平口资水大桥栈桥及水上平台设计与施工关键技术

唐祥春

（保利长大工程有限公司，广东广州 510630）

1.工程概况

G59湖南省官庄至新化高速公路是张家界至新化高速公路中的一段。设计标准：公路—Ⅰ级，设计速度80km/h和10km/h。平口资水大桥位于安化县平口镇移民新村境内，跨柘溪水库，桥长839m，桥梁分左右线设置，设计桥孔和跨径（孔×m）为7×30+（56+2×90+56）+11×30m，桥梁上部结构选用连续钢构+预应力砼T梁。8#、9#、10#三个主墩位于柘溪水库中，桥梁桩基为钻孔灌注桩，桩径为2m，桩长为26m～32m不等。承台为方形混凝土承台，高度3.2m，墩身采用薄壁空心墩。航道等级为Ⅳ级航道，单向通航孔8m×45m（净高×净宽），本桥采用双孔单向通航，桥跨处河道宽度约为550m，河道受下游柘溪水电站调蓄洪水影响，河道水位分为蓄水期和枯水期，水面最大高差达18m左右，水流较为平缓。蓄水期水位标高：+166m，枯水期水位标高：+155m，水中墩处水深10m～25m。河床地质条件为1m～2m卵石浅覆盖层，其下为泥灰岩，桥址处岩层坚硬，覆盖层浅，桩基施工困难。桥跨布置如图1所示。

图1 平口资水大桥主桥桥型结构图

2.基础施工方案选定

平口资水大桥桥址处于龙湾湿地公园环境保护区，且水深较大，水中墩无法进行筑岛施工。结合平口资水大桥桥址处地质、环境等因素，主墩水中基础采用临时钢栈桥（Temporary steel trestle）及钻孔平台施工方案。栈桥桥面设计宽度8m，双车道，基本跨度9m+3m。在承台处设置钻孔平台，每个承台前后两侧设置横向的支栈桥作为存料及施工平台。8#与9#墩之间预留55m通航孔，并设置防撞设施及通航标识。栈桥（Temporary steel trestle）设计荷载为挂-120和公路I级车辆荷载，考虑80t履带吊在墩顶位置起吊作业，钻孔平台荷载按6台冲孔钻机（Punch drill）同时作业设计，2个循环完成桩基施工。栈桥及平台布置如图2所示。

图2 主栈桥立面及平面布置图

3.栈桥结构形式

3.1 下部构造

栈桥桩基础采用φ820×10mm螺旋钢管，由于钢管桩高度达27m，为保证栈桥稳定性，纵向跨径采用3+9跨径组合，每排3根，横桥向间距为3.25m；墩顶承重梁（Bearing beam）采用双拼I45a型钢，设置2层φ529×6mm钢管横联。

3.2 上部结构

栈桥桥面净宽为8m，按0.75m人行道+2×3.25m双向行车道+0.75m人行道设计。栈桥主梁采用321型贝雷梁（Bailey beam）组拼，横桥向布置6片。贝雷梁钢材为16Mn，贝雷梁（Bailey beam）销轴（Pin shaft）钢材为30CrMnSi。支撑架：主梁之间设置[20槽钢作为下平联支撑架和φ529×8mm横向支撑架。

桥面板：栈桥采用型钢桥面板，分配梁采用工25a型钢，面板为10mm花纹钢板，长8.0m，宽1.5m，后场制作，现场安装，栈桥两边设置型钢防护栏杆。栈桥设计高程：+170.0m，设计水位：+166.0m，设计车速：10km/h。栈桥断面如图3所示。

图3 主栈桥断面图

4.水上平台结构形式

水上钻孔平台作为桩基施工的承载结构和承台围堰施工的拼装平台，具有设计荷载大、结构稳定性要求高的特点。主墩平台在围堰两边设置支栈桥作为桩基施工平台和材料堆放场地。平台基础采用φ820×8mm钢管基础，工45a型钢分配梁，上面采用贝雷梁主梁结构，面板采用与栈桥相同的花纹钢+型钢组合。平台结构形式如图4所示。

图4 主墩钻孔平台布置图

5.栈桥结构计算

钢栈桥主要作为车辆通行，施工物资、机械运输通道，主要荷载有：风荷载、水流荷载、自重、车辆荷载、人行荷载。计算工况如表1所示。

表1 栈桥计算工况

采用Midas有限元软件建立栈桥整体模型并计算如图5所示。

图5 栈桥Midas模型

计算结果如表2所示。

表2 栈桥计算结果

6.栈桥钢桩施工

桥址处为卵石浅覆盖层，岩层坚硬，常规钢桩施工困难，震动打桩无法使钢桩进入岩层形成稳定结构，经研究和现场试验，栈桥及平台钢桩施工采用引孔灌砂（Guide hole sand filling）新工艺，较好的解决了桩基稳定问题[1]。

6.1 钢桩锚固原理

采用旋挖钻（Rotary drill）水中引孔后（φ820mm钢管桩可引孔φ1000mm的孔），将钢管桩插入孔内然后灌砂，缓慢提高钢管桩，让钢管桩内的砂子将引好的孔填充密实，再利用打桩锤插打钢管桩至岩层，用水密及振动将孔内砂和钢管内的砂进行密实，最终可稳固钢管桩。钢桩锚固示意图6所示。

图6 钢管桩锚固施工步骤图

6.2 钢桩施工流程

采用浮箱作为旋挖钻的水中平台，浮箱为自制，箱型尺寸：2m×3m×4m（高×长×宽）长箱，运送至现场后利用吊机在水中拼装平台，平台尺寸：15m×16m，以便于旋挖钻施工。浮箱固定采用抛锚，水平移动可采用卷扬机，水中纵向移动采用拖轮。采用280旋挖钻水中引孔，引孔深度为入岩后4m～5m，孔径大小为1000mm，出渣可就地放入河底。此施工不会对水中造成较大扰动，不会产生水中泥浆。利用“钓鱼法”插打钢管桩至已引孔完成的孔内，利用浮吊临时固定钢管桩，用履带吊将料斗吊起，用挖机对料斗内灌砂，将料斗调至钢管桩顶口，用“拔球法”对钢管桩内进行灌砂，灌砂方量平均约为6m3。打桩锤将钢管稍微提高3m，砂子将从钢管桩内倒出填满已引好的孔内。注意此处钢管桩不能提太高或突然起高，防止钢管吊至孔外。利用振动打桩锤重新插打钢管桩直至钢管桩的进尺小于10mm/min，此时孔内及钢管桩内的砂子通过泡水及振动已经非常密实，钢管桩底口已深入岩层，钢管桩较为稳固，完成钢桩施工。

7.栈桥及平台上部结构施工

栈桥及平台钢桩施工完成后，采用100t水上浮吊安装桩顶分配梁及贝雷梁主梁结构，最后安装钢桥面板及栏杆结构，完成栈桥及水上平台施工。

8.结语

平口资水大桥基础施工采用钢栈桥结合水上施工平台的方案，较好的解决了桥梁深水基础施工的难点，根据本桥覆盖层浅、岩层坚硬等特点，采用引孔灌砂新工艺，有效解决了钢桩稳定问题，具备安全牢靠、施工速度快的特点。对相似环境条件下工程具有一定的参考性和借鉴价值。