徐汝寶

(中鐵十七局集團第五工程有限公司,山西 太原 030000)

永州城南大橋水中第二聯(lián)現(xiàn)澆箱梁設計采用四跨一聯(lián)連續(xù)梁結構形式,每跨跨度40m,第二聯(lián)全長160m,橋址區(qū)域為永州市一級飲用水源地,不允許進填筑筑島然后搭設普通碗扣支架施工,因此必須采用深水現(xiàn)澆鋼管樁支架施工第二聯(lián)現(xiàn)澆梁,但是第二聯(lián)橋址區(qū)域覆蓋層非常薄,覆蓋層以下為巖層地質(zhì),支架鋼管樁難以插打穩(wěn)固,無法滿足設計錨固深度要求,根據(jù)現(xiàn)場實際采用沖擊鉆在支架鋼管樁孔內(nèi)引孔,將巖層沖擊破碎,鉆渣不用撈出,鋼管樁振沉跟進,解決了淺埋覆蓋巖層地質(zhì)深水鋼管支架施工技術難題。

1 工程概況

2 支架設計

水中第二聯(lián)現(xiàn)澆鋼管支架設計結構為梁柱式現(xiàn)澆鋼管支架結構,鋼管支墩采用630*10mm 螺旋管鋼管樁基礎,現(xiàn)澆支架橫橋向每排設置6 根鋼管樁支撐柱,現(xiàn)澆梁底板下方橫橋向鋼管樁之間間距為3m 和3.25m,鋼管樁支墩設置在腹板下方,鋼管支墩上設置雙拼40b 工字鋼橫梁,支墩和橫梁之間設置落架沙箱構造,承重梁采用單層標準貝雷梁,貝雷梁跨度設置為9m,貝雷梁上面設置18# 工字鋼分配梁,分配工字鋼間距設置為60cm,分配工字鋼上面鋪設10cm*10cm 方木,方木鋪設間距全部為30cm(中到中),現(xiàn)澆支架鋼管樁采履帶吊配備90 型振動錘插打施工,由于橋址區(qū)域覆蓋層較淺,局部覆蓋層厚度只有30cm,為保證巖層地質(zhì)鋼管樁入巖嵌固深度及滿足承載力和穩(wěn)定性要求,現(xiàn)澆支架鋼管樁采用直徑55cm 沖擊鉆在鋼管樁內(nèi)引孔跟進振沉施工；完成鋼管樁引孔插打施工,現(xiàn)場原位吊裝焊接接長鋼管樁,鋼管樁之間設置20b 槽鋼剪刀撐和橫撐,鋼管樁與永久墩柱(4#-8#墩)之間設置縱向約束連接體系,確保其縱向穩(wěn)定性,如圖1。

圖1 鋼管注漿縱向約束連接體系

3 技術創(chuàng)新點

根據(jù)水中第二聯(lián)實際地質(zhì)情況及水中鋼管支架施工過程遇到的各種問題,我們對水中第二聯(lián)現(xiàn)澆支架施工進行了3 個方面的優(yōu)化創(chuàng)新。

3.1 現(xiàn)澆支架鋼管樁在淺埋覆蓋層巖層地質(zhì)插打無法打入設計錨固深度,采用630mm 鋼管樁自身孔內(nèi)沖擊鉆引孔方法,引孔至設計錨固深度,利用DZ90 振動錘振沉跟進,解決了淺埋覆蓋層巖層地質(zhì)水中現(xiàn)澆支架鋼管樁插打的技術難題,利用沖擊鉆在鋼管樁自身孔內(nèi)進行引孔,不用專門下放引孔鋼護筒,節(jié)約了成本,加快了鋼管樁引孔插打施工進度。

3.2 根據(jù)施工現(xiàn)場已有的樁基施工平臺及外側馬道位置,合理設置孔跨布置形式,解決了墩柱附近鋼管樁引孔時引孔鉆機就位問題；針對每跨跨中3 排鋼管樁引孔平臺問題,通多經(jīng)濟技術對比,選用浮箱作為沖擊鉆引孔安放平臺。

3.3 由于施工區(qū)域水深8m, 箱梁梁底至河床面最大高差達到20m,鋼管樁長度在22m 左右,為確保支架結構安全可靠,支架上部結構采用9m 跨度單層貝雷梁結構作為主要承重結構,第二聯(lián)為四跨一聯(lián)連續(xù)梁,為增加水中支架縱向穩(wěn)定性,墩柱兩側鋼管樁與墩柱做附墻聯(lián)系。

4 關鍵技術

4.1 鋼管樁樁位測定。根據(jù)現(xiàn)澆支架樁位平面布置圖及測量控制網(wǎng)和基準點,利用全站儀測量定位現(xiàn)澆支架鋼管樁具體樁位。

4.2 鋼管樁基礎沖擊鉆引孔施工。每跨跨中鋼管樁引孔采用浮箱作為沖擊鉆引孔施工平臺,浮箱四個角部設置四臺卷揚機調(diào)整浮箱位置具體,卷揚機鋼絲繩固定在永久墩柱及馬道鋼管樁上,每跨墩柱及外側馬道附近鋼管樁引孔采用臨時臨時搭設簡易引孔平臺施工,簡易引孔平臺采用標準貝雷梁搭設；采用沖擊鉆在現(xiàn)澆支架鋼管樁自身孔內(nèi)進行沖擊破碎巖層引孔施工,沖擊鉆鉆頭采用直徑55cm 型鉆頭,沖擊鉆引孔鋼護筒為現(xiàn)澆支架630mm 鋼管樁,鋼管樁基礎沖擊鉆引孔深度為3m(施工現(xiàn)場按照河床面以下3m 進行控制)。

雖然我國已經(jīng)成為了網(wǎng)絡大國，但還不是網(wǎng)絡強國，在網(wǎng)絡安全方面面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡安全事關國家安全的重大戰(zhàn)略問題，沒有網(wǎng)絡安全就沒有國家安全。我國的網(wǎng)絡安全和信息化領導體制曾幾經(jīng)調(diào)整，但以前都沒有上升到國家最高層面。隨著網(wǎng)絡安全和信息化在國家安全與發(fā)展中的地位與作用不斷提升，客觀上也要求把網(wǎng)絡安全和信息化作為國家的重大戰(zhàn)略。

鋼管樁基礎沖擊鉆引孔深度按照設計的鋼管樁底標高進行控制,現(xiàn)場技術員利用測繩量測孔底到棧橋平臺面高度推算引孔孔底實測標高；根據(jù)孔底設計標高、鋼管樁設計長度及鋼管樁頂標高控制鋼管樁入土深度。

4.3 鋼管樁振沉施工。每根鋼管樁沖擊鉆在其自身孔內(nèi)沖擊引孔施工完成,利用汽車吊移開鉆機,進行下一個樁位處的鋼管樁引孔施工,利用65t 履帶吊配備90型振動錘將現(xiàn)澆支架630mm*10mm 鋼管樁插打至孔底部嵌入巖層,打樁作業(yè)時,吊機吊起振動錘,利用振動錘夾子夾住鋼管樁頂口做好下樁準備,再次復測樁身位置,確保位置準確后開始振動沉樁,振動沉樁過程中利用全站儀監(jiān)測鋼管樁垂直度,防止管樁發(fā)生傾斜,以便及時調(diào)整平面位置及垂直度,當鋼管樁最后2min 內(nèi)貫入度在5cm 以內(nèi)[1],可以停錘,利用剪刀撐和旁邊鋼管樁焊接連接。

4.4 落架沙箱施工。先利用水準儀將所有在已經(jīng)接長到位的鋼管樁頂部進行整平抄平處理,在鋼管樁頂部焊接上蓋板鋼板,上蓋板尺寸為80cm*80cm*2cm,在上蓋板頂上放置落架沙箱,落加沙箱裝置采用在工廠里面定型加工,沙箱下部采用直徑350mm 壁厚10mm 鋼管,沙箱上部采用直徑325m 壁厚10mm 鋼管,蓋板采用厚度10mm 鋼板,沙箱蓋板采用365mm*365mm 鋼板。

落架沙箱示意圖見圖2 所示。

圖2 落架沙箱示意圖

在橫梁上放置砂箱,用于調(diào)整線形和卸載。鋼管樁上的橫梁也用砂箱來調(diào)整線形和卸載。

根據(jù)砂箱的計算公式：

根據(jù)上面的計算結果可知,砂箱承受的最大荷載是3350KN,取1.3 的荷載系數(shù),砂箱設計荷載取4355KN。

4.5 現(xiàn)澆支架橫梁施工。現(xiàn)澆支架橫梁采用2 拼I40b 工字鋼,先利用水準儀將每根鋼管樁頂部放置的落架沙箱進行抄平處理,將沙箱頂面調(diào)整到設計標高,利用履帶吊將已加工好的2 拼I40b 工字鋼(長度16m)整體吊至鋼管樁頂部落架砂筒上臨時固定。

4.6 現(xiàn)澆支架橫撐及剪刀撐施工?，F(xiàn)澆支架鋼管樁橫撐、剪刀撐等橫向聯(lián)系全部采用20b 槽鋼加固連接,剪刀撐端頭則依據(jù)三角函數(shù)原理進行提前下料,保證剪刀撐端頭面與鋼管樁豎向平行。橫撐和斜撐與鋼管樁連接部位均要求滿焊；橫撐和斜撐提前按照設計圖紙下料施工,利用25t 汽車吊起吊就位、定位焊接。

4.7 現(xiàn)澆支架上部結構施工

4.7.1 上部結構施工工藝流程。安裝貝雷梁→鋪設分配梁→鋪設方木→鋪設底模。

4.7.2 安裝貝雷梁。履帶吊停在施工平臺上,利用履帶吊在橫梁上鋪設或接長已在岸上拼接完成的標準貝雷片組,完成貝雷梁定位后焊接限位槽鋼。

4.7.3 鋪設分配梁。在完成的貝雷梁組上按設計間距鋪設I18 工字鋼分配梁。

4.7.4 鋪設方木。在鋪設完成的分配梁上鋪設10cm*10cm 小方木,方木鋪設間距30cm(中到中)。

4.7.5 鋪設底模。方木鋪設完成,在方木上鋪設1.5cm厚底模優(yōu)質(zhì)竹膠板。

4.8 現(xiàn)澆支架拆除施工。現(xiàn)澆梁預應力張拉壓漿完成,開始進行現(xiàn)澆支架整體降模,由于預應力張拉完成,梁體起拱0.5cm～1cm,所以現(xiàn)澆支架降模從每跨跨中開始降模落架,降模全過程必須做到多點對稱、同步、均勻。

拆除順序：邊腹板側?！F(xiàn)澆支架降模落架→人工拆除底模、方木→抽出工字鋼分配梁→拆除貝雷梁→拆除工字鋼橫梁→切割剪刀撐→拔出鋼管樁。

5 支架監(jiān)測

5.1 模型數(shù)據(jù)。支架結構321 公路鋼橋桁架貝雷片采用16 Mn,其拉應力、壓應力及彎曲應力設計值為310 MPa,剪應力設計值為180 MPa；支架結構的分配梁、橫墊梁型鋼、鋼管立柱及其連接等均采用Q235 鋼,其拉應力、壓應力及彎曲應力設計值為215 MPa,剪應力設計值為125 MPa[2]。

采用madis 軟件建模分析水中第二聯(lián)現(xiàn)澆鋼管支架,計算模型如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)澆支架計算模型

支架主要上部結構分配梁、橫梁、貝雷梁及下部結構鋼管樁構件應力及變形情況如下：

(1)貝雷片最大彎曲應力251.2 MPa＜310MPa；(2)貝雷片最大變形為7.1 mm＜9000/400=22.5mm；(3)分配梁最大應力為63.3 MPa＜215MPa；(4)分配梁最大變形為2.2 mm＜1250/400=3.125mm；(5)雙拼40 工字鋼橫梁最大應力為127.4 MPa＜215MPa；(6)橫梁最大變形為4.30 mm＜3000/400mm;(7)鋼管立柱最大應力為73.3 MPa＜215MPa；(8)鋼管立柱最大的豎向支撐反力為113.27t,彎矩為1.9t·m。

5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)與結論。水中第二聯(lián)支架監(jiān)測采用水準儀、全站儀和應變式傳感器監(jiān)測支架最不利位置的變形及應力,具體監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 水中第二聯(lián)現(xiàn)澆支架監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)水中第二聯(lián)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)對比分析,模型計算數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實測應力及變形全部比較吻合(最大相對偏差值負的9.5%),對指導后續(xù)類似工程施工具有一定的指導意義。

6 應用效果

永州城南大橋水中第二聯(lián)現(xiàn)澆鋼管支架順利、安全施工,使得在深水河道內(nèi)淺埋覆蓋層巖層地質(zhì)搭設施工水中鋼管支架得以實施,通過引孔平臺的合理設置及采用引孔浮箱進行跨中鋼管樁引孔作業(yè),有效的確保了現(xiàn)澆支架鋼管樁的嵌巖插打及錨固深度,在施工區(qū)域水流流速較小(2.4m/s)、連續(xù)梁縱坡較小(縱坡為1.22%)及支架搭設高度不大(支架搭設高度24.5m)的情況下,采用9m 跨度鋼管樁貝雷梁支架形式,在墩柱部位兩側設置鋼管樁縱向附墻聯(lián)系,增加支架縱向穩(wěn)定性,在每排鋼管樁橫向設置兩層剪刀撐,經(jīng)過建模計算分析,現(xiàn)澆支架跨中鋼管樁之間未設置縱橋向聯(lián)系可滿足承載力及穩(wěn)定性要求,加快了現(xiàn)澆支架總體施工進度,節(jié)約了支架材料成本投入；采用支架鋼管樁自身孔內(nèi)沖擊破碎引孔、振動錘振沉跟進的方式,和普通的引孔方式(先利用大直徑鋼護筒進行引孔再插入小直徑鋼管樁)相比,節(jié)約了下放引孔護筒及灌注植樁砼費用,加快了現(xiàn)澆支架下部結構鋼管樁的施工進度,總體技術經(jīng)濟效益比較顯著,在以后同類橋梁水中支架建設過程中具有一定的指導意義。