淤泥質(zhì)淺灘多功能型鋼施工平臺的設(shè)計與施工

呂 瑞

(廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

隨著橋梁建設(shè)的迅速發(fā)展，對特殊環(huán)境下的施工作業(yè)平臺應(yīng)用進行了深入的研究，浮箱式平臺、鋼棧橋、人工筑島等施工作業(yè)平臺[1]在各類水域、不同地質(zhì)條件下均得到了廣泛應(yīng)用，有效解決了橋梁工程基礎(chǔ)施工場地的問題，但深層淤泥質(zhì)淺灘區(qū)域的施工作業(yè)平臺研究較少。傳統(tǒng)的作業(yè)平臺方案在該區(qū)域局限性較大：貝雷梁棧橋因受凈空高度限制無法順利實施；浮箱式平臺因淺灘水深不足無法采用；筑島方案在淺灘應(yīng)用較多，但受深層軟基影響質(zhì)量難以保證等[2]。

本文依托蓮花特大橋32#主墩實體工程，針對區(qū)域內(nèi)淤泥深、淺灘凈空不足等地質(zhì)特點，充分利用分項工程設(shè)施，創(chuàng)新性提出了多功能型鋼施工平臺方案。該平臺方案結(jié)合后續(xù)分項工程施工特點，全面統(tǒng)籌，合理利用，縮短了施工周期，節(jié)約了施工成本，且型鋼施工平臺兼具鉆孔灌注、龍門吊吊裝、承臺開挖通道等功能，經(jīng)濟效益較好，可為后續(xù)類似工程提供參考。

1 工程概況

蓮花特大橋為跨越揭陽市榕江南河的鋼-混組合梁斜拉橋，全長2 444m。主橋跨徑布置為138m+300m+138m，采用雙塔雙索面半漂浮體系。索塔基礎(chǔ)采用24根直徑2.5m的鉆孔灌注樁，平均樁長119.5m，樁頂標(biāo)高-3.03m,樁底平均標(biāo)高-122.53m。榕江南河為Ⅲ級航道，通航5 000t級海輪。南岸32#主墩處于南河淺灘上，該區(qū)域地貌為沖積平原區(qū)，地層巖性由粘性土、砂土、礫卵石碎石等沖積層組成，軟土層厚約13.5m，存在飽和液化淤泥和液泥質(zhì)粉砂層，覆蓋層較深。橋位處多年平均汛期高潮水位0.30m，歷史最高潮位 3.10m，歷年平均最高潮位1.30m。

2 方案比選

32#主墩樁基施工平臺設(shè)計及方案確定直接影響到施工效率及安全性。該區(qū)域處于榕江南河淺灘上，具有淺層覆蓋淤泥層厚度大、砂層占比大、巖層埋深大等特點。施工水位受潮汐影響較大，傳統(tǒng)的貝雷梁鋼棧橋受高度限制較難實施，浮箱式平臺亦受淺灘水深的限制不予考慮，填土筑島在該區(qū)域具備可實施性。結(jié)合項目進度的需求，施工作業(yè)平臺搭設(shè)應(yīng)盡量縮短工期，且應(yīng)最大化發(fā)揮平臺功能?，F(xiàn)場踏勘后，根據(jù)分項工程特點，對傳統(tǒng)型鋼作業(yè)平臺進行了改造，使其功能豐富化，認為多功能型鋼施工平臺亦具有可實施性[3]。本文對初步擬定的兩種可實施性平臺施工方案(多功能型鋼施工平臺與填土筑島)進行分析、比選。

2.1 方案1

方案1為多功能型鋼施工平臺。型鋼施工平臺兼具樁基施工平臺、龍門吊吊裝平臺、承臺基坑清淤開挖通道等多項功能，其充分利用主墩樁基永久性鋼護筒、龍門吊鋼管樁基礎(chǔ)等搭設(shè)鉆孔平臺，在鋼護筒及鋼管樁上焊接牛腿承重支撐系統(tǒng)，然后鋪設(shè)型鋼及橋面板。該型鋼施工平臺承載力強，結(jié)構(gòu)較為安全，有利于后續(xù)施工工序質(zhì)量控制；在環(huán)保方面，其對航道影響較小，工程結(jié)束后不需清淤處置，且施工過程中利于文明施工管控；鋼管樁振設(shè)與平臺搭設(shè)同步進行，施工工期短；后續(xù)鋼板樁施工及承臺開挖難度較小。工程造價估算約為512萬元。該方案的缺點是施工平臺的工序較為復(fù)雜，過程中應(yīng)加強焊接、各項基礎(chǔ)振設(shè)深度、型鋼布設(shè)間距等指標(biāo)的控制。

2.2 方案2

方案2為筑島方案。筑島方案是指填土筑島，傳統(tǒng)工藝主要在拋石擠淤穩(wěn)固基底后進行填土筑島，但32#主墩因淤泥層厚達13.5m，清淤、圍堰均無法順利實施，故直接進行填土筑造平臺。平臺四周設(shè)置兩層防護砂袋，以避免水流沖刷。施工平臺上主墩樁基一定范圍內(nèi)回填砂土，碾壓夯實后澆筑砼硬化層，供樁基施工使用。該平臺基底承載力弱，存在較大的沉降隱患，增大了后續(xù)分項工程施工質(zhì)量控制的難度；在環(huán)保方面，填土擠淤對航道污染較大，且完工后須恢復(fù)航道原貌，施工過程中安全文明管控難度大；筑島填筑、壓實完成后方可進行鋼護筒振設(shè)，工期較長；后續(xù)承臺基坑開挖難度大。工程造價估算約為561萬元。該方案的優(yōu)點是平臺填筑工序簡單，易于操作。

2.3 比選

兩個方案的比選見表1。綜合結(jié)構(gòu)安全、質(zhì)量控制、經(jīng)濟效益、安全環(huán)保等方面的因素考慮，選取型鋼施工平臺方案。

表1 方案比選

3 型鋼施工平臺方案設(shè)計

3.1 方案簡介

型鋼施工平臺平面尺寸為63.5m×40.0m，頂標(biāo)高與榕江南河南岸堤壩頂標(biāo)高一致。平臺由棧橋區(qū)域、鉆孔區(qū)域和加寬平臺區(qū)域三部分組成，平臺上部鋪設(shè)型鋼及鋼板面板，平臺四周設(shè)置1.2m的安全護欄，護欄由φ48×3.5mm的鋼管焊接而成，涂刷紅白油漆并設(shè)置踢腳板和警示燈。棧橋主承重梁采用2H500×200型鋼和2I56a工鋼，鉆孔區(qū)主承重梁采用2I45a工鋼，鋼護筒焊接牛腿受力。加寬平臺主承重梁采用2I56a工鋼和2I45a工鋼。鉆孔平臺分配梁統(tǒng)一采用I25a工鋼，間距為30cm，面板為1cm厚的鋼板。棧橋區(qū)域基礎(chǔ)采用規(guī)格為φ630×8mm的螺旋鋼管樁，鉆孔區(qū)域基礎(chǔ)為基樁永久鋼護筒，護筒埋深平均33.5m，內(nèi)徑2.8m，由厚度為δ=24mm鋼板卷制而成。護筒間采用φ300×6mm鋼管做平聯(lián)(同時做泥漿循環(huán)連通管)，龍門吊軌道基礎(chǔ)采用φ820×10mm鋼管樁。平臺基礎(chǔ)鋼管樁之間、鋼管樁與鋼護筒之間采用φ300×6mm鋼管和[20槽鋼作為平聯(lián)及斜撐，以加強平臺的整體穩(wěn)定性。

圖1 型鋼平臺分區(qū)及基礎(chǔ)布置(單位：cm)

圖2 型鋼平臺承重梁布置

3.2 結(jié)構(gòu)計算分析

型鋼施工平臺計算分為三部分，即樁基鉆孔平臺區(qū)域、棧橋區(qū)域、平臺區(qū)域。施工過程中整個平臺的主要機械設(shè)備有4臺ZJD4000反循環(huán)回旋鉆機、10m3砼運輸罐車、80t龍門吊、135t履帶吊等。采用 MIDAS 程序進行型鋼施工平臺結(jié)構(gòu)計算[4]。

3.3 計算結(jié)果

各項計算參數(shù)為結(jié)構(gòu)用 Q235鋼。厚度不大于16mm的抗拉、抗壓和抗彎[f]=215MPa，抗剪[fv]=125MPa；厚度大于16mm小于40mm的抗拉、抗壓和抗彎[f]=205MPa，抗剪[fv]=120MPa；允許撓度為L/400。經(jīng)過軟件計算，各項力學(xué)指標(biāo)均在規(guī)范容許的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)安全。

4 施工工藝

型鋼施工平臺的施工流程為：材料進場及施工準備→鋼管樁定位→前三排鋼管樁下沉→安裝焊接平聯(lián)、牛腿→安裝主承重梁→安裝次承重梁→安裝分配梁及鋪設(shè)面板→鋼護筒振設(shè)→牛腿焊接→承重梁安裝→安裝分配梁及鋪設(shè)面板[5-6]。型鋼施工平臺分區(qū)域施打，依托施工完畢的作為作業(yè)平臺，逐項推進?？傮w部署為先從南岸岸邊施打棧橋區(qū)域，棧橋區(qū)域完成后再行施打平臺區(qū)域，待棧橋、平臺區(qū)域均完成后施打樁基鉆孔平臺區(qū)域，最后完成附屬設(shè)施布置，即形成整體的型鋼施工平臺。

圖3 型鋼施工平臺工藝流程

4.1 棧橋區(qū)域施工

棧橋區(qū)域作為后續(xù)平臺施工的首要通道，要做好與岸邊道路的順接施工。施工前按照方案設(shè)計對鋼管樁位置進行精準放樣，采用80t履帶吊配合DZ90振樁錘在河岸側(cè)插打前三排鋼管樁，插打振樁時利用懸臂導(dǎo)向支架準確打入鋼管樁，在振動過程中應(yīng)不斷檢測樁體垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正。鋼管樁入土深度以設(shè)計深度和貫入度雙控，鋼管樁入土深度達到設(shè)計值下沉速度仍較快時，分析原因，必要時增加管樁施工長度，下沉速率控制為2min內(nèi)無明顯進尺。鋼管樁施工完成經(jīng)驗收合格后，開始平聯(lián)、斜撐、牛腿焊接。平聯(lián)、斜撐的焊接時機應(yīng)靈活掌握，選擇最低潮位時進行焊接。應(yīng)加強各道焊接工藝的質(zhì)量控制，牛腿位置尤為關(guān)鍵。在鋼管樁樁頭使用氣割切割槽口(42cm×35cm)，槽口兩側(cè)加焊牛腿，牛腿必須與周邊滿焊，并保證牛腿鋼板頂面水平。接著進入承重梁、分配梁的安裝，最后鋪設(shè)橋面板，即形成起始平臺。在棧橋起始平臺與岸邊堤岸之間搭設(shè)22cm厚鋼筋混凝土預(yù)制板作為順接過渡段，確保各項機械設(shè)備通行平順。履帶吊通過預(yù)制板行駛至初始平臺上，繼續(xù)向前按兩排一輪插打鋼管樁。重復(fù)上述工序，直至棧橋區(qū)域搭設(shè)完成。

4.2 平臺區(qū)域施工

平臺區(qū)域施工時機械設(shè)備作業(yè)空間較為充裕，可依托棧橋平臺進行。平臺區(qū)域因布設(shè)有龍門吊軌道，在該區(qū)域平臺施工時應(yīng)將軌道基礎(chǔ)作為控制重點。龍門吊軌道基礎(chǔ)采用φ820×10mm螺旋鋼管樁，其內(nèi)側(cè)布設(shè)2I56a扁擔(dān)梁。施工時同棧橋區(qū)域按兩跨一輪方式進行，沿順橋向方向大小里程的平臺區(qū)域各布設(shè)一臺振樁錘，同步施工。施工時各構(gòu)件尺寸、位置按方案設(shè)計實施，各構(gòu)件安裝工藝與棧橋區(qū)域相同。

4.3 鉆孔區(qū)域施工

鉆孔區(qū)域平臺施工的重點是鋼護筒施打及牛腿焊接。施工時插打永久性鋼護筒需輔助φ820mm鋼管樁及導(dǎo)向架，φ820mm鋼管樁上部安裝2I45a承重梁，導(dǎo)向架支撐固定在承重梁上。施打順序為先插打中間兩根鋼護筒，再插打正前方兩根鋼護筒，再行兩側(cè)鋼護筒，依此逐跨推進。具體工序：

(1)鋼護筒定位放樣完成后，將導(dǎo)向架與承重梁焊接固定。采用135t履帶吊配合YZ300型振樁錘對鋼護筒分節(jié)沉放，過程中嚴格控制鋼護筒的垂直度。鋼護筒入土深度根據(jù)試樁情況確定，按設(shè)計深度和貫入度雙控。首節(jié)鋼護筒沉放到位后，吊裝下節(jié)鋼護筒進行對接。上下節(jié)護筒焊接固定牢固后，在護筒壁上焊接卡板，將鋼護筒固定在導(dǎo)向架上，松鉤進行下一根護筒沉放施工，直至鋼護筒施打至要求的深度。布設(shè)2根樁基的排(即該排僅有2個鋼護筒)應(yīng)插打臨時鋼管柱作為基礎(chǔ)支撐。

(2)每個鋼護筒周邊加焊2個牛腿作為鉆孔平臺受力點。牛腿采用雙面滿焊，并保證焊縫飽滿，焊縫厚度不得小于母材厚度，牛腿面板與承重梁焊接固接。

(3)安裝承重梁，并將導(dǎo)向架固定在承重梁上。樁基孔口位置單獨設(shè)置分配梁，便于樁基鉆孔施工時拆除。分配梁安裝完成后，鋪設(shè)δ=10mm花紋鋼板作為橋面板，橋面板安裝平整，中間不得有鼓包、錯臺，并與分配梁搭接位置進行焊接。

圖6 型鋼施工平臺鉆孔區(qū)域現(xiàn)場

4.4 其他附屬設(shè)施施工

型鋼施工平臺嚴格按照廣東省安全標(biāo)準化指南的要求。在平臺四周立焊1.2m高的φ48mm鋼管，高度方向按0.6m間距設(shè)置兩道水平桿，與立桿采用扣件連接，并在護欄上涂刷紅白油漆，護欄底設(shè)置20cm、高3mm厚的鋼板作為踢腳板。其他的安全設(shè)施、器件均按相關(guān)要求予以配備、安裝。

5 結(jié)語

特殊地質(zhì)條件區(qū)域的施工平臺研究已較為深入，但主要集中在深水、巖層復(fù)雜、復(fù)雜海況等方面，針對平臺高度受限的深層淤泥質(zhì)淺灘條件，行業(yè)內(nèi)研究較少。本文依托蓮花特大橋32#主墩實體工程，擬定了淤泥質(zhì)淺灘搭設(shè)型鋼平臺的施工方案，經(jīng)過施工實踐，得出以下結(jié)論：

(1)型鋼施工平臺適用于深層淤泥質(zhì)淺灘環(huán)境下的樁基或承臺施工，其經(jīng)濟效用較高，填補了受高度限制、深層淤泥質(zhì)淺灘條件下施工平臺搭設(shè)方面的空白，可為后續(xù)類似工程提供實踐經(jīng)驗。

(2)型鋼施工平臺在結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分利用永久性鋼護筒、鋼管樁作為基礎(chǔ)支撐，自行設(shè)計了四種牛腿型式，通過平聯(lián)、斜撐、承重梁等方式聯(lián)接，整體性較高，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。采用軟件建模全面分析了最不利工況下結(jié)構(gòu)受力情況，保證了結(jié)構(gòu)的安全性。永久鋼護筒的借助使用亦保證了方案在經(jīng)濟、工期上的可行性。

(3)型鋼施工平臺的綜合利用，順利實現(xiàn)了功能多樣化，平臺各區(qū)域設(shè)計時即考慮主墩后續(xù)各分項工程的施工狀況。樁基作業(yè)平臺、承臺基坑開挖及鋼板樁振設(shè)、吊裝作業(yè)平臺等功能的兼具實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益，不僅節(jié)省了工程成本，亦減少了部分分項工程的施工準備周期。