徐文杰 周聚辰 閔令
【摘? 要】本文以泉州灣跨海大橋超大海上鋼混組合棧橋的施工為背景。棧橋鋼管樁根據(jù)不同地質(zhì)條件運(yùn)用不同的施工方法進(jìn)行施工。棧橋橋面板運(yùn)用UHPC預(yù)制混凝土面板,提高了棧橋的行車舒適性,施工效率,并降低了橋面板的維護(hù)成本。本文詳細(xì)闡述了釣魚法,打樁船法的施工步驟,為今后復(fù)雜地質(zhì)條件下水上棧橋的施工提供了技術(shù)借鑒與參考。
【關(guān)鍵詞】鋼混組合棧橋;釣魚法;打樁船施工
1.工程項(xiàng)目概述
泉州灣跨海大橋全長20286.76m,其中海上橋梁長度為8.96km。海上主橋全長800m,為70+130+400+130+70m鋼-混結(jié)合梁半漂浮體系斜拉橋。
泉州灣跨海大橋海上棧橋由福州側(cè)棧橋及廈門側(cè)棧橋兩部分組成,分別從海堤連通至主塔墩。棧橋全長約9120.88m,其中福州側(cè)2105.23m,廈門側(cè)7015.65m。
本棧橋主要為滿足泉州灣跨海大橋海上施工需要,使用年限為4年。穿越區(qū)域較多,規(guī)模大,地層斷面變化大,包含有淺灘區(qū),深水區(qū),淺覆蓋層區(qū)等,地質(zhì)條件極其復(fù)雜,海上風(fēng)浪條件比較惡劣,每年有臺風(fēng)經(jīng)過,并且與原泉州灣跨海大橋匝道有交錯(cuò),施工難度大。
棧橋?qū)?.5m,頂標(biāo)高+7.5m。棧橋兩側(cè)設(shè)欄桿,面板采用200mm厚預(yù)制UHPC混凝土板。為保證使用年限及材料回收利用,縱梁采用鍍鋅貝雷片;下橫梁選用型鋼2HM588×300。下部采用樁基排架,外表面進(jìn)行防腐涂裝,標(biāo)準(zhǔn)斷面排架橫向間距6m,縱向間距為標(biāo)準(zhǔn)聯(lián),每一聯(lián)為6×12+6m。棧橋每2聯(lián)設(shè)置一個(gè)制動墩,伸縮縫設(shè)置在制動墩處,排架間距為6.05m。
排架樁基采用Φ800×12鋼管樁,在棧橋橫向標(biāo)高+0.5m和+3.5m的位置設(shè)2層Φ426×8mm平聯(lián),平聯(lián)之間設(shè)置斜撐雙拼工36a型鋼。
在淺灘區(qū)覆蓋層很薄的位置,棧橋斷面由2根鋼管樁變?yōu)?根鋼管樁,兩側(cè)2根鋼管樁植入強(qiáng)風(fēng)化巖層,并澆灌混凝土,如下圖所示。
2.棧橋橋面板比選
棧橋面板分為鋼面板及UHPC混凝土面板兩種形式,對比分析如下:
通過對比分析,泉州灣跨海大橋棧橋擬采用UHPC混凝土面板的結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點(diǎn)有使用過程中基本不用維護(hù)、無破損、噪音小、舒適性高;利于工廠化預(yù)制,施工速度快;受海水侵蝕影響小,可回收利用。
3.工程重點(diǎn)及難點(diǎn)
(1)本工程跨海域的棧橋線路長,施工組織管理難度大。
(2)海上施工區(qū)域的淤泥層厚度不均,橋址區(qū)存在多個(gè)孤石段,鉆孔平臺及棧橋須保證剛度和穩(wěn)定性。
(3)橋址區(qū)處于海洋鎂鹽、氯鹽腐蝕環(huán)境,對鋼材的腐蝕較嚴(yán)重,如何保證棧橋在四年使用期的結(jié)構(gòu)要求。
(4)季風(fēng)性海洋氣候持續(xù)時(shí)間長,對工程進(jìn)度、質(zhì)量及安全提出更高要求。
(5)與泉州灣公路大橋距離較近,船舶施工過程中需加強(qiáng)對泉州灣公路大橋橋墩的安全防護(hù)。
(6)潮位、氣象及地質(zhì)條件變化對現(xiàn)場施工作業(yè)條件及安全提出較高要求。
4.施工技術(shù)方法
結(jié)合棧橋不同區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)及施工作業(yè)面的劃分,棧橋的施工工藝根據(jù)鋼管樁插打方法不同分為釣魚法及打樁船施工兩種。其中釣魚法用于淺灘區(qū),打樁船施工法用于深水區(qū)。
棧橋鋼管樁集中加工制作。對于采用“釣魚法”施工的鋼管樁,陸運(yùn)至施工現(xiàn)場,當(dāng)長度超過18m時(shí),在廠內(nèi)分段制作,現(xiàn)場進(jìn)行接樁。對于采用打樁船施工的鋼管樁,采取整根制作,利用駁船水運(yùn)至橋址。
4.1淺灘區(qū)鋼管樁釣魚法施工工藝
位于淺灘區(qū)棧橋鋼管樁采用“釣魚法”施工,利用履帶吊+振動錘插打鋼管樁基礎(chǔ)。
(1)鋼管樁沉樁工藝
①、樁運(yùn)至現(xiàn)場,起吊鋼管樁,主鉤吊樁頂,副鉤起吊樁尖端,慢慢將樁豎直。
②、將鋼管樁慢慢放進(jìn)臨時(shí)固定導(dǎo)向架里面,固定導(dǎo)向架采用2節(jié)3m長貝雷片和型鋼拼裝而成。待鋼管樁穩(wěn)定后解鉤,起吊安裝振動錘。
③、振動錘先點(diǎn)振,樁位以及垂直度滿足要求后持續(xù)振動下沉。
④、鋼管樁需接長時(shí),首節(jié)鋼管樁下沉至水面以上4m左右停止下沉,起吊下一節(jié)鋼管樁開始接樁,并振動下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。
(2)鋼管樁施沉控制
①、插打過程中及時(shí)對樁位、垂直度及樁頂標(biāo)高進(jìn)行測量,每隔1~2min或每下沉5m校正鋼管樁一次,若發(fā)現(xiàn)偏差較大則及時(shí)進(jìn)行糾正。
②、振動的持續(xù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)不同機(jī)械和不同土質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)確定,時(shí)間不宜過長也不宜過短,一般控制在5min~10min。
③、振動下沉?xí)r鋼管樁應(yīng)夾緊,不得有間隙或松動,否則影響鋼管樁下沉,振動錘也易損傷。在振動錘振動過程中,如發(fā)現(xiàn)樁頂局部變形或損壞,則立即暫停施工,查找原因。
④、鋼管樁接長時(shí)采用單邊坡口熔透焊,保證結(jié)構(gòu)受力,同時(shí)四周增設(shè)加勁板。鋼管樁接長并經(jīng)質(zhì)量驗(yàn)收合格后方可繼續(xù)施打。
⑤、由于本項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜,鋼管樁的最終樁底標(biāo)高控制采取標(biāo)高、貫入度雙重控制,以貫入度控制為主,標(biāo)高校核。振動型沉錘的停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后3min振錘累計(jì)進(jìn)尺低于3cm。
(3)植樁法施工
根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件,對于淺覆蓋層區(qū)域,鋼管樁入土深度不足以滿足鋼管樁的嵌固要求,需采用植樁法施工,具體施工工藝如下:
先利用履帶吊按照“釣魚法”進(jìn)行植樁區(qū)棧橋的鋼管樁施打,同時(shí)每排鋼管樁間縱向增設(shè)平聯(lián)形成“板凳”結(jié)構(gòu),然后安裝棧橋上部結(jié)構(gòu),形成鉆孔作業(yè)平臺,履帶吊則繼續(xù)向前施工;將沖擊鉆機(jī)運(yùn)至植樁區(qū)域,沖擊成孔,采用氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行清孔;清孔完成后,進(jìn)行鋼筋籠的下放,并利用導(dǎo)管法澆筑水下混凝土,完成植樁工藝。
4.2深水區(qū)鋼管樁打樁船施工工藝
位于深水區(qū)的棧橋鋼管樁采用打樁船插打的施工方法,具體施工工藝如下:
(1)船舶拋錨定位
利用打樁船GPS定位系統(tǒng)將打樁船移至樁位附近,進(jìn)行初步定位。運(yùn)輸鋼管樁的自航駁在打樁船附近拋錨定位。
(2)打樁船移船取樁及立樁
①、打樁船移至運(yùn)樁自航駁側(cè)面,樁架前傾至鋼管樁上方,利用吊鉤和鋼絲繩起吊鋼管樁,收緊錨纜使打樁船移至施打區(qū)域,過程中避免拖樁、碰樁等情況的發(fā)生。
②、打樁船移船過程中緩緩立樁。將打樁船主吊索上升,副吊索下降,使鋼管樁成豎直狀態(tài)。同時(shí)打樁船樁架后傾,使鋼管樁與打樁船的龍門梃滑道平行(即同時(shí)成豎直狀態(tài)),抱樁器鎖定鋼管樁。
③、立樁完畢后,替打沿龍門梃軌道滑移,套住樁頂。根據(jù)“水上打樁GPS-RTK定位系統(tǒng)”進(jìn)行初步定位,將打樁船移至樁位附近。
(3)穩(wěn)樁及壓樁
在鋼管樁測量定位后,將鋼管樁緩慢下放,下放過程中保持樁架與鋼管樁樁的垂直度,保證樁錘、替打和鋼管樁位于同一軸線上,保證鋼管樁下沉?xí)r受力均勻。
(4)錘擊沉樁
利用GPS測量再次觀測樁的偏位、扭角及垂直度,各項(xiàng)控制數(shù)據(jù)達(dá)到要求后開始擊打。打樁初時(shí),應(yīng)輕擊數(shù)錘,落距應(yīng)小,過程中觀察樁身、樁架及樁錘,避免偏心錘擊。錘擊沉樁過程中,宜采用重錘低擊。錘擊保持連續(xù),以免土壤恢復(fù)而增加其對沉樁的阻力。
打樁船沉樁以貫入度控制為主,標(biāo)高校核。打樁船沉樁的停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后10錘累計(jì)進(jìn)尺低于5cm。
4.3后續(xù)結(jié)構(gòu)安裝
(1)平聯(lián)、斜撐安裝
鋼管樁下沉到位后,檢查樁的偏斜及入土深度,與設(shè)計(jì)無誤后,采用φ426×8鋼管進(jìn)行鋼管樁間橫縱向水平撐及剪刀撐連接,形成整體結(jié)構(gòu)。相關(guān)焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,確保質(zhì)量及使用安全。
完成平聯(lián)及斜撐焊接后,割除樁頂至設(shè)計(jì)標(biāo)高,開設(shè)槽口并焊接樁頂十字隔板,槽口及樁頂隔板應(yīng)平整且在同一平面上,以保證下橫梁擱置平穩(wěn)。
(2)主橫梁安裝
將拼裝成整體的主橫梁吊裝嵌入槽口內(nèi),與鋼管樁之間焊接肋板及連接板進(jìn)行加固。主橫梁在后場加工區(qū)制作成型,2根HM588型鋼之間焊縫為斷續(xù)坡口焊,焊縫長度200mm,間距200mm。主橫梁間設(shè)有肋板。肋板間距為450mm,900mm及1200mm。肋板焊縫皆為連續(xù)角焊縫,焊腳尺寸為10mm。
(3)貝雷架安裝
為了防止貝雷片腐蝕而影響結(jié)構(gòu)安全性,同時(shí)保證后續(xù)拆除后能夠再回收利用,貝雷片進(jìn)行鍍鋅防腐處理。將鍍鋅貝雷片按排架間距在后場拼成單層三排組合,貝雷片通過橫向及豎向貝雷支撐架連接成整體,間距為3m。組裝完成后利用平板車運(yùn)至安裝現(xiàn)場。
主橫梁上測量放樣貝雷片安裝位置,利用90t履帶吊吊裝貝雷桁架梁,位置偏差不大于5cm。棧橋橫斷面上共設(shè)3組3拼的貝雷桁架梁。組與組之間用∠75*8mm作斜撐將貝雷桁片連成整體,間距為3m。貝雷梁下弦桿通過[8槽鋼焊接固定在橫梁上,依此完成全部鋼棧橋貝雷架的安裝固定工作。
(4)橋面板的預(yù)制和安裝
橋面板采用UHPC混凝土橋面板,在加工預(yù)制廠集中預(yù)制。橋面板鋼筋在鋼筋加工廠集中制作,預(yù)埋件在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制作。
橋面板的側(cè)模采用[20a,利用已硬化的場地作為底模,采用塑料薄膜進(jìn)行隔離。橋面板混凝土初凝后,對橋面板表面進(jìn)行拉毛處理。橋面板通過噴灑養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。每塊混凝土面板標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸為7.5m*1.99m*0.2m,重量約7.8t。橋面板側(cè)面設(shè)置了四個(gè)吊裝槽口,利用卡板卡住槽口后即可順利起吊。
利用履帶吊或起重船進(jìn)行混凝土面板的安裝。面板安裝前在貝雷梁上弦桿鋪設(shè)1cm厚橡膠墊塊。安裝定位后將貝雷梁與面板通過“U”型卡板鎖定,U型卡板焊接在混凝土面板底部的預(yù)埋鋼板上。
5.結(jié)語
福廈鐵路泉州灣跨海大橋海上棧橋全長約9公里,穿越區(qū)域伴隨強(qiáng)風(fēng),大浪,淺覆蓋層等不利因素,施工過程中采用釣魚施工法和打樁船施工法相結(jié)合,淺灘區(qū)與深水區(qū)同時(shí)施工,運(yùn)用植樁法克服淺覆蓋層鋼管樁嵌固力不足的缺點(diǎn),結(jié)合UHPC預(yù)制混凝土橋面板,提高了施工功效,加強(qiáng)了棧橋的耐久性,舒適性,為項(xiàng)目取得了良好的工期效益及經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介:徐文杰(1988.8--),男,湖北黃岡人,本科,工程師,從事公路、鐵路施工工作。