深水裸岩采用水下承台搭设钢栈桥施工技术

刘 勇

(核工业长沙中南建设集团有限公司，湖南 长沙 410116)

1 引 言

深水区大桥桩基施工离不开水上平台或大型驳船设备作为工作平台，而投入大型水上施工设备，不但投入费用巨大，而且在库区河流一般缺乏此类设备，即使采用大型驳船和浮吊，也存在运营费用高和工效低的问题。进行水深20 m以上裸岩环境下钢栈桥施工方法和技术的研究，不但可以解决库区深水河流桥梁施工水上设备缺乏问题，而且稳定可靠，可改善水上施工条件，提高工作效率，可节约水上浮吊和打桩船及运输驳船的投入，大幅节约施工成本。为今后相似条件下钢栈桥的施工提供借鉴和实践经验，具有很好的应用推广前景。一般情况下，钢栈桥施工需要良好的岩石覆盖层基础，在浅水条件下钢管桩能打入覆盖层一定深度(5 m以上)，如水位为超20 m深水区，则要求覆盖层更厚(8 m以上)才能满足要求，并要求河流水位基本稳定，才能使钢管桩承载力，稳定性处于良好状态，而在裸岩的深水区，且水位变化无常条件下搭设钢栈桥尚属技术难题。以我公司承接的湖南沅陵酉水大桥为背景，进行工程实例分析。根据地质和水位状况采用震动锤下沉钢管桩和混凝土承台加固并逐跨搭设钢栈桥的施工方法，在技术支撑、安全保障和工期保证条件下，解决了钢栈桥施工中深水裸层小群钢管桩插打和深水水下封底承台两大难题。

2 工程概况

湖南沅陵酉水大桥工程项目，桥梁全长908.16 m，桥面为双向4车道，桥面宽度：23.5 m。主桥全长480 m，主桥上部构造为(60+4×90+60)m预应力变截面混凝土连续箱梁，桩基均采用钻孔灌注桩。其中大桥6#～10#主墩墩位于酉水河主航道，这5个墩位需在水上搭设钢栈桥及平台进行下部构造施工。河道水深最深处达18～22 m，河床覆盖层平均仅0.5～0.6 m，属无覆盖层或称超薄覆盖层，俗称“裸岩”，岩性为泥质粉砂岩，坚硬致密，钢管桩无法正常插打，无法支撑稳定整体构架，加上酉水河河床地貌起伏大，给施工钢平台增加了困难。

3 主要方案及结构

(1)钢栈桥采用螺旋管、型钢与贝雷片相互焊与联接的结构形式，单跨由4根螺旋管组合成1个高桩墩，5跨一联72 m，每联设置1个制动墩。

(2)主、次分配梁采用双拼45#工字钢，桥面板分配梁采用22#工字梁，桥面板采用10 mm厚钢板，双层桩间平联结构采用20#槽钢。

(3)钢栈桥上部横向布设6片贝雷片，每两片为一组，在墩顶分配梁位置设置限位装置与标准支撑架，以确保贝雷梁横向稳定性。

(4)由于深水无覆盖层的特点，钢栈桥桩间下部采用导管水下灌注C30混凝土进行封底，把由群桩(钢管桩)组成的高桩墩钢管桩固结，形成筏板式混凝土刚性基础，钢栈桥的抗倾覆能力和整体稳定性大大增加。

(5)桩墩由4根钢管桩组成，群桩代替排桩，增强了钢栈桥横向稳定性及竖向承载力。

(6)钢栈桥与钢平台刚性连接一体，施工时实行平行推进作业，确保钢栈桥与钢平台的整体稳定性。

4 主要施工流程

对打桩浮吊进行抛锚定位→设置打桩定位、导向架→插打小群桩基础内钢管桩，进行连接系焊接→汽车起重机与手动葫芦配合吊装模板至预定位置→潜水员水下连接与紧固钢模板→钢套箱水下拼装、调平→下沉钢套箱至河床底→沿套箱周边撒布卵石封底→吸泥泵吸底泥→砂包定点投放→潜水员埋沙包封底→输送泵水下灌注承台混凝土→拆除模板→钢管桩接长、连接系焊接→主分配梁安装→贝雷梁及桥面板安装→安全设施施工。

5 钢栈桥施工

5.1 施工准备

研读施工图纸，掌握桩位、桩径、桩长、桩顶、桩底标高、工程地质及水文地质等钻孔相关资料；掌握钢管桩尺寸、规格、长度等制作、安装资料；掌握上部结构材料型号、组成、用量，同时还要熟读施工规范，了解平台施工要点及质量要求。

测量人员根据施工平面布置图计算平台定位桩坐标，水上施工利用锚锭系统精确定位浮吊，并进行导向架的安装。

5.2 钢桩插打

水中6#～9#墩混凝土输送便桥钢管桩采用悬打法下沉施工，用浮吊配合振动桩锤施打钢管桩。钢管桩入岩后，利用临时定位平台进行临时固定，焊接连接系。测量组精确测量导向架的位置，利用锚碇系统调节导向架中心位置，在桩位与桩的垂直度达到条件后，将振动打桩锤一次下沉。

5.3 施工要点

(1)振动锤一定要夹紧桩头，不得有松动或间隙，接头处也容易产生振动。在插入钢桩过程中，如发现桩顶局部变形或损坏，应将其截断，并接长至设计标高。

(2)使用振动锤沉桩时，开始时可以靠自重使桩沉降，然后将振动桩锤与固定装置牢固地连接在桩顶上，启动振动锤进行下沉桩。一次性完成桩的下沉，中间停留时间不宜过长，以免桩周岩土恢复，难以继续下沉。持续时间的振动太短，不会破坏岩土结构，过长则容易破坏振动锤的零件。持续振动的时间应根据不同的设备和岩性进行试验确定。

(3)钢管桩中间的接头必须全焊，加劲和加长板也必须全焊并符合要求。待技术人员检查桩接头的焊接质量后，方可插入钢桩。

(4)插入钢管桩时，应保证满足单桩许用承载力的要求。插入时应控制土层深度，检查贯入度情况。在沉桩中，如发现贯入度异常、突然落桩、过度倾斜、移位等情况，应立即停止沉桩，等查清后，再继续沉桩。

(5)沉桩过程中如出现桩位偏差较大，应重新拔出，纠正桩位后再次锤击，不得使用移船方法纠正桩位。

5.4 模板安装

小承台钢管桩连接系焊接完毕后，在钢管桩四周焊接牛腿作为模板安装平台。模板分节制作、安装。

模板拼接完成后，采用导联作为下放工具，将模板逐步放入承台四周河床面，潜水员进行水下固定。

模板安装完毕后，利用吸砂泵清洗模板内淤泥等，潜水员水下作业对承台下口采用沙袋或土工布等进行封堵。

5.5 承台封底

初次封底采用船运卵石至平台边，通过皮带输送沿套箱周边撒布卵石进行初次封底。潜水员下水检查卵石封底情况，进行第二次水下埋砂包封底，砂包由运输船运抵平台，砂包通过螺旋管沿套箱周边定点投放至水下预定位置。

采用吸泥泵吸套箱内底泥，自套箱中心向周围进行吸泥，污泥排入河中，潜水员下水检查吸泥情况。底泥吸干净后，潜水员下水埋设砂包，封堵套箱底边，确保水下灌注混凝土不漏浆。

5.6 灌注水下混凝土

安装凝土输送泵及管线，通过拌合站和搅拌车输送混凝土至输送泵，首批混凝土浇筑后，混凝土应连续灌注，吊机起吊灌注导管根据测量水下混凝土厚度进行移动，浇筑自中心向外四周进行，保证套箱内混凝土浇筑连续密实。第一次混凝土的灌注数量要能大于1 m的埋置导管深度和填充管道底部的要求。

6#～10#墩水下封底混凝土承台设计强度为C30，混凝土达到3 d强度后，潜水员下水拆除套箱模板，吊车配合吊装模板出水。

5.7 接高及连接钢管桩

在已灌好混凝土的钢桩桩外壁对称焊接4个卡位角钢。

起吊第二节钢管桩，将第二节钢管桩对准4个卡位角钢中间缓缓下放，使钢管桩顺着卡位角钢滑到底节钢管顶面，转动钢管使上下节钢管的某一段对位比较圆顺并使上面的钢管略微支撑在下护筒上，同时用两台全站仪沿相互垂直的方向测量调节钢管，将上钢管与下钢管的出露段调节到一条线上，并用小楔块将上下钢管对接口抄紧，吊船松钩(吊钩仅略微带劲，使钢管保持不倒即可)，再次用全站仪测量、调整，直至松钩后上下钢管位于一条线上。

从对接比较圆顺的位置开始焊接钢管，不圆顺的位置则采用大锤敲打等措施调整，使上下钢管对接平顺并焊接，逐步将接头焊接完毕，焊接质量要求必须满足要求。

钢管桩施工完成后，应立即将钢管桩水平连接起来，用剪刀撑和钢管平缝焊接。

5.8 钢管桩连接系及桩顶分配梁施工

小承台处钢管桩施工完成后，立即进行该墩钢管桩间平联、桩顶分配梁施工。

在钢管桩上进行平联位置的测量放样。技术员实测桩间平联长度并在后场下料，同步进行桩头加工、焊接及桩顶分配梁的加工。用船舶将半成品运至施工墩位处。

用浮吊悬吊平联，到位后电焊工焊接平联。对焊接缝进行质量检查，符合要求后安装。

测量放样将超过设计高度的钢管桩切除，安放并焊接桩头钢板，浮吊悬吊桩顶分配梁到达指定位置进行安装并简单固定，桩顶分配梁采用型钢，电焊工按指定位置焊接纵、横梁，焊缝质量达到设计要求。

5.9 贝雷梁安装

贝雷梁的组装：贝雷梁按照设计尺寸进行组装后，在施工码头上转运上运输船。采用25 t浮吊进行架设。

将拼装好的一组贝雷梁装船并运至需要安装的墩位，根据测量位置放置，先进行第一组贝雷梁的安装，准确就位后先牢固捆绑在横梁上，然后焊接限位器，再进行第二组贝雷梁的安装，最后连接好两组贝雷梁。

5.10 桥面板安装

在贝雷梁顶进行面板系安装，桥面板采用型钢与钢板组合的加工件，在加工工厂按照桥面跨度进行加工成半成品，运抵施工现场后直接进行安装。为防止桥面板与贝雷梁产生横向错位滑移，桥面板两侧设置限位设施。

5.11 便桥安全设施安装

平台形成一段后可接着进行附属安全设施的安装。包括水、电管路及泵管的铺架和桥面栏杆及照明、消防设施，安全警示标志。

5.12 钢栈桥观测情况

施工时实时监测钢栈桥变形情况，采用桥梁施工的四边形控制网进行监控，架立全站仪进行横向、纵向、高程位移的测量，使用相对差异和变化率的结果来分析平台的稳定性。

本次观测持续时间共318 d，共监测记录28组数据，横、纵向最大变形分别为4.2 cm和3.1 cm，竖向最大变形出现在栈桥水深最大的位置，为3.3 cm。均满足设计和运行的要求。

6 结 论

(1)上述采用群桩与封底混凝土相结合加固技术方案、321贝雷片横向结构稳定及双层桩间平联结构加固措施，克服了深水、无覆盖层、水位变化大三大难点。确保了钢栈桥的稳定性及抗倾覆能力。

(2)经过对钢栈桥结构受力分析、稳定性验算、安全运行监测和观测记录，证明了在八级风力、1.5 m/s水流冲击且河底裸岩环境下，钢栈桥整体稳定性好、变形小、位移及沉降量小，完全满足库区深水河流桥梁施工要求。

(3)通过钢栈桥与钢平台连为一体，桩间采用C30混凝土封底，保证了钢栈桥与钢平台的承载能力及整体稳定性，满足50 T汽吊桥上吊装作业要求。

(4)钢栈桥为水上材料、设备、人员提供了便捷的作业通道，为深水施工提供了作业空间，实践证明：桥梁的上、下部结构各施工工序环节均能通过钢栈桥与钢平台实现平行流水作业，达到优质、安全、高效、便捷的目的。

(5)通过对本项目大桥施工所采取的两种方案(钢栈桥与浮吊水运)的论证与对比，得出经济数据如下：钢栈桥总造价858万元，扣除材料回收残值191万元后，实际总造价为667万元，而投入浮吊水运总费用约1 600万元，显然，钢栈桥方案比浮吊水运方案减少投入资金近1 000万元，如果算上因缩短工期带来的效益，那么采用钢栈桥施工方案将产生更大的经济效益。