淤泥质浅滩多功能型钢施工平台的设计与施工

吕 瑞

(广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

随着桥梁建设的迅速发展，对特殊环境下的施工作业平台应用进行了深入的研究，浮箱式平台、钢栈桥、人工筑岛等施工作业平台[1]在各类水域、不同地质条件下均得到了广泛应用，有效解决了桥梁工程基础施工场地的问题，但深层淤泥质浅滩区域的施工作业平台研究较少。传统的作业平台方案在该区域局限性较大：贝雷梁栈桥因受净空高度限制无法顺利实施；浮箱式平台因浅滩水深不足无法采用；筑岛方案在浅滩应用较多，但受深层软基影响质量难以保证等[2]。

本文依托莲花特大桥32#主墩实体工程，针对区域内淤泥深、浅滩净空不足等地质特点，充分利用分项工程设施，创新性提出了多功能型钢施工平台方案。该平台方案结合后续分项工程施工特点，全面统筹，合理利用，缩短了施工周期，节约了施工成本，且型钢施工平台兼具钻孔灌注、龙门吊吊装、承台开挖通道等功能，经济效益较好，可为后续类似工程提供参考。

1 工程概况

莲花特大桥为跨越揭阳市榕江南河的钢-混组合梁斜拉桥，全长2 444m。主桥跨径布置为138m+300m+138m，采用双塔双索面半漂浮体系。索塔基础采用24根直径2.5m的钻孔灌注桩，平均桩长119.5m，桩顶标高-3.03m,桩底平均标高-122.53m。榕江南河为Ⅲ级航道，通航5 000t级海轮。南岸32#主墩处于南河浅滩上，该区域地貌为冲积平原区，地层岩性由粘性土、砂土、砾卵石碎石等冲积层组成，软土层厚约13.5m，存在饱和液化淤泥和液泥质粉砂层，覆盖层较深。桥位处多年平均汛期高潮水位0.30m，历史最高潮位 3.10m，历年平均最高潮位1.30m。

2 方案比选

32#主墩桩基施工平台设计及方案确定直接影响到施工效率及安全性。该区域处于榕江南河浅滩上，具有浅层覆盖淤泥层厚度大、砂层占比大、岩层埋深大等特点。施工水位受潮汐影响较大，传统的贝雷梁钢栈桥受高度限制较难实施，浮箱式平台亦受浅滩水深的限制不予考虑，填土筑岛在该区域具备可实施性。结合项目进度的需求，施工作业平台搭设应尽量缩短工期，且应最大化发挥平台功能。现场踏勘后，根据分项工程特点，对传统型钢作业平台进行了改造，使其功能丰富化，认为多功能型钢施工平台亦具有可实施性[3]。本文对初步拟定的两种可实施性平台施工方案(多功能型钢施工平台与填土筑岛)进行分析、比选。

2.1 方案1

方案1为多功能型钢施工平台。型钢施工平台兼具桩基施工平台、龙门吊吊装平台、承台基坑清淤开挖通道等多项功能，其充分利用主墩桩基永久性钢护筒、龙门吊钢管桩基础等搭设钻孔平台，在钢护筒及钢管桩上焊接牛腿承重支撑系统，然后铺设型钢及桥面板。该型钢施工平台承载力强，结构较为安全，有利于后续施工工序质量控制；在环保方面，其对航道影响较小，工程结束后不需清淤处置，且施工过程中利于文明施工管控；钢管桩振设与平台搭设同步进行，施工工期短；后续钢板桩施工及承台开挖难度较小。工程造价估算约为512万元。该方案的缺点是施工平台的工序较为复杂，过程中应加强焊接、各项基础振设深度、型钢布设间距等指标的控制。

2.2 方案2

方案2为筑岛方案。筑岛方案是指填土筑岛，传统工艺主要在抛石挤淤稳固基底后进行填土筑岛，但32#主墩因淤泥层厚达13.5m，清淤、围堰均无法顺利实施，故直接进行填土筑造平台。平台四周设置两层防护砂袋，以避免水流冲刷。施工平台上主墩桩基一定范围内回填砂土，碾压夯实后浇筑砼硬化层，供桩基施工使用。该平台基底承载力弱，存在较大的沉降隐患，增大了后续分项工程施工质量控制的难度；在环保方面，填土挤淤对航道污染较大，且完工后须恢复航道原貌，施工过程中安全文明管控难度大；筑岛填筑、压实完成后方可进行钢护筒振设，工期较长；后续承台基坑开挖难度大。工程造价估算约为561万元。该方案的优点是平台填筑工序简单，易于操作。

2.3 比选

两个方案的比选见表1。综合结构安全、质量控制、经济效益、安全环保等方面的因素考虑，选取型钢施工平台方案。

表1 方案比选

3 型钢施工平台方案设计

3.1 方案简介

型钢施工平台平面尺寸为63.5m×40.0m，顶标高与榕江南河南岸堤坝顶标高一致。平台由栈桥区域、钻孔区域和加宽平台区域三部分组成，平台上部铺设型钢及钢板面板，平台四周设置1.2m的安全护栏，护栏由φ48×3.5mm的钢管焊接而成，涂刷红白油漆并设置踢脚板和警示灯。栈桥主承重梁采用2H500×200型钢和2I56a工钢，钻孔区主承重梁采用2I45a工钢，钢护筒焊接牛腿受力。加宽平台主承重梁采用2I56a工钢和2I45a工钢。钻孔平台分配梁统一采用I25a工钢，间距为30cm，面板为1cm厚的钢板。栈桥区域基础采用规格为φ630×8mm的螺旋钢管桩，钻孔区域基础为基桩永久钢护筒，护筒埋深平均33.5m，内径2.8m，由厚度为δ=24mm钢板卷制而成。护筒间采用φ300×6mm钢管做平联(同时做泥浆循环连通管)，龙门吊轨道基础采用φ820×10mm钢管桩。平台基础钢管桩之间、钢管桩与钢护筒之间采用φ300×6mm钢管和[20槽钢作为平联及斜撑，以加强平台的整体稳定性。

图1 型钢平台分区及基础布置(单位：cm)

图2 型钢平台承重梁布置

3.2 结构计算分析

型钢施工平台计算分为三部分，即桩基钻孔平台区域、栈桥区域、平台区域。施工过程中整个平台的主要机械设备有4台ZJD4000反循环回旋钻机、10m3砼运输罐车、80t龙门吊、135t履带吊等。采用 MIDAS 程序进行型钢施工平台结构计算[4]。

3.3 计算结果

各项计算参数为结构用 Q235钢。厚度不大于16mm的抗拉、抗压和抗弯[f]=215MPa，抗剪[fv]=125MPa；厚度大于16mm小于40mm的抗拉、抗压和抗弯[f]=205MPa，抗剪[fv]=120MPa；允许挠度为L/400。经过软件计算，各项力学指标均在规范容许的范围内，结构安全。

4 施工工艺

型钢施工平台的施工流程为：材料进场及施工准备→钢管桩定位→前三排钢管桩下沉→安装焊接平联、牛腿→安装主承重梁→安装次承重梁→安装分配梁及铺设面板→钢护筒振设→牛腿焊接→承重梁安装→安装分配梁及铺设面板[5-6]。型钢施工平台分区域施打，依托施工完毕的作为作业平台，逐项推进。总体部署为先从南岸岸边施打栈桥区域，栈桥区域完成后再行施打平台区域，待栈桥、平台区域均完成后施打桩基钻孔平台区域，最后完成附属设施布置，即形成整体的型钢施工平台。

图3 型钢施工平台工艺流程

4.1 栈桥区域施工

栈桥区域作为后续平台施工的首要通道，要做好与岸边道路的顺接施工。施工前按照方案设计对钢管桩位置进行精准放样，采用80t履带吊配合DZ90振桩锤在河岸侧插打前三排钢管桩，插打振桩时利用悬臂导向支架准确打入钢管桩，在振动过程中应不断检测桩体垂直度，发现偏差及时纠正。钢管桩入土深度以设计深度和贯入度双控，钢管桩入土深度达到设计值下沉速度仍较快时，分析原因，必要时增加管桩施工长度，下沉速率控制为2min内无明显进尺。钢管桩施工完成经验收合格后，开始平联、斜撑、牛腿焊接。平联、斜撑的焊接时机应灵活掌握，选择最低潮位时进行焊接。应加强各道焊接工艺的质量控制，牛腿位置尤为关键。在钢管桩桩头使用气割切割槽口(42cm×35cm)，槽口两侧加焊牛腿，牛腿必须与周边满焊，并保证牛腿钢板顶面水平。接着进入承重梁、分配梁的安装，最后铺设桥面板，即形成起始平台。在栈桥起始平台与岸边堤岸之间搭设22cm厚钢筋混凝土预制板作为顺接过渡段，确保各项机械设备通行平顺。履带吊通过预制板行驶至初始平台上，继续向前按两排一轮插打钢管桩。重复上述工序，直至栈桥区域搭设完成。

4.2 平台区域施工

平台区域施工时机械设备作业空间较为充裕，可依托栈桥平台进行。平台区域因布设有龙门吊轨道，在该区域平台施工时应将轨道基础作为控制重点。龙门吊轨道基础采用φ820×10mm螺旋钢管桩，其内侧布设2I56a扁担梁。施工时同栈桥区域按两跨一轮方式进行，沿顺桥向方向大小里程的平台区域各布设一台振桩锤，同步施工。施工时各构件尺寸、位置按方案设计实施，各构件安装工艺与栈桥区域相同。

4.3 钻孔区域施工

钻孔区域平台施工的重点是钢护筒施打及牛腿焊接。施工时插打永久性钢护筒需辅助φ820mm钢管桩及导向架，φ820mm钢管桩上部安装2I45a承重梁，导向架支撑固定在承重梁上。施打顺序为先插打中间两根钢护筒，再插打正前方两根钢护筒，再行两侧钢护筒，依此逐跨推进。具体工序：

(1)钢护筒定位放样完成后，将导向架与承重梁焊接固定。采用135t履带吊配合YZ300型振桩锤对钢护筒分节沉放，过程中严格控制钢护筒的垂直度。钢护筒入土深度根据试桩情况确定，按设计深度和贯入度双控。首节钢护筒沉放到位后，吊装下节钢护筒进行对接。上下节护筒焊接固定牢固后，在护筒壁上焊接卡板，将钢护筒固定在导向架上，松钩进行下一根护筒沉放施工，直至钢护筒施打至要求的深度。布设2根桩基的排(即该排仅有2个钢护筒)应插打临时钢管柱作为基础支撑。

(2)每个钢护筒周边加焊2个牛腿作为钻孔平台受力点。牛腿采用双面满焊，并保证焊缝饱满，焊缝厚度不得小于母材厚度，牛腿面板与承重梁焊接固接。

(3)安装承重梁，并将导向架固定在承重梁上。桩基孔口位置单独设置分配梁，便于桩基钻孔施工时拆除。分配梁安装完成后，铺设δ=10mm花纹钢板作为桥面板，桥面板安装平整，中间不得有鼓包、错台，并与分配梁搭接位置进行焊接。

图6 型钢施工平台钻孔区域现场

4.4 其他附属设施施工

型钢施工平台严格按照广东省安全标准化指南的要求。在平台四周立焊1.2m高的φ48mm钢管，高度方向按0.6m间距设置两道水平杆，与立杆采用扣件连接，并在护栏上涂刷红白油漆，护栏底设置20cm、高3mm厚的钢板作为踢脚板。其他的安全设施、器件均按相关要求予以配备、安装。

5 结语

特殊地质条件区域的施工平台研究已较为深入，但主要集中在深水、岩层复杂、复杂海况等方面，针对平台高度受限的深层淤泥质浅滩条件，行业内研究较少。本文依托莲花特大桥32#主墩实体工程，拟定了淤泥质浅滩搭设型钢平台的施工方案，经过施工实践，得出以下结论：

(1)型钢施工平台适用于深层淤泥质浅滩环境下的桩基或承台施工，其经济效用较高，填补了受高度限制、深层淤泥质浅滩条件下施工平台搭设方面的空白，可为后续类似工程提供实践经验。

(2)型钢施工平台在结构设计上充分利用永久性钢护筒、钢管桩作为基础支撑，自行设计了四种牛腿型式，通过平联、斜撑、承重梁等方式联接，整体性较高，保证了结构的稳定性。采用软件建模全面分析了最不利工况下结构受力情况，保证了结构的安全性。永久钢护筒的借助使用亦保证了方案在经济、工期上的可行性。

(3)型钢施工平台的综合利用，顺利实现了功能多样化，平台各区域设计时即考虑主墩后续各分项工程的施工状况。桩基作业平台、承台基坑开挖及钢板桩振设、吊装作业平台等功能的兼具实现了较好的经济效益，不仅节省了工程成本，亦减少了部分分项工程的施工准备周期。