棧橋及鉆孔平臺(tái)施工技術(shù)

謝萬國(guó)

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000)

飛云江大橋改建工程，位于飛云江北岸104國(guó)道與瑞光大道(機(jī)場(chǎng)路)平面交叉口處(K1940+771.82 ～K1944+257.146)，路線沿104國(guó)道瑞安高架橋下游側(cè)，向南前進(jìn)，跨越飛云江，終點(diǎn)位于104國(guó)道與新56省道的交叉口以南(K1944+257.146)，路線全長(zhǎng)3.485 km(見圖1)。

圖1 飛云江大橋改建工程總體布置圖

橋梁跨徑布置為16 m+30 m+3×35 m+30 m+3×5×51 m+5×62 m+3×5×35 m+16 m，為單箱室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，其中16 m為空心板梁。橋梁全長(zhǎng)1799.94 m。

橋梁基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，直徑分別為1.5 m(124根)和1.2 m(118根)，共242根，其中水中鉆孔灌注樁為132根，岸上鉆孔灌注樁為110根。

承臺(tái)均采用矩形承臺(tái)，尺寸分別為7.35 m×2.6 m×1.6 m，8.6 m ×5.4 m ×2.0 m，10.6 m ×6.6 m ×2.5 m(2.8 m)。

橋位處江面全寬1.2 km，擬采用搭設(shè)水上施工棧橋和鉆孔平臺(tái)，進(jìn)行水上橋梁基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)施工。

根據(jù)橋墩的分布位置及通航要求，北岸主棧位于3號(hào)墩～21號(hào)墩之間、南岸位于23號(hào)墩～27號(hào)墩之間，預(yù)留兩孔作為通航孔(21號(hào)～23號(hào))。同時(shí)，考慮到棧橋及鉆孔平臺(tái)作為臨時(shí)施工設(shè)施，將北岸棧橋頂標(biāo)高定為+7.0 m(底比歷史最高水位高1.0 m)，寬為6.0 m，由貝雷片組成，跨徑分別為12 m和15 m;南岸棧橋頂標(biāo)高定為6.5 m(底比歷史最高水位高 1.5 m)，寬 6.0 m，由HN600×200的型鋼組成，跨徑分別為12 m和9 m。各跨基礎(chǔ)采用φ800 mm×10 mm的螺旋鋼管樁，橫橋向間距為3.4 m，鋼管樁頂采用雙根Ⅰ45b型鋼作為分配梁。

1)棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

北岸棧橋由6排貝雷片組成，貝雷片間距為0.9 m，每3 m間設(shè)置花架。上面鋪設(shè)Ⅰ28b橫向分配梁及Ⅰ12.6縱向分配梁，橋面板采用δ=8 mm厚Q235鋼板，棧橋全長(zhǎng)870 m。南岸棧橋由9根HN600×200和HN500×200工字鋼組成，間距為 0.6 m，上部布置與北岸棧橋相同，棧橋長(zhǎng)220 m。

并在棧橋兩側(cè)設(shè)置欄桿，高1.2 m，采用φ5.4，并且設(shè)三道橫桿，底腳處采用三角鋼板加強(qiáng)。

2)荷載取值。

根據(jù)實(shí)際施工要求，擬采用50 t履帶吊在棧橋上進(jìn)行作業(yè)，其最大荷載為50 t，不計(jì)沖擊系數(shù)，取最大荷載安全系數(shù)為1.3，則最大動(dòng)荷載為P=50×1.3=65 t，北岸承擔(dān)棧橋上部結(jié)構(gòu)最大恒載為P=25 t，假定同排鋼管樁經(jīng)雙根45b工字鋼分配后，鋼管樁承擔(dān)相同的荷載，則雙排鋼管樁處，單根鋼管樁承受的荷載為F=(65+25)/2=45 t;四根鋼管樁處，單根鋼管樁受力為22.5 t，南岸最大單跨上部結(jié)構(gòu)最大恒載為20.9 t。

3)鋼管樁入土深度計(jì)算。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及以往該河段水上基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn)，橋址處地質(zhì)情況較差，基本為淤泥質(zhì)土層，切向摩擦力在8 kPa～22 kPa之間，其中高程40 cm～26.1 m為淤泥層，樁側(cè)摩阻力為8 kPa，26.1 m～44.43 m為粘土層，摩阻力為22 kPa，按次土層分層進(jìn)行鋼管樁承載計(jì)算。

解得 x=10.3 m，則鋼管樁入土長(zhǎng)度為25.7+10.3=36.0 m。

因此，鋼管樁總長(zhǎng)為 10.25+36.0=46.25 m(鋼管樁(10 mm)頂標(biāo)高為5 m)。四根鋼管樁處，單根鋼管樁入土深度為:

則鋼管樁總長(zhǎng)度為 10.25+25.7+1.5=37.45 m。

b.南岸鋼管樁入土深度計(jì)算。采用與南岸相同的設(shè)計(jì)荷載，即雙根鋼管樁處，單根樁承載力為45 t;四根樁處，承載力為22.5 t。由，兩根鋼管樁位置處，單根鋼管樁入土深度為:

則鋼管樁入土長(zhǎng)度為22+11.7=33.7 m，單根鋼管樁總長(zhǎng)為13.68+33.7=47.38 m(鋼管樁(10 mm)頂標(biāo)高為 5 m)。

同樣，四根鋼管樁處，單根鋼管樁入土深度為22+2.9=24.9 m，則總長(zhǎng)度為 38.58 m(鋼管樁頂標(biāo)高 5.0 m)。

4)鋼管樁荷載驗(yàn)算。

a.強(qiáng)度驗(yàn)算。單根鋼管樁承載P=45 t，截面面積A=0.025 m2。

b.剛度驗(yàn)算。根據(jù)實(shí)際情況，計(jì)算鉆孔樁時(shí)，一端設(shè)置為固接，一端鉸接，計(jì)算時(shí)為了偏安全，鉸接點(diǎn)取鋼管樁底部，則計(jì)算長(zhǎng)度為l=0.7×L=25.76 m。查表得，鋼管樁的回轉(zhuǎn)半徑為i=0.2793，則鋼管樁的長(zhǎng)細(xì)比為 λ =l/i=92.23 ＜［λ］=150，滿足要求。

c.穩(wěn)定性驗(yàn)算。計(jì)算得慣性矩:I=19.365×10－4m4;

鋼管樁身抗彎剛度:EI=2.0×1011×19.365×10－4/1000=387300 kN·m2;

單樁屈曲臨界荷載:Pcr=π2EI/Lp2=5754.6 kN;

P=450 kN ＜Pcr，滿足要求。

5)貝雷片受力計(jì)算。

a.抗彎計(jì)算。棧橋由6排貝雷片組成，按6排貝雷片平均受力計(jì)算，則最不利的位置，跨中彎矩為W=PL/4=90×15/4=337.5 t·m，平均每片承擔(dān)彎矩為 W/6=56.25 t·m ＜97.5 t·m，滿足要求。

6)型鋼受力計(jì)算。

棧橋由9根HW600×200型鋼組成，按平均受力計(jì)算，最不利的位置位于跨中，按照貝雷片棧橋荷載取值，跨中最大彎矩為W=PL/4=90×12/4=270 t·m，平均每根型鋼承擔(dān)彎矩為W/9=30 t·m。根據(jù)=115 MPa＜140，滿足要求。

7)橋面驗(yàn)算。

a.縱梁驗(yàn)算:滿載6 m3混凝土的罐車，總重量約30 t，前軸8 t，后軸22 t，則平均每個(gè)后輪承載5.5 t，假定受力寬度為40 cm，由2排Ⅰ12.6的工字鋼承擔(dān)，則每個(gè)工字鋼的受力為，滿足要求。

b.橫梁驗(yàn)算:橫梁采用Ⅰ28a的工字鋼，將橋面荷載均勻的傳遞到貝雷片，彎矩很小，不再計(jì)算。

c.鋼管樁頂45號(hào)工字鋼的驗(yàn)算。根據(jù)圖2，圖3可知，有6片貝雷片將荷載均勻的傳遞至兩根45a工字鋼上，再由工字鋼傳遞到鋼管樁，M=(90/4 ×1.7 －90/2/6 ×(2.25+1.35+0.45)=，滿足要求。

圖2 北岸棧橋布置圖

8)鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)。

a.鉆孔平臺(tái)荷載取值。根據(jù)設(shè)計(jì)孔位情況，每個(gè)鉆孔平臺(tái)位置有6根鉆孔灌注樁。擬設(shè)一臺(tái)GPS-200回旋鉆成孔，單機(jī)全重15 t，由于地質(zhì)情況較為復(fù)雜，進(jìn)入卵石層后，有可能換作沖擊鉆成孔，單機(jī)重15 t，綜合考慮到吊裝等作業(yè)，棧橋承載按照50 t設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)恒載60 t。鋼管樁承擔(dān)的總荷載為110 t，共由10根鋼管樁承擔(dān)。在平臺(tái)三側(cè)設(shè)置欄桿，高1.2 m，采用φ5.4，設(shè)三道橫桿，另一側(cè)，欄桿與棧橋欄桿連接，底腳處，采用三角鋼板加強(qiáng)(如圖4所示)。

圖3 南岸棧橋布置圖

圖4 棧橋及平臺(tái)欄桿設(shè)計(jì)大樣圖

b.鋼管樁入土深度計(jì)算。所選土層摩阻力與棧橋鋼管樁摩阻力相同。由，單根鋼管樁入土深度為:

解得x=16.2 m，則鋼管樁入土長(zhǎng)度為16.2 m，因此，鋼管樁總長(zhǎng)為10.25+16.2=26.45 m(鋼管樁(10 mm)頂標(biāo)高為5 m)。

c.上部結(jié)構(gòu)計(jì)算。鉆孔平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)與棧橋構(gòu)造基本相同，不再另算。

9)吊裝偏載計(jì)算。

由于本棧橋設(shè)計(jì)垂直承載能力為65 t，選擇50 t履帶吊背桿長(zhǎng)度為31 m，作業(yè)半徑為16 m，最大起吊重量為5.3 t，在側(cè)向最為不利的工況下，受力簡(jiǎn)圖如圖5所示。

圖5 受力簡(jiǎn)圖

在偏心彎矩為16 m×5.3 t=84.8 t·m，履帶吊輪邊距為4.3 m，則履帶處支點(diǎn)反力 F1=84.8/4.3+25=44.7 t，F(xiàn)2=25 －84.8/4.3=5.3 t。則 F1小于設(shè)計(jì)鋼管樁承載力，滿足要求。但在實(shí)際施工當(dāng)中，要求采用25 t汽車吊，進(jìn)行吊裝工作。

在水中施工鉆孔樁時(shí)，采用鋼棧橋及鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)，由于它具有穩(wěn)定性高、施工簡(jiǎn)便、速度快，可方便施工機(jī)械的通行，盡快實(shí)施水中鉆孔樁的施工。本文僅根據(jù)瑞安飛云江大橋施工情況，簡(jiǎn)要介紹在橋梁深水鉆孔施工中采用棧橋及鉆孔平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法及施工注意事項(xiàng)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)施工證明，本施工方案安全可靠。

［1］劉自明.橋梁深水基礎(chǔ)［M］.北京:人民交通出版社，2009.