环境敏感库区深水浅覆盖层大跨钢便桥快速施工技术

张文军

（中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300）

1 工程概况

（1）设计概况

池黄铁路正线设计为双线350 km/h 的高速铁路，太平湖特大桥全长926.1 m，其中主桥长788 m，采用（48+118+2×228+118+48）m 双线三塔矮塔斜拉桥形式，桥位位于太平湖东北角，自北向南跨越太平湖，太平湖为国家湿地公园和风景名胜区，施工环保压力大，桥址处湖面宽约730 m，最大水深约43 m。

（2）地质水文

太平湖特大桥5#墩地质从上至下为：淤泥、卵石、弱风化石英砂岩。6#墩位：淤泥、粗砂、卵石土、弱风化石英砂岩。同时地勘显示，在大里程左侧存在粉质黏土和强风化石英砂岩夹层，厚度在1.5～8.2 m。7#墩位：淤泥、粉质黏土、卵石土、弱风化砂岩、弱风化砂质页岩、弱风化砂岩。

根据设计资料，湖内水位常年较稳定，湖内水位随季节变化较小太平湖水流速0.385 m/s。桥位处设计最高通航（Ⅵ级航道），水位117.15 m，施工水位117.51 m（10 年一遇）。湖底形状同设计图纸基本一致为U 形湖底。根据安徽省芜湖水文水资源局，统计了近五年太平湖桥位水位资料，显示近5 年以来水位情况见图1，最高水位为118.436 m。

图1 太平湖特大桥地质情况

2 钢便桥设计

2.1 钢便桥总体布置

钢便桥设置在桥位的上游与大里程侧施工便道连通，全长797.2 m，共八联：（144+104+120+120+128+36+36+108）m；在4#、5# 墩 设 置 通 航 孔2 处（采用提升形式）。Ⅵ级航道，净高6 m，通航标高+123.15 m，通航孔可提升标高+125.15 m。为利于收集雨污水，桥面以通航孔处为分界点设置双向纵坡（大里程侧为1‰，小里程侧3.4‰），设置单向3.5‰横坡，桥面高程+120.75m/+121.37m，桥面宽8 m，标准跨度24 m，在两岸浅水区及通航孔处设置28 m 跨。

2.2 钢便桥断面结构

钢便桥采用钢管贝雷梁（铁建特种桁梁）结构，由桥面板、贝雷梁（铁建特种桁梁）、横梁、钢管桩、连接系等组成，钢管桩底部采用灌注桩锚固（浅覆盖层处）。

钢便桥标准跨度为24 m，在通航孔处及浅水区设置跨径28m，桥面宽8 m。设计为钢管支墩体系，其中钢管桩采用φ1220×16 mm 钢管，钢管桩之间采用钢管φ325×10 mm 连接成整体，桩顶设置双拼H700 mm×300 mmH 型钢，承重梁采用新型组合式桁梁，桁梁间距90 cm、45 cm，采用支撑架连接成整体，最后铺设95 mm 桥面板，两侧设置防护栏杆，栏杆下方设置50 cm 的挡水板，在远离主桥一侧设置32 mm×69 mm 的雨污水收集槽，并设置警示立柱。

钢管桩基础以6 根/4 根一组形成组合墩，组合墩横桥向间距5.4 m，纵桥向间距8 m，新型组合式桁梁横向布置12 片，间距为2×0.45+2×0.9+3×0.45+2×0.9+2×0.45=6.75 m；贝雷片（特种桁架）横向采用花架和销子连成整体。

2.3 荷载

（1）车辆荷载：

挂-100 重载汽车：挂-100 在栈桥每联内仅允许布置一辆且间隔2 跨以上；

100 t 履带吊机：100 t 履带吊机在栈桥每联内仅允许布置一辆且间隔2 跨以上。履带吊仅限在桩顶起吊，最大吊重15 t，履带吊机吊装作业时，严禁履带外边缘距离栈桥边缘小于0.5 m；

12 m3罐车：12 m3罐车在栈桥每联不超过六辆且单跨不超过两辆。

（2）水流力：水流流速取0.385 m/s 计。

（3）风荷载：按照安徽省黄山市50 年重现期基本风压取0.35 kN/m2。

2.4 结构说明

通行能力及承载能力：栈桥设计荷载主要考虑结构自重和100 t 履带吊（负载15 t）及12 m3混凝土运输车荷载。桥墩处的支栈桥可满足车辆的转向、变向及会车等需求。栈桥上行走车辆主要为12 m 平板车和混凝土罐车，根据计算栈桥设计汽车荷载可满足项目施工需求。

3 工程难点

（1）水文地质复杂：根据地质水文报告显示，桥位处湖底为U 谷，最大水深约43 m，且部分区域为浅覆盖层或裸岩地质，增大了水中施工的难度。

（2）环保要求高：太平湖风景区属于国家4A级旅游景区，位于国家湿地公园，对环保施工要求高，施工过程中要严格杜绝水质的污染。

（3）钢管桩沉桩难度大：钢管桩较长，无法一次起吊，需要在沉桩过程中多次接长，且部分区域为浅覆盖层或裸岩地质，钢管桩打入困难，需设置锚桩以增加其稳定性。钢管柱较长，沉桩过程中的相对位置和垂直度控制难度大。

4 总体施工方案

（1）先用浮平台配合80 t 履带吊在水中采用钓鱼法由太平湖特大桥大里程向小里程逐桩插打钢管桩基础。

（2）满足锚桩施工条件时，采用浮箱配合冲击钻进行锚桩的施工。

（3）满足陆地履带吊施工条件时，采用100 t履带吊从大里程方向逐跨进行钢便桥上部结构及桥面系施工。

（4）重复上述施工步骤，从大里程向小里程逐孔完成全线栈桥施工。

5 关键施工技术

5.1 下部结构施工

下部钢管桩采用浮吊（浮平台+85 t 履带吊）+150 振动锤施工，对于浅无覆盖层（裸岩区）由浮箱拼装成浮平台后采用冲击钻施工锚桩。

5.1.1 钢便桥材料加工及运输线路

钢管桩为Φ1220×16 mm 型号，钢管桩在钢结构加工场按设计长度分节制作，焊缝采用全熔透对接气保焊，并在焊缝周围焊接4 块1 cm 厚加劲板进行补强，焊接完成的钢管进行防腐处理，并在桩上用油漆作出刻度标示，便于打桩时观测其贯入度。

在钢管桩装车运输前需要对钢管桩的制作质量进行验收，主要检查项目：长度、直径、轴线偏差、桩头垂直度、防腐涂层、吊点、数量等。对验收合格的钢管桩，将其属性（桩长、墩号等）标志于钢管桩明显位置。钢便桥所需材料由临时码头运输至桥位处，运输采用动力船，运输线路长约8 km。

5.1.2 钢管桩沉放

钢管桩采用浮吊配合DJZ150 型振动锤振动下沉，沉桩采用“钓鱼法”施工，钢管桩采用两点吊，每节桩顶部设置两个对称吊点，吊点采用在钢管桩顶两侧设置吊耳。

本工程钢管桩沉桩以贯入度控制为主，标高控制校核。当贯入度已达到控制贯入度而桩端标高未达到设计标高时，要求继续锤击3 min，避免沉桩中出现虚假现象。当最终1 min 的贯入度小于5mm，且贯入度无增大的趋势，可停锤。打桩时，技术人员进行实时观测，记录钢管桩的入土深度及贯入度，做好相应的施工记录。

沉桩过程中，做好钢管桩定位及钢管桩入土深度（包括淤泥深度）记录表，沉桩完成后应及时测定并记录处于自由状态的桩顶偏位。

5.1.3 连接系安装

钢管桩间连接系选用φ325×10mm 钢管，待单排钢管桩施打就位后，即可开始进行平联的连接工作。平联连接方式为“哈佛接头”连接，即在任意一端采用哈佛接头，接头分为两片。所有钢管平联按照两钢管之间的平联总长度缩短15 cm 的尺寸下料，一端加工成垂直断面；“哈佛接头”的内径比钢管平联外径大1 cm，长度按照45 cm 进行下料。

5.1.4 承重梁施工

承重横梁是由双拼HN700 mm×300 mm 型钢构成，由后场加工成型、现场进行安装，双拼型钢上下钢翼板之间采用间断连接，即焊10 cm 长焊缝留10 cm 长间隔，再焊10 cm 长焊缝，其内外均做加劲肋加强刚度。

钢管桩下沉到位后，割除桩顶至设计标高并开设槽口，将拼装成整体的主横梁双拼HN700 型钢吊装嵌入槽口内，钢管桩下槽口一定要割平，如出现切割不平整时，采用手工打磨平顺，以保证主横梁搁置平稳，在槽口两侧和下部焊接加劲板将主横梁与钢管桩焊接固定，焊接采用三围焊接法。

5.2 上部结构安装施工

上部结构采用100 t 履带吊“钓鱼法”施工。在横梁上铺设12 片特种桁梁作为主纵梁，梁中心距0.9 m 及0.45 m，特种桁梁之间采用标准支撑架连接；纵梁上面横向铺设桥面板。

5.2.1 新型组合桁架安装

待横梁安装完毕，可在横梁上测量放样定出特种桁梁位置。为吊装方便，特种桁梁可根据履带吊的吊装能力大小，在桥尾拼装成型，根据实际需要将特种桁架拼接成单层双排或三排，用支撑架拼成整体，用履带吊安装就位。特种桁梁的节点应放置在承重梁顶面，各组特种桁梁之间用支撑架联结成整体，全部特种桁梁安装就位后，用U 形卡固定在承重梁上。

5.2.2 桥面板安装

钢便桥新型组合式桁梁安装完毕后，其上铺设δ=9 cm 的特种桥面板，桥面板采用U 形栓与新型组合式桁梁弦杆固定在一起。

5.2.3 锚桩施工

对于浅覆盖层区钢管桩沉桩完成后，入土深度达不到计算要求，需将浮平台移至桩孔处，以浮平台桥为钻孔平台，以钢管桩为护筒，采用冲击钻进行钻孔，入岩深度保证2 m。

冲击钻选择 CZ-1200 型冲击式钻机，该钻机冲孔直径为φ600 ～1500 mm。

锚桩采用清水桩工艺，钻孔过程中，始终保持孔内水位高出钢管外水位1.5 ～2.0 m。起钻时，要控制进尺速度，缓慢钻进，使底脚处有坚固的泥皮护壁后，开始以正常速度钻进。过程中注意土层变化，在土层变化处必须捞取渣样，判断土层，记入钻孔记录表并与地质柱状图核对，操作人员必须认真填写钻孔记录。钻渣直接采用掏渣筒排放至指定位置。

终孔后，进行清孔，再进行水下混凝土灌注。

5.2.4 钢便桥变形监测

钢便桥施工完成后，在钢便桥桥面跨中左右边缘对称设置1 对观测点，共设23 对观测点即46 个。对钢便桥进行沉降及变形监测，及时发现异常变化，对其稳定性和安全性做出正确判断。

6 结论

太平湖特大桥跨湖钢便桥经过4 个月顺利施工完成，未出现沉降及变形，未出现任何安全质量问题。

环境敏感区深水大跨钢便桥快速施工工艺在太平湖特大桥的成功应用。钢便桥上部采用新型组合杆件加大栈桥跨度，减少水中钢管桩数量，减少管桩施工的不确定性，快速拉通施工便桥；采用下部与上部分离施工工法，加快便桥施工进度；封闭库区无大型起吊施工设备，采用履带吊机+浮箱拼装起吊设备，可灵活进行360°旋转起吊，且施工成本较低；桥面设计一种雨污水收集系统，运用于环境敏感水体中钢便桥的施工。可为其他类似工程提供有益的参考。