橋梁深水基礎鋼棧橋及沖孔平臺設計施工技術

劉水康

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

1 概述

所謂深水橋梁，是指在水深大于5 m、河面寬100 m以上的河道或江面施工的大型橋梁。隨著近年來交通建設的發展，跨越深水河道的橋梁越來越多，其橋梁深水基礎的施工技術亦得到了長足的發展。

成樂高速擴容建設項目樂山城區過境復線新建支線段青衣江大橋跨青衣江及河灘而設，青衣江河寬約150 m，路線與河流交角約90°，水流平緩，橋面設計標高受路線控制，起點岸地形較陡峭，止點岸為河灘地，地形平緩。橋梁全長1 028.5 m，其主橋上部為預應力砼連續剛構，下部基礎采用群樁基礎接承臺，墩柱采用雙薄壁空心墩。青衣江大橋主橋L3、L4號主墩均位于青衣江河道內，其中主橋L3主墩處水深大于5 m，屬深水基礎。如何在保證施工安全及質量的前提下進行主橋L3號墩深水基礎的施工，成為本次橋梁施工的一個關鍵環節。

2 鋼棧橋及沖孔平臺總體設計

結合現場實際情況及設計方案，擬采用“一橋一平臺L型布置”的方式上跨河道進行主橋L3號深水基礎的施工。先根據水文資料確定安全的搭設高度，青衣江大橋所處青衣江常水位標高377 m。根據調查，青衣江大橋橋址處50年一遇洪水位為385.76 m，考慮到浪涌高度，決定該橋施工鋼棧橋橋面控制高程為386 m；鋼棧橋設計橋寬6 m，橋面車輛最大行駛時速5 km/h，設計橋面動荷載不大于100 t。

整體采用“一橋一平臺L型布置”方案，具體為：根據便道路線方案，共布置2段棧橋與1個沖孔平臺。其中：1#鋼棧橋全長48 m，用于連接3#墩及其小樁號側2#便道，布置在主體橋梁下游；2#鋼棧橋全長48 m，為平臺鋼棧橋，布置在3#墩沖孔鋼平臺小里程側；3#墩處設置一座鋼平臺作為沖孔平臺，平臺長48 m，寬15 m，與鋼棧橋高程保持一致，整體呈“L”型布置。具體布置如圖1所示。

圖1 青衣江大橋鋼棧橋及沖孔平臺平面布置圖

3 鋼棧橋及沖孔平臺構造設計

3.1 地質情況說明

根據地勘資料顯示，L3號墩地層分布情況從上到下依次為：黏土層約為2.7 m，強風化粉砂質泥巖約為9 m，中風化粉砂巖約38.4 m。使用90型振動錘輔助下沉螺旋焊管樁，且需要對螺旋焊管樁穿管靴，以保證鋼管埋深深度達到設計深度。

3.2 鋼棧橋結構設計

本鋼棧橋單跨跨徑12 m，橋面寬度6 m；鋼棧橋下部結構為螺旋焊管樁樁基墩柱，每排墩按5 m橫距布置2根φ 630 mm×10 mm螺旋焊管樁；螺旋焊管樁間設[12.6槽鋼作為鋼橫聯及斜撐，樁頂橫梁為2I36b的工字鋼。上部主縱梁選用普通“321”型貝雷桁架片，采用6片貝雷梁拼裝而成，每2片一組；貝雷梁上部向按0.25 m間距鋪設I25b分配梁，橋面層鋪設δ10 mm花紋鋼板，防護欄采用標準的A型防護欄；鋼棧橋設計動荷載不大于100 t。受力計算時為保證結構安全，上部結構縱向貝雷桁架采用簡支結構計算，動荷載受力計算安全系數取1.4倍，靜荷載計算安全系數取1.2倍。

3.3 沖孔平臺結構設計

沖孔平臺面寬度15 m，長度及跨徑與棧橋相同；平臺下部基礎采用φ 630 mm×10 mm螺旋焊管樁，布置間距為5.5 m+2 m+5.5 m，單排設置4根；螺旋焊管樁橫向聯結系均采用[20a槽鋼，樁頂橫梁采用2I40a工字鋼。主縱梁仍采用“321”型貝雷桁架梁，上部分配梁采用I36b工字鋼。

平臺上驗算最大荷載根據50 t汽車吊起吊樁基鋼筋籠時計算，動荷載計算安全系數取1.4倍，靜荷載計算安全系數取1.2倍。棧橋與平臺立面布置形式如圖2所示。

圖2 鋼棧橋與鋼平臺立面布置圖

4 鋼棧橋施工

4.1 施工工藝流程

鋼棧橋整體施工工藝流程如下：施工準備—岸邊橋臺施工—測量放樣—插打鋼管—安裝鋼管聯結—安裝柱頂橫梁—安裝貝雷主梁—安裝橋面結構。

4.2 鋼棧橋施工方法

4.2.1 打樁施工

首先架設測量儀器將樁位按照設計要求準確放樣，在鋼棧橋起點位置上將定位樁施設完成，導向架精確吊裝就位，然后運輸φ 630 mm×10 mm螺旋焊管樁至指定樁位。此時按照測量情況，調整履帶吊吊點至管樁滿足相應精度要求(樁心誤差在5 cm以內)位置后，緩慢下放，并使之在自重作用下沉入泥土直至穩定。測量螺旋焊管樁垂直度，滿足要求后安裝90型振動錘，開始低檔振動下沉，待螺旋焊管樁入土3～5 m后即可高檔振動下沉，直至第一節螺旋焊管樁露出地面的長度為2.0 m左右時，停止振動，拆除振動錘。再用履帶吊起第二節螺旋焊管，與第一節螺旋焊管對接，焊接焊縫接長螺旋焊管樁。焊接完成后，安裝振動錘繼續振動，使之下沉至設計要求的高程。

螺旋焊管樁的焊接接長質量是確保管樁施工質量的重要工序。應將螺旋焊管對接處接口預作45°倒角的坡口。螺旋焊管樁接長采用熔透焊接等長環焊縫，焊縫余高不少于2 mm，對接錯邊尺寸不得大于3 mm。對接錯邊大的地方可采用外包加強板、施焊周邊角焊縫進行加強。

停錘控制標準：螺旋焊管樁插打施工如圖3所示，采用貫入度和樁頂標高雙指標控制，具體要求如下。

1)設計樁底標高為中密以上風化巖土層時，根據貫入度變化并對照地質資料，確認樁底已沉入要求的土層，貫入度達到控制貫入度。

2)當貫入度已達到控制貫入度，而樁底標高未到達設計標高時，應繼續錘入0.1 m左右(或錘擊30～60次)，如無異常變化即可停錘；若樁底標高高于設計標高1.5 m以上時，應暫停施工，查明原因。

3)設計樁底標高處為一般黏土或其他松軟土層時，應以標高控制為主，貫入度控制為輔。當樁底已達設計標高但貫入度差別仍較大，應繼續錘擊，使其接近設計要求的貫入度。

4)在同一組樁基中，各樁的最終貫入度和沉入度不宜相差過大，避免因地質不均導致產生不均勻沉降現象。

圖3 螺旋焊管樁插打實景圖

4.2.2 主桁架拼裝

螺旋焊管樁施工完成后，檢查樁的垂直度、深度與設計無誤后，將螺旋焊管樁頂使用氣割切割平整，焊接管內加鋼板，吊放工字鋼分配梁并與螺旋焊管樁頂封頭板焊接。鋼桁架在后方分組拼裝，汽車運輸至鋪設位置，吊機起吊安裝成主桁整體，并與分配梁連結。相鄰兩組貝雷梁之間使用∠75°×8 mm的角鋼，或直接使用“90”花架連接，縱向間距3 m布置。

在已安裝好貝雷縱梁的頂面按照25 cm的間距鋪設25b工字鋼，工字鋼與貝雷立桿支撐共截面。工字鋼與貝雷梁之間通過貝雷片外側焊接[12.6槽鋼作水平限位。

4.2.3 鋪設橋面系

橋面鋼板采用δ10 mm花紋鋼板，花紋鋼板鋪設時錯縫布設。相鄰橋面板間設置1 cm的縫隙，用于防止因鋼板溫度應力得不到釋放而引起的橋面不平整和變形現象。橋面鋼板與分配梁之間通過點焊連接。棧橋欄桿采用標準化設計的A型防護欄桿如圖4所示，并在棧橋上設置航道警示燈；需要夜間施工時，須在現場設置滿足要求的夜間照明設施。

圖4 貝雷鋼棧橋實景圖

5 沖孔平臺施工

沖孔鋼平臺施工工藝及操作要點與鋼棧橋相同，此處不再重復。

6 結語

按照以上“一橋一平臺L型布置”的方法和技術進行青衣江大橋主橋L3號主墩施工，工程施工期間未發生任何質量安全事故，L3號主墩基礎施工質量和安全完全滿足設計和規范要求，施工安全、質量和工期均得到了有效保障，得到了監理及業主的一致好評，其相關施工經驗值得在后期類似工程中進行借鑒和推廣。