某高樁碼頭工程鋼棧橋及鉆孔平臺施工技術(shù)

■郭梅輝

（福建省湄洲灣港口發(fā)展中心水運工程質(zhì)量安全技術(shù)站，莆田 351100）

1 工程概況

1.1 項目概況

湄洲灣港肖厝港區(qū)鯉魚尾作業(yè)區(qū)4 號泊位工程位于福建省泉州市泉港區(qū)洋嶼岸段，項目北側(cè)為在建的東港石化頭（5#泊位），南側(cè)為已建的振戎石化碼頭（3#泊位）。 4 號泊位工程是一個5 萬噸級液體化工泊位，并可停泊2 艘5000GT 液化烴船。水工建筑物主要包括碼頭、引橋、警示護(hù)欄等。 具體位置圖及項目效果圖見圖1、圖2。

圖1 項目地理位置圖

圖2 項目效果圖

1.2 水文及氣象情況

湄洲灣海域?qū)購姵焙^(qū)，潮汐性質(zhì)屬于正規(guī)半日潮。湄洲灣潮差大，平均潮差4.60 m 以上，最大潮差7.0 m 以上，潮差由口外向口內(nèi)逐漸增大。項目所在地區(qū)屬亞熱帶海洋性氣候， 受季風(fēng)環(huán)流的影響，四季分明，雨量豐富。 7-9 月通常為臺風(fēng)季節(jié)，為臺風(fēng)活動頻率集中期。 根據(jù)歷年秀嶼氣象站觀測結(jié)果，項目設(shè)計風(fēng)速：21 m/s（9 級），極端風(fēng)速：27 m/s。

1.3 地質(zhì)情況

場地地貌屬于海灣沉積地貌，地勢自西向東傾斜。場地后方護(hù)岸已形成，陸域已回填完成。碼頭內(nèi)側(cè)海域分布有礁盤。 場地內(nèi)巖土體種類較簡單，碼頭所在區(qū)域原泥面標(biāo)高在-10.1～-16.4 m，強風(fēng)化花崗巖巖面標(biāo)高在-13.63～-20.65 m， 巖面起伏較大，碼頭前沿基巖覆蓋層較淺，局部近乎裸巖。 典型地質(zhì)剖面見圖3。

圖3 典型地質(zhì)剖面圖

2 施工方案

4 號泊位工程碼頭為高樁梁板結(jié)構(gòu)， 碼頭及引橋樁基均采用灌注型嵌巖樁，均需水上施工，為滿足嵌巖樁施工需求，需搭設(shè)臨時水上施工通道和作業(yè)平臺，臨時鋼棧橋及鉆孔平臺的投入建設(shè)可有效改善水上作業(yè)條件， 減少水上作業(yè)船舶數(shù)量與時間，為碼頭模板、預(yù)制構(gòu)件、施工材料的運輸提供有利方便的交通條件。

本項目在引橋北側(cè)和碼頭平臺西側(cè)設(shè)置鋼棧橋作為施工通道，鋼棧橋設(shè)計全長751.4 m，面積約5 542.2 m2，總計68 跨，引橋段設(shè)置棧橋共43 跨長462.9 m，橋面寬度8 m，碼頭平臺段棧橋共25 跨長288.5 m，寬6 m。 同時在引橋段與碼頭段鋼棧橋交接處設(shè)置27 m×18 m 平臺，用于構(gòu)件出運和長大車輛調(diào)頭。 考慮到引橋及碼頭平臺樁基施工，在設(shè)計樁基處設(shè)置鋼鉆孔作業(yè)平臺。 本項目共搭設(shè)各類型鉆孔平臺46 座，搭設(shè)面積8 250 m2。 具體布置圖見圖4。

圖4 鋼棧橋及鉆孔平臺平面布置圖

3 鋼棧橋、鉆孔平臺設(shè)計

3.1 鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1.1 8 m 寬棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目鋼棧橋設(shè)計寬8 m， 標(biāo)準(zhǔn)跨徑12 m；棧橋上部橋面板采用20 cm 厚預(yù)制鋼筋混凝土板，橋面板尺寸為（2×8）m；棧橋承重縱梁采用“321”貝雷梁，橫向布置8 排；鋼棧橋基礎(chǔ)采用Φ630×10 mm鋼管樁，連續(xù)墩基礎(chǔ)采用單排三根樁，制動墩基礎(chǔ)采用雙排六根樁；鋼管樁之間采用［20a 型鋼做為聯(lián)結(jié)系；連續(xù)墩墩頂采用單層2 工40a 分配梁；制動墩頂墩頂橫橋向采用2 工40a 作為分配梁，順橋向采用2 工45a 型鋼組作為分配梁。 8 m 寬鋼棧橋斷面見圖5。

圖5 8 m 寬鋼棧橋斷面示意圖

3.1.2 6 m 寬棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

碼頭后方鋼棧橋設(shè)計寬6 m， 標(biāo)準(zhǔn)為跨徑12 m； 棧橋上部橋面板采用8 mm 厚花紋板+工14組成的密橫梁體系橋面板，工14 間距25 cm 每道，并在橋面板下放設(shè)置三道工10 做為背帶； 棧橋承重縱梁采用“321”貝雷梁，橫向布置6 排；海床面在-12.0 m 以上的鋼便橋基礎(chǔ)采用Φ630×10 mm 鋼管樁， 海床面低于-12.0 m 以下的鋼便橋基礎(chǔ)采用Φ800×10 mm 鋼管樁；連續(xù)墩基礎(chǔ)采用單排兩根樁，制動墩基礎(chǔ)采用雙排四根樁；鋼管樁之間采用2［20a 型鋼（扣成盒狀）做為聯(lián)結(jié)系；連續(xù)墩墩頂采用單層2 工40a 分配梁；制動墩頂墩頂順橋向均采用2 工45a 型鋼組作為分配梁， 橫向采用2 工40a分配梁。 6 m 寬鋼棧橋斷面見圖6。

圖6 6 m 寬鋼棧橋斷面示意圖

3.2 鉆孔平臺設(shè)計

3.2.1 平面設(shè)計

平臺共計11 種尺寸及類型（A～L 型），共布置46 個平臺，分為不帶支棧橋鉆孔平臺和帶支棧橋鉆孔平臺。 其中數(shù)量最多的A 型，平面尺寸為12 m×4 m；面積最大的E 型，平面尺寸為42 m×14 m。 具體鉆孔平臺設(shè)計情況見圖7。

圖7 鉆孔平臺縱、橫斷面示意圖

3.2.2 基礎(chǔ)設(shè)計

鉆孔平臺基礎(chǔ)采用Φ630×10 mm 鋼管樁，具體布置形式根據(jù)鉆孔平臺大小和設(shè)計跨徑布置，最大樁間距不超過5.5 m；鋼管樁之間采用Φ326×6 mm鋼管做為聯(lián)結(jié)系，將所有鋼管聯(lián)結(jié)成整體，相當(dāng)于導(dǎo)管架體系；鋼管樁樁頂布置單層2 工40a 分配梁。

3.2.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

鉆孔平臺數(shù)量較多，多種尺寸，其中帶支棧橋的平臺最大跨徑為12 m。 平臺上部結(jié)構(gòu)鋪設(shè)750 mm 間距的工20a 作為橫向分配梁， 鋪設(shè)220 mm 間距的[20a 作為縱向分配梁。 鉆孔平臺承重縱梁采用“321”貝雷梁。

3.3 海堤處鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式

鋼棧橋出發(fā)段處于已建海堤處，海堤采用拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，受海堤特殊結(jié)構(gòu)影響，此處鋼棧橋鋼管樁無法正常插打， 為了降低施工難度和費用，在滿足海堤整體穩(wěn)定的前提下，拋石較厚P1、P2 排架鋼管樁采用混凝土擴大基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)落在拋石巖層上，利用低潮位進(jìn)行混凝土擴大基礎(chǔ)施工。 拋石層較薄區(qū)域排架采用局部挖除鋼管樁位置塊石后正常沉樁施工。 鋼棧橋海堤處地質(zhì)情況見圖8。

圖8 鋼棧橋海堤處地質(zhì)剖面圖

3.4 鋼棧橋受力計算

鋼棧橋和鉆孔平臺作為本項目施工的重要通道和主要作業(yè)平臺，其結(jié)構(gòu)安全是保證項目順利實施的關(guān)鍵，為保證施工期安全，采用有限元軟件對鋼棧橋和鉆孔平臺受力進(jìn)行模擬計算。 8 m 鋼棧橋采用單跨載重800 kN 荷載進(jìn)行設(shè)計計算，車輛限速不大于10 km/h，履帶吊最大行走速度按1 km/h。鋼棧橋和鉆孔平臺計算時，鋼棧橋?qū)挾扔邢蓿紤]50 t履帶吊和重載汽車兩者在同一橫斷面上會車工況，同時考慮水流、風(fēng)荷載等影響；鉆孔平臺支棧橋部分考慮上50 t 履帶吊機，鉆孔區(qū)域位置考慮上沖擊鉆機、儲渣槽、泥漿池等，履帶吊機荷載與鉆機荷載進(jìn)行組合。

計算結(jié)果表明， 鋼棧橋和鉆孔平臺的貝雷梁、橫向分配梁、 縱向分配梁及鋼管樁均滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。

4 鋼棧橋、鉆孔平臺施工

根據(jù)地質(zhì)、水文情況，采用“釣魚法”工藝完成水上鋼棧橋及鉆孔平臺的搭設(shè)施工[1]，即使用履帶吊配合振動錘施工鋼管樁、每跨形成單個工作面逐步推進(jìn)的工作方式，每跨棧橋鋼管樁施工完成后按照從下而上進(jìn)行平聯(lián)、主橫梁、貝雷片、分配梁、橋面板及安全護(hù)欄等的施工，一跨施工完成后履帶吊繼續(xù)向前，開始下一跨鋼棧橋和平臺搭設(shè)。 “釣魚法”施工工藝見圖9。

圖9 釣魚法施工示意圖

主要施工流程：橋臺施工→首排鋼管樁施工→首跨鋼棧橋上部結(jié)構(gòu)施工→鋼管樁就位→鋼管樁施沉→樁間連接系及主梁安裝施工→貝雷梁安裝→橋面板安裝→附屬設(shè)施安裝→重復(fù)步驟4～9至棧橋完成。

4.1 鋼管樁施工

（1）鋼管樁沉管采用懸臂定位導(dǎo)向架配合施工，將已施工完成的便橋前端貝雷梁與導(dǎo)向架末端銷接，利用導(dǎo)向架按設(shè)計預(yù)留孔位導(dǎo)向施工，整排鋼管樁沉樁完成后移開導(dǎo)向架，鋪設(shè)上部結(jié)構(gòu)及橋面板等，后繼續(xù)下一孔便橋施工。 （2）沉樁過程中，通過50 t 履帶吊吊裝鋼管至導(dǎo)向架矩形框中，先利用鋼管樁自身重力下落并沉入土中。 施工過程中需考慮到管樁受水流影響產(chǎn)生的偏斜，需由現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行垂直度校正，糾正偏差。 （3）采用履帶吊吊裝DZ90 型振動錘，夾緊鋼管樁，振動下沉。 為避免形成最不利截面，沉樁過程必須保證同排的鋼管樁接頭錯開[2]。

4.2 裸巖錨樁施工

碼頭棧橋部分區(qū)域覆蓋層小于2 m， 對此區(qū)域的鋼管樁采用栽樁法進(jìn)行錨固處理。 錨固樁采用鉆孔灌注樁施工工藝，施工時先插打完成周邊板凳樁，平聯(lián)穩(wěn)定后架設(shè)貝雷梁形成臨時橋面結(jié)構(gòu)，在鋼管樁位置安裝臨時護(hù)筒， 采用沖擊鉆鉆孔進(jìn)行栽樁，栽樁深度為3 m。 成孔后，護(hù)筒內(nèi)沉渣清理合格后下放鋼筋籠，灌注水下混凝土。 混凝土澆筑完成后立即在護(hù)筒內(nèi)沉放鋼管樁，待7 d 砼強度滿足要求后即開始進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)安裝。 現(xiàn)場施工情況見圖10。

圖10 栽樁法施工圖

4.3 平聯(lián)、斜撐、主橫梁及貝雷梁施工

（1）平聯(lián)、斜撐及主橫梁在后場加工成整體后整體吊裝，縮短現(xiàn)場安裝時間。 （2）在后場將斜撐與主橫梁通過節(jié)點板焊接固定，將平聯(lián)與斜撐臨時焊接固定；鋼管樁施打完成后水準(zhǔn)儀測放出樁頂切割線完成樁頂切割（或接長）。 （3）整體吊裝平聯(lián)、斜撐及主橫梁， 將主橫梁放置在鋼管樁頂設(shè)計位置；微調(diào)主橫梁， 安裝平聯(lián)、 斜撐與鋼管樁間的連接板。（4）貝雷梁安裝前，在地面先拼裝成12 m 1 段的架體，用履帶吊逐段進(jìn)行吊裝。 安裝就位后，通過槽鋼制作而成的門式限位裝置焊接固定在主橫梁上，限制貝雷梁的橫向位移。

4.4 橋面板安裝

貝雷梁安裝完后，吊裝組合鋼面板。 單跨鋼面板安裝完成后利用U 型卡板將組合鋼面板與貝雷梁上弦桿固定，與組合面板連接處采用焊接固定。

棧橋橋面板采用尺寸為8000 mm×2000 mm×200 mm 混凝土面板，現(xiàn)場測定固定面板位置后，分塊吊裝，限位板與貝雷梁對齊焊接固定，面板鋪設(shè)完成后在兩側(cè)設(shè)置安全護(hù)欄。

5 結(jié)論

湄洲灣港內(nèi)絕大多數(shù)液體化工碼頭均采用高樁梁板式設(shè)計， 臨時鋼棧橋及鉆孔平臺高效應(yīng)用于高樁碼頭施工；本項目地質(zhì)相對復(fù)雜，覆蓋層淺薄，存在人工拋石區(qū)等均為湄洲灣高樁碼頭的典型特點，鋼棧橋及鉆孔平臺施工是本工程樁基及上部結(jié)構(gòu)順利施工的關(guān)鍵措施。施工過程中針對不同特點、難點采取相應(yīng)的施工措施及方法，尤其采用混凝土擴大基礎(chǔ)，栽樁法成樁等具體措施，可保證如期完成鋼棧橋和鉆孔平臺施工，為項目順利實施打下堅實基礎(chǔ)，為同類項目臨時施工平臺施工提供借鑒和參考。