黄河大桥钢栈桥桩基础方案比选论文

1 工程背景

绿地南村黄河特大桥由江苏省交通工程集团有限公司承建, 工程位于河南省三门峡市渑池县黄河小浪底库区, 作为垣渑高速公路节点性控制工程, 大桥顺利实施完成对全线顺利贯通具有重要意义。

2 地域环境

2.1 气象特征

绿地南村黄河特大桥位于三门峡大坝和小浪底大坝的中间, 位于小浪底库区, 据小浪底坝址60km。桥位所在库区段多年平均气温12.6~13.9°C。年均降水量567~716mm, 多集中在6~9月份, 风向夏季多东南风, 冬季多西北风, 春秋两季为过渡期, 风向多变, 年平均风速3.5~4.0m/s。

2.2 水文特征

根据小浪底水文站1968~1985年期间冰情观测资料汇集而成的冰情特征, 主要冰情有岸冰、流冰花, 很少出现封冻现象。最大岸边冰厚0.5m, 最大流冰块40×20m, 平均结冰时间约为45日。经实地调查, 桥位附近曾出现最大岸边冰厚在0.7~0.8m。

桥址区为横穿黄河, 地表水为常年性流水, 旱季流量小, 汛期流量增加;工程地质勘察期间水位标高在235m左右。据收集水文资料及现场访问, 丰水期最高蓄水位标高可达275m。

2.3 地质特征

桥址区地貌单元属河谷阶地区, 地形平缓, 无不良地质现象发育, 场地稳定性较好, 地基稳定性较差。主河槽土层自上而下依次为:粉土、卵石、细砂、粉质黏土。其中饱和粉土、细砂具有液化性, 地基液化等级为轻微~严重;卵石分布于河床、河漫滩及Ⅰ级阶地, 揭露厚度为1.1~10.2m, 一般粒径30~50mm, 最大粒径150mm, 其中粒径大于20mm颗粒约占总质量70%, 充填细砂, 饱和, 稍密。桥址区内地表水、地下水对钢筋及砼结构具微腐蚀性。

3 钢栈桥桩基础方案比选

3.1“钢管桩+灌注桩”相结合施工方案

施工栈桥设置在桥位上游, 全长1413m, 标准跨径16m, 桥宽8m, 设45m净距通航孔, 通航孔梁部采用大桥1号拼装, 安装上下加强弦杆, 桁高2.3m, 标准桁宽7.2m, 全桥共十三联, 栈桥基础为钢管桩基础, 单墩桩基础设置钢管桩2~6根不等, 纵横向均采用Φ0.426m (σ=8mm) 钢管和Φ0.630m (σ=8mm) 钢管进行连接, 桩间设置双层剪刀撑, 上层剪刀撑标高为271.0m, 下层剪刀撑标高为249.5m, 剪刀撑高度为3.5m, 主河槽钢管桩和滩区双排钢管桩采用Ф1.5m (σ=16mm) 和Ф1.8m (σ=18mm) 钢管桩, 底部均设置钻孔桩基础, 钻孔桩长16m, 钢管内≮8m, 入土深度≮8m;其余均为Ф1.2m (σ=12mm) 钢管桩, 直接打入土层。栈桥仅在桥台及制动墩处将贝雷梁与桩顶分配梁可靠焊接, 除此之外梁部杆件与其他桩顶分配梁均不连接, 直接搁置于分配梁顶, 由横向限位装置限位。

栈桥钢管桩桩基础钻孔桩共计132根, 采用冲击钻机成孔, C30混凝土灌注, 钢筋笼材质采用HRB400型号, 经计算全桥桩基础共需消耗C30混凝土4320m3, HRB400钢筋485t, 钢材103852t。

3.2“双排钢管桩基础”施工方案

施工栈桥设计1320m, 分设南、北两岸, 北岸长度270米, 南岸长度1050米。北岸栈桥布置在黄河大桥新老桥之间, 南岸栈桥设置在新建桥梁下游。栈桥设计宽度为行车道8米。全桥按15m标准跨径设计, 单墩钢管桩基础设置双排钢管桩6根, 每6-7跨为一联设计一道伸缩缝, 缝宽10cm, 全桥共计14联;其中北岸3联, 南岸11联。设计通航孔净距60m, 栈桥在此全部断开, 并在栈桥端部上、下游设置防撞墩。

栈桥桥墩采用钢管桩基础, 钢管桩采用Ф1.0m (σ=10mm) 钢管桩, 主河槽栈桥采用Φ1.0m (σ=12mm) 钢管桩施工, 纵横向均采用Φ0.5m (σ=8mm) 钢管进行连接, 桥墩设置双层剪刀撑, 上层标高为270m, 下层为250~255.5m, 剪力撑高度为3.5米。桥台采用C30钢筋混凝土基础。经计算全桥桩基础共需钢材9069.0t。

4 方案对比分析

1、从技术、经济、进度、安全等方面考虑, 方案一钢栈桥桥墩采用“灌注桩基础+钢管桩”相结合的方式施工, 由于桥位处地质情况复杂多变, 卵石层厚, 孤石多, 灌注桩多采用冲击钻施工, 成孔进度较慢, 且栈桥拆除后需对灌注桩进行处理, 施工难度大。

2、方案一钢栈桥桥墩采用直径大且壁厚大的钢管柱基础, 与“双排钢管桩基础”施工方案相比, 不仅增加了钢材用量, 而且消耗了大量的钢筋混凝土, 使项目施工成本费用增加, 不经济。

3、“钢管桩+灌注桩”相结合施工方案主要采用“钓鱼法”施工, 从河岸两侧逐孔向中间推进, 而“双排钢管桩基础”施工方案可以进行“钓鱼法”和“悬打法”相结合的方式进行施工, 这种同步进行的方式缩短施工工期, 快速进入主体结构施工阶段, 有利于项目顺利推进。

4、方案一搭设工期为10个月, 方案二搭设工期为8个月, 方案二较优。

5、方案一中钢栈桥钢管桩基础拆除施工中, 需要使用大型的拔桩锤, 且拔桩难度大, 带来一定的安全风险。方案二仅需打桩时同等型号的打桩设备就可拔除钢管桩, 方便后续施工。

5 结语

综合技术、经济、进度等多方面因素, 确定以方案二“双排钢管桩基础”方案为最终钢栈桥桩基础方案。

考虑到小浪底库区水位常年变化等自然条件, 在高水位期间, 增加“悬打法”施工设备, 两岸85t浮吊同时进行钢管桩插打, 钢管桩采用大型船舶运输, 两台55t履带吊在钢栈桥上进行剪刀撑、分配梁及桥面系施工, 按照此方案进行施工, 在高水位期间将钢管桩基础全部插打完成, 不影响后续桥面系施工, 从而加快了钢栈桥施工进度, 节约了工期。

摘要：小浪底库区黄河特大桥主体施工前首先需在黄河库区河道内搭设临时钢栈桥, 项目重点和难点也集中在钢栈桥施工, 为了能够顺利推进黄河特大桥钢栈桥施工, 现场采用“钓鱼法”和“悬打法”打桩技术施工。黄河特大桥所处小浪底库区, 水位深且常年在变化, 且有部分通航船舶运行。

关键词：黄河,小浪底库区,黄河特大桥钢栈桥,桩基础,方案比选

参考文献

[1] 江苏省交通工程集团有限公司《黄河大桥钢栈桥、水上施工平台专项施工方案》、《黄河大桥临时钢栈桥、水上施工平台施工图设计》

[2] 中设设计集团股份有限公司《黄河特大桥临时钢栈桥、水上平台咨询报告》