裸岩地质钢栈桥施工技术
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【摘要】钢管桩基础、贝雷梁结构的栈桥在桥梁施工中应用广泛，其基础施工质量与使用安全密切相关，同时栈桥基础施工因地质条件各有不同。本文结合武汉至黄冈城际铁路黄冈公铁两用长江大桥2#、3#主塔墩栈桥钢管桩基础在流速大、裸岩地质条件下施工的过程，介绍裸岩地质钢栈桥施工技术。
【关键词】钢栈桥；钢管桩；裸岩地质；施工技术
【中图分类号】TU158【文献标识码】A【文章编号】1674-3954（2011）02-0077-02
一、工程概况
武汉至黄冈城际铁路黄冈公铁两用长江大桥主桥为钢桁梁斜拉桥，桥跨布置为：81+243+567+243+81=1215m。因主墩基础施工及后期边跨侧钢梁安装的需要，拟在南岸修建栈桥连通主墩。栈桥全长195m，跨度15m，3跨一联，共5联。北岸栈桥长240m,跨度15m，3跨一联，共6联，按双车道设计，全宽8.0m，栈桥前端设置一个会车及存料平台，主梁采用贝雷梁结构，横向布置9片贝雷梁；栈桥纵向中心线距离桥梁中心线上游侧22.0m，栈桥顶面标高南岸为+25.73m， 北岸为+24.20m。详见图1“南岸栈桥总布置图”。
图1南岸栈桥总布置图
1、地质条件
桥址处覆盖层均为粉砂层，南岸由2#主墩往岸边逐步变薄，局部墩位无覆盖层，随着施工阻水面积的增加及长江水位的上涨，覆盖层基本全部冲刷完；北岸由3#主墩至岸边覆盖层，在枯水期为7～10m厚，随着长江水位的上涨，从岸边到3#墩冲刷程度逐渐增大，3#主墩附近100m范围基本全部冲刷完。覆盖层下为砂、砾岩，属弱风化带，岩石基本承载力[σ]＝2000Kpa，南岸岩面倾斜严重，岩面与竖向最大有78°夹角。北岸岩面稍平坦。
2、水文条件
桥址处水面宽约1060m，最大水深约23～24m。桥址处流量大（洪水期流量达71800m3/s），流速达3.0m/s，流向与桥址基本呈0°夹角。
二、采用钢栈桥方案的总体思路
为了有效地解决2#、3#主塔墩建设工期紧张，施工压力大的问题，达到变水上施工为岸上施工的目的，经过研究分析，采用钢栈桥方案作为主塔墩施工的物资、设备运送的主要通道，以提高主塔墩施工过程中材料、设备输送效率，减少长江水位变化对施工的影响。
三、钢栈桥结构设计
根据现场施工条件和施工需要，该钢栈桥从使用功能上由架梁通道和汽车通道两部分组成；从结构上由钢管桩基础、型钢分配梁、贝雷梁纵梁及桥面板组成。
1、钢管桩基础
钢栈桥钢管桩基础采用钻孔桩与钢管桩结合形式，利用Φ1400×14mm钢管桩做为钢护筒进行Φ1.4m钻孔桩，钻孔方式采用冲击反循环成孔，钻孔桩入岩深度不小于4.0m，钢管内灌注混凝土高度4.0m，达到钢管桩与基岩固结的目的。设置两层用槽32制作的连接系，连续墩横桥向上下设置两层连接系L3，制动墩横桥向上下设置两层连接系L3，纵桥向上下设置两层连接系L2。连续墩上层连接系设置在距钢管桩顶1m位置处，制动墩上层连接系设置在距钢管桩顶1.42m位置处，上下层连接系的间距为4m ,为了栈桥的整体稳定性得以更好的保证，连接系与钢管桩之间均采用相惯线直接焊接连接。连续墩采用2根钢管桩，横桥向间距6.0m；制动墩采用4根钢管桩，横桥向间距6.0m，纵桥向间距5.0m。南岸岸边基础采用Φ1400×14mm挖孔桩基础，北岸岸边基础采用Φ800×8mm钢管桩插打基础。其余水中栈桥基础因覆盖层极少，采用钻孔桩与Φ1400×14mm钢管桩结合形式，钻孔桩入岩深度不得小于4.0m，钢管内灌注混凝土高度不小于4.0m。最小桩长9m、最大桩长34m。水中钢管桩基础形式详见图2“钢管桩基础结构图”。
图2钢管桩基础结构图
2、钢栈桥上部结构
为满足汽车行驶和后期边跨侧钢梁安装的要求钢栈桥从上到下依次为20cm厚C30预制混凝土桥面板，贝雷梁，2HN700*300mm分配梁,2HN400*200mm桩顶分配梁。分配梁型钢长度根据各个部位的需要确定，为了增强整个钢管桩基的整体稳定性和桩顶分配梁本身的稳定性，分配梁与钢管桩之间采用刚性连接。
四、钢栈桥施工
钢栈桥钢管桩基础采用定位船定位，逐根钻孔成桩，逐根连接的施工方法进行钢桩基础施工。上部结构采用履带吊机由岸边向江中心逐跨架设、安装施工。
主要施工流程：定位船定位 →导向架加工及安装 → 插打第一排钢管桩 → 冲击钻钻孔成孔 → 浇筑混凝土 → 用连接系连接钢管桩 → 安装桩顶分配梁，贝雷梁及桥面结构→ 50t履带吊机上钢栈桥按上述方法完成剩余的结构施工。
1、钢管桩基础施工
南岸岸边墩位处于裸露的基岩上，采用挖孔桩方法施工基础：人工挖孔Φ1.6m、深度4.0m以上，埋置Φ1400×16mm钢管桩后，浇注8.0m混凝土，其中嵌入岩层深度4.0m，桩内混凝土高度4.0m，达到固结目的。北岸岸边墩位处覆盖层较厚，采用常规振动锤插打钢管桩方法进行施工。
水中墩栈桥钢管桩基础采用钻孔桩与钢管桩结合形式，利用Φ1400×14mm钢管桩做为钢护筒进行Φ1.4m钻孔桩施工，钻孔方式采用冲击反循环成孔，钻孔桩入岩深度不小于4.0m，钢管内灌注混凝土高度4.0m。
管桩插打及钻孔施工平台采用浮式导向船形式，由5组2×HN400*200mm将两艘定位船焊接成整体，两艘定位船中间预留制动墩的4个桩位，便于导向架对位和插桩，以及固定钢护筒；整个定位船两侧各安装单排钢管桩导向；即浮式施工平台定位1次可以进行8根钢管桩的插打及钻孔桩的施工。详见图3“栈桥钢管桩基础施工导向船布置图”。
图3栈桥钢管桩基础施工导向船布置图
另外北岸栈桥在水位+15m以下时，覆盖层冲刷影响较小，实际在2010年4月～5月份（覆盖层还有6～8m）施工时，采用先快速插打钢管桩，并安装贝雷梁，钻孔桩施工在贝雷梁面进行的施工方法。此种方法相当于栈桥施工成形了再施工钻孔桩，其作业面大，可以上多台钻机进行施工，也减少了钢管桩在钻孔桩施工完后须接长的一道工序，大大加快了栈桥施工进度。但需注意的是：长江水位、流速、覆盖层厚度须经常进行观测，以理论计算为依据确保栈桥施工的安全；在管桩插打时须保证管桩底已到岩面，在钻孔桩施工时，不会导致管桩下沉造成安全事故；管桩顶分配梁安装时需预留钻孔桩的孔位，钻孔桩施工完进行恢复；在实际施工时务必利用当地水文局的水位预测资料进行施工安排，绝对确保安全。北岸栈桥在6月份水位上涨过大后，同样采用的浮式导向船钻孔方法。
（1）钢栈桥钢管桩定位
在流速大、水深的长江水域利用浮式平台进行钢管桩精确定位是钢管基础施工成败的关键。
①定位时由于水流力影响，钢管桩产生整体位移。
经计算流速为2.5m/s，施工水位为+18.0m时,钢管桩整体最大水平位移为34.5mm。；流速为2.5m/s，施工水位为+22.0m时,钢管桩整体最大水平位移为45.0mm。插打时钢管桩中心先向上游预偏5cm；
②由于钻孔施工状态下，钢护筒与岩层为铰接、与导向船为铰接，承受水流压力，且钢管桩长细比较大。定位时除考虑水流力造成的整体位移外还应考虑其绕度变形。导向船锚锭系统为线性材料，在承受钢管桩水流力情况下有一定伸长,伸长量约为5cm。因此二者合计取10cm的预偏量。
③利用导向船锚锭系统精确定位定位船，并安装好导向架。将定位船向上游预偏10cm,导向架的垂直度保证在1/500以上。
（2）钢栈桥钢管桩插打
水中钢管桩下沉采用悬打法施工，用35t浮吊配合振动桩锤施打钢管桩。先将钢管桩吊起并快速从导向架内插入覆盖层中。测量组确定桩位与桩的垂直度满足要求后，开动振桩的下沉应一气呵成，中途不可有较长的时间的停顿，同时振动的持续时间不宜超过10min～15min。
（3）冲击钻钻孔
钢管桩插打至岩面后立即进行冲击反循环钻进，钻至入岩4 m后终孔进行清孔。为防止由于岩面倾斜造成钢管桩底口局部脱空，影响钢管桩与基岩有效固结，钢管桩入岩应大于2.0m。为保证钢管桩顺利入岩，冲击钻头直径采用Φ1.36m，成孔后钢管桩基础桩径约Φ1.4m，成孔后利用振桩锤复打钢管桩使其达到入岩2.0m。
（4）安装钢筋笼及混凝土灌筑
成孔并进行钢管桩跟进后，即可进行钢筋笼安装及混凝土灌注，灌注过程应连续，保证成桩质量。由于钻孔孔深较深，钢筋笼质量相对非常轻，采取制作有底钢筋笼的方法，杜绝了灌注水下混凝土时钢筋笼的上浮。
（5）割桩移船
待钢管桩内混凝土达到强度后，将各钢管桩在定位船连接的分配梁底以上部分割除，移开定位船至下一施工点。管桩进行接高至设计标高。
2、钢管桩连接系施工
连接系采用槽32的型钢组在车间焊好后运至现场整体吊装焊接，下层连接系在低水位时进行焊接。
3、上部结构施工
上部结构主要有桩顶分配梁、贝雷梁及桥面板等。这些构件均在工厂或预制场加工成型后，通过陆路运至现场，采用50t履带吊机根据钢栈桥拼装过程的需要进行逐个拼装。
4、控制结果
由竣工测量数据可知，钢管桩定位时向上游预偏10cm施工，施工完后钢管桩中心位置偏差小于5cm，垂直度小于1%，符合要求。
五、结束语
钢管桩基础、贝雷梁结构的栈桥在桥梁施工中应用广泛，其基础施工因地质条件各有不同。黄冈公铁两用长江大桥主塔墩栈桥钢管桩基础在水位高、流速大、覆盖层薄且极易冲刷、部分岩面倾斜严重的特殊地质条件下施工，取得了施工速度快、钢管桩中心位置偏差小于5cm，垂直度小于1%的良好成果，为长江上施工栈桥及同类栈桥钢管桩基础施工积累了宝贵的经验。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》JGJ041-2000
[2]中华人民共和国交通部标准《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTG 025-86
[3]中华人民共和国行业标准《港口工程荷载规范》JTJ215-98
[4]黄绍金 刘陌生《装配式公路钢桥多用途手册》
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