浅覆盖层地质大跨度钢栈桥优化设计与施工

程明明 赵俊

摘要 浅覆盖层地质条件下，钢栈桥无法运用常规的“钓鱼法”进行施工，水中桩基施工复杂、工期长、成本高。增加栈桥的跨径可以大大的减少水中墩的数量，从而降低施工周期、节省施工成本。文章将结合金简仁快速路二期保通栈桥的优化设计与施工，介绍浅覆盖层地质条件下，栈桥的优化设计以及水中桩基的施工工艺。

关键词 浅覆盖层地质;大跨度钢栈桥;灌注型嵌岩桩;钢管桩植入嵌岩桩;浮箱钻孔

中图分类号 U448.18;U445.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0132-03

0 引言

涉水工程建设过程中，通常需要设置钢栈桥进行设备、材料的运输。栈桥的施工常采“钓鱼法”进行钢管的施打以及贝雷架设。但是浅覆盖地质条件下，钢管桩无法自稳，需要设置嵌岩锚固桩，常规的“钓鱼法”将无法适用。为解决这一难点，需要在栈桥的设计以及嵌岩锚固桩的施工工艺上进行优化。

1 工程概况

金简仁快速路二期沱江大桥段位于成都市简阳市及东部新区，起点桩号K26+100，止点桩号K28+320，长2.22 km。保通栈桥为项目临时保通工程，主要起到社会小型车辆临时保通、混凝土运输、原材料进场及沱江两岸施工车辆的沟通等作用。全线共设置3座保通栈桥，分别为1#、2#、3#保通栈桥。其中，1#、3#保通栈桥跨越沟谷。2#栈桥跨越沱江，起止桩号K0+558.676～K1+040.076，桥长度545.1 m，并设有40 m宽通航孔。

2 栈桥设计

2#保通栈桥桥位处沱江河床接近裸岩，局部有少许覆盖层，设计与施工难度较大，该文将重点介绍2#保通栈桥的优化设计与施工。

2.1 水文地质条件

桥位处20年一遇洪水时水深8.5 m;20年一遇水流流速：2.2 m/s;工作风速13.8 m/s（6级风）;非工作风速20.7 m/s（8级风）。桥位处主要分布有卵石及侏罗系上统蓬莱镇组强风化砂质泥岩、粉砂岩;中风化砂质泥岩、粉砂岩。其中卵石覆盖层较浅，部分区域为裸岩。

2.2 技术标准

（1）设计车速：

社会车辆：30 km/h。

施工车辆：15 km/h。

（2）设计荷载：社会车辆按照城市-B级，施工车辆按照30 t重载车进行验算。

（3）桥梁设计使用年限5年。

（4）2车道，桥面宽度8 m。

2.3 栈桥方案优化设计

2.3.1 原设计方案

2#栈桥设计院原设计方案非通航孔段标准跨径为15 m，上部结构采用10片321型普通贝雷+200 mm厚混凝土板，下部结构采用6根钢管桩组成的格构式墩柱，格构式墩布置为横向（3+3）m×纵向3 m。通航孔处理论跨径为46 m，为了减小结构自重，上部结构采用10片双层321型贝雷+钢面层，下部结构同非通航孔处，钢管桩型号均为φ1000×12，水中墩柱16组共计96个钢管桩。

钢管桩基础采用灌注型嵌岩桩[1]，如图1所示，设计推荐的主要施工工艺为：钢管桩插打一定深度后，临时稳固钢管桩，搭设临时打桩平台或水中浮箱，在钢管中下放钻头，进行灌注桩钻孔，灌注桩嵌入基岩深度不小于5 m，下放钢筋笼，浇筑水下混凝土，形成桩头嵌固。经过讨论论证，项目部决定进行试桩，试桩过程发现钢管桩插打較为困难，钢管桩临时稳固较为困难，需要借助临时稳固设施，稳固效果不理想，灌注桩钻孔时钢管桩易发生倾斜偏位，成桩质量欠佳。

2.3.2 优化设计方案

3座保通栈桥总工期不足3个月，2#保通栈桥水中墩较多，嵌岩桩施工难度大，经过试桩以及工期推算，原方案下无法满足工期要求，需进行方案整体优化设计。

优化设计的总体思路为，增大跨径减小水中墩的数量，优化嵌岩桩的成桩工艺。

非通航孔处，将原方案15 m跨径优化为（24+6）m组合跨径，上部结构采用10片双层321型贝雷，下部结构采用6根钢管桩组成的格构式墩柱，格构式墩布置为横向（3+3）m×纵向6 m。水中墩柱9组共计54个钢管桩，比原方案钢管桩数量少42个。

钢管桩基础采用钢管植入嵌岩桩[2]，如图2～3所示，主要施工工艺为：借助水中浮箱进行引孔，引孔入基岩深度不小于5 m，下放钢管，浇筑水下混凝土，形成桩头嵌固。

通航孔处理论跨径46 m，上部结构采用10片200型贝雷加强型+钢面层，下部结构同原方案（如图4）。

2.3.3 方案对比

优化方案与原方案相比，上部结构用钢量虽然增加但水上安装频次相当，主要是下部结构钢管数量以及嵌岩桩数量大大减少，且节省了一定的工期。嵌岩桩施工工艺中，优化方案省去了钢管桩的临时稳固，保证了成桩质量，节省了施工工期，优化临时措施。

大跨度栈桥贝雷梁端的转角较大，刚性横梁不能适应扭转变形，因此优化方案贝雷梁底设置（176×450×

78）mm板式橡胶支座。

另外通航孔处200型贝雷弯矩容许值（2 254 kN·m）[1]和剪力容许值（257 kN）[1]比双层321型贝雷弯矩容许值（1 632 kN·m）[3]和剪力容许值（245.2 kN）[3]均有提高，栈桥安全储备稍有提高。

2.3.4 优化设计方案计算

通航孔处跨径不变，贝雷承载力提高，故不进行计算。仅对非通航孔段进行计算。

选取非通航孔段标准联进行建模计算，荷载按照原设计标准进行加载（如图5）。

通过计算（表1），优化方案栈桥各构件均能满足规范要求。

3 栈桥施工

栈桥总体施工工艺为：旋挖钻上浮箱—浮箱定位抛锚—旋挖钻引孔—履带吊上浮箱就位—打入钢管桩—浇筑混凝土—钢管桩接长—安装桩间连接系—安装桩顶横梁—安装贝雷—铺装面层—安装附属结构。

3.1 嵌岩桩引孔方案

经工效分析，54根水中桩基礎须在35天内完成才能保证后续钢管接长以及上部结构的架设，经方案分析对比采用浮箱+SR220型旋挖钻拟进行引孔，方案分析比选情况见表2。

3.2 水中浮箱

1#浮箱作为旋挖钻机水上引孔施工平台，设计荷载为300 t，采用两侧各8个箱室加中间型钢平台结构，浮箱结构尺寸为（16×14×2.5）m。

2#浮箱作为履带吊水上施工平台，设计荷载为200 t，采用10个承载力为20 t 的军用浮箱（9×2.7×1.7）m通过型钢平联成整体，履带吊承重部分浮箱整体结构尺寸为（13.5×18×1.7）m。

3#浮箱作为水上栈桥段材料转运平台，设计荷载为40 t，采用2个承载力为20 t的军用浮箱（9×2.7×1.7）m通过工45 型钢平联成整体，浮箱整体结构尺寸为（9×8.4×1.7）m。

1#浮箱在工厂加工成半成品，运至现场进行拼装焊接，在沱江东岸侧搭设临时拼装焊接平台，在两侧箱体焊接完成后采用履带吊吊放下水，在水上进行中间平台拼装焊接。2#浮箱和3#浮箱租用军用浮箱，车运至主桥位沱江东岸侧处，采用履带吊吊放下水，在水上进行拼装连接。

浮箱通过岸边地锚进行临时定位固定，在浮箱和江岸侧临时码头平台间搭设钢栈桥，旋挖钻机和履带吊上浮箱采用钢栈桥走道开行上浮箱。

3.3 水中浮箱引孔

1#浮箱和2#浮箱通过两岸设置四个地锚在桩基墩位处进行定位固定，1#浮箱定位后通过四角位置设置的钢管作为插桩进行限位固定。

桩基引孔施工前采用浮箱上长臂挖机进行桩位处覆盖层清理，桩基引孔的钻渣通过在浮箱上放两个2 m³的装渣料斗进行转运钻渣，钻渣料斗采用栈桥上的履带吊和渣土运输车转运至岸上弃渣场弃放。

3.4 钢管桩插打及混凝土浇筑

单个墩位采用旋挖钻机引孔完成后，2#浮箱移位至该墩位，采用浮箱上履带吊进行钢管桩下放定位，每个墩位6根桩基钢管桩平联完成后，测量孔底沉渣厚度，如果沉底沉渣超标则采用吸泥泵进行清孔，清孔完成后采用水下混凝土浇筑工艺进行桩基锚固段混凝土浇筑。

混凝土通过岸侧成型的栈桥上履带吊转运至3#浮箱上，再利用2#浮箱上的履带吊吊放入料斗。为保证钢管桩外壁与引孔内间隙的混凝土填充效果，每根钢管混凝土嵌固部分，于管壁上设置长20 cm×宽10 cm条形布料孔，条形孔从钢管底每2 m对称设置2个。水中引孔完成后将钢管桩插入孔内，钢管露出水2 m，搭设水中作业平台，安装混凝土浇筑导管并连接料斗，采用拔塞法浇筑水下混凝土，严格控制混凝土灌注标高，将混凝土灌至河床面，灌混凝土方量根据引孔深度确定。

3.5 栈桥上部结构安装

栈桥嵌岩桩及钢管桩施工完毕后，按照常规方法依次对栈桥上部结构进行安装。

4 结束语

经过栈桥优化设计以及施工方案的优化，最终3座保通栈桥在要求的工期下如期贯通通车。

浅覆盖层地质区域，嵌岩桩施工较困难，可以通过大跨径设计减少桩基数量，减少嵌岩桩作业量。嵌岩桩可以优先选择钢管桩植入嵌岩桩，成桩工艺简便。

采用水中浮箱作为栈桥桩基施工平台，拆装方便，施工方便，无须设置临时钻孔平台和作业平台[4]。

参考文献

[1]喻忠权，沈惠荣.HD200型装配式公路钢桥[J].公路，2000（11）：27-29.

[2]码头结构设计规范：JTS167—2018[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2018.

[3]黄绍金，刘陌生. 装配式公路钢桥多用途使用手册 [M].北京：人民交通出版社，2003：58-59.

[4]梁之海.闽江特大桥深水裸岩河床栈桥设计与施工技术研究[J].铁道建筑技术，2019（3）：50-53+67.