大橋臨時施工的施工。到目前為止已順利度過三個汛期，且今年汛期超過設計水位，通過汛期前后棧橋監控數據對比發現，管樁最大下沉量約2cm，最大傾斜度不超過0.5%（含施工偏差），河床最大沖刷為60cm，棧橋整體穩定性能良好，預計明年汛前拆除。該棧橋的成功實施打破了南平建溪臨時棧橋“無橋不跨”的魔咒，可為今后類似復雜水文地質條件修建臨時棧橋提供借鑒[3]。

參考文獻：

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