山區(qū)重丘深水淺覆蓋層庫區(qū)棧橋及鉆孔平臺(tái)施工技術(shù)研究

◎王歡 張大軍 中交（長沙）建設(shè)有限公司

棧橋是施工過程中的臨時(shí)通道，同時(shí)也是建設(shè)項(xiàng)目中的大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)。在跨江、跨河、跨越水庫等建設(shè)項(xiàng)目中，為了保證貫通路線，高效率地完成施工任務(wù)，施工單位往往會(huì)選擇搭設(shè)臨時(shí)棧橋的方式保證施工任務(wù)順利完成。結(jié)合實(shí)際情況來看，近些年來，我國的基建項(xiàng)目逐漸向山區(qū)、庫區(qū)方面發(fā)展，這就意味著項(xiàng)目的實(shí)施需要解決高山、深水、深溝等現(xiàn)實(shí)問題，在這種背景下，大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)也趨向于復(fù)雜化形勢發(fā)展。進(jìn)一步而言，常規(guī)性的棧橋已經(jīng)無法有效地滿足復(fù)雜地形的需求，如何有效地保證施工安全及施工質(zhì)量，成為本文研究的主要內(nèi)容。

1.工程概況

本文以S238安化縣東坪至渠江公路獅子山大橋橫跨柘溪水庫建設(shè)項(xiàng)目作為研究案例，該項(xiàng)目中的0#～1#墩棧橋設(shè)計(jì)使用φ1200×14mm鋼管樁基礎(chǔ)形式，斜向支撐設(shè)計(jì)使用φ630×8mm、φ426×6mm。棧橋的兩側(cè)設(shè)計(jì)有護(hù)欄、照明設(shè)備、警示裝置等。橋梁的橋臺(tái)設(shè)計(jì)為樁柱式橋臺(tái)，1#、5#橋墩設(shè)計(jì)采用的是墻式橋橋墩，2#、3#、4#橋墩設(shè)計(jì)采用的是雙肢薄壁式橋墩。

2.工程難點(diǎn)及對(duì)策

（1）該項(xiàng)目中的施工難點(diǎn)：結(jié)合實(shí)際情況而言，該項(xiàng)目中的棧橋?qū)儆谑堑湫偷膸靺^(qū)深水類型棧橋，水庫與外界水系不連通，大型的水上起重設(shè)備無法進(jìn)場，且?guī)靺^(qū)內(nèi)有明確的通航要求，管樁沉放質(zhì)量會(huì)受到水深、涌浪等因素的影響；水下巖層破碎、且覆蓋層較小，會(huì)對(duì)棧橋施工有較大的不利影響。

（2）具體的解決措施：由于該水庫與外界水系不通航，庫區(qū)內(nèi)大型水上起重設(shè)備無法進(jìn)場，為保證棧橋施工擬采用履帶吊上船解決庫區(qū)無大型起重設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)大跨徑棧橋搭設(shè)提供必要的設(shè)備保障條件。采用大直徑鋼管樁、大跨徑布置，利用大直徑鋼管樁的剛度及大跨徑布置減小水流力對(duì)棧橋的橫向穩(wěn)定性的影響。同時(shí)，加大管樁施工質(zhì)量的控制力度，保證管樁的接縫質(zhì)量及成樁的垂直度和進(jìn)入覆蓋層的深度，來確保棧橋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[1]。

3.棧橋設(shè)計(jì)布置比選

由表1可知，比選分析：0#-1#墩鋼棧橋橋位處最大水深達(dá)48m，1#墩緊鄰山坡坡腳，巖面傾斜，覆蓋層淺薄，且?guī)靺^(qū)內(nèi)無打樁船及大型起重船設(shè)備資源，鋼管樁施工設(shè)備受限，施工難度大，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，同時(shí)棧橋平臺(tái)施工工期在本項(xiàng)目的關(guān)鍵線路上，工期進(jìn)度緊壓力大。

表1 棧橋設(shè)計(jì)方案比選

確保施工安全的前提下，盡量減少鋼管樁數(shù)量，以加快棧橋施工進(jìn)度同時(shí)降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)為首要考慮因素，因此推薦方案二：采用大跨度棧橋布置方案。

4.棧橋施工

施工中體順序按照：先岸側(cè)后江側(cè)，先上游后下游的施工順序進(jìn)行。施工采用90t履帶吊（履帶吊固定在600t汽渡船上）+120振動(dòng)錘初打鋼管樁立樁+12t液壓沖擊錘施打鋼管樁跟進(jìn)入巖工藝。

4.1 設(shè)備選型

1）振動(dòng)錘選型。考慮振動(dòng)錘是否滿足施工地址條件的沉樁要求，主要考慮振動(dòng)錘的激振力P0是否大于被振沉構(gòu)件與土的動(dòng)側(cè)摩擦阻力TV，即P0＞TV；

液化系數(shù)μ:0.1～0.4,取0.3

經(jīng)計(jì)算最大動(dòng)側(cè)摩阻力為456.69kN，小于120錘額定激振力823kN。

2）履帶吊選型。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況，履帶吊最大工作半徑10m，取吊重最大工況荷載23.56t，參考三一SCC900A履帶吊起重性能表，得出結(jié)論：90t履帶吊吊幅10m工況下，吊重27.1t＞23.56t，滿足最大吊重要求。詳見圖1。

圖1 履帶吊起重性能參數(shù)

3）600t汽渡船穩(wěn)定性、剛度驗(yàn)算。委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位，通過對(duì)90t履帶吊上船的各工況條件下的穩(wěn)定性及剛度驗(yàn)算，結(jié)果表明600t汽渡船搭載90t履帶吊做為本項(xiàng)目的水上起重設(shè)備滿足要求。詳見表2。

表2 600t汽渡船剛度驗(yàn)算

4.2 鋼管樁施打

首先按照施工順序和設(shè)計(jì)的管樁位置為基準(zhǔn)，進(jìn)行船舶定位。船舶定位采用GPS定位+拋錨固定。

鋼管樁沉放應(yīng)該分節(jié)段進(jìn)行，單節(jié)鋼管樁的長度為12m，待鋼管樁運(yùn)輸至施工現(xiàn)場以后，施工人員應(yīng)該對(duì)樁身進(jìn)行標(biāo)記，便于沉樁作業(yè)控制精準(zhǔn)度。當(dāng)沉樁準(zhǔn)備工作做好之后，履帶吊主鉤起吊振動(dòng)錘，調(diào)節(jié)振動(dòng)錘的液壓夾具，使其夾緊鋼管樁，利用振動(dòng)錘和鋼管樁的自重將樁身初步壓入泥面。測量復(fù)測樁位和垂直度，偏差滿足要求后，開啟振動(dòng)錘激振管樁入泥。在沉樁過程中要進(jìn)行測量監(jiān)測，并做好沉樁記錄[2]。

振動(dòng)錘進(jìn)行立樁穩(wěn)定后，液壓沖擊錘跟進(jìn)沖擊沉樁。開始沖擊時(shí)要控制沖擊錘的沖程和頻率（一般沖程不超過0.2m），在沖擊過程中需一直觀察管樁是否偏移，錘體是否偏移，定位架是否偏移及松散，限位架的焊縫是否開裂、管樁狀態(tài)（是否與限位、定位架有咬合）等情況，若發(fā)現(xiàn)有問題及時(shí)停止沖錘進(jìn)行調(diào)整，隨著管樁入土深度增加逐漸調(diào)整沖程，記錄沖擊過程中的每次錘數(shù)、沖程和入土深度及累計(jì)入土深度。隨著樁體深入結(jié)構(gòu)層的深度逐漸增大，而逐漸增大沖擊錘的沖程，直至樁體沉放就位。

在沉放鋼管樁過程中，必須保證樁體深入至巖層，且不再繼續(xù)下沉即可停止捶打，同時(shí)保證樁基的承載力符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼管樁沉放可以利用標(biāo)高進(jìn)行控制，將樁體的貫入度作為輔助檢查方法。當(dāng)樁體沉放至設(shè)計(jì)標(biāo)高以后，同時(shí)貫入度未超過3cm/10錘時(shí)，施工人員即可停止沉樁作業(yè)，轉(zhuǎn)而對(duì)下一個(gè)鋼管樁進(jìn)行作業(yè)。如若樁體的沉放并未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，但是貫入度未超過3cm/10錘時(shí)，施工人員應(yīng)停止振動(dòng)錘，并分析具體的原因，并選擇合適的方式進(jìn)行處理[3]。

4.3 平聯(lián)斜撐安裝

當(dāng)鋼管樁沉放就位以后，棧橋首跨和第二跨平聯(lián)斜撐及上部結(jié)構(gòu)用600t汽渡船搭載90t履帶吊進(jìn)行水上施工，其余部位采用50t履帶吊上棧橋采用“釣魚法”逐跨安裝。棧橋上下層平聯(lián)采用φ630×8mm鋼管，立即將其與已沉放完畢的鋼管樁連成整體，防止單樁在水流作用下發(fā)生偏位，平聯(lián)之間的連接通過“哈佛接頭”焊接連接，具體的操作方法為：因鋼管樁的沉放實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置存在一定的偏差，平聯(lián)與樁體之間的弧度控制難度比較大，所以使用“哈佛接頭”的連接方式連接平聯(lián)。

鋼管可以直接在加工廠進(jìn)行下料，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝。鋼管平聯(lián)可以按照設(shè)計(jì)值適當(dāng)?shù)目s減40cm進(jìn)行下料，將鋼管的一端加工為垂直斷面。“哈佛接頭”的內(nèi)徑可以適當(dāng)?shù)卮笥谄铰?lián)的外徑1cm，長度則可以按照70cm進(jìn)行下料。

4.4 上部結(jié)構(gòu)施工

4.4.1 主橫梁安裝

棧橋的主橫梁使用2HM588mm×300mm型鋼搭設(shè)而成，作業(yè)平臺(tái)的主橫梁則是使用2HM588×300mm型鋼搭設(shè)而成。所有的型鋼可以直接在加工廠進(jìn)行制作，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場以后進(jìn)行安裝。

4.4.2 貝雷片安裝

①平臺(tái)貝雷片安裝。平臺(tái)部位的貝雷片每跨的最大長度設(shè)置為18m，最重的貝雷片通過三拼構(gòu)成一組，總重量為5.4。貝雷片拼接完成以后，統(tǒng)一運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，然后使用50t的履帶吊進(jìn)行吊裝。

②棧橋貝雷片安裝。棧橋部位的貝雷片每跨的最大長度設(shè)置為36m，最重的貝雷片為3拼雙層構(gòu)成一組，總重量為21.6。貝雷片拼接完成以后，統(tǒng)一運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，然后使用水上90t的履帶吊進(jìn)行吊裝。

③貝雷片固定。使用門式卡對(duì)貝雷片進(jìn)行加固，直接將貝雷片與主梁焊接在一起；每跨貝雷片下穿至貝雷梁的下弦，而后使用門式卡進(jìn)行加固，總而形成一個(gè)整體，貝雷梁相互之間使用角鋼進(jìn)行支撐，保證貝雷梁的穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

④橋面板安裝。當(dāng)所有的貝雷片均安裝完成以后，將I25分配梁逐一鋪設(shè)在梁體的頂面上，分配梁與貝雷梁之間可以使用卡板進(jìn)行連接，需保證連接的牢固性，最后鋪設(shè)面板，使用高強(qiáng)螺栓與I25進(jìn)行連接，保證橋面板不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

⑤護(hù)欄安裝。棧橋及作業(yè)平臺(tái)兩側(cè)全部安裝防護(hù)欄桿，欄桿的高度設(shè)置為1.2m，使用鋼管進(jìn)行焊接，鋼管的規(guī)格為φ48×3.0mm，立柱的間距設(shè)置為2m[4]。

4.5 植樁施工

當(dāng)振動(dòng)錘+沖擊錘施打鋼管樁打入深度大于5m小于8m時(shí)，鋼管樁自身能夠穩(wěn)固，可先安裝棧橋及平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)，形成值樁作業(yè)平臺(tái)，進(jìn)行植樁作業(yè)。將沖擊鉆機(jī)運(yùn)至植樁區(qū)域，已打入的管樁作為護(hù)筒，沖擊成孔。鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后，通過吸泥管+空壓機(jī)采用氣舉反循環(huán)進(jìn)行清孔。清孔完成后，進(jìn)行鋼筋籠的下放，利用導(dǎo)管法澆筑水下混凝土。在已形成的棧橋或平臺(tái)上采用“植樁法”使鋼管樁滿足嵌巖深度要求。

5.結(jié)語

該項(xiàng)目竣工交付以后，通過前期布設(shè)的觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，長期運(yùn)營過程中，棧橋歷經(jīng)多次洪水沖擊，結(jié)合觀測結(jié)果來看，棧橋的整體線形、位移變化量非常小，基本上可以忽略不計(jì)，機(jī)動(dòng)車可以在橋面正常通行。結(jié)合整體情況而言，在山區(qū)深水淺覆蓋層區(qū)域、在大型水上起重設(shè)備無法進(jìn)場的情況下，利用陸地起重設(shè)備上船，設(shè)置棧橋、鋼管樁的支撐通行，可以有效地滿足棧橋設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)還能夠滿足實(shí)際施工的需求。