深水區(qū)淺覆蓋層錨樁法鋼棧橋設計及施工

李晨，諶捷

（中交第二航務工程局有限公司，武漢430040）

1 工程概況

馬來西亞柔佛州大橋位于馬來西亞半島南部，柔佛州（Tanjung Perlepas）。項目緊鄰新加坡，離新加坡邊境約16 km。項目全長7.5 km，為雙向4車道公路，主要包括橋梁3 000 m，路基4 500 m。主要結(jié)構(gòu)物有橋梁3座，平交路口2個。橋梁橋面寬22.5 m，橋1、橋2位于陸上，橋3為跨蒲萊河（內(nèi)海）大橋，主墩處通航凈寬≥100 m，通航凈高≥25 m，設計速度90 km/h。橋3水上部分采用棧橋方式作為施工通道承擔材料、機械設備、人員的運輸任務。主棧橋分為東西兩側(cè)，分別從陸上向蒲萊河中心搭設，根據(jù)通航要求，中間留出100 m寬的通航道。

2 施工條件

2.1 材料資源及選型

棧橋材料計劃全部由文萊PMB大橋棧橋拆除后周轉(zhuǎn)使用，本地型鋼及螺旋焊管鋼管樁資源較少，且價格高昂。棧橋主要材料：600 mm直徑鋼管樁、I45/H588承重梁、貝雷片、I25及I14分配梁以及10 mm厚鋼板采用文萊周轉(zhuǎn)材料。另外，根據(jù)設計要求，需新購部分直徑為800 mm和1 200 mm的鋼管樁。

2.2 設備資源及選型

本地設備資源較少，設備較為陳舊，且租賃價格高昂。設備操作手必須為本地操作手，幾乎沒有此類結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗。棧橋設計承載能力為SR360旋挖鉆機（自重120 t），棧橋搭設采用100 t履帶吊配合8 t激振力為180 t的液壓振動錘施沉。通過現(xiàn)場實際施工發(fā)現(xiàn)，鋼管樁最多只能施沉到標準貫入度擊數(shù)約40錘處就無法進尺，意味著根據(jù)地勘報告，主墩處鋼管樁最多只能入土2～3 m，無法打到嵌固點以下。

3 棧橋設計

3.1 設計理念

通常對于淺覆蓋層或裸巖地區(qū)棧橋施工，一般會采用“板凳樁”、鋼管樁底端錨固處理、用沖擊錘預成孔后跟進鋼管樁再澆筑混凝土進行錨固等方法。

本項目根據(jù)現(xiàn)有材料及設備資源，無法采用上述方法，對比普通棧橋，設計采用錨樁棧橋形式，通過樁底固結(jié)的錨樁，與棧橋鋼管樁平聯(lián)連接，每排棧橋鋼管樁再通過縱向平聯(lián)連接形成一個整體，大大提高棧橋穩(wěn)定性。在保證結(jié)構(gòu)安全使用的前提下，盡量使用現(xiàn)有設備及周轉(zhuǎn)材料，降低成本。

3.2 棧橋構(gòu)造

根據(jù)不同水深以及不同入土深度將整個主棧橋分為3大區(qū)域，類型1、類型2為普通棧橋，類型3為錨樁棧橋。類型3縱斷面如圖1所示。

圖1 類型3縱斷面

類型1區(qū)水深＜10 m，且鋼管樁能施沉到嵌固點以下（計算為4 m）的區(qū)段。標準跨徑為12 m，采用φ600 mm×10 mm厚鋼管樁，每排鋼管樁采用橫向平聯(lián)連接。根據(jù)地質(zhì)報告，主棧橋東側(cè)1～10跨以及西棧橋1～9跨為此類型棧橋。

類型2區(qū)水深＞10 m，且鋼管樁能施沉到嵌固點以下（計算為4 m）的區(qū)段。標準跨徑為10.5 m，采用φ800 mm×10 mm厚鋼管樁，每排鋼管樁采用橫向平聯(lián)連接。根據(jù)地質(zhì)報告，主棧橋東側(cè)11～20跨以及西棧橋10～17跨為此類型棧橋。

類型3區(qū)水深＞10 m，且鋼管樁不能施沉到嵌固點以下（計算為4 m）的區(qū)段。標準跨徑為7.5 m，采用φ1 200 mm×12 mm厚鋼管樁，每排鋼管樁采用φ600 mm×10 mm厚鋼管橫向和縱向平聯(lián)連接，采用雙拼I25斜撐連接形成格構(gòu)柱，并且每5跨設置錨樁。根據(jù)地質(zhì)報告，主棧橋東側(cè)21～45跨以及西棧橋18～37跨為此類型棧橋。

3.3 錨樁棧橋受力分析

3.3.1 荷載分析

荷載包括：（1）結(jié)構(gòu)自重；（2）移動荷載：100 t履帶吊、45 t SR150旋挖鉆機、8 m3混凝土罐車；（3）水流力[1]。錨樁棧橋上部結(jié)構(gòu)受力計算與普通棧橋相同，不再描述。

3.3.2 錨樁棧橋下部結(jié)構(gòu)受力計算

棧橋下部結(jié)構(gòu)采用Midas Civil建立模型，鋼管樁樁底臨界條件錨樁為固結(jié)，其余為鉸接。全橋在施工階段即施工完第5跨，施工錨樁時受力最不利。經(jīng)Midas Civil計算，棧橋下部結(jié)構(gòu)受力計算匯總見表1。

表1 棧橋下部結(jié)構(gòu)受力計算匯總

3.3.3 錨樁施工及嵌巖要求

錨樁棧橋每5跨需在棧橋兩側(cè)增設錨樁。當在第5跨棧橋完成搭設后，施工錨樁，先施工迎水面?zhèn)儒^樁，2根錨樁施工完成，并待錨樁樁身混凝土達到規(guī)定強度后，才可繼續(xù)進行下一跨棧橋施工。

錨樁采用C30混凝土，嵌巖深度≥3倍樁徑，巖層單軸抗壓強度≥5 000 kPa，同時混凝土灌注高度需滿足混凝土與管樁的接觸長度≥3倍樁徑。混凝土灌注前，需放置鋼筋籠，樁基配筋需滿足規(guī)范要求。

3.4 錨樁棧橋施工

3.4.1 總體施工工藝

材料到場后，對鋼管樁進行除銹、橫梁制作、貝雷片的拼裝，施工現(xiàn)場進行鋼管接長、平聯(lián)、橫梁、貝雷片安裝以及橋面系安裝焊接，總體施工工藝如圖2所示。

圖2 總體施工工藝流程圖

3.4.2 總體施工方法

棧橋采用“釣魚法”施工，從一側(cè)開始進行平臺搭設。機械設備采用80 t/100 t履帶吊配振動錘，具體為：

1）利用履帶起重機提升振樁錘沉放鋼管樁；

2）鋼管樁沉放就位，安裝主梁；

3）利用履帶起重機安裝貝雷梁；

4）利用履帶起重機安裝橋面系。

3.4.3 鋼管樁施沉

由于水較深，且類型3棧橋鋼管樁入土深度淺，單樁無法穩(wěn)定，需提前制作鋼管樁施沉導向架，安裝在貝雷梁上。履帶吊起振動錘并夾好鋼管樁后，利用履帶吊擺動大臂將鋼管樁插入導向架定位孔中，通過提前引至導向架上的鋼管樁的點位，進行鋼管樁定位。無誤后開啟振動錘進行施沉直至達到設計高程。沉樁過程中，利用吊錘在棧橋及導向架2個垂直方向進行垂直度檢查，保證最終樁的垂直度滿足要求[2]。

3.4.4 平聯(lián)鋼管及斜撐安裝

鋼管樁施沉后，在低潮位時安裝φ420 mm×6 mm/φ600 mm×10 mm鋼管平聯(lián)，增強其穩(wěn)定性。平聯(lián)通過哈佛接頭與鋼管樁焊接牢固。

對于類型3錨樁棧橋，由于單樁入土深度較淺，無法穩(wěn)定，需要先將平聯(lián)及斜撐與鋼管樁連接后再拆除導向架。提前預制好縱向平聯(lián)及斜撐，鋼管樁施沉后整體吊裝至設計位置將鋼管樁與上一跨鋼管樁通過哈佛接頭連接并滿焊，拆除導向架，焊接橫向平聯(lián)及相關斜撐。

3.4.5 承重梁及貝雷梁安裝

采用雙拼I45或HM588 mm×300 mm×12 mm×20 mm作為承重梁，樁頂采用16 mm鋼板作為樁帽板，四周焊接加強勁板。安裝時將首排鋼管樁經(jīng)測量復核后將高于理論標高的多余鋼管樁切割并找平，后續(xù)采用水平管進行測量并切割，由于水平管操作存在人工誤差，因此，需每隔兩跨進行測量復核。找平后安裝樁帽并焊接在鋼管樁上，安裝承重梁，并將加強勁板焊接牢固。

貝雷梁在后場組拼，并運輸?shù)綏蚯岸耍陕膸У醢惭b。安裝過程中需保持順直，防止棧橋偏位，每隔兩跨進行測量復核。安裝就位后，在主橫梁上用騎馬卡板進行限位。

3.4.6 面板及附屬安裝

按1.5 m間距鋪設I25a作為橫向分配梁并用U形螺栓與貝雷梁固定。每根橫向分配梁上安裝5個U形螺栓，相鄰的橫向分配梁上U形螺栓交替布置。橫向分配梁固定好后，按照0.3 m的間距鋪設I14作縱向分配梁，縱向分配梁與橫向分配梁交接處滿焊。

鋼棧橋面板采用8 000 mm（6 000 mm）×1 500 mm×10 mm鋼板，鋼板焊接在I14上。鋼板縱向分幅鋪設，每幅之間留有2 cm空隙以便與I14焊接。

棧橋欄桿高1.0 m，采用φ48 mm×3.5 mm普通鋼管焊接而成，立柱間距1.5 m，焊在貼腳板[25上，欄桿及貼腳板統(tǒng)一用紅白油漆涂刷，交替布置，達到既簡潔又美觀。

3.4.7 錨樁施工

類型3錨樁棧橋，第5跨施工完成后進行錨樁施工，具體施工步驟包括：

1）按照設計位置以及上述方法沉錨樁護筒（φ1 200 mm），并且臨時固定。

2）履帶吊退出，采用SR250鉆機鉆孔，鉆至設計深度終孔，由于河床覆蓋層淺，以下為硬質(zhì)黏土或者強風化巖層，故無須泥漿護壁，采用清水鉆。錨樁直徑為φ1 000 mm。

3）成孔后，鉆機退出，若護筒嵌巖不足3 m，采用履帶吊及振動錘跟進護筒，直至滿足要求，然后焊接護筒與棧橋鋼管樁之間平聯(lián)，將錨樁護筒和棧橋鋼管樁連接。

4）采用履帶吊將后場提前預制好的鋼筋籠下放安裝并臨時固定在護筒上，共計1節(jié)。

5）安裝導管及大料斗，按照樁基施工首封混凝土流程澆筑錨樁水下混凝土至設計高度。

6）等錨樁混凝土強度達到設計值后上履帶吊進行棧橋下一跨施工。

4 施工關鍵控制要點

施工關鍵控制要點主要內(nèi)容有：

1）由于地質(zhì)可能存在起伏變化，要求對每根鋼管樁施沉進行入土深度記錄，一旦入土深度不能達到嵌固點以下，就采用類型3錨樁棧橋。

2）由于鋼管樁入土深度較淺，無法單獨穩(wěn)定，在施沉時必須采用導向架，施沉完后必須將鋼管樁與上一跨鋼管樁通過平聯(lián)連接穩(wěn)定后再拆除導向架。

3）對于整個類型3棧橋，其穩(wěn)定性主要是通過錨樁與棧橋鋼管樁之間的連接得以加強，故錨樁與鋼管樁之間的平聯(lián)焊縫質(zhì)量必須特別重視。另外，通過錨樁連接的棧橋需要通過縱向平聯(lián)將每跨連成一個整體，共同抵抗水平外力，增強棧橋穩(wěn)定性，所以縱向平聯(lián)的焊縫質(zhì)量也應該特別重視。在今后的棧橋維護過程中，錨樁與鋼管樁之間以及錨樁縱向平聯(lián)這兩個位置的焊縫質(zhì)量作為重點檢查位置。

5 結(jié)語

針對馬來西亞柔佛州大橋主墩處深水、淺覆蓋層的特點，結(jié)合現(xiàn)場現(xiàn)有資源，通過設計及實施采用錨樁法，克服因水深大鋼管樁自由端大導致的穩(wěn)定性不足，以及由于鋼管樁入土深度淺導致鋼管樁樁底約束不足引起的棧橋穩(wěn)定性問題。在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下，節(jié)約成本，可為同類型深水區(qū)淺覆蓋層棧橋施工提供借鑒經(jīng)驗。