02-深水钢栈桥施工技术研究与应用.doc

深水钢栈桥施工技术研究与应用兰晴朋（中建三局第三建设工程有限责任公司 湖北 武汉 430000）【摘要】：钢管桩打设使用80t履带吊和DZ-120振动锤采用“钓鱼法”进行施工。钢管桩沉桩未完全执行先下游后上游，先岸侧后江侧的施工顺序。栈桥及钻孔平台主梁采用贝雷梁，贝雷梁在架设前先根据图纸提前在加工场地拼接成1500mm3000mm标准贝雷片，然后用履带吊吊到施工现场安装。栈桥贝雷架上设置工22750横向分配垫梁，钻孔平台设置工22a300mm横向分配垫梁，贝雷架与工22a的连接采用骑马螺栓。栈桥桥面板为8mm+12.6工字钢专用面板（2m宽一节），钢板焊接在22工字钢上。横向2m一块进行铺设，共铺设4块，焊接采用间断焊。【关键词】： 钢栈桥 履带吊 振动锤 钢管桩1 前言近年来随着国家对基础设施领域投资不断增加以及我国桥梁技术的不断发展，技术复杂的大型水上桥梁建设将会越来越多。栈桥及钻孔平台是水上桥梁施工的主要通道，为了确保施工安全，使桩基施工方便易行，减少施工干扰，降低工程成本，栈桥及钻孔平台将会起到越来越重要的作用。2 工程概况2.1工程概况武汉市三官汉江大桥桥址位于武汉市外环线和三环线之间，位于汉江的胡家台河段，该河段上起龙家台，下至慈惠墩，长约5公里。该河道顺直微弯，洪水时河宽250380m，枯水时河宽约220250m。北岸为武汉市东西湖区胡家台，南岸为武汉市蔡甸区三官村。2.2水文条件2.2.1流速流向桥位处枯水期，主流表面流速1.932.02m/s左右，中洪水期主流表面流速0.80m/s，高洪水期0.58m/s。2.2.2桥位断面平均水位表1 桥位断面各月平均水位表（m）月份123456789101112水位13.7413.7314.6616.3318.7520.2122.6621.6921.0219.3516.9814.712.3地质条件本项目路线走廊带地貌单元多属第四纪冲湖积平原，多相当于长江中游汉江一级或二级阶地，蔡甸侧起点处有少部分的岗地地貌，相当于汉江三级阶地，地面标高在19.625.6m之间，相对高差在9m以内。钢管桩插打穿过地质土层主要为粉质粘土层及细砂层。3 栈桥及钻孔平台设计3.1栈桥及钻孔平台功能本工程栈桥及钻孔平台是三官桥主桥施工的主要通道，是本工程施工主要措施之一。栈桥的使用时间约3年，直至主桥全部施工完成后拆除。3.2栈桥及钻孔平台概况栈桥及钻孔平台分南、北两段施工，南堤栈桥及钻孔平台起始桩号为k4+153.5k4+240.5。北堤栈桥及钻孔平台起始桩号为k4+379.5k4+514.5。南北侧栈桥及钻孔平台全部位于主体桥位上游侧。栈桥施工期水深7-13m，使用期水深可达20m。栈桥主跨分为9m、12m两种，分2孔一联、3孔一联及4孔一联三种形式。断面按双线设置，总宽度8m。蔡甸侧栈桥分为87m、233m三段，其中87m段距桥梁中心线21.95m，均为12m跨；233m段分别位于25#墩承台两侧，均为9m跨。东西湖侧栈桥分为135m、233m三段，135m段距桥梁中心线23.7m，均为12m跨；233m段分别位于26#墩承台两侧，均为9m跨。3.3栈桥及钻孔平台结构形式栈桥主要由钢管桩、型钢、贝雷桁架等组成。栈桥使用钢管桩型号为630mm*8、720*8、820*10，钢管桩设计入土深度28m，施工按入土深度和贯入度进行双控。栈桥江滩部位桩间平联及斜撑采用20a槽钢剪刀撑，其余桩间平联及斜撑均采用325mm*8mm的钢管。栈桥钢管桩顶安装双拼工36a垫梁，作为承受贝雷的横向承受梁。主梁采用贝雷桁架结构。各组贝雷片之间通过剪刀撑、水平横杆进行连接成整体。栈桥贝雷梁上摆放工22a750mm作横向分配梁，桥面采用8mm+12.6工字钢组拼的专用桥面板。为了车辆及行人安全在栈桥及钻孔平台外侧采用50*3的钢管、I12.6作防护栏杆，高度为1.13米，立杆间距为1.5米，横杆为3道。栈桥标高定为27.30m，不设纵横坡。3.4单桩竖向抗压静载试验为详细了解钢管桩施工区域的钢管桩的实际承载力，及达不到设计入土深度的承载力状况，项目部按钢管桩入土深度9m、14m、16m做了单桩竖向承载力静载试验。试验得出：入土深度大于等于14m，单桩承载力即可满足设计要求。4 栈桥及钻孔平台施工工艺及方法4.1栈桥基础施工工艺流程施工准备履带吊就位起吊打桩锤及钢管桩对位插桩打桩下沉检查桩平面位置及高程桩顶抄平及平联施工测量定位钢管桩接长钢管桩运输进入下排钢管桩施工测量网复核及施工基线布置图1 栈桥基础施工工艺流程图4.2测量放样测量人员根据栈桥设计图纸，计算出每根钢管桩的坐标和标高，根据计算结果在河岸边的控制点上设监测站，在钢管桩施工时进行实时监控测量，确保了每根钢管桩的定位准确，并做好了施工测量记录。（1）全站仪测量技术控制栈桥放样测量放样分为两个部分：a、江滩区采用常规的方法进行放样定位。b、深水区定位利用已形成的钢栈桥作为待施工钢管桩的粗定位导向，再利用前端导向架上型钢焊接成的钢管桩孔位进行钢管桩的定位。（2）DSZ2水准仪测量技术控制钢栈桥高程栈桥高程控制，短距离内采用DSZ2水准仪，按四等水准测量控制测量，每隔三联设水准点，水准点设在钢管桩上部横梁的稳定位置。4.3栈桥桥台南、北侧栈桥起点处设置桥台，连接施工便道与栈桥，施工便道填筑路基至标高+27.30m，与栈桥面标高一致。桥台采用重力式桥台，钢筋混凝土结构，在桥台上设置预埋件与贝雷架连接固定。桥台施工重点控制台背回填质量，避免混凝土开裂。4.4下部结构施工4.4.1钢管桩的施工钢管桩接长钢管桩在施工现场接长，接长采用对接满焊，焊缝饱满。钢管桩接长时，履带吊起吊待接钢管桩就位，水上钢管桩采用在固定平台上焊接施工。图2 陆上钢管桩接长焊接示意图钢管桩焊接时，除了保证桩与桩的满焊以外，还有桩与桩之间连接块的焊接，连接块采用12mm厚的150mm*100mm钢板绑焊焊接，共8块，具体布置见下图：图3 钢管桩间焊接示意图钢管桩起吊钢管桩起吊时，采用履带吊起吊。履带吊起吊时应在每跨的支点处定点起吊，防止应动载与恒载的组合值过大，对栈桥的结构体系造成损伤。在实际施工中，履带吊应施工需要，偶尔会吊着重物行进，未在每跨支点处起吊。经后期观察，该行为对栈桥安全影响不大。 图4 陆上及水上钢管桩起吊钢管桩打设打桩施工工艺流程见下图：准备工作吊 机 就 位测设桩位、安装导向平台吊桩及振动锤对 位 插 桩振 动 下 沉是 否 接 桩进行检测运 桩桩位检查全站仪架设否是图5 钢管桩施工流程因水中钢管桩打设区域存在大量抛石，影响钢管桩施工，施工前使用挖泥船、驳船等机械清理了栈桥及钻孔平台水中区域内的抛石。钢管桩打设使用80t履带吊和DZ-120振动锤采用“钓鱼法”进行施工。钢管桩沉桩未完全执行先下游后上游，先岸侧后江侧的施工顺序，但在施工中发现钢管桩施工顺序对钢管桩打设影响不大，应按照现场施工情况调整。在水上钢管桩施工中，为在打设前固定钢管桩，施工时在贝雷架前设置了前置导向架，导向架与贝雷架用螺栓连接。此处为9米长贝雷架，3米长导向架共12米长的悬挑结构。在实际的施工中，该悬挑结构非常实用、稳固。导向架在水上钢管桩打设施工中发挥了很大作用，施工人员可以在导向架上进行测量作业，极大的保证了钢管桩的位置精度。 图6 导向架钢管桩施工前，根据河床标高和设备起吊能力确定第一节钢管桩长度。施工过程中，因江水流动冲击造成平面位置会发生变化，根据水流情况向上游预偏34cm。钢管桩在自身和振动锤重力下进入河床后，重新测设钢管桩的平面位置，满足要求后启动振动锤将钢管桩振入河床。振动过程中管理人员通过全站仪和锤球对管桩纵横向的垂直度进行观测，并通过对讲机指挥履带吊前后、左右摆动以调整钢管桩的垂直度。当钢管桩进入河床23m，其平面位置及垂直度基本不会发生变化后，让钢管桩在振动锤的作用下继续振入。钢管桩的垂直度主要靠定制的导向架来控制。垂直度控制以预防为主，纠偏为辅。观测密度适当加大，随时了解沉桩状况。振动锤每次振动持续时间不超过1015min，因为过长则振动锤易遭到破坏，太短则难以下沉。经现场实际观测，一根钢管桩在振动锤的作用下从开始入土到下沉到位需7min，在某些地层变化加大位置下沉时间会变长。钢管桩入土深度难以达到设计值，为避免孤石、地层突变等原因造成钢管桩入土过浅，结合试桩结论及考虑施工期冲刷等因素，确定钢管桩打入按如下控制：达到设计入土深度；当达不到设计入土深度时，确保最小入土深度不小于16米，贯入度达到为25mm/4min。 需注意事项每根钢管桩打入应一气呵成，不可中途停顿或较长时间的间隙，以免桩周土恢复造成继续打入困难。打桩打入沉过程中随时监控垂直度。在打桩过程中要进行测量监控，并做好沉桩记录。垂直度控制以预防为主，纠偏为辅。如发现钢管桩下沉时有倾斜趋势，及时采取相应措施调整垂直度。钢管桩施工质量控制参照公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011中沉桩施工质量标准。4.4.2 联接系施工打桩施工完成后，检查桩的偏斜及入土深度，在钢管桩之间安设横向联系钢管和斜撑钢管使其形成整体。栈桥江滩部位桩间平联及斜撑采用20a槽钢剪刀撑，其余桩间平联及斜撑均采用325mm*6mm的钢管。钢管间焊接采用相贯焊，需保证焊接质量。桩间连接系的施工操作平台前文所述的自制操作平台。因钢管桩间连接系对漂浮物阻碍严重，可建议设计部门减少和优化顺水流方向的连接系。 图7 剪刀撑连接系 图8钢管连接系 图9 水上操作平台示意图4.4.3桩头处理根据施工单位施工经验，现场施工中桩头处理采用在桩头开槽，牛腿焊接固定的形式，并按照此方式做了设计变更。此种桩头处理方式施工方便，结构之间的牢固性更强，更加安全。图10 桩头处理示意图4.4.4桩顶分配梁施工栈桥钢管桩顶安装双拼工36a垫梁，作为承受贝雷架的横向承受梁。钻孔平台钢管桩顶安装双拼工40a垫梁，作为承受贝雷桁架的横向承受梁。垫梁均在后场加工、现场焊接安装，垫梁与钢管桩间采用牛腿焊接固定，焊接满足图纸设计及规范要求。在桩顶按设计尺寸气割槽口，并保证底面平整，然后用履带吊吊装垫梁到槽口内，并焊接固定。4.5上部结构施工4.5.1栈桥及钻孔平台主梁栈桥及钻孔平台主梁采用贝雷梁，吊装前用45型标准花架将贝雷片拼装成12m或9m模数的单层双排架体，然后用履带吊吊到施工现场整体安装。贝雷架在架设前测量员用全站仪根据设计图纸恢复桩轴线，并标示在桩顶分配梁上。安装人员根据测量放出的轴线进行安装贝雷架，贝雷纵向中心轴线与钢管桩轴线重合。 图11贝雷梁布置图两组贝雷架间的连接形式均采用两根交叉角5*8型钢连接，同时增加一道底层水平横杆（10号槽钢），以保证多组贝雷架间的整体稳定性。焊缝均采用Hf=6mm角焊缝，要求保证焊缝质量。4.5.2横向分配垫梁栈桥贝雷架上设置工22750横向分配垫梁，钻孔平台设置工22a300mm横向分配垫梁，贝雷架与工22a的连接采用骑马螺栓。横向分配梁安装前应在按照设计图纸上的横、纵向间距尺寸先进行量测，并在贝雷架上做好标示。现场施工管理人员应对测量出来的间距进行了逐个检查。图12 栈桥横向分配梁 4.5.3桥面板钢板，安装防护栏桥面板采用定型专用面板，用8mm+12.6工字钢加工成2m6m整块。横向2m一块进行铺设，共铺设4块，焊接采用间断焊，焊缝长度3cm，间距30cm，防止重车行驶引起钢板反卷。专用桥面板可在工厂制作，在栈桥上直接吊装安装，加快了施工进度。且该桥面板刚度要大，在后续的使用中未出现翘起等问题，整体性能好。图13 栈桥桥面板完成面板铺设后需及时进行两边安全护栏焊接，栈桥两侧均设置栏杆。护栏高1.13m，露出桥面0.9米，横杆设置三道，采用50mm3mm钢管，竖杆采用小工字钢定做。每1.5m设置一道竖杆焊接在横向分配垫梁上。栈桥栏杆刷红白相间油漆警示，以达到简洁美观的效果。 图14 安全护栏4.6附属工程4.6.1防撞墩在原设计中没有设计防撞墩，我项目部为考虑栈桥及钻孔平台安全，防止过往船舶撞击栈桥，在栈桥的上游紧挨栈桥处打设了一根630mm*8钢管桩。钢管桩经过加长后在顶端安装了照明灯具，起到了一个灯塔的作用，灯塔在实际施工中起到了很大的作用。图15 防撞墩4.6.2 警示灯与灯带在栈桥施工期间，为避免夜间过往船只撞击栈桥，特在外侧贝