陳 曦,解穎超,李 鴻

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

鋼棧橋以其建設(shè)工藝簡(jiǎn)單、施工工期短、便于拆除、對(duì)環(huán)境影響小等特點(diǎn),常常作為臨時(shí)保通設(shè)施或水中施工平臺(tái)而出現(xiàn)于各類(lèi)建設(shè)工程[1]。針對(duì)河床覆蓋層淺薄、基巖偏硬的施工環(huán)境,鋼棧橋的豎向承載能力能夠得到很好的保障,其設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵便是如何確保在上部施工設(shè)備偏心受力、河道高流速水流沖擊等不利工況下,橋梁結(jié)構(gòu)側(cè)向抗滑移及抗傾覆能力滿(mǎn)足使用需要[2-3]。引孔植樁加固施工工藝因其制約因素少、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用最為普及,目前行業(yè)內(nèi)引孔植樁加固方式繁多[4],在此依托浙江緊水灘抽水蓄能電站三望潭鋼棧橋工程,對(duì)其施工方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

浙江緊水灘抽水蓄能電站位于浙江省麗水市云和縣緊水灘鎮(zhèn)境內(nèi)。電站總裝機(jī)容量297 MW(3×99 MW),建成后主要承擔(dān)浙江電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、儲(chǔ)能、調(diào)頻、調(diào)相和備用等任務(wù)。電站上水庫(kù)利用已建的緊水灘電站水庫(kù),下水庫(kù)利用已建的石塘電站水庫(kù),樞紐工程主要建筑物由輸水系統(tǒng)、半地下廠房等組成。電站屬Ⅲ等中型工程,主要永久建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì),次要永久建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

為保障工程進(jìn)場(chǎng)公路施工建設(shè),計(jì)劃于進(jìn)場(chǎng)公路三望潭大橋上游側(cè)搭設(shè)一座鋼棧橋,一方面,承擔(dān)北岸三望潭隧道施工通行及運(yùn)輸任務(wù),另一方面,作為橋梁水中樁基承臺(tái)施工作業(yè)平臺(tái)。

1.2 水文地質(zhì)條件

鋼棧橋橫跨龍泉溪水域進(jìn)行搭設(shè),龍泉溪屬石塘水庫(kù)庫(kù)尾,常年水位相對(duì)平穩(wěn)。施工區(qū)域兩側(cè)臨山,河道水面寬度122.8 m,常水位102.4m,最大水深8.2 m。

鋼棧橋施工區(qū)域上游1.9 km處為緊水灘電站大壩,施工區(qū)域徑流變化主要受電站發(fā)電影響。電站滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電狀態(tài),下泄流量2000 m3/s,對(duì)應(yīng)橋址區(qū)域水位106.4m,極限水流速為2.0 m/s。

根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)勘測(cè)資料,鋼棧橋施工區(qū)域河床底強(qiáng)風(fēng)化層分布厚度為3.5 m,其下為弱風(fēng)化、微風(fēng)化中細(xì)?；◢弾r,對(duì)應(yīng)飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值分別為82.23 MPa、121.84 MPa,為堅(jiān)硬巖。實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn),由于受長(zhǎng)期沖刷,河道中部約100 m寬度范圍內(nèi)河床覆蓋層厚度平均僅有0.8 m。

2 鋼棧橋設(shè)計(jì)情況

根據(jù)使用需求,鋼棧橋按照施工臨時(shí)道路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)[5],主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如下:

(1)設(shè)計(jì)安全等級(jí)二級(jí),使用年限16個(gè)月;

(2)設(shè)計(jì)限載100 t,行車(chē)速度控制值為10 km/h;

(3)設(shè)計(jì)允許施工最大基本風(fēng)速為13.8 m/s,考慮5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

綜上,鋼棧橋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度141.1m,橋面寬度6 m,最大跨間距12.0 m,橋面縱坡0.71 %。

鋼棧橋墩柱采用φ630 mm鋼管樁立柱,柱間采用[22槽鋼設(shè)置連接系,柱頂開(kāi)槽架設(shè)雙拼40 a工字鋼主橫梁,其上依次鋪設(shè)321型貝雷片、22 a工字鋼分配梁及定制橋面板。鋼棧橋見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 鋼棧橋正視

圖2 鋼棧橋剖面

3 施工方法及注意事項(xiàng)

3.1 施工規(guī)劃

鑒于本工程河床強(qiáng)風(fēng)化層淺薄,下部河床基巖為堅(jiān)硬巖,棧橋鋼管樁震動(dòng)下沉僅能貫穿強(qiáng)風(fēng)化層,而無(wú)法直接進(jìn)入河床弱風(fēng)化基巖。完整的河床弱風(fēng)化基巖一方面為鋼棧橋提供了有效的樁底承載持力作用,另一方面也造成了樁體入土深度不足,棧橋抗傾覆能力及抗側(cè)向沖擊能力不足。

通過(guò)鋼棧橋結(jié)構(gòu)建模驗(yàn)算,鋼管樁入土深度≥2.5 m方能保證棧橋抗傾覆能力及抗側(cè)向沖擊能力滿(mǎn)足規(guī)范要求。如入土深度不能滿(mǎn)足≥2.5 m要求,則采用引孔植樁的施工方法,對(duì)每排樁基上下游側(cè)兩根鋼管樁進(jìn)行引孔,引孔深度6.0 m,采用級(jí)配碎石作為引孔填料。

3.2 施工工藝

鋼管樁引孔植樁施工工藝是一種采用機(jī)械成孔方式,在設(shè)計(jì)沉樁位置對(duì)應(yīng)河床底部開(kāi)鑿一定深度的嵌孔,將鋼管樁安設(shè)于該嵌孔并采用混凝土或土石料進(jìn)行嵌孔填埋的施工方法。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)樁位試樁,當(dāng)入土深度不能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí),啟用引孔植樁工藝進(jìn)行施工。該施工方法可有效確保鋼管樁的錨固力,提高整體抗傾覆能力及抗側(cè)向沖擊能力。

3.3 主要施工步驟

與常規(guī)鋼棧橋逐樁施工工藝相比較,為確保核實(shí)每個(gè)設(shè)計(jì)樁位覆蓋層情況,需增加設(shè)計(jì)樁位試樁施工環(huán)節(jié)。試樁采用與設(shè)計(jì)樁同規(guī)格的直徑630 mm,壁厚10 mm的鋼管樁;選用DZ60振動(dòng)錘按照常規(guī)沉樁工藝進(jìn)行施工;貫入度按2 cm/ min進(jìn)行控制,測(cè)定沉樁入土深度,如不滿(mǎn)足≥2.5 m的設(shè)計(jì)要求,則按照引孔植樁工藝進(jìn)行施工。

引孔植樁工藝主要施工步驟及操作要點(diǎn)如下:

(1)臨時(shí)鋼管樁安設(shè)

臨時(shí)樁采用與設(shè)計(jì)樁同規(guī)格的直徑630 mm,壁厚10 mm的鋼管樁,布設(shè)位置位于設(shè)計(jì)鋼管樁位向施工外側(cè)方向2～3 m處,每排布設(shè)根數(shù)與設(shè)計(jì)樁相同。

施工時(shí)采用同型號(hào)履帶吊及振動(dòng)錘進(jìn)行臨時(shí)樁打設(shè),臨時(shí)樁樁底需沉至持力層,以貫入度進(jìn)行控制,貫入度控制值2 cm/ min,達(dá)到貫入度控制值后持續(xù)錘擊50擊。

完成臨時(shí)鋼管樁打設(shè)后,進(jìn)行樁間連接系焊接,臨時(shí)樁樁間連接系設(shè)置與設(shè)計(jì)樁間連接系一致,連接系可在后場(chǎng)分片加工并倒運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接安裝。臨時(shí)樁安置示意見(jiàn)圖3。

圖3 臨時(shí)樁安置示意

(2)臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)

完成臨時(shí)樁安設(shè)后,對(duì)樁頂高程進(jìn)行復(fù)測(cè),確保樁頂高程鋪設(shè)完橋面板后橋面標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高高5 cm,以方便后續(xù)體系轉(zhuǎn)換施工。以樁頂標(biāo)高為基準(zhǔn),減去分配梁、貝雷梁高度后,確定臨時(shí)主橫梁開(kāi)孔位置。臨時(shí)承重橫梁采用雙拼36 a工字鋼,沿開(kāi)孔位置穿入后,在底部焊接三角加勁鋼板將工字鋼與鋼管連接,加勁鋼板采用高25 cm,寬20 cm,厚1 cm的鋼板。

貝雷梁在架設(shè)前先根據(jù)圖紙?zhí)崆霸诩庸?chǎng)地拼接成長(zhǎng)15 m單層架體,現(xiàn)場(chǎng)吊裝至臨時(shí)承重橫梁上,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求安裝梁間支撐架、組間剪刀撐,并用抱箍、限位器將貝雷梁與臨時(shí)承重橫梁進(jìn)行固定。

安裝貝雷梁、梁間支撐架、組間剪刀撐時(shí),應(yīng)注意在設(shè)計(jì)樁位范圍做預(yù)留斷開(kāi)處理。設(shè)計(jì)樁位區(qū)域影響到的分配梁、橋面板,應(yīng)待設(shè)計(jì)鋼管樁施工完成后再行安設(shè)。

(3)沖擊鉆沖孔

在搭設(shè)好的施工平臺(tái)上,完成設(shè)計(jì)鋼管樁樁位定位復(fù)核。利用履帶吊及振動(dòng)錘下放直徑800 mm鋼護(hù)筒,錘擊穿過(guò)覆蓋層即可,隨后利用型鋼將護(hù)筒與橋面固定。

完成沖擊鉆吊裝就位,本次施工選用CKJ100沖擊錘,設(shè)備參數(shù)如表1,施工示意見(jiàn)圖4。

表1 CKJ100沖擊錘設(shè)備參數(shù)

圖4 沖擊鉆沖孔施工示意

設(shè)備就位后,再次進(jìn)行樁位復(fù)核,隨后按照沖擊鉆成孔工藝進(jìn)行沖孔施工,沖孔孔深6 m。河床沖孔基本為全嵌巖狀態(tài),不做泥漿護(hù)壁要求,但孔內(nèi)仍需按照相對(duì)密度1.20進(jìn)行泥漿配置,不做循環(huán)要求,僅確保鉆渣懸浮,另配置撈渣桶出渣。

(4)設(shè)計(jì)鋼管樁及主橫梁安裝

利用履帶吊先行移除鋼護(hù)筒,于已成孔的設(shè)計(jì)樁位下放直徑630 mm鋼管樁至孔底,選用級(jí)配碎石對(duì)沖孔進(jìn)行回填,回填量按照成孔體積的1.2倍進(jìn)行回填,使回填面略高于原河床底面。

回填完成后,利用履帶吊及振動(dòng)錘將鋼管樁向上拔起至距孔口高程向下1m左右高度停止,隨后進(jìn)行振動(dòng)下沉至孔底,通過(guò)激振傳導(dǎo),以加強(qiáng)回填料密實(shí)程度。

在鋼管樁外側(cè)依次進(jìn)行礫石料、大粒徑塊石料二次拋填,通過(guò)頂部大塊石壓覆作用,降低孔內(nèi)回填料伴隨水流沖刷散失速度。

施工設(shè)計(jì)鋼管樁時(shí)跟進(jìn)完善樁間連接系,待單排樁全部施工完成后,按照設(shè)計(jì)要求從側(cè)面完成主橫梁的吊裝,并完善加勁鋼板焊接。

(5)受力體系轉(zhuǎn)換

完成主橫梁安裝后,先行恢復(fù)之前斷開(kāi)預(yù)留的設(shè)計(jì)鋼管樁范圍內(nèi)的貝雷梁,并仔細(xì)檢查,確保連接穩(wěn)固。

隨后移除臨時(shí)鋼管樁上部橋面板,拆除臨時(shí)鋼管樁間連接系及貫穿鋼管樁之間的臨時(shí)主橫梁,拆除過(guò)程中,輔以履帶吊進(jìn)行吊放,使貝雷梁逐組平穩(wěn)下落至設(shè)計(jì)鋼管樁主橫梁上,由臨時(shí)鋼管樁體系承重轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)鋼管樁承重,完成整個(gè)受力體系轉(zhuǎn)換。

臨時(shí)樁承重體系抗傾覆能力及側(cè)向抗沖擊能力較弱,故在完成受力體系轉(zhuǎn)換之前,履帶吊應(yīng)在相鄰已完橋跨上部運(yùn)行,臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)上部不得停放除沖擊鉆以外其他重型設(shè)備,也不得進(jìn)行臨時(shí)材料堆放,防止振動(dòng)滑落。

(6)上部結(jié)構(gòu)恢復(fù)

受力體系轉(zhuǎn)換完成后,自下而上依次恢復(fù)設(shè)計(jì)鋼管樁影響范圍內(nèi)的貝雷梁、分配梁、橋面板,并完善限位器及定位卡扣。最后進(jìn)行橋面護(hù)欄安裝,即完成整跨全部施工。

隨后轉(zhuǎn)入下一循環(huán),直至完成整個(gè)鋼棧橋搭設(shè)。

(7)橋梁驗(yàn)收

在完成整個(gè)鋼棧橋搭設(shè)后,應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求,聯(lián)合參建各方進(jìn)行橋梁驗(yàn)收,驗(yàn)收流程應(yīng)包含但不限于表觀量測(cè)、荷載試驗(yàn)等。

4 施工成效分析

浙江緊水灘抽水蓄能電站三望潭鋼棧橋完建后隨即開(kāi)展了荷載試驗(yàn)檢測(cè),支點(diǎn)沉降值、跨中撓度變形量均滿(mǎn)足規(guī)范要求,目前已歷經(jīng)一個(gè)汛期的運(yùn)行考驗(yàn),運(yùn)行平穩(wěn),結(jié)構(gòu)可靠。

鋼棧橋共完成36個(gè)孔位引孔加固作業(yè),歷經(jīng)32 d完成整座鋼棧橋建設(shè),通過(guò)該工藝的選用及優(yōu)化,施工進(jìn)度較原計(jì)劃加快20 %。

該施工方法中,通過(guò)加深引孔代替最初孔內(nèi)灌注混凝土的方式,以便于后續(xù)拆除時(shí)能夠正常拔除鋼管樁,而無(wú)須進(jìn)行水下切除作業(yè)。同時(shí)利用永久橋梁結(jié)構(gòu),通過(guò)一次受力體系轉(zhuǎn)換工序,永臨結(jié)合,節(jié)約了臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)搭設(shè)費(fèi)用。與我單位以往承建類(lèi)似工程相比較,施工開(kāi)支節(jié)約15 %。

5 結(jié)語(yǔ)

以浙江緊水灘抽水蓄能電站進(jìn)場(chǎng)公路項(xiàng)目三望潭鋼棧橋施工為研究對(duì)象,針對(duì)工程河床覆蓋層淺薄、基巖偏硬等特點(diǎn),利用臨時(shí)鋼管樁基礎(chǔ)搭建鋼棧橋上部結(jié)構(gòu),形成臨時(shí)作業(yè)臺(tái)以便進(jìn)行沖擊鉆孔植樁,克服上部施工設(shè)置偏心受力、河道高速水流沖擊等不利工況,以相對(duì)較低成本和較高效率完成了設(shè)計(jì)鋼管樁施工,橋梁結(jié)構(gòu)側(cè)向抗滑移及抗傾覆能力滿(mǎn)足要求。施工技術(shù)方法取得良好效果,可供相似條件工程參考。