跨江深水硬岩层钢栈桥基础引孔栽桩施工工法.docx
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跨江深水硬岩层钢栈桥基础引孔栽桩施工工法
跨江深水硬岩层钢栈桥基础引孔栽桩施工工法
中铁十六局集团第四工程
徐开洲伟强刁元森冠华
1前言
随着中国经济水平的逐渐增强和桥梁理论的不断发展跟完善，在城市中跨水域桥梁的修建日益增多，跨江深水硬岩层水中基础施工也日渐普遍。
为了水中墩施工及材料运输和施工人员通行，在桥梁上游搭设主栈桥和墩位处搭设支栈桥作为水中墩钻孔桩、承台施工的主要通道和工作平台。
余信贵大道象山大桥横跨信江，信江为五大河流之一，桥址处水流由南向北，河宽约400m，水深7-11m；信江水域工程地质除少量覆土层外，均为粉质硬岩层。
在这种深水硬岩层的环境下进行钢栈桥基础施工，因岩层强度较高，采用传统履带吊配合振动锤振打施工，钢管桩无法达到要求入岩深度、桩位偏移、桩身易破损，且施工困难。
施工过程中，通过冲击钻引孔栽桩，从而保证入岩深度，成功的解决了深水硬岩层钢栈桥的施工难题，经总结形成此工法。
2工法特点
2.1缩短工期：
本工法能够实现深水硬岩层钢栈桥基础的施工、要求入岩深度，节省工期；
2.2简单易行：
施工过程简单易行，对现场施工人员进行一些简单的技术、安全交底，即可顺利完成施；
2.3安全可靠：
施工过程中不需要人工进行水下作业等危险作业，确保了施工人员的人身安全；
2.4文明环保：
引孔过程中钻渣少许外漏，减少对水体造成污染；
2.5结构稳定：
施工过程中钢管桩结构构造简单、受力明确，具有足够的承载力、强度和整体稳定性；
3适用围
本工法适用于各种类型跨河流、湖、江中等水域硬岩层钢栈桥基础引孔栽桩施工的工程建设。
4工艺原理
结合地质条件和水文状况，先测量放样出钢管桩位置，下放引孔钢护筒，然后进行冲击钻引孔至要求入岩深度，引孔施工结束后，灌注水下混凝土并及时沉放钢管桩，从而完成深水硬岩层条件下钢管桩入岩工艺。
本工艺利用水下混凝土将钢管桩与河床有效连接形成整体，使栈桥基础的钢管桩形成群桩效应，以提高基础的承载力和全桥的横向稳定性。
5施工工艺流程及操作要点
图5.1.1施工顺序图
5.1施工准备及桥台施工
在主栈桥及支栈桥施工前，在栈桥开始端岸边进行桥台施工。
首先，对栈桥桥台位置进行准确放样；再次，对桥台基础进行平整及压实处理，以达到设计要求；
5.2测量放样
根据主栈桥及支栈桥平面布置图和施工技术交底，准确无误的算出每根钢管桩的坐标位置，现场合理布置控制点开展外业。
钢管桩定位采用全站仪坐标定位法控制钢管桩位，在安装过程中，测量适时监控钢管桩的垂直度、入土深度和贯入度，保证成桩质量。
在钢管桩安装达到质量控制标准后，联接钢管桩间横向支撑和斜向支撑，然后在管顶开槽，在精确放线定位，准确放置钢板后才能将钢板与桩基焊接固定，保证钢横梁安装在桩基中心，桩基处于轴心受压状态，最后用全站仪精确定位放置桩顶横梁、纵向主梁及桥面系等。
图5.2.1测量放样
5.3冲击钻成孔
测量人员放出桩位后，应在桩的前后左右距中心2m处分别设置护桩，护筒埋设好后再引到护筒上。
采用冲击钻钻孔进行栽桩，栽桩深度为8m。
钻机安装就位后，保持底座和顶端平稳，不得产生移动和沉陷，钻头中心与钢护筒中心位置偏差不超过1cm。
图5.3.1冲击钻引孔
图5.3.2冲击钻引孔
5.4灌注混凝土
冲击钻冲孔完成后，对护筒沉渣进行清理；清理完成后，安装好导管、漏斗，进行灌注混凝土。
混凝土一次迅速卸放到孔底，然后测量混凝土面深度，确保混凝土满灌。
图5.4.1灌注混凝土
5.5管桩沉放
混凝土浇筑完成，栈桥采钓鱼法的作业方式施工，钢管桩为φ630×12mm钢管，根据地质情况及试桩结果，采用80t履带吊吊装钢管桩，迅速插打、安装到设计位置。
钢管桩位置、垂直度经测量无误后开始固定。
然后吊装振桩锤和夹具与桩顶连接牢固,开动振动锤使桩下沉。
每根桩的下沉一气呵成，不可中途间歇时间过长，施打过程中要及时测量钢管桩的位置和垂直度，发现跑位或倾斜要立即调整。
图5.5.1管桩沉放
5.6管桩切割或接长至设计标高
根据每根钢管桩的设计标高，用钢筋在每根钢管桩的侧壁挂爬梯，在距钢管桩设计管顶标高下1.2m左右用角钢和钢筋焊一个施工平台。
再依据设计钢管桩顶标高切割或接长钢管桩。
钢管桩切割顶面一定要水平，钢管桩接长一定要直顺。
钢管桩接长采用对接，接口圆周满焊，焊缝高度不小于6mm。
钢管桩焊接方法为对接焊接，在钢管四周设置六块加劲板，与钢管桩四周满焊，以保证钢管桩对接强度。
焊接接桩后，焊缝必须冷却后才能沉入水中；接桩时要严格控制钢管桩的顺直度。
钢管桩加长及切割注意以下几点：
①钢管桩接长位置，钢管切坡口并焊接，接口处补强加劲板焊接。
②钢管桩切割后，焊接20cm宽10mm厚环形加劲板，加强位置为管顶处。
其平面焊接及立面焊接示意图如下：
图5.6.1平面焊、立面焊
5.7管桩间横联、斜联焊接安装
钢管桩间横向平撑、斜撑采用[25槽钢，在制动墩处纵向平撑和斜撑连接采用[25槽钢联接，增加钢管桩间的刚度，使之受力均匀。
每排钢管插打完成并经检查合格后，应及时焊好桩间联接。
横联、斜联提前根据钢管桩间横距、斜距在加工棚下好料，再利用平板运输车和25T汽车吊吊运到对应的位置进行焊接安装钢管之间槽钢的焊接采用角焊，焊缝高度不小于6mm。
管桩间槽钢连接采用500*200*10mm的节点板进行连接，以加强连接系的强度。
钢栈桥钢管群桩根据所需材料布设，其施工方法与普通桥墩排架桩相同。
5.8桩顶横梁2I45c工字钢架设
根据设计标高，把钢管桩切割平整后，在其上面按设计放线位置安装上2Ⅰ45c工字钢桩顶横梁，钢管与横梁工字钢间接触面周边均要焊接，焊接采用角焊，焊缝高度不小于6mm。
钢管桩下横梁腹杆处焊接加劲钢板△150*150*10mm，并且横梁需焊接限位钢板连接于横梁腹杆处，以固定连接横梁与管桩形成整体结构。
5.9321贝雷梁架设
贝雷片先与已拼装完成的贝雷梁连接，再安装支撑架完成两组间拼接。
桁架组拼装时，贝雷片与贝雷片间，顺桥向采用销栓销接，横桥向支撑花架或剪刀撑连接。
贝雷销栓安装完成后，必须安装保险插销，防止贝雷销栓脱落。
支撑花架和贝雷片之间用螺栓固定。
贝雷梁架设时，先在下部结构顶横梁上进行测量放样，定出贝雷架准确位置并安装好减震橡胶片，然后用履带式起重机吊装一个安装单元贝雷梁与已建成的栈桥贝雷梁相连，并焊接限位器。
一个安装单元贝雷梁完成后，安装另一个安装单元贝雷梁，同时与安装好的贝雷梁用斜支撑进行连接。
依此类推完成整跨贝雷梁的安装。
钢栈桥纵梁采用321贝雷梁架设而成，贝雷梁在场地拼装好后用平板车拉至施工现场，然后用25T汽车吊按照事先定位的位置架设，贝雷梁架设至横梁后，用限位槽钢[10#卡住并焊接至2I45c工字钢上，同时将10#槽钢开孔并用螺栓联接7排贝雷梁，保证其整体的稳定性。
贝雷梁的安装要求如下：
a、桩顶承重梁上设置贝雷梁限位件，以防贝雷梁横竖向位移。
b、贝雷片必须使用完好贝雷桁片；贝雷销子必须穿插到位，端头必须使用保险插销。
c、每一组贝雷梁端头设置花架一片，4颗支撑架螺栓必须固定牢靠。
d、每根墩顶横梁位置设置限位器固定贝雷片。
制动墩处贝雷梁接头处应预留伸缩缝，以备温度变化时梁的变形。
制动墩支承桩纵向横向同时设置剪刀撑。
e、栈桥制动墩钢管桩、横向承重梁及与贝雷梁上弦杆或下弦杆应联接牢固，以承受汽车牵引力或制动力。
5.10I20工字钢横向分配梁、桥面系等铺设
雷梁纵向主梁上横铺I20工字钢横向分配梁，间距25cm，相邻横向分配梁的接头应错开。
工钢与贝雷梁顶定位槽钢[10#满焊牢固连接，共同形成刚性桥面系，分布、分配桥上车辆活载到贝雷梁纵向主梁上。
分配梁搭设结束后在上面铺设12mm厚钢板，桥面板焊接钢筋防滑条来防滑。
并与I20工字钢焊接牢固。
最后，在钢栈桥两侧设置防护栏杆，防护栏杆立柱与扶手钢管焊接而成，防护栏杆采用φ48钢管，高度1.2m。
防护栏杆上涂上红白相间的油漆，每根栏杆上端还要贴上反光标志，以便在夜间引导车辆，预防事故发生。
在防护栏杆外侧规排布电缆、电线、夜间照明灯以及其他管线，照明灯采用单臂钢杆路灯，灯具为IP65截光型灯具（带PLC单灯控制器），路灯高度10m，间距30m单侧布置。
钢栈桥施工和使用过程中，在防护栏杆75cm不宜集中堆码各种重型材料和机械设备，重型车辆不得在其围通行，保证钢栈桥安全施工和使用。
支栈桥与主栈桥进行同步搭设，采用9m×18m的浮箱配合吊车及振动锤进行施工，其设计结构工艺与主栈桥一致，在此不再赘述。
6材料与设备
6.1主要材料
本工法涉及使用的主要材料有混凝土外，需要的主要材料如表6.1.1所示。
表6.1.1主要材料表
序号
材料名称
规格或型号
材质
钢栈桥基础引孔栽桩主要机械设备
1
钢管桩
Φ630mm*12mm
Q235B
2
剪力撑
槽钢［25
Q235B
2
横向分配梁
双拼45c工字钢
Q235B
3
贝雷架
标准片
片
4
顶面横向分配梁
20工字钢
Q235B
4
面板
12mm钢板
Q235B
5
栏杆
Φ48钢管
Q235B
6
其他
90支撑架
片
7
螺栓
个
8
销子
个
9
限位槽钢［10
Q235B
6.2主要设备
本工法除混凝土浇注设备及测量仪器外，需要的主要机械设备如表6.2.1所示。
表6.2.1主要机械设备表
序号
机械设备名称
规格或型号
单位
数量
备注
钢栈桥基础引孔栽桩主要机械设备
1
履带吊
QUY80T
台
1
2
汽车吊
XZJ5290JQZ25X
台
2
2
打桩机
CK1000
台
4
3
锤头
4t、φ800mm
个
4
4
振动锤
DZ-60A
个
2
4
发电机组
350kw
台
2
5
浮箱
3000*10000mm
个
10
6
交流电焊机
BX1-500A
台
10
7
平板拖车
50T
辆
1
7质量控制
7.1质量控制标准
7.1.1《钢结构设计规》（GB50017-2003）；
7.1.2《公路桥涵施工技术规》（JTG/F50-2011）；
7.1.3《跨信江特大桥（象山大桥）主桥工程施工图设计》；
7.1.4地质勘察报告及现场情况。
7.2质量控制措施
7.2.1严格做好技术交底工作，强化全员质量意识，坚持岗前培训制度；
7.2.2施工过程中，不定期进行现场质检和测量进行工序质量检查，对不合格地方，及时整改，对完成品质量严格把控好；
7.2.3加强对原材料的质量检查，做到不合格成品不进场；
7.2.4严格控制钢管桩定位精度、振打及焊接质量，分配梁与钢管桩可靠连接；
7.2.5现场技术员负责好技术要点、施工程序、操作要点和质量标准，在钢栈桥施工前、施工中、施工后对现场时时把控；
7.2.6建立健全全班组间的工序交接及质量自检、互检制度；
7.2.7建立完善的质量保障体系，责任到人，成立质量检查机构，形成工程技术、质检、试验、测量四位一体系的质量保证体系，严格把控施工过程中的质量控制。
8安全措施
施工时除严格按照设计施工图纸和现行技术规施工外，还应加强对所有参加施工人员的安全教育和安全培训，成立安全领导小组，健全安全制度体系，建立安全制度保证措施；在施工中要切实做好安全防护工作，注重提高施工人员的安全意识，切实贯彻落实“安全第一，预防为主”的方针，把安全放在第一位。
8.1进入施工现场人员，必须佩戴好安全帽；打桩架上施工人员必须系好安全带、救生衣；水上作业施工人员，必须穿戴好救生衣，配好救生圈等设施；
8.2建立健全安全管理机构和安全生产规章制度，加强全员安全教育，树立安全第一思想；
8.3做好安全技术交底制度，进行安全考试制度，制定针对性的安全技术方案及措施，使施工人员熟悉安全措施以增强自我保护意识；
8.4对各工种人员须持证上岗，上岗前应参加安全考核。
对焊接、起重、潜水员、电工等特殊工种的施工人员应进行专门的安全教育，严格按照操作规程施工；
8.5现场临时用电必须按安全规定进行布置，严禁乱拉乱拖；加强对施工现场的用电设备进行安全检查；
8.6对氧气瓶和乙炔瓶保管、存放、运输和使用严格按照操作规程执行；
8.7履带吊及汽车吊吊运围拉设警戒线、吊运振动锤，禁止其他人员进入作业围；
8.8做好现场的安全防护措施，对安全措施要爱护，勤加检修；
8.9制定好制订切实可行的防台风、防暴雨、防潮汛安全应急预案，落实安全应急演练制度，成立突发事故领导小组，确保人员生命安全。
9环保措施
9.1施工现场加强对施工燃油、材料、设备、生活垃圾的控制与治理，制定好合理安排，充分满足各个工种作业施工；
9.2对钻孔产生的沉渣进行运输、安放处理，多余的混凝土，由罐车拉回拌合站处理；
9.3定时清理桥面垃圾和洒水避免扬尘，桥头处设置专门的洗车槽和洗车台；
9.4成立环境保护领导小组，进行定期检查，对施工人员进行环保法律、法规教育树立环保意识，自觉地遵守环保规定；
9.5桥头段处采取限制车速、禁鸣、路标指示、加强绿化等措施，控制机动车噪声污染，确保其达到相应声环境功能区的要求。
10效益分析
10.1利用先引孔后栽桩的施工工法，解决了钢栈桥基础在深水硬岩层条件下的建设问题，同时解决了水中施工安全问题，极大节省了施工工期；
10.2由于采用了引孔工艺，释放了原土层的压缩应力，大大降低了桩的入土阻力，减少了桩损坏，避免了因施工桩数增加，土壤被挤密，沉桩越来越困难的现象，使桩最大限度地满足了设计要求；
10.3此工法对于引孔的垂直度、成孔质量严控把关，使得桩位准确率较高，桩长满足设计深度要求；大大增强了钢栈桥的稳定性和承载力；
10.4施工过程中无需引进新设备，施工工期缩短，大大降低了工程造价，提高了经济效率。
11应用实例
余信贵大道钢栈桥，全长440米，栈桥位于主桥上游，沿主桥中心线平行延伸，距主桥中心线19.25m。
栈桥桥面设计高程为+36.00m，纵向设计为平坡。
栈桥按双向行车道设计，设计荷载为150T，设计年限为3年。
栈桥采用多连跨连续梁方案，桥面宽6.0m，跨径12m，梁部采用7片间距为0.9m的单层贝雷桁架，各组贝雷桁架之间均由宽为0.9m的支撑架连接，下部采用钢管桩基础。
钢管桩基础单排采用2ф630mm形式。
本栈桥施工采用引孔栽桩方式，成功解决了在深水硬岩层钢栈桥施工管桩打入困难及桩位偏移和易造成桩身破损等技术难题。
2018年8月，该栈桥通过了中铁十六集团、余信贵大道工程建设指挥部、大学、省建工集团、市城市规划设计总院、交通等单位专家组成的专家组的安全论证。
余信贵大道钢栈桥于2018年8月开始施工，2018年11月竣工。
栈桥使用过程中，桥体安全稳固，确保施工材料、机械正常运输。
钢栈桥沉降量、垂直度、承载力都满足要求；受到双方业主、政府工程质量监督部门的认可和肯定。
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