某高樁碼頭工程鋼棧橋及鉆孔平臺施工技術

■郭梅輝

（福建省湄洲灣港口發(fā)展中心水運工程質量安全技術站，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，項目北側為在建的東港石化頭（5#泊位），南側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

湄洲灣海域屬強潮海區(qū)，潮汐性質屬于正規(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，潮差由口外向口內逐漸增大。項目所在地區(qū)屬亞熱帶海洋性氣候， 受季風環(huán)流的影響，四季分明，雨量豐富。 7-9 月通常為臺風季節(jié)，為臺風活動頻率集中期。 根據(jù)歷年秀嶼氣象站觀測結果，項目設計風速：21 m/s（9 級），極端風速：27 m/s。

1.3 地質情況

場地地貌屬于海灣沉積地貌，地勢自西向東傾斜。場地后方護岸已形成，陸域已回填完成。碼頭內側海域分布有礁盤。 場地內巖土體種類較簡單，碼頭所在區(qū)域原泥面標高在-10.1～-16.4 m，強風化花崗巖巖面標高在-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。 典型地質剖面見圖3。

圖3 典型地質剖面圖

2 施工方案

4 號泊位工程碼頭為高樁梁板結構， 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、預制構件、施工材料的運輸提供有利方便的交通條件。

本項目在引橋北側和碼頭平臺西側設置鋼棧橋作為施工通道，鋼棧橋設計全長751.4 m，面積約5 542.2 m2，總計68 跨，引橋段設置棧橋共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置27 m×18 m 平臺，用于構件出運和長大車輛調頭。 考慮到引橋及碼頭平臺樁基施工，在設計樁基處設置鋼鉆孔作業(yè)平臺。 本項目共搭設各類型鉆孔平臺46 座，搭設面積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、鉆孔平臺設計

3.1 鋼棧橋結構設計

3.1.1 8 m 寬棧橋結構設計

本項目鋼棧橋設計寬8 m， 標準跨徑12 m；棧橋上部橋面板采用20 cm 厚預制鋼筋混凝土板，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；鋼棧橋基礎采用Φ630×10 mm鋼管樁，連續(xù)墩基礎采用單排三根樁，制動墩基礎采用雙排六根樁；鋼管樁之間采用［20a 型鋼做為聯(lián)結系；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 寬棧橋結構設計

碼頭后方鋼棧橋設計寬6 m， 標準為跨徑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 以上的鋼便橋基礎采用Φ630×10 mm 鋼管樁， 海床面低于-12.0 m 以下的鋼便橋基礎采用Φ800×10 mm 鋼管樁；連續(xù)墩基礎采用單排兩根樁，制動墩基礎采用雙排四根樁；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 鉆孔平臺設計

3.2.1 平面設計

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。 具體鉆孔平臺設計情況見圖7。

圖7 鉆孔平臺縱、橫斷面示意圖

3.2.2 基礎設計

鉆孔平臺基礎采用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)結系，將所有鋼管聯(lián)結成整體，相當于導管架體系；鋼管樁樁頂布置單層2 工40a 分配梁。

3.2.3 上部結構設計

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。 平臺上部結構鋪設750 mm 間距的工20a 作為橫向分配梁， 鋪設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 海堤處鋼管樁基礎結構形式

鋼棧橋出發(fā)段處于已建海堤處，海堤采用拋石斜坡堤結構，受海堤特殊結構影響，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，使基礎落在拋石巖層上，利用低潮位進行混凝土擴大基礎施工。 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。 鋼棧橋海堤處地質情況見圖8。

圖8 鋼棧橋海堤處地質剖面圖

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，其結構安全是保證項目順利實施的關鍵，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行模擬計算。 8 m 鋼棧橋采用單跨載重800 kN 荷載進行設計計算，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，鋼棧橋寬度有限，考慮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行組合。

計算結果表明， 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、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的工作方式，每跨棧橋鋼管樁施工完成后按照從下而上進行平聯(lián)、主橫梁、貝雷片、分配梁、橋面板及安全護欄等的施工，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。 “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→首跨鋼棧橋上部結構施工→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→附屬設施安裝→重復步驟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向架配合施工，將已施工完成的便橋前端貝雷梁與導向架末端銷接，利用導向架按設計預留孔位導向施工，整排鋼管樁沉樁完成后移開導向架，鋪設上部結構及橋面板等，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生的偏斜，需由現(xiàn)場作業(yè)人員進行垂直度校正，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)定后架設貝雷梁形成臨時橋面結構，在鋼管樁位置安裝臨時護筒， 采用沖擊鉆鉆孔進行栽樁，栽樁深度為3 m。 成孔后，護筒內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筒內沉放鋼管樁，待7 d 砼強度滿足要求后即開始進行上部結構安裝。 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計位置；微調主橫梁， 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，面板鋪設完成后在兩側設置安全護欄。

5 結論

湄洲灣港內絕大多數(shù)液體化工碼頭均采用高樁梁板式設計， 臨時鋼棧橋及鉆孔平臺高效應用于高樁碼頭施工；本項目地質相對復雜，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構順利施工的關鍵措施。施工過程中針對不同特點、難點采取相應的施工措施及方法，尤其采用混凝土擴大基礎，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，為同類項目臨時施工平臺施工提供借鑒和參考。