栈桥及钻孔平台施工技术

谢万国

(中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000)

飞云江大桥改建工程，位于飞云江北岸104国道与瑞光大道(机场路)平面交叉口处(K1940+771.82 ～K1944+257.146)，路线沿104国道瑞安高架桥下游侧，向南前进，跨越飞云江，终点位于104国道与新56省道的交叉口以南(K1944+257.146)，路线全长3.485 km(见图1)。

图1 飞云江大桥改建工程总体布置图

桥梁跨径布置为16 m+30 m+3×35 m+30 m+3×5×51 m+5×62 m+3×5×35 m+16 m，为单箱室预应力混凝土箱梁，其中16 m为空心板梁。桥梁全长1799.94 m。

桥梁基础均采用钻孔灌注桩，直径分别为1.5 m(124根)和1.2 m(118根)，共242根，其中水中钻孔灌注桩为132根，岸上钻孔灌注桩为110根。

承台均采用矩形承台，尺寸分别为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)。

桥位处江面全宽1.2 km，拟采用搭设水上施工栈桥和钻孔平台，进行水上桥梁基础及上部结构施工。

根据桥墩的分布位置及通航要求，北岸主栈位于3号墩～21号墩之间、南岸位于23号墩～27号墩之间，预留两孔作为通航孔(21号～23号)。同时，考虑到栈桥及钻孔平台作为临时施工设施，将北岸栈桥顶标高定为+7.0 m(底比历史最高水位高1.0 m)，宽为6.0 m，由贝雷片组成，跨径分别为12 m和15 m;南岸栈桥顶标高定为6.5 m(底比历史最高水位高 1.5 m)，宽 6.0 m，由HN600×200的型钢组成，跨径分别为12 m和9 m。各跨基础采用φ800 mm×10 mm的螺旋钢管桩，横桥向间距为3.4 m，钢管桩顶采用双根Ⅰ45b型钢作为分配梁。

1)栈桥结构设计。

北岸栈桥由6排贝雷片组成，贝雷片间距为0.9 m，每3 m间设置花架。上面铺设Ⅰ28b横向分配梁及Ⅰ12.6纵向分配梁，桥面板采用δ=8 mm厚Q235钢板，栈桥全长870 m。南岸栈桥由9根HN600×200和HN500×200工字钢组成，间距为 0.6 m，上部布置与北岸栈桥相同，栈桥长220 m。

并在栈桥两侧设置栏杆，高1.2 m，采用φ5.4，并且设三道横杆，底脚处采用三角钢板加强。

2)荷载取值。

根据实际施工要求，拟采用50 t履带吊在栈桥上进行作业，其最大荷载为50 t，不计冲击系数，取最大荷载安全系数为1.3，则最大动荷载为P=50×1.3=65 t，北岸承担栈桥上部结构最大恒载为P=25 t，假定同排钢管桩经双根45b工字钢分配后，钢管桩承担相同的荷载，则双排钢管桩处，单根钢管桩承受的荷载为F=(65+25)/2=45 t;四根钢管桩处，单根钢管桩受力为22.5 t，南岸最大单跨上部结构最大恒载为20.9 t。

3)钢管桩入土深度计算。

根据地质报告及以往该河段水上基础施工经验，桥址处地质情况较差，基本为淤泥质土层，切向摩擦力在8 kPa～22 kPa之间，其中高程40 cm～26.1 m为淤泥层，桩侧摩阻力为8 kPa，26.1 m～44.43 m为粘土层，摩阻力为22 kPa，按次土层分层进行钢管桩承载计算。

解得 x=10.3 m，则钢管桩入土长度为25.7+10.3=36.0 m。

因此，钢管桩总长为 10.25+36.0=46.25 m(钢管桩(10 mm)顶标高为5 m)。四根钢管桩处，单根钢管桩入土深度为:

则钢管桩总长度为 10.25+25.7+1.5=37.45 m。

b.南岸钢管桩入土深度计算。采用与南岸相同的设计荷载，即双根钢管桩处，单根桩承载力为45 t;四根桩处，承载力为22.5 t。由，两根钢管桩位置处，单根钢管桩入土深度为:

则钢管桩入土长度为22+11.7=33.7 m，单根钢管桩总长为13.68+33.7=47.38 m(钢管桩(10 mm)顶标高为 5 m)。

同样，四根钢管桩处，单根钢管桩入土深度为22+2.9=24.9 m，则总长度为 38.58 m(钢管桩顶标高 5.0 m)。

4)钢管桩荷载验算。

a.强度验算。单根钢管桩承载P=45 t，截面面积A=0.025 m2。

b.刚度验算。根据实际情况，计算钻孔桩时，一端设置为固接，一端铰接，计算时为了偏安全，铰接点取钢管桩底部，则计算长度为l=0.7×L=25.76 m。查表得，钢管桩的回转半径为i=0.2793，则钢管桩的长细比为 λ =l/i=92.23 ＜［λ］=150，满足要求。

c.稳定性验算。计算得惯性矩:I=19.365×10－4m4;

钢管桩身抗弯刚度:EI=2.0×1011×19.365×10－4/1000=387300 kN·m2;

单桩屈曲临界荷载:Pcr=π2EI/Lp2=5754.6 kN;

P=450 kN ＜Pcr，满足要求。

5)贝雷片受力计算。

a.抗弯计算。栈桥由6排贝雷片组成，按6排贝雷片平均受力计算，则最不利的位置，跨中弯矩为W=PL/4=90×15/4=337.5 t·m，平均每片承担弯矩为 W/6=56.25 t·m ＜97.5 t·m，满足要求。

6)型钢受力计算。

栈桥由9根HW600×200型钢组成，按平均受力计算，最不利的位置位于跨中，按照贝雷片栈桥荷载取值，跨中最大弯矩为W=PL/4=90×12/4=270 t·m，平均每根型钢承担弯矩为W/9=30 t·m。根据=115 MPa＜140，满足要求。

7)桥面验算。

a.纵梁验算:满载6 m3混凝土的罐车，总重量约30 t，前轴8 t，后轴22 t，则平均每个后轮承载5.5 t，假定受力宽度为40 cm，由2排Ⅰ12.6的工字钢承担，则每个工字钢的受力为，满足要求。

b.横梁验算:横梁采用Ⅰ28a的工字钢，将桥面荷载均匀的传递到贝雷片，弯矩很小，不再计算。

c.钢管桩顶45号工字钢的验算。根据图2，图3可知，有6片贝雷片将荷载均匀的传递至两根45a工字钢上，再由工字钢传递到钢管桩，M=(90/4 ×1.7 －90/2/6 ×(2.25+1.35+0.45)=，满足要求。

图2 北岸栈桥布置图

8)钻孔平台设计。

a.钻孔平台荷载取值。根据设计孔位情况，每个钻孔平台位置有6根钻孔灌注桩。拟设一台GPS-200回旋钻成孔，单机全重15 t，由于地质情况较为复杂，进入卵石层后，有可能换作冲击钻成孔，单机重15 t，综合考虑到吊装等作业，栈桥承载按照50 t设计，上部结构恒载60 t。钢管桩承担的总荷载为110 t，共由10根钢管桩承担。在平台三侧设置栏杆，高1.2 m，采用φ5.4，设三道横杆，另一侧，栏杆与栈桥栏杆连接，底脚处，采用三角钢板加强(如图4所示)。

图3 南岸栈桥布置图

图4 栈桥及平台栏杆设计大样图

b.钢管桩入土深度计算。所选土层摩阻力与栈桥钢管桩摩阻力相同。由，单根钢管桩入土深度为:

解得x=16.2 m，则钢管桩入土长度为16.2 m，因此，钢管桩总长为10.25+16.2=26.45 m(钢管桩(10 mm)顶标高为5 m)。

c.上部结构计算。钻孔平台上部结构与栈桥构造基本相同，不再另算。

9)吊装偏载计算。

由于本栈桥设计垂直承载能力为65 t，选择50 t履带吊背杆长度为31 m，作业半径为16 m，最大起吊重量为5.3 t，在侧向最为不利的工况下，受力简图如图5所示。

图5 受力简图

在偏心弯矩为16 m×5.3 t=84.8 t·m，履带吊轮边距为4.3 m，则履带处支点反力 F1=84.8/4.3+25=44.7 t，F2=25 －84.8/4.3=5.3 t。则 F1小于设计钢管桩承载力，满足要求。但在实际施工当中，要求采用25 t汽车吊，进行吊装工作。

在水中施工钻孔桩时，采用钢栈桥及钻孔平台设计，由于它具有稳定性高、施工简便、速度快，可方便施工机械的通行，尽快实施水中钻孔桩的施工。本文仅根据瑞安飞云江大桥施工情况，简要介绍在桥梁深水钻孔施工中采用栈桥及钻孔平台的结构设计的计算方法及施工注意事项。经过现场施工证明，本施工方案安全可靠。

［1］刘自明.桥梁深水基础［M］.北京:人民交通出版社，2009.