山区河流、厚卵石层条件下钢栈桥施工方案比选

杜群波 王景沧

【摘 要】针对富春江特大桥水中区域的特殊地质情况及山区河流的水文特点，对钢栈桥进行合理设计，通过对方案的比选和优化，最大限度的保证施工安全和降低施工成本，也为类似边界条件的工程提供参考和借鉴。

【关键词】山区河流；厚卵石层；钢栈桥；方案比选

杭黄铁路富春江特大桥跨越富春江及其支流，桥梁全长2.98741m，孔跨布置形式为：46-32m简支梁+6-24m简支梁+1-（70+125+70）m连续梁+2-37m现浇简支梁+1-（40+6×56+40）m连续梁+1-（69+103+103+130+80）m连续梁+1-（48+80+48）m连续梁。采用1-（70+125+70）m连续梁跨越富春江航道（南汊河），1-（40+6×56+40）连续梁跨越富春江北汊河，1-（69+103+103+130+80）m连续梁跨越富春江支流清渚江。富春江特大桥距离上游富春江水电站较近，水位受电站影响较大22号墩位于富春江南岸岸邊浅滩，23～26号墩位于江心洲上；27～33号墩位于富春江北汊河中。

1水文地质条件

（1）地质条件。根据地质钻探资料，桥址区富春江及其支流岩土层为：第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）：粉质黏土、细砂、卵石土、细圆砾土、泥岩。23～27号墩表覆粉质黏土0.5～3.0m，卵石土、细圆砾土16.0～20.0m，基岩为泥岩：强风化0.5～1.0m，下为弱风化。22号墩、28～33号墩河床底无覆盖层12.0～25.0m为卵石土、细圆砾土，其下为泥岩。泥岩饱和单轴抗压强度为28.24MPa。

图1 2-2 22～34号墩地质柱状图

（2）气候、水文资料

本桥设计水位：17.80m

施工水位：13.87m

最高通航水位：12.61m

最低通航水位：3.29m

桥址区距上游距富春江水电站较近，水位受发电站影响较大。除洪水期外，发电站每日开机发电，坝下水位变幅达6m：当三台机组发电时，泄流量为1500m3/s，坝下相应水位约8.0m；六台机组发电时，泄流量为3070m3/s，坝下相应水位约为9.2m。枯水年泄洪天数为4天，平水年为14天，丰水年为17天，泄洪期主要在4～7月。非汛期期间，富春江水流流速比较稳定，汛期泄洪出坝最大流速可达8m/s。

表1富春江电站建成后设计洪水成果表单位：m

频率（%） 50 20 10 5 2 1

洪峰流量（m3/s） 9947 13130 15240 17240 21600 23100

上游水位（m） 23.00 23.00 23.00 23.00 24.10 28.20

下游水位（m） 13.00 14.40 15.25 15.95 17.00 17.8

目前在桥址区上游约1公里处正修建船闸，通航孔已临时封闭，上游来水只能从北汊河流淌。因此，实际下游水位将会有所抬高，施工中应加强监测。

钱塘江流域属副热带季风气候区，温和多雨，四季分明，多年平均降水量为1598.9mm，雨量多集中在3～9月，占全年降水量的76.5%。径流主要由降雨形成，径流年内分配不均，年际变化较大。

2设计条件

（1）水位：正常使用水位为+8.0m，洪水期水位为+14.0m；

（2）流速：正常使用流速为2.0m/s，洪水期流速为4.0m/s；

（3）风速：工作风速为17.1m/s；

（4）设计荷载：人群荷载为3kN/m2，12m3混凝土罐车满载时重40t，80t履带吊通行及作业。

3钢栈桥及钢平台截面设计形式

栈桥顶标高+16.50m，宽为8.0m，两侧设栏杆，基桩采用φ630×8mm钢管桩；上部结构采用型钢结构，主横梁选用工字钢2I40a，主纵梁选用普通321型单层贝雷片，横向分配梁选用间距0.75m的工字钢I20a，纵向分配梁选用间距0.3m的型钢I12.6，面板为8mm厚花纹钢板。

钢平台平面尺寸为18m×13.2m，顶面标高为+16.50m。其桥墩处自下而上依次采用的主要材料为：10根Φ630×8mm钢管桩基础→平联Φ426×6mm钢管→HM588×300mm下横梁→单层标准321型贝雷片→I25a@1500mm横向分配梁→I14@300mm纵向分配梁→8mm花纹钢板面层。

4方案比选

（1）钢栈桥设置在桥位处的下游（钢平台设置在钢栈桥的上游），承台施工时采用双壁钢围堰进行施工。

图2 钢栈桥及钢平台布置图

此方案的优点是：①可以增强整个体系抵抗洪水的能力。因杭黄铁路富春江特大桥离富春江发电站约1公里，处于行洪区，电站的正常生产和防汛调度均可能对钢栈桥产生影响，特别是此处流速较大，冲刷严重，钢平台设在上游时在一定程度上可以保护钢栈桥。

②相对钢栈桥而言支栈桥设在其上游就可以相当于抗滑桩，减少了抗拔桩的数量，进而缩短了工期。

此方案的缺点是：此处地质情况复杂，河床底无覆盖层均为卵石、漂石，承台施工时需采用自重较大的双壁钢围堰进行施工，钢围堰沉放困难。

（2）钢栈桥设置在桥位处的上游（钢平台设置在钢栈桥的下游），承台施工时采用单壁钢围堰进行施工。

图3 钢栈桥及钢平台布置图

此方案的优点是：不仅节省约了钢围堰用钢量还确保钢围堰沉放到位。针对桥址区厚卵石土地层，钢围堰下放时先采用挖砂船在承台四周进行开挖作业，开挖到位后沉放钢围堰。

此方法的缺点是：抗拔桩数量较多，施工进度较慢。

根据抗拔桩的设置形式不同又可分为两种类型，分别如下图所示：

图4 钢栈桥（抗拔桩为钢管桩） 图5 钢栈桥（抗拔桩为锚杆）

1）抗拔桩类型为钢管桩的，并在钢管桩内浇筑混凝土，此方案的有点是栈桥稳定性较强。缺点是栈桥用钢量较大，抗拔桩施工工艺繁琐，进度较慢，且灌注混凝土部分的钢管桩无法回收。

2）在上述方的基础上对其进行优化，抗拔桩利用主栈桥上游的钢管桩的一排钢管桩进行设置，待钢管桩沉放到位后，搭设钻孔平台利用小钻机在每根钢管桩内钻2个φ150mm的孔，孔底标高为钢管桩桩底标高-4m，成孔后插入φ32mm锚杆利用导管在孔内灌入M30水泥砂浆，待达到一定强度后再把锚杆和主梁进行连接。此方法的有点是：减少了钢栈桥的工程数量，降低了工程成本，抗拔桩的钢管桩可重复利用。缺点是：施工时需用小钻机成孔，设置锚杆，灌浆施工工艺。

结语

通过对上述三种施工方案的比选和优化，杭黄铁路富春江特大桥钢栈桥设计方案采用第三种方案，即采用钢栈桥设置在钢平台上游，抗拔桩采用锚杆的结构形式，且围堰结构形式为单壁钢围堰。此方案与第一种方案相比更加详细的考虑了后续钢围堰的沉放工艺，减少栈桥和围堰的用钢量，降低了施工成本；与第二种施工方案相比第三种施工方案更经济。

参考文献：

[1] 杭黄铁路站前V标施工组织设计。

[2] 杭黄铁路站前V标钢栈桥及钢平台施工技术方案。

[3] 《新建铁路杭州至黄山铁路施工图（站前5标）富春江特大桥设计图》

[4] 《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010）

[5] 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

[6] 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）