复杂地质条件下超大海上钢混组合栈桥施工技术

徐文杰　周聚辰　闵令

【摘  要】本文以泉州湾跨海大桥超大海上钢混组合栈桥的施工为背景。栈桥钢管桩根据不同地质条件运用不同的施工方法进行施工。栈桥桥面板运用UHPC预制混凝土面板，提高了栈桥的行车舒适性，施工效率，并降低了桥面板的维护成本。本文详细阐述了钓鱼法，打桩船法的施工步骤，为今后复杂地质条件下水上栈桥的施工提供了技术借鉴与参考。

【关键词】钢混组合栈桥;钓鱼法;打桩船施工

1.工程项目概述

泉州湾跨海大桥全长20286.76m，其中海上桥梁长度为8.96km。海上主桥全长800m，为70+130+400+130+70m钢-混结合梁半漂浮体系斜拉桥。

泉州湾跨海大桥海上栈桥由福州侧栈桥及厦门侧栈桥两部分组成，分别从海堤连通至主塔墩。栈桥全长约9120.88m，其中福州侧2105.23m，厦门侧7015.65m。

本栈桥主要为满足泉州湾跨海大桥海上施工需要，使用年限为4年。穿越区域较多，规模大，地层断面变化大，包含有浅滩区，深水区，浅覆盖层区等，地质条件极其复杂，海上风浪条件比较恶劣，每年有台风经过，并且与原泉州湾跨海大桥匝道有交错，施工难度大。

栈桥宽7.5m，顶标高+7.5m。栈桥两侧设栏杆，面板采用200mm厚预制UHPC混凝土板。为保证使用年限及材料回收利用，纵梁采用镀锌贝雷片;下横梁选用型钢2HM588×300。下部采用桩基排架，外表面进行防腐涂装，标准断面排架横向间距6m，纵向间距为标准联，每一联为6×12+6m。栈桥每2联设置一个制动墩，伸缩缝设置在制动墩处，排架间距为6.05m。

排架桩基采用Φ800×12钢管桩，在栈桥横向标高+0.5m和+3.5m的位置设2层Φ426×8mm平联，平联之间设置斜撑双拼工36a型钢。

在浅滩区覆盖层很薄的位置，栈桥断面由2根钢管桩变为3根钢管桩，两侧2根钢管桩植入强风化岩层，并浇灌混凝土，如下图所示。

2.栈桥桥面板比选

栈桥面板分为钢面板及UHPC混凝土面板两种形式，对比分析如下：

通过对比分析，泉州湾跨海大桥栈桥拟采用UHPC混凝土面板的结构形式。其优点有使用过程中基本不用维护、无破损、噪音小、舒适性高;利于工厂化预制，施工速度快;受海水侵蚀影响小，可回收利用。

3.工程重点及难点

（1）本工程跨海域的栈桥线路长，施工组织管理难度大。

（2）海上施工区域的淤泥层厚度不均，桥址区存在多个孤石段，钻孔平台及栈桥须保证刚度和稳定性。

（3）桥址区处于海洋镁盐、氯盐腐蚀环境，对钢材的腐蚀较严重，如何保证栈桥在四年使用期的结构要求。

（4）季风性海洋气候持续时间长，对工程进度、质量及安全提出更高要求。

（5）与泉州湾公路大桥距离较近，船舶施工过程中需加强对泉州湾公路大桥桥墩的安全防护。

（6）潮位、气象及地质条件变化对现场施工作业条件及安全提出较高要求。

4.施工技术方法

结合栈桥不同区域地质特点及施工作业面的划分，栈桥的施工工艺根据钢管桩插打方法不同分为钓鱼法及打桩船施工两种。其中钓鱼法用于浅滩区，打桩船施工法用于深水区。

栈橋钢管桩集中加工制作。对于采用“钓鱼法”施工的钢管桩，陆运至施工现场，当长度超过18m时，在厂内分段制作，现场进行接桩。对于采用打桩船施工的钢管桩，采取整根制作，利用驳船水运至桥址。

4.1浅滩区钢管桩钓鱼法施工工艺

位于浅滩区栈桥钢管桩采用“钓鱼法”施工，利用履带吊+振动锤插打钢管桩基础。

（1）钢管桩沉桩工艺

①、桩运至现场，起吊钢管桩，主钩吊桩顶，副钩起吊桩尖端，慢慢将桩竖直。

②、将钢管桩慢慢放进临时固定导向架里面，固定导向架采用2节3m长贝雷片和型钢拼装而成。待钢管桩稳定后解钩，起吊安装振动锤。

③、振动锤先点振，桩位以及垂直度满足要求后持续振动下沉。

④、钢管桩需接长时，首节钢管桩下沉至水面以上4m左右停止下沉，起吊下一节钢管桩开始接桩，并振动下沉至设计标高。

（2）钢管桩施沉控制

①、插打过程中及时对桩位、垂直度及桩顶标高进行测量，每隔1～2min或每下沉5m校正钢管桩一次，若发现偏差较大则及时进行纠正。

②、振动的持续时间应根据不同机械和不同土质进行试验确定，时间不宜过长也不宜过短，一般控制在5min～10min。

③、振动下沉时钢管桩应夹紧，不得有间隙或松动，否则影响钢管桩下沉，振动锤也易损伤。在振动锤振动过程中，如发现桩顶局部变形或损坏，则立即暂停施工，查找原因。

④、钢管桩接长时采用单边坡口熔透焊，保证结构受力，同时四周增设加劲板。钢管桩接长并经质量验收合格后方可继续施打。

⑤、由于本项目地质条件复杂，钢管桩的最终桩底标高控制采取标高、贯入度双重控制，以贯入度控制为主，标高校核。振动型沉锤的停锤标准为最后3min振锤累计进尺低于3cm。

（3）植桩法施工

根据现场的地质条件，对于浅覆盖层区域，钢管桩入土深度不足以满足钢管桩的嵌固要求，需采用植桩法施工，具体施工工艺如下：

先利用履带吊按照“钓鱼法”进行植桩区栈桥的钢管桩施打，同时每排钢管桩间纵向增设平联形成“板凳”结构，然后安装栈桥上部结构，形成钻孔作业平台，履带吊则继续向前施工;将冲击钻机运至植桩区域，冲击成孔，采用气举反循环工艺进行清孔;清孔完成后，进行钢筋笼的下放，并利用导管法浇筑水下混凝土，完成植桩工艺。

4.2深水区钢管桩打桩船施工工艺

位于深水区的栈桥钢管桩采用打桩船插打的施工方法，具体施工工艺如下：

（1）船舶抛锚定位

利用打桩船GPS定位系统将打桩船移至桩位附近，进行初步定位。运输钢管桩的自航驳在打桩船附近抛锚定位。

（2）打桩船移船取桩及立桩

①、打桩船移至运桩自航驳侧面，桩架前倾至钢管桩上方，利用吊钩和钢丝绳起吊钢管桩，收紧锚缆使打桩船移至施打区域，过程中避免拖桩、碰桩等情况的发生。

②、打桩船移船过程中缓缓立桩。将打桩船主吊索上升，副吊索下降，使钢管桩成竖直状态。同时打桩船桩架后倾，使钢管桩与打桩船的龙门梃滑道平行（即同时成竖直状态），抱桩器锁定钢管桩。

③、立桩完毕后，替打沿龙门梃轨道滑移，套住桩顶。根据“水上打桩GPS-RTK定位系统”进行初步定位，将打桩船移至桩位附近。

（3）稳桩及压桩

在钢管桩测量定位后，将钢管桩缓慢下放，下放过程中保持桩架与钢管桩桩的垂直度，保证桩锤、替打和钢管桩位于同一轴线上，保证钢管桩下沉时受力均匀。

（4）锤击沉桩

利用GPS测量再次观测桩的偏位、扭角及垂直度，各项控制数据达到要求后开始击打。打桩初时，应轻击数锤，落距应小，过程中观察桩身、桩架及桩锤，避免偏心锤击。锤击沉桩过程中，宜采用重锤低击。锤击保持连续，以免土壤恢复而增加其对沉桩的阻力。

打桩船沉桩以贯入度控制为主，标高校核。打桩船沉桩的停锤标准为最后10锤累计进尺低于5cm。

4.3后续结构安装

（1）平联、斜撑安装

钢管桩下沉到位后，检查桩的偏斜及入土深度，与设计无误后，采用φ426×8钢管进行钢管桩间横纵向水平撑及剪刀撑连接，形成整體结构。相关焊缝质量满足设计及规范要求，确保质量及使用安全。

完成平联及斜撑焊接后，割除桩顶至设计标高，开设槽口并焊接桩顶十字隔板，槽口及桩顶隔板应平整且在同一平面上，以保证下横梁搁置平稳。

（2）主横梁安装

将拼装成整体的主横梁吊装嵌入槽口内，与钢管桩之间焊接肋板及连接板进行加固。主横梁在后场加工区制作成型，2根HM588型钢之间焊缝为断续坡口焊，焊缝长度200mm，间距200mm。主横梁间设有肋板。肋板间距为450mm，900mm及1200mm。肋板焊缝皆为连续角焊缝，焊脚尺寸为10mm。

（3）贝雷架安装

为了防止贝雷片腐蚀而影响结构安全性，同时保证后续拆除后能够再回收利用，贝雷片进行镀锌防腐处理。将镀锌贝雷片按排架间距在后场拼成单层三排组合，贝雷片通过横向及竖向贝雷支撑架连接成整体，间距为3m。组装完成后利用平板车运至安装现场。

主横梁上测量放样贝雷片安装位置，利用90t履带吊吊装贝雷桁架梁，位置偏差不大于5cm。栈桥横断面上共设3组3拼的贝雷桁架梁。组与组之间用∠75*8mm作斜撑将贝雷桁片连成整体，间距为3m。贝雷梁下弦杆通过[8槽钢焊接固定在横梁上，依此完成全部钢栈桥贝雷架的安装固定工作。

（4）桥面板的预制和安装

桥面板采用UHPC混凝土桥面板，在加工预制厂集中预制。桥面板钢筋在钢筋加工厂集中制作，预埋件在钢结构加工厂制作。

桥面板的侧模采用[20a，利用已硬化的场地作为底模，采用塑料薄膜进行隔离。桥面板混凝土初凝后，对桥面板表面进行拉毛处理。桥面板通过喷洒养护液进行养护。每块混凝土面板标准结构尺寸为7.5m*1.99m*0.2m，重量约7.8t。桥面板侧面设置了四个吊装槽口，利用卡板卡住槽口后即可顺利起吊。

利用履带吊或起重船进行混凝土面板的安装。面板安装前在贝雷梁上弦杆铺设1cm厚橡胶垫块。安装定位后将贝雷梁与面板通过“U”型卡板锁定，U型卡板焊接在混凝土面板底部的预埋钢板上。

5.结语

福厦铁路泉州湾跨海大桥海上栈桥全长约9公里，穿越区域伴随强风，大浪，浅覆盖层等不利因素，施工过程中采用钓鱼施工法和打桩船施工法相结合，浅滩区与深水区同时施工，运用植桩法克服浅覆盖层钢管桩嵌固力不足的缺点，结合UHPC预制混凝土桥面板，提高了施工功效，加强了栈桥的耐久性，舒适性，为项目取得了良好的工期效益及经济效益。

参考文献

[1] 《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）

[2] 《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ285-2000）

[3] 《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）

作者简介：徐文杰（1988.8--），男，湖北黄冈人，本科，工程师，从事公路、铁路施工工作。