棧橋及鉆孔平臺施工技術

謝萬國

(中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000)

飛云江大橋改建工程，位于飛云江北岸104國道與瑞光大道(機場路)平面交叉口處(K1940+771.82 ～K1944+257.146)，路線沿104國道瑞安高架橋下游側，向南前進，跨越飛云江，終點位于104國道與新56省道的交叉口以南(K1944+257.146)，路線全長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，為單箱室預應力混凝土箱梁，其中16 m為空心板梁。橋梁全長1799.94 m。

橋梁基礎均采用鉆孔灌注樁，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。

承臺均采用矩形承臺，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，擬采用搭設水上施工棧橋和鉆孔平臺，進行水上橋梁基礎及上部結構施工。

根據橋墩的分布位置及通航要求，北岸主棧位于3號墩～21號墩之間、南岸位于23號墩～27號墩之間，預留兩孔作為通航孔(21號～23號)。同時，考慮到棧橋及鉆孔平臺作為臨時施工設施，將北岸棧橋頂標高定為+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)棧橋結構設計。

北岸棧橋由6排貝雷片組成，貝雷片間距為0.9 m，每3 m間設置花架。上面鋪設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220 m。

并在棧橋兩側設置欄桿，高1.2 m，采用φ5.4，并且設三道橫桿，底腳處采用三角鋼板加強。

2)荷載取值。

根據實際施工要求，擬采用50 t履帶吊在棧橋上進行作業，其最大荷載為50 t，不計沖擊系數，取最大荷載安全系數為1.3，則最大動荷載為P=50×1.3=65 t，北岸承擔棧橋上部結構最大恒載為P=25 t，假定同排鋼管樁經雙根45b工字鋼分配后，鋼管樁承擔相同的荷載，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構最大恒載為20.9 t。

3)鋼管樁入土深度計算。

根據地質報告及以往該河段水上基礎施工經驗，橋址處地質情況較差，基本為淤泥質土層，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，按次土層分層進行鋼管樁承載計算。

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

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

則鋼管樁總長度為 10.25+25.7+1.5=37.45 m。

b.南岸鋼管樁入土深度計算。采用與南岸相同的設計荷載，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:

則鋼管樁入土長度為22+11.7=33.7 m，單根鋼管樁總長為13.68+33.7=47.38 m(鋼管樁(10 mm)頂標高為 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，則總長度為 38.58 m(鋼管樁頂標高 5.0 m)。

4)鋼管樁荷載驗算。

a.強度驗算。單根鋼管樁承載P=45 t，截面面積A=0.025 m2。

b.剛度驗算。根據實際情況，計算鉆孔樁時，一端設置為固接，一端鉸接，計算時為了偏安全，鉸接點取鋼管樁底部，則計算長度為l=0.7×L=25.76 m。查表得，鋼管樁的回轉半徑為i=0.2793，則鋼管樁的長細比為 λ =l/i=92.23 ＜［λ］=150，滿足要求。

c.穩定性驗算。計算得慣性矩: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)貝雷片受力計算。

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

6)型鋼受力計算。

棧橋由9根HW600×200型鋼組成，按平均受力計算，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，平均每根型鋼承擔彎矩為W/9=30 t·m。根據=115 MPa＜140，滿足要求。

7)橋面驗算。

a.縱梁驗算: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，則每個工字鋼的受力為，滿足要求。

b.橫梁驗算: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，不再計算。

c.鋼管樁頂45號工字鋼的驗算。根據圖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)鉆孔平臺設計。

a.鉆孔平臺荷載取值。根據設計孔位情況，每個鉆孔平臺位置有6根鉆孔灌注樁。擬設一臺GPS-200回旋鉆成孔，單機全重15 t，由于地質情況較為復雜，進入卵石層后，有可能換作沖擊鉆成孔，單機重15 t，綜合考慮到吊裝等作業，棧橋承載按照50 t設計，上部結構恒載60 t。鋼管樁承擔的總荷載為110 t，共由10根鋼管樁承擔。在平臺三側設置欄桿，高1.2 m，采用φ5.4，設三道橫桿，另一側，欄桿與棧橋欄桿連接，底腳處，采用三角鋼板加強(如圖4所示)。

圖3 南岸棧橋布置圖

圖4 棧橋及平臺欄桿設計大樣圖

b.鋼管樁入土深度計算。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，則鋼管樁入土長度為16.2 m，因此，鋼管樁總長為10.25+16.2=26.45 m(鋼管樁(10 mm)頂標高為5 m)。

c.上部結構計算。鉆孔平臺上部結構與棧橋構造基本相同，不再另算。

9)吊裝偏載計算。

由于本棧橋設計垂直承載能力為65 t，選擇50 t履帶吊背桿長度為31 m，作業半徑為16 m，最大起吊重量為5.3 t，在側向最為不利的工況下，受力簡圖如圖5所示。

圖5 受力簡圖

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，則履帶處支點反力 F1=84.8/4.3+25=44.7 t，F2=25 －84.8/4.3=5.3 t。則 F1小于設計鋼管樁承載力，滿足要求。但在實際施工當中，要求采用25 t汽車吊，進行吊裝工作。

在水中施工鉆孔樁時，采用鋼棧橋及鉆孔平臺設計，由于它具有穩定性高、施工簡便、速度快，可方便施工機械的通行，盡快實施水中鉆孔樁的施工。本文僅根據瑞安飛云江大橋施工情況，簡要介紹在橋梁深水鉆孔施工中采用棧橋及鉆孔平臺的結構設計的計算方法及施工注意事項。經過現場施工證明，本施工方案安全可靠。

［1］劉自明.橋梁深水基礎［M］.北京:人民交通出版社，2009.