鋼棧橋在古海塘加固工程施工中的應(yīng)用

徐洋洋，范柯杰，陳 強(qiáng)，李建雄

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 311122;2.浙江江南春建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 310000)

0 引言

鋼棧橋段主要由引橋部分、主棧橋、轉(zhuǎn)彎平臺等組成[1-3]。主棧橋由鋼管樁、鋼橫梁縱梁和橋面系等三部分組成[4-6]。其能為古海塘加固工程水中板樁施工提供可靠的臨時(shí)作業(yè)平臺,保護(hù)古海塘結(jié)構(gòu)安全,降低施工難度,為施工帶來諸多便利,而且還能降低涌潮沖擊的不利風(fēng)險(xiǎn)隱患,縮短工期[7-10]。

1 工程概況

錢塘江北岸秧田廟至塔山壩段海塘工程(堤腳部分)為浙江海塘安瀾千億工程的重要組成部分,該段海塘全長25.6 km,工程任務(wù)為防洪御潮,工程建設(shè)內(nèi)容為加固海塘堤腳16.48 km,塘面修復(fù)9.57 km等。該工程為線性工程,施工范圍大,又處于強(qiáng)涌潮區(qū)域,且工程全部為水下工程,施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高。

因海塘為國家級古文物,對其保護(hù)要求極高,不能直接在塘面施工,以免對古海塘造成壓載破壞,為此海塘堤腳加固采用圍堰干法和塘下便道候潮施工兩種工藝。圍堰干法采用管袋吹填砂結(jié)構(gòu)提供臨時(shí)干燥的施工環(huán)境,塘下便道候潮施工是根據(jù)對近些年錢塘江潮位分析,在每天低潮位時(shí)機(jī)械下塘施工的一種工藝,兩種施工工藝皆受潮水干擾大、臺汛期制約,施工效率低。為便于施工,在該工程的建設(shè)中,部分樁號段采用水上搭設(shè)鋼棧橋作為臨時(shí)施工作業(yè)平臺,利用鋼棧橋進(jìn)行臨時(shí)作業(yè)每天扣除潮前30 min,潮后3 h(潮汛流速較快時(shí)鋼管樁難以定位),扣除損耗的時(shí)間,兩班倒每天的作業(yè)時(shí)間在15 h～17 h,可以極大地提高施工效率。由于是首次在錢塘江海塘工程運(yùn)用臨時(shí)鋼棧橋施工作業(yè)平臺,對后續(xù)海塘工程建設(shè)具有重要參考價(jià)值,現(xiàn)結(jié)合該海塘工程,對鋼棧橋施工技術(shù)進(jìn)行分析。

2 地基地質(zhì)勘探

根據(jù)勘探孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及物理力學(xué)性質(zhì),可分為11層次特征土層,地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值如表1所示。

鋼棧橋梁底高程以實(shí)測數(shù)據(jù)PⅢ排頻的十年一遇高水位6.7 m和現(xiàn)有塘面高程雙控制。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)總體。在一線海塘臨江側(cè)約20 m處搭設(shè)施工鋼棧橋,以300 m為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段,鋼棧橋標(biāo)準(zhǔn)段寬6 m,標(biāo)準(zhǔn)跨徑8 m,并在每個(gè)300 m標(biāo)準(zhǔn)段棧橋南側(cè)中間部位設(shè)置一個(gè)掉頭平臺,棧橋全長4.5 km。

主棧橋上部結(jié)構(gòu)由上至下依次為6 m×1.52 m×0.25 m標(biāo)準(zhǔn)路基箱橋面板、疊拼H400型鋼縱梁、H400型鋼橫梁;下部結(jié)構(gòu)根據(jù)鋼管樁橋墩采用φ820×12 mm。

鋼棧橋采用多跨連續(xù)梁方案,棧橋基本橋跨單元為5×8 m+2×7.5 m一聯(lián)的H400×400 mm型鋼,橫向布置2道,轉(zhuǎn)彎平臺設(shè)置4道,分配梁與承重梁之間用高強(qiáng)螺栓連接;每60 m設(shè)置一處制動(dòng)墩,樁基礎(chǔ)非制動(dòng)墩采用單排2根φ620×12 mm直立鋼管樁,制動(dòng)墩采用雙排4根φ820×12 mm直立鋼管樁;滿足了履帶吊行走、履帶打樁機(jī)行走施工的實(shí)際需要,鋼棧橋典型平面圖及立面圖見圖1,典型斷面圖見圖2。

2)承載力驗(yàn)算。橋梁設(shè)計(jì)荷載為:汽車吊總重100 t(自重80 t,吊重20 t);掛車55 t。結(jié)合橋區(qū)自然條件,將荷載工況分為3種:a.工況一:主棧橋、支棧橋、轉(zhuǎn)彎及掉頭平臺安拆施工。棧橋上僅有80 t履帶吊沿車道面一往返行駛。b.工況二:插打方樁施工。50 t打樁機(jī)在前方進(jìn)行方樁插打施工,15 m平板運(yùn)輸車停在打樁機(jī)后方。c.工況三:每月大潮時(shí),停止施工,棧橋及平臺上無任何施工機(jī)械及設(shè)備。基于已有設(shè)計(jì)圖、樁基設(shè)計(jì)規(guī)范、現(xiàn)場考察等資料,運(yùn)用Midas建模進(jìn)行各工況分析,結(jié)果表明棧橋上部結(jié)構(gòu)滿足80 t履帶吊使用,棧橋使用過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制同向車輛每跨不超過1輛,且車輛宜沿棧橋中心線行駛,典型棧橋模型如圖3所示。

4 鋼棧橋施工

4.1 鋼管樁的制造與運(yùn)輸

鋼管樁采用Q235鋼材,鋼管樁的焊縫錯(cuò)開布設(shè),間距不小于1/8周長,鋼管樁焊縫接口處,按上節(jié)段鋼管底面切厚30°坡口、下節(jié)段頂口不切坡口,并預(yù)留2 mm空隙采取熔透焊,坡口應(yīng)該全部焊滿,焊縫表面應(yīng)無氣泡,最后在鋼管對接縫處沿鋼管圓周方向貼焊150 mm×300 mm×10 mm鋼板焊接補(bǔ)強(qiáng),鋼管樁加工完成后,對所有的焊縫進(jìn)行檢查,符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后方可出廠。

鋼管樁由廠家按圖紙要求統(tǒng)一加工,施沉過程中一次到位,該棧橋鋼管樁最大樁長為36 m,在材料廠焊接接長后,由平板車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場,采用SCC800C履帶吊,最大臂長52 m,配合DZJ90型振動(dòng)錘將鋼管樁沉入至指定位置,過程中盡量減少管節(jié)接頭焊接,鋼管樁在場地內(nèi)加工時(shí)必須保證直縫錯(cuò)位;在成品進(jìn)場時(shí),廠家必須提供卷制鋼管樁所用鋼材的產(chǎn)品合格證書。

4.2 鋼管樁的插打

為保護(hù)古海塘,鋼棧橋與古海塘連接的引橋段應(yīng)盡可能減少,但需要同時(shí)兼顧施工效率,一般按照300 m長度設(shè)置一座引橋。在該處引橋段,履帶吊、平板車等重型荷載施加時(shí),將對古海塘產(chǎn)生較大的臨江側(cè)滑移力,因此在引橋搭建前需要提前采用土工袋+鋼筋石籠對古海塘臨江側(cè)進(jìn)行鎮(zhèn)壓,以平衡不利荷載;之后,在鋼筋石籠頂部澆筑簡易的混凝土承臺,架設(shè)鋼梁,臨空橫跨魚鱗石塘頂部,確保施工荷載不直接接觸魚鱗塘,鋼棧橋引橋斷面見圖4。

鋼管樁下沉采用懸打法施工,采用80 t履帶吊配合DZ-90振動(dòng)錘施打鋼管樁,履帶吊停放在已施工完成的棧橋橋面,吊裝懸臂導(dǎo)向支架,利用懸臂導(dǎo)向支架精確打入棧橋基礎(chǔ)鋼管樁,測量人員確定樁位與樁的垂直度滿足要求后,開動(dòng)振樁錘振動(dòng),在振動(dòng)過程中要不斷的檢測樁位與樁的垂直度,發(fā)現(xiàn)偏差要及時(shí)糾正;樁頂鋪設(shè)好型鋼主梁及橋面板后,履帶吊前移,進(jìn)行插打下一跨鋼管樁。按此方法,循序漸進(jìn),依次向前施工。

4.3 樁頂橫梁和縱梁的安裝

棧橋一個(gè)墩位處鋼管樁施工完成后,立即進(jìn)行該墩鋼管樁間平聯(lián)、樁頂縱梁施工,橫梁(鋼管樁頂部)采用H400型鋼,要求在鋼管樁頂部切割40 cm深凹槽,將橫梁嵌入凹槽內(nèi),并采用周邊焊與鋼管樁連接,焊縫高度及寬度要滿足規(guī)范要求。

縱梁在橋頭空曠場地內(nèi)拼裝,下墊枕木,用吊車將分配梁逐根吊起,用高強(qiáng)螺栓將兩根縱梁疊拼接成一根,連接縱梁的所有螺栓螺帽必須擰緊,待墩臺支點(diǎn)平臺鋪設(shè)完成后,方可進(jìn)行縱梁安裝,縱梁安裝采用80 t履帶吊吊裝就位,架設(shè)縱梁時(shí)一定要定位精準(zhǔn),使高強(qiáng)螺栓能順利連接。

4.4 橋面板鋪裝、橋面防護(hù)及橋梁養(yǎng)護(hù)

橋面板使用螺栓與縱梁連接固定,施工鋼棧橋采用上承式結(jié)構(gòu),橋面兩側(cè)設(shè)置護(hù)欄,施工鋼棧橋、水上施工鋼平臺護(hù)欄立柱采用φ48×3 mm鋼管,與橋面型鋼焊接,立柱間距3.0 m,立柱之間穿三道橫向φ48×3 mm鋼管,底部設(shè)置20 cm踢腳線,護(hù)欄安裝完成后涂飾紅白相間油漆,并在護(hù)欄上適當(dāng)位置安裝警示燈及安全警示標(biāo)志,每隔50 m掛一個(gè)救生圈。

施工期間加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)監(jiān)測,每半月至少進(jìn)行一次經(jīng)常性檢查,特別是高水位回落后應(yīng)重點(diǎn)檢查,包括橋面養(yǎng)護(hù)、鋼梁防銹、焊縫裂紋的檢查、桿件和損傷修理、鋼梁加固及限界改善等。橋面養(yǎng)護(hù)清潔,經(jīng)常清掃垃圾、渣土,防止橋面積存雨水。

4.5 棧橋的驗(yàn)收與評價(jià)

在鋼棧橋安裝完成后,結(jié)合施工與質(zhì)量驗(yàn)收的規(guī)定,對鋼材、型鋼等主要受力材料進(jìn)行檢驗(yàn),對焊接坡口、焊接材料、焊縫以及防腐涂料進(jìn)行檢驗(yàn),焊縫超聲波探傷范圍和檢驗(yàn)等級符合其規(guī)范及設(shè)計(jì)規(guī)定;同時(shí)依據(jù)JGJ 106—2014建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范對鋼棧橋鋼管樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜荷載試驗(yàn),被進(jìn)行樁基荷載試驗(yàn)的鋼管樁豎向抗壓承載力特征值均符合設(shè)計(jì)要求,順利通過參建單位聯(lián)合驗(yàn)收小組對鋼棧橋安裝的施工與質(zhì)量驗(yàn)收后,棧橋方可投入使用。

4.6 棧橋的拆除

鋼棧橋拆除采用逐跨拆除的方法。鋼棧橋上部結(jié)構(gòu)的鋪裝、鋼板、工字鋼首先利用割刀割除焊縫,然后利用汽車吊將鋼板、型鋼吊至載重汽車上運(yùn)輸?shù)胶影渡?分配梁拆除時(shí)先依次拆除梁的定位卡、支撐架、連接槽鋼,利用汽車吊將梁吊至載重汽車上運(yùn)輸至后方堆場;分配梁拆除后,即可拆除橫梁,以及鋼管樁之間的聯(lián)撐。鋼管樁采取在未拆除的臨時(shí)棧橋面上停放80 t履帶吊,DZ90液壓振動(dòng)錘配合,逐孔拔出鋼管樁的方法進(jìn)行拆除,或僅截除地面線以上部分鋼管樁;橋梁拆除后需對河道擋墻進(jìn)行修復(fù),恢復(fù)擋墻現(xiàn)狀。

5 鋼棧橋的監(jiān)測

為了能夠使鋼棧橋提供安全穩(wěn)定的施工作業(yè)平臺,需要對棧橋鋼管樁的沉降、位移變形進(jìn)行觀測,在該鋼棧橋中采用靜態(tài)機(jī)器視覺測量儀,該設(shè)備是一臺具備邊緣計(jì)算能力的智能攝像機(jī),采用機(jī)器視覺專用硬件電路與嵌入式Linux系統(tǒng),內(nèi)置并行機(jī)器視覺算法,可以識別靶標(biāo)精準(zhǔn)坐標(biāo),當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物發(fā)生平面位移時(shí),靶標(biāo)坐標(biāo)隨之變化,從而測量到被測物的水平與垂直雙向位移。

在鋼棧橋的板、梁、柱上安裝監(jiān)測點(diǎn),測點(diǎn)上安裝靶標(biāo),一是沿鋼棧橋縱斷面安裝,監(jiān)測東西方向水平位移;二是沿鋼棧橋橫斷面安裝,監(jiān)測南北方向水平位移,現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)布置情況見圖5。2021年10月30日—11月12日期間,CJ-03測點(diǎn)東西方向水平位移在-2.98 mm～3.44 mm之間變化,CJ-04測點(diǎn)東西方向水平位移在-6.29 mm～3.64 mm之間變化,兩測點(diǎn)位移變化基本同步;11月11日下午,CJ-03～04測點(diǎn)2021年11月11日和12日東西方向水平位移測值變幅約3 mm,12日位移測值變幅約2 mm;在鋼棧橋加固和打樁期間,水平位移變幅很小,CJ-03～04測點(diǎn)2011年11月11日和12日水平位移測值過程線分別見圖6,圖7。監(jiān)測頻率可控制在每日觀測2次～3次,如有異常沉降或位移變形,則需加密觀測頻次,每月定期觀測、記錄、存檔,并做好應(yīng)急預(yù)案。

6 結(jié)論

1)該型式鋼棧橋具備拼裝效率高、載荷大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、裝配化程度高、損耗低、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),變水上施工為陸上施工,潮水、臺汛期影響小,極大地改善了項(xiàng)目的施工環(huán)境,能夠?qū)崿F(xiàn)物流運(yùn)輸與橋面工程作業(yè)施工兼顧,棧橋施工完成后經(jīng)受錢塘江大潮多次沖擊考驗(yàn),整個(gè)棧橋體系完好無損,完全滿足了板樁施工的要求,鋼棧橋平臺板樁施打如圖8所示。

2)首次在錢塘江強(qiáng)涌潮區(qū)域采用鋼棧橋搭設(shè)水上施工平臺的方法,避免了強(qiáng)涌潮區(qū)域圍堰法滲漏、管涌等風(fēng)險(xiǎn)以及對江道環(huán)境的影響,保證了海塘工程的安全生產(chǎn),保護(hù)了古海塘不受破壞,達(dá)到了保護(hù)財(cái)產(chǎn)和工人生命的目的。

3)鋼棧橋作為施工作業(yè)平臺方法將促進(jìn)強(qiáng)涌潮地區(qū)海塘工程技術(shù)的進(jìn)步,具有廣泛的推廣應(yīng)用前景,同時(shí)也贏得所有參建單位、當(dāng)?shù)卣腿藗兊目隙ê秃迷u,社會效益和環(huán)境效益顯著。