橋梁工程臨時水上鋼棧橋與平臺施工技術(shù)

吳海川

(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司 北京 100043)

鋼橋梁和鋼平臺是一種結(jié)構(gòu)性的臨時建筑，在臨建施工中發(fā)揮著重要作用。經(jīng)對大冶水庫近年水位變化進(jìn)行分析，考慮棧橋使用時間約為2年，綜合考慮成本、工期及安全風(fēng)險等因素，按5年間一遇最高水位控制橋面標(biāo)高，近5 年最高洪水位為235.11 m，近5 年平均最高水位為233.03 m，故本棧橋考慮按絕對高程235.0 m 控制棧橋橋面標(biāo)高，以233.0 m 作為控制施工水位預(yù)警標(biāo)高，確保施工安全[1-2]。考慮75 t 履帶吊作業(yè)行走寬度，同時滿足普通車輛錯車要求，棧橋?qū)挾葹? m。

1 工程概況

1.1 工程簡介

（1）大冶水庫特大橋總長1 482.8 m，孔跨布局為45 m×32 m，大橋采取32 m簡支梁預(yù)制、架設(shè)施工，橫跨大冶水庫，8～26 號墩位于水中（根據(jù)施工水位計算）。涉水鉆孔樁182 根（6～64.5 m），涉水承臺和橋墩分別為19個。

（2）砌筑方法：利用枯水期水中墩全部采用使用鋼板樁圍堰，施工結(jié)束后，拆掉鋼板樁圍堰，修復(fù)水庫。

（3）8～26 號墩基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)，其中，14、15、18～22、24 號墩為巖溶段，采用護(hù)筒跟進(jìn)法施工，水中其他樁基采用黃泥夾片石形成泥石護(hù)壁，沖擊成孔。

1.2 工程地質(zhì)情況

（1）橋梁處于魯中地區(qū)的隆升帶，其地質(zhì)條件以地震液化和巖溶為主，而特殊巖石則以人造填料、軟土、疏松土和季節(jié)性冰雪居多。

（2）庫區(qū)水底上覆蓋層厚度不一，最厚處可達(dá)12 m，而兩岸靠岸側(cè)的覆蓋層則較薄，最少只有1～2 m。

（3）下伏層為奧陶系及寒武系。

1.3 施工特征分析

（1）大冶水庫為二級水源保護(hù)區(qū)。前期與當(dāng)?shù)氐恼?、水利等部門協(xié)調(diào)工作較多，工程開展難度大。

（2）該橋巖溶發(fā)育形態(tài)復(fù)雜且不規(guī)則，施工前需地質(zhì)專業(yè)確認(rèn)是否需要補(bǔ)勘[3-4]。基礎(chǔ)施工時須做好施工記錄，繪制柱狀圖。庫底覆蓋層因近年存在人為采砂行為，對庫底原狀破壞較大，橋址多處存在巖溶，樁基礎(chǔ)施工難度大，多處施工存在不可預(yù)見性。

（3）鋼棧橋兼顧施工運輸物料，使用周期長，頻次多，鋼棧橋穩(wěn)定性及耐疲勞要求高。

2 棧橋施工

2.1 施工準(zhǔn)備

（1）為確保棧橋施工順利進(jìn)行，將在橋梁大里程端建設(shè)用地，用于儲存施工材料、臨時拼裝、設(shè)備?？亢途S護(hù)保養(yǎng)。施工前對場地與連通便道進(jìn)行整平。

（2）原材料準(zhǔn)備。將鋼樁采用平板車汽運至施工現(xiàn)場，按下沉次序多層疊放，每層墊木都要放置在同一個垂直面上。在鋼管樁起吊、運送和堆存流程中，應(yīng)當(dāng)采取有效措施，避免因撞擊等因素而導(dǎo)致管身變形較大的損壞。在使用鋼管樁之前，應(yīng)當(dāng)對管節(jié)焊縫進(jìn)行全面檢查，并將工字鋼、鋼板等材料分類存放。

（3）技術(shù)準(zhǔn)備。施工前再次復(fù)核結(jié)構(gòu)物尺寸，對作業(yè)人員詳細(xì)交底，測量人員復(fù)核放樣坐標(biāo)與儀器校正。

2.2 施工工序

考慮工期影響，鋼棧橋從大里程側(cè)岸邊向小里程單向施工，先完成棧橋貫通，再從兩側(cè)向中心進(jìn)行鉆孔平臺及鋼板樁圍堰施工。

2.3 棧橋橋臺施工

為確保橋臺的穩(wěn)定性，在橋臺下方須開挖到板巖。在填土?xí)r，要小心碾壓密實。橋臺的框架使用護(hù)面鋼筋混凝土，鋼筋為φ12，縱橫間距按10 cm 控制。橋臺模板使用木模，并使用竹膠板作為面模和方木作為背肋，還使用金屬拉桿固定模板。其他混凝土結(jié)構(gòu)使用C30 澆筑，預(yù)埋件預(yù)埋在橋臺上，鋼板漏出水泥面（高出30 mm），這些鋼材可以用作貝雷梁的支座。在預(yù)埋件上安裝貝雷梁后，應(yīng)使用U形卡與之連接，各支座處U 形卡總量不少于4 個，豎桿兩端各設(shè)置2 個，以確保貝雷梁能夠承擔(dān)足夠的水平力。

圖1 棧橋施工工藝流程圖

2.4 鋼管樁及墊梁施工

（1）螺旋鋼管樁采用φ529-8 mm 規(guī)格的鋼管。首先根據(jù)水文地質(zhì)資料計算鋼管的長度，然后將它們焊接在一起。焊接完成后，需要用4 塊補(bǔ)強(qiáng)鋼板來加固它們，補(bǔ)強(qiáng)鋼板的圓周長度應(yīng)該是鋼管外周長的1/8，而鋼管的縱向長度應(yīng)該是15 cm。補(bǔ)強(qiáng)鋼板和鋼管之間應(yīng)采用周邊角焊縫焊接。

（2）鋼管樁的施工從大里程水庫岸邊開始，按照水文地基情況和實際涵蓋層調(diào)查結(jié)果，采用75 t 履帶吊九十震動錘進(jìn)行打設(shè)，并運用全站儀進(jìn)行位置和校核。在15～17 號涵蓋層不均勻的位置，以及其他薄的涵蓋層，應(yīng)盡量將樁送入基巖中。假設(shè)樁端的進(jìn)入難度，可以采用兩塊鋼管交錯連接方式，將樁尖固定在位置上。在覆蓋層較厚的地方，應(yīng)以樁尖標(biāo)高作為控制標(biāo)準(zhǔn)，最終以3 mm/min的貫入度來進(jìn)行校核。

（3）根據(jù)孔跨布置，75 t履帶吊按照工作半徑18 m，臂長22 m，額定起吊能力9.2 t，計算其插打鋼管立柱安全系數(shù)滿足要求。

（4）在管道樁吊裝完成并開始插打前，應(yīng)確保它已經(jīng)穩(wěn)定。在打樁時，震動錘的重心應(yīng)盡力與鋼管樁的重心維持在一個垂直上，并且插打時應(yīng)保證連續(xù)，防止中間停頓時間過長。樁身偏位不得大于5 cm，垂直度不大于1%。施工過程中加強(qiáng)垂直度校正。當(dāng)鋼管樁傾斜嚴(yán)重時，應(yīng)拔出樁體重新插打。

（5）在鋼管樁插打完成后，應(yīng)立即完成樁間平聯(lián)，并使用[20a 槽鋼將橫向和縱向的管道完成交錯連接，以確保4根管道構(gòu)成一套完整的構(gòu)造。此外，每隔2～4跨，還應(yīng)各設(shè)一個雙排柱墩，即4 根鋼管立柱，并使用[20a槽鋼實行縱橫向的交錯連接。在管道頂部安裝2-36b 工字鋼墊梁，長度為6 m，兩根工字鋼中間間斷焊接，構(gòu)成一套完整的梁結(jié)構(gòu)，墊梁與管道頂中間的焊縫高度不低于6 mm。

（6）管道樁下沉控制方案。確保管道樁插打部位精確、垂直良好，并且在振動下降時保持足夠的貫入度。為此，采用75 t履帶吊九十錘進(jìn)行打樁作業(yè)，以確保1 min內(nèi)貫入度不超過3 cm。

（7）在管道樁沉放過程中，應(yīng)特別注意震動錘重心和樁中央軸的位置，盡可能維持在一個垂直曲線上；每一個樁的沉降應(yīng)持續(xù)推進(jìn)，不能中途停滯太久，以免基底土的摩阻力回升，使樁的沉降變得艱難；一旦每排管道樁沉降完畢，應(yīng)立即做好樁相互之間的銜接，以增強(qiáng)樁的安全性，防止水的重復(fù)撞擊導(dǎo)致管道的疲勞破裂，從而防止發(fā)生意外事故。為了達(dá)到這一目的，連接材料應(yīng)選用[20a 槽鋼。按照現(xiàn)場要求標(biāo)準(zhǔn)予以下料，確保焊縫質(zhì)量符合工程設(shè)計和規(guī)范的要求。

2.5 貝雷梁的安裝

（1）在管道樁插打完畢、樁頂分配梁及管道樁剪力撐裝配完畢后，應(yīng)使用軌道吊將貝雷梁全部吊掛起來，并且在吊運前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行精心組裝。為便于吊裝，棧橋分段預(yù)拼，以一跨為一吊，桿件的拼裝和銷子的連接均須嚴(yán)格按照圖紙施工。在確認(rèn)貝雷梁的定位之前，應(yīng)該先進(jìn)行測量，以確認(rèn)棧橋軸線不會出現(xiàn)位移。75 t履帶吊吊裝貝雷梁及后續(xù)橋面構(gòu)件，根據(jù)其工作半徑及額定起吊能力，計算其安全系數(shù)均滿足要求。

（2）貝雷梁由兩片組成，每組貝雷梁之間用90 cm的支撐架連接，每隔3 m 安裝一道斷面支撐架，每隔6 m安裝一道水平支撐架（位于下弦桿上），3組貝雷梁的中心間距按2.05 m 的間距布置，下弦桿需要用U 形卡與鋼管頂墊梁進(jìn)行焊接連接，每根豎桿兩側(cè)各放置一個U 形卡，并用2 mm 厚的橡膠皮包裹下弦桿，最后再焊接U形卡。

（3）為了確保貝雷梁的外部穩(wěn)定性，所有棧橋跨中都應(yīng)該安裝一支20 a工字鋼和U形螺釘，并將6根下弦桿連接起來。

2.6 鋪設(shè)橋面及附屬結(jié)構(gòu)施工

（1）貝雷梁裝配完成后，將I20a工字鋼橫向分配梁設(shè)置在其上，橫縱距離為50 cm，工字鋼總長度為6 m。將其與貝雷梁的上弦桿用U 形螺釘連接牢固，如果工字鋼與貝雷梁豎桿之間存在沖突，可以恰當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)移工字鋼的部位來解決問題。為了確保雙車道設(shè)計的安全性，傾斜工字鋼懸臂的寬度僅為33 cm，以防止兩輛汽車在棧橋上發(fā)生錯車，同時也確保輪子不會超出最外側(cè)的貝雷梁。

（2）橋面采用[28a槽鋼口，將其與橫向水平配置梁緊密連接，并在槽鋼兩端與工字鋼配置梁的相接觸線上完成連接，焊縫高程不低于6 mm，槽鋼的橫向水平重心距離為30 cm，以確保橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

（3）為了確保安全，棧橋兩側(cè)設(shè)置了對稱的鋼欄桿，每隔2 m 設(shè)置一根φ48-3 mm 的鋼管立柱，高度為1.2 m，立柱頂部沿橋向延伸，設(shè)置一道扶手，扶手下方居中布置護(hù)欄，并在護(hù)欄兩側(cè)掛設(shè)密目網(wǎng)和踢腳板，為滿足夜間行車，在兩側(cè)設(shè)置反光標(biāo)識，以此來提供有效的安全防護(hù)。

3 鉆孔平臺施工

（1）在施工棧橋架設(shè)完成后，為了更好地保證安全性，應(yīng)當(dāng)采用相同的方案和工藝流程，即在棧橋一側(cè)向墩位處架設(shè)水內(nèi)鉆井站臺，其頂部標(biāo)高與棧橋相同，以確保安全性和穩(wěn)定性。使用履帶吊和震動錘將管道樁送入鉆井平臺，以確保其穩(wěn)固性和安全性。為了節(jié)省空間，可以將鉆孔平臺分段搭設(shè)，以便在已完成的舞臺上繼續(xù)施工，并使用貝雷梁和型鋼等材料來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）在平臺管道柱子進(jìn)入河床后，應(yīng)盡快采用雙層橫豎向交錯連接和平面交叉聯(lián)接的方式，保證柱子的豎直度和定位準(zhǔn)確性。此外，為了使棧橋與鉆孔平臺構(gòu)成一種完整的結(jié)構(gòu)，鄰近的鋼管立柱之間也必須用20a槽鋼加以連接。為保證鉆孔平臺之間的穩(wěn)定性，在同一外側(cè)采用了φ325鋼管加以縱向連接。

（3）在鋼管頂部安裝墊梁，并在其上安裝貝雷梁，貝雷梁采取先期組裝后吊裝的方式。在貝雷梁上安裝傾斜工字鋼分配梁，中心距離調(diào)整為25 cm，并在工字鋼分配梁上倒扣28a 槽鋼用作橋面板，以確保上下結(jié)構(gòu)之間的連接與棧橋結(jié)構(gòu)相同。20a 工字鋼是用來在棧橋面和平臺之間建立過渡的材料。

（4）鉆孔平臺完后，對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，確保平臺結(jié)構(gòu)安全后，可進(jìn)行下放固定鋼護(hù)筒，鉆機(jī)就位，開始鉆孔。

（5）因鉆孔平臺兩側(cè)支棧橋部分需留用至圍堰施工結(jié)束，水中樁基樁長較長，樁基施工周期長，考慮整體工期要求，鉆孔平臺應(yīng)盡早具備使用條件，故本工程鉆孔平臺材料考慮全部配置，在樁基施工工期允許的條件下，部分鉆孔平臺拆除部分可以循環(huán)利用。

4 質(zhì)量管控要點

（1）在施工前，對計量儀器設(shè)備實行嚴(yán)格的校核，確保其準(zhǔn)確性；在計量放樣時，遵循換手計量原則，確保構(gòu)件位置放樣的精確性。

（2）鋼管立柱、工字鋼、槽鋼、貝雷梁、鋼管、鋼筋等重要受力桿件，以及施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)場后應(yīng)及時檢驗。

（3）鋼管立柱打入時應(yīng)嚴(yán)格控制鋼管垂直度及貫入度，確保立柱承載力滿足計算承載力要求，下部結(jié)構(gòu)尺寸滿足上部結(jié)構(gòu)安裝要求。

（4）貝雷梁安裝時，其受力節(jié)點須設(shè)置在墊梁上，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（5）受力桿件焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求，并經(jīng)常性進(jìn)行抽檢，對新進(jìn)場焊工，要先進(jìn)行試焊測試。

（6）鋼圍堰定位樁的平面誤差不得大于5 cm，垂直度誤差不得超過1%，鋼板樁插打垂直度不大于1%。

（7）為防止鋼板樁鎖口發(fā)生變形，出現(xiàn)局部滲漏，應(yīng)采取有效的預(yù)防措施。具體來說，可以在圍堰外側(cè)投撒細(xì)砂土，使其沉至滲水高程處，以封堵滲漏，從而有效防止鋼板樁鎖口發(fā)生變形。如果發(fā)現(xiàn)底部滲漏，可以用砂袋將其沉入水中，以阻止?jié)B漏。

5 沉降觀測措施

5.1 觀測項目

鋼管樁的沉降、變形觀測。

5.2 觀測技術(shù)措施

5.2.1 檢測儀器

通過密集水準(zhǔn)儀檢測垂直位移，并使用全站儀來檢測水平移動。

5.2.2 檢測點的方法及布置

棧橋布置依據(jù)實際情況布置相應(yīng)數(shù)量沉降觀測點，“Z”形布置在20a的工字鋼上，棧橋位移觀測點，布置在制動墩位置上的20a 工字鋼上，與沉降觀測點對稱布置。用鋼筋頭焊接在工字鋼上。

5.2.3 監(jiān)測頻率及限值

在棧橋剛開始承載荷載的3 d內(nèi)，每日進(jìn)行二次觀察，一旦發(fā)現(xiàn)異常下沉或變化，則增加觀察頻次，3 d至一個月，每日觀察一次。一周后，變形穩(wěn)定，改為每3天觀察一次，三周后每10天進(jìn)行觀察一次。

當(dāng)旋挖鉆首次作業(yè)、鋼板樁插打、承臺施工等工序轉(zhuǎn)化時應(yīng)加密至每天2次觀測。當(dāng)發(fā)生沉降達(dá)到50 mm，或相對位移大于50 mm時，應(yīng)及時上報工程技術(shù)部，待分析原因，采取措施后方可重新使用。

5.3 日常檢查

為確保鋼平臺構(gòu)件的質(zhì)量，可以指派專人檢測焊縫是否松動，并對樁基河床處的沖刷狀況進(jìn)行監(jiān)測。如果發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重沖刷，可以采取拋填土袋的措施。

6 鋼平臺施工安全保證措施

（1）鋼平臺的搭建涉及了多種安全性風(fēng)險因素，如起重吊運、水中作業(yè)、焊縫拼裝等，因此，在施工現(xiàn)場必須制定相應(yīng)安全措施，確保安全生產(chǎn)[5]。

（2）電焊接應(yīng)當(dāng)根據(jù)一機(jī)一閘的要求，操作工人應(yīng)當(dāng)配備充足的保護(hù)器材，施焊完畢后，應(yīng)立即將電焊接拉閘上鎖，在遇到下雨或強(qiáng)風(fēng)氣候時，應(yīng)當(dāng)暫停露天操作。在較濕的環(huán)境中，應(yīng)停止作業(yè)。

（3）在開展施工吊裝作業(yè)前，需對起重機(jī)械的各部位和鋼絲繩加以嚴(yán)密檢測，確保其可靠度和安全系數(shù)。試吊時，務(wù)必確保起重機(jī)具不超負(fù)荷運行。此外，吊鉤保險卡等安全可靠零部件也應(yīng)當(dāng)完好有效。

（4）在吊起重量之前，應(yīng)先將其離大地10 cm以下，然后停機(jī)檢測剎車器的靈敏度和穩(wěn)定性，以及重量捆綁的穩(wěn)固情況，確定一切正常后，方可持續(xù)操作[6]。在作業(yè)過程中，嚴(yán)禁掛起貨物走動，吊裝物體下方不準(zhǔn)有人。在施工進(jìn)程中，為避免貨物砸傷工作人員，振動錘投影范圍嚴(yán)禁站人。

（5）在水上鋼平臺上作業(yè)時，嚴(yán)禁上下交叉作業(yè)，如果無法避免，應(yīng)設(shè)置隔離措施，同時安排專人進(jìn)行防護(hù)。在上層施工未停止時，下層人員不得進(jìn)入現(xiàn)場；而在下層人員未完全撤離時，上層也不得施工，以確保人身安全。在進(jìn)行高處作業(yè)時，必須佩戴工具袋，將小型材料放入袋內(nèi)，較大的工具用繩索緊緊拴住，不得隨意亂放，以免造成傷害。

7 設(shè)備安全保證措施

（1）在安裝施工機(jī)械設(shè)備前，必須嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行檢查，確保質(zhì)量合格后方可使用。

（2）確保安裝機(jī)械的地基牢固可靠，以確保機(jī)械的穩(wěn)定性。

（3）施工機(jī)械設(shè)備應(yīng)當(dāng)按照其技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行正確的操作和使用。

（4）未經(jīng)安全驗收的機(jī)械設(shè)備嚴(yán)禁使用。

（5）嚴(yán)禁采用任何形式的倒順開關(guān)控制裝置，并且禁止拆卸施工機(jī)械上的安全器件，包括自動控制機(jī)關(guān)、限位器等，以及檢測、指令、儀器、警示等手動告警、信息設(shè)備，任何調(diào)整和事故的消除都必須由專人負(fù)責(zé)完成。

（6）電阻測量結(jié)果應(yīng)完整準(zhǔn)確，接地電阻必須符合規(guī)定，漏電保護(hù)器應(yīng)具有高靈敏度和可靠性，接地接零保護(hù)措施也應(yīng)正確執(zhí)行。

（7）機(jī)械設(shè)備確保運行良好，緊固件牢固可靠。（8）安全防護(hù)設(shè)施完好無損，安全距離和防火距離均達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

（9）加強(qiáng)設(shè)備的保養(yǎng)，棧橋平臺、鋼板樁等材料進(jìn)場后由現(xiàn)場負(fù)責(zé)人組織驗收。

（10）在棧橋和平臺建成后，應(yīng)由現(xiàn)場負(fù)責(zé)人組織工作人員進(jìn)行檢驗，以保證質(zhì)量。棧橋使用過程中，每隔3個月組織一次驗收，保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

8 結(jié)語

在建設(shè)跨河橋梁的過程中，貝雷梁的應(yīng)用可有效地減少施工成本，同時也具有良好的承載能力、變形小、拼裝快、構(gòu)造簡單等優(yōu)點，因此，其可有效地替代傳統(tǒng)的臨時設(shè)施結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省大量的時間和資源，為建設(shè)跨河橋梁提供了更加可靠的保障。采用貝雷梁作為施工平臺和棧橋架設(shè)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、功能完善性、施工便捷性以及能夠有效適應(yīng)橋址處復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，使其具有極大的應(yīng)用潛力，可以為建設(shè)提供更加可靠的保障。