建筑行业浅覆盖层裸岩河床钢栈桥施工工法

浅覆盖层裸岩河床钢栈桥施工工法1.前言金婺大桥重建项目主桥横跨武义江，为了满足主桥建设期间社会车辆及人员的通行，在该范围内搭设临时钢栈桥。该河道常水位约2m，江底为岩层，局部约有0.2m～1m左右的覆土，其余均为岩层。由于施工无法避开汛期，而汛期河道内水位上涨，最深处达到了6m、流速2m～3m/s，采用土石围堰、钢围堰等方法均无法满足施工需求且存在较大的风险，故采用“临时钢平台+旋挖钻”搭设钢栈桥。采用“临时钢平台+旋挖钻”的施工方法搭设钢栈桥的优点在于有效地减少了栈桥施工对作业环境的依赖，克服了汛期无法施工的影响，优化了水上作业方式，使水上作业转变为固定平台作业方式，使用旋挖钻机、履带吊机即可完成栈桥的施工，提高了施工功效，加快了施工进度，降低了对施工机械的要求，也为类似工程提供了良好的借鉴。施工过程中关键控制点：在流速较大的河道内钢管桩平面位置的控制、裸岩河床上临时施工平台稳定性的保证以及如何采用“临时钢平台+旋挖钻”安全、高效、经济的完成施工作业内容。2.工法特点（1）搭设临时作业平台以3根直径1800mm、壁厚14mm临时钢护筒作为临时支墩，安装临时支墩横梁（采用四拼I63a工字钢），架设钢平台贝雷梁、铺设桥面纵横梁，最后铺设桥面板形成作业平台。（2）旋挖钻成孔旋挖钻按设计桩位进行成孔，成孔后孔内灌沙，用履带吊配合振动锤振埋钢管桩，焊接桩间联结系，搭设桩顶永久横梁（双拼I63a工字钢）。采用旋挖钻施工，大幅度提升成孔速度，加快桩基的施工进度，整体工期将大大缩短。（3）成桥效率高移开钻机，拆除作业平台部分桥面系，分步骤接长贝雷梁，将贝雷梁支点转换到永久钢管桩桩顶横梁上，拆除临时支墩，恢复桥面系成桥。3.适用范围浅覆盖层裸岩河床地区钢栈桥施工。4.工艺原理根据金婺大桥项目特点、现场实际情况及项目已有资源，分析研究制约钢栈桥施工进度、质量及施工过程安全的主要原因，组织项目部攻坚小组研讨，综合考虑“人、机、料、法、环”等因素，优化施工方案、完善施工工艺，加快工程进度，最终形成一套浅覆盖层裸岩河床地区钢栈桥的施工工法，为类似工程的实施提供借鉴。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程搭设钻孔平台→旋挖钻成孔、振埋钢管桩→桥跨结构转换→成桥。1、搭设钻孔平台：临时支墩吊装振埋→四拼I45a桩顶横梁搭设→架设贝雷梁→分配梁布置→铺设桥面钢板（1）临时支墩制作、运输临时支墩采用4根直径1.8m、壁厚14mm的钢护筒，长度12m，重量约7吨，由专业加工厂采用钢板卷制而成并运输至施工现场；运输时两侧必须用木楔塞住，防止滑动，为防止临时支墩在运输和使用过程中产生纵向变形和局部压曲变形，临时支墩内部设置4道十字撑，装卸时应防止筒体磕碰、撞击。运输至现场后，顶部焊制吊耳和加劲板，方便吊装。图5.1-1临时支墩顶部构造细部图（2）1.8m钢护筒吊装临时支墩吊耳与钢丝绳连接牢固，用吊车的主钩在地面进行试吊，试吊时，将临时支墩吊离地面200~300mm后停止起吊，并检查吊机的稳定性、制动装置的可靠性、构件的平稳性和捆绑的牢固性等，待确认无误后，方可正式起吊。履带吊吊起临时支墩平稳旋转至指定位置后下放，在自身重力作用下下沉至河底临时固定。图5.1-2临时支墩吊装示意图（3）振埋履带吊起吊液压振动锤，待振动锤夹具牢固钳制钢护筒后，启动振动锤开关，保证垂直、平稳地将临时钢护筒振动沉入河底岩层150mm，保持支墩顶部在同一水平面上。图5.1-3震埋钢护筒（4）安装支墩顶横梁及联结系临时支墩顶横梁采用四拼50a工字钢，横梁长10m，两侧均超过相邻支墩外边缘大于50cm；支墩顶横梁顶面高程较钢管桩顶横梁标高低10cm，以便该跨完成后方便拆除临时支墩。（5）临时作业平台贝雷梁安装将贝雷片在已完成桥跨段拼装成梁，安装花架，用履带吊安装到临时支墩横梁顶部，贝雷梁与装顶横梁采用U型卡固定。临时施工平台的贝雷片若与支架贝雷片位于同一轴线上，则将两则通过贝雷片卡销进行连接，不在同一轴线的需通过花架进行连接，以保证支架贝雷梁与临时平台贝雷梁形成整体，保证稳定性。图5.1-4贝雷片吊装（6）横梁及桥面钢板铺设吊装分配横梁25a工字钢，间距按600mm布置。吊装分配纵梁12.6a工字钢，中心距300mm，不设置分配纵梁。分配横梁与贝雷梁之间用U型限位卡固定；分配纵梁与分配横梁搭接处做满焊处理，桥面钢板采用10mm厚普通钢板。2、旋挖钻成孔、振埋钢管桩：放线、定桩位→埋设钢护筒→钻机就位→钻孔至孔底→清底→检查验收→孔内灌砂→钢管桩振埋→回填上部碎石→拔除钢护筒→钢管桩复振。（1）放线定位采用全站仪进行桩位放样，以墩（台）为单元，即同一墩台的桩基一次放样，放样后用钢尺检查各桩的相对位置。（2）导向架设置导向架利用贝雷梁、3拼I25工字钢为支撑，用槽25b槽钢在岸上焊接制作，旋挖钻孔时应牢固固定于作业平台上。（3）振埋旋挖钢护筒护筒直径1500mm，壁厚10mm，液压振动锤沉入河道中风化粉砂岩150mm，护筒顶部与贝雷梁采用U型卡固定，护筒安装定位时，护筒中心与桩中心的平面位置不大于5cm，倾斜度小于1%。（4）设置泥浆箱在钢平台上设置6m×3m×0.5m的泥浆箱、泥浆箱设沉淀措施。泥浆箱与桩基护筒用管道链接，循环后的泥浆流入孔内，沉淀的废渣用运渣车运走。（5）旋挖钻钻孔桩间间距为2800mm，旋挖钻钻孔时需错开，钻孔过程中，每隔1-1.5m左右，吊放抽渣筒至孔底抽渣，要在孔底上、下提放几次，使其多进些钻碴，然后提出，每次抽至孔内钻渣明显减少，无较大粗颗粒。钻孔过程中，对孔径、倾斜度、泥浆性能等进行检查，并按规范要求填写钻孔记录表。图5.1-5旋挖钻钻孔（6）清孔验收成孔后，迅速采用掏渣法清孔，检查孔深、孔径、倾斜度。（7）孔内灌砂、碎石清孔完成经检验合格后，在有水的情况下灌入下层中粗砂至距河床顶面1m处，用振动锤将钢管桩振入砂土中，灌入上层1m厚碎石，拔出钢护筒，振动锤复振钢管桩。（8）吊装振埋钢管桩钢管桩直径800mm，壁厚12mm，将钢丝绳从钢管桩的挂钩孔穿过，一头绳头用卸扣锁在钢丝吊索上，另一头绳头挂在吊钩上。钢管桩与钢丝绳连接牢固经检查无误后，将钢管桩吊装至定型井架上方，核对中线位置无误后，待液压振动锤夹具牢固钳制钢护桩，启动振动锤开关振动锤击钢管桩至孔底。3、桥跨结构转换（1）安装贝雷梁支点转换钢管桩装顶横梁及联结系完成后开始进行桥跨结构支点转换，为减轻重量，拆除作业平台半跨的桥面钢板和纵横梁、3排3拼I25工字钢；将贝雷梁从一侧逐步加长超过钢管桩中心线3m，将贝雷梁支点转换到钢管桩桩顶横梁上。施工方法为将接长部分的梁段与被接梁上端用销子先连接好，用履带吊吊起被接梁段前端使其脱离临时支墩，再用销子将下面连接到位，最后将接长的梁端放在钢管桩装顶横梁上。（2）临时支墩拆除支点转换完成后，即可开始拆除临时支墩。施工方法为将临时支墩上方的贝雷梁拆除，拆除联结系和墩顶横梁，拔出临时支墩。拆除顺序为先逐根拆除两侧临时支墩，最后拆除中间墩。拆除临时支墩过程中未拆除墩采用型钢制作的大U型卡临时固定在贝雷梁上。5.2操作控制要点5.2.1临时钢平台的稳定性控制临时钢平台的稳定性控制为本工艺的核心，考虑河床覆盖层较浅，且底部均为坚硬岩层，临时支墩无法保证嵌岩深度，故采用25工钢将临时支墩四周按连接系的形式将之焊接牢固，使之形成一个类似“板凳”的结构，以确保其结构稳定。5.2.2钢管桩平面位置的控制考虑河道内水流湍急，钢管桩受水流冲击影响，管桩下口存在向下游倾斜的趋势，管桩定位存在较大难度。故在施工时，将岸上贝雷片向河道内悬挑6组，确保每个临时支墩两侧各悬挑一片贝雷片。在贝雷片上端利用25工字钢设置限位卡，在贝雷片下端利用U型卡固定限位卡，使临时支墩上下口位置均能被限制，有效的减小水流冲击对临时支墩平面位置的影响。5.3劳动力组织（见表5.3）表5.3劳动力组织情况表序号工种人数备注1管理人员22电焊工5负责现场焊接工作3旋挖钻班组2负责河道内旋挖钻施工4钢结构班组15负责钢栈桥钢管桩、桩顶横梁、贝雷梁、纵横梁以及桥面钢板吊装5机械工2负责汽车吊、履带吊等的操作6电工1负责施工电路维护合计/27/6.材料与设备本工法采用的机具设备见表6。表6机具设备表序号机械名称型号数量备注1履带吊80t12汽车吊50T13旋挖钻ZR22014电焊机BX-40055液压振动锤YZ-10016手拉葫芦HS-VT337.质量控制7.0.1工程质量验收标准（1）钢管桩沉桩标准桩位：顺桥向≤40mm,横桥向：≤40mm倾斜度：≤1/100停锤标准：设计标高为主，贯入度为辅（2）焊接标准材料焊接完毕且待焊缝冷却至室温后，对所有焊缝进行外观检查，焊缝不应有裂纹、未熔合、夹渣、未填满狐坑、漏焊。（3）成孔标准桩径允许偏差：不小于设计值桩位：≤50mm垂直度允许偏差：≤1/100沉渣厚度：50mm孔深：不小于设计值7.0.2工程质量保证措施（1）本工程采用一台旋挖钻进行工程桩施工，开孔前，务必做到钻机安装准确、水平、稳固。各钻机必须配水平尺测机台水平。（2）开孔前必须由质检员与技术员用水平尺校正转盘，检查钻机安装是否水平、周正、稳固，施工时严把“护筒埋设垂直关、开孔慢速钻进和软硬交替地层控制钻速关”，遇缩径、塌孔或沿护筒四周冒桨、地面下沉等情况，应停止钻进，经采取有效技术措施后方可继续钻进。（3）为确保桩尖进入设计的持力层，成孔前确定基准面的高程，钻进至桩尖标高后，严格按设计深度的要求，认真丈量机上余尺，确保成孔深度，孔深用钻杆和测绳测量，钻杆定机使用。8.安全措施（1）参加吊装的人员应经过严格培训，取得培训合格证后方可上岗。（2）机械安全，施工过程中注意机械作业安全，严格执行相关的操作规程。（3）用电安全。严格用电管理，施工现场的一切电源电路的安装和拆除，必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和漏电保护器，场地电缆应架空，严禁拖地和埋压土中，定期检查。（4）施工现场警示标志要醒目，出入场地必须佩戴安全帽。（5）抓住有利施工时机，连续快速的施工，避开一些不可预见的风险，确保施工顺利进行。（6）设专职安全人员对作业场地进行安全检查。对施工人员进行安全教育和培训。9.环保措施（1）成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。（2）对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。（3）本工法适用于河道内作业，对环保要求较高，要及时清运弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。10.效益分析10.0.1经济效益分析方面土袋围堰施工方案（扩大基础）钢平台+旋挖钻施工方案（钢管桩基础）安全性1.目前已进入汛期，围堰法施工扩大基础，围堰较高，施工时间长，对防洪度汛影响大，存在安全隐患。2.河道晴天实测水位标高为33.10m，平均水深1.30m～1.60m，每遇降雨天气，河道水位迅速上升至35.25m，水深达到3.45m～3.75m，水位上升较大，本年度降雨天气较多，围堰被冲垮的几率很大。3.每遇降雨天气，河道水位迅速上涨，对河道内施工人员存在安全隐患1.施工期间机械在作业平台上施工，施工对河道汛期影响较小。2.安全性较高。工期1.计划完成工期140日历天。2.每遇降雨天气，河道水位迅速上涨，围堰需要频繁修复，从而导致施工施工工期延长。1.计划完成工期95日历天。经济性1.土袋围堰方案在原合同额上增加投入445万元。1.使用旋挖钻施工工艺，预计增加费用401万元，因变更原合同预计减少挖土石方、回填方、余方弃置、清单围堰工程量（500m³）、混凝土基础、扩大基础预埋钢板、扩大基础上钢管桩、现浇构件钢筋、钢结构防腐、钢结构拆除、拆除混凝土结构相应工程量，预计减少工程造价200万元；变更后增加钢平台周转施工、钢管桩底灌注砂、旋挖钻钻孔、沉打钢管桩、钢结构防腐、钢管桩拆除等工作内容，预计增加费用201万元。备注1.不包含相关部门因防洪度汛要求，需清除围堰和再次修筑围堰的费用。2.因为本围堰顶标高根据35.25m（连续3天降雨河道水位）+0.7m（安全高度）=35.95m进行设计。而五年一遇洪水位为37.7m，所以汛期施工时，围堰存在被洪水冲垮的极大风险，将多次发生费用。钢平台+旋挖钻施工钢管桩基础在原合同额基础上增加201万元，土袋围堰施工扩大基础在原合同额基础上增加445万元，前者比后者节省244万元。10.0.2社会效益钢平台+旋挖钻的施工工法有效的解决了浅覆盖层裸岩河床汛期无法施工的技术难题，保证了现场钢栈桥的安装质量和进度，降低了施工风险，减少机械资源消耗，为后续主桥的施工创造有利条件。社会各界人士到项目参观学习，提升了公司的知名度，创造了一定的社会效益。图10.1-1社会各界人士来项目参观学习11.应用实例11.1浙江省金华市金婺大桥重建项目保通便桥工程11.1.1工程概况金婺大桥位于金华市核心区的宾虹路上，横跨武义江连接婺城区和多湖商务区，现状交通量大，宾虹路施工改造期间，为保证沿线车辆通行，在现有金婺大桥南侧新建保通便桥，保通便桥与重建金婺大桥平行，横向净距离11.89m（重建金婺大桥索塔桥墩处8.15m），保通便道工程起点位于景园街交叉口南侧（K0+000），工程终点位于金婺大桥东侧，与现状宾虹东路相接（K0+790.611），保通便道全长790.611m，其中保通便桥全长282m。全桥共设18跨，跨径布置为（3×15+6×15+4×15+3×18+15+18）m，桥面宽度13.9m。上部结构从上至下依次为80mm厚沥青铺装，直径12mm带肋钢筋，12mm厚桥面钢板，I12.6工字钢小纵梁，I25a工字钢分配横梁，321贝雷梁，I63a工字钢横梁；下部结构为直径800mm嵌岩钢管桩，钢管桩长度15m-17m，基础持力层为中风化粉砂岩。金婺大桥项目通过利用钢平台+旋挖钻的施工工法，有效地