山區(qū)河流淹沒式鋼棧橋不銹鋼管樁受力性能分析

  依托廣東省大潮高速公路韓江大橋鋼棧橋，根據(jù)實際地質(zhì)資料采用線彈性地基反應(yīng)法模擬樁受力情況，設(shè)計參數(shù)按照有關(guān)規(guī)定取值，分別考慮棧橋每排4根樁基和每排3根樁基2種工況下的荷載基本組合和偶然組合，考察2種工況下棧橋樁基在淹沒狀態(tài)水流力等水平荷載作用下的承載能力。通過相關(guān)分析，增設(shè)輔助不銹鋼管可明顯改善棧橋樁基受力性能，為后續(xù)類似淹沒式棧橋設(shè)計提供參考。

一、工程概況

   韓江大橋主橋位于韓江河道中，雨季施工受山洪影響大，洪水陡漲陡落，洪水期漂浮物較多、流速大。棧橋設(shè)計時結(jié)合橋位前4年的每日水位標(biāo)高及經(jīng)濟性原則，棧橋上部采用工字鋼主梁，棧橋橋面標(biāo)高取為38.89m。該標(biāo)高不被洪水淹沒的保證率為97.44%，扣除洪水前后兩天轉(zhuǎn)移設(shè)備及恢復(fù)生產(chǎn)的影響，有效施工保證率為95.84%，滿足工期要求。韓江水位與棧橋設(shè)計標(biāo)高關(guān)系見圖。

二、淹沒式棧橋設(shè)計

 1. 橫向穩(wěn)定設(shè)計

為解決洪水期水流流速大、漂浮物多，對棧橋整體形成的較大水平?jīng)_擊力，采取了以下措施:

 a. 根據(jù)橋跨所處江面位置間隔性設(shè)置雙排樁，形成格構(gòu)板凳樁，以增強棧橋的橫向及縱向整體穩(wěn)定性。

 b. 利用江中的各墩施工支棧橋和鉆孔平臺，在搭設(shè)時同步實施，形成總體結(jié)構(gòu)，間隔性增強棧橋的橫向穩(wěn)定性。

 c. 在靠近河中心位置每排樁設(shè)置4根樁，增強橫向抵抗力。

 2. 棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

  韓江大橋施工鋼棧橋由主棧橋和支棧橋構(gòu)成。主棧橋?qū)?m，標(biāo)準(zhǔn)跨徑9m，間隔3～5跨設(shè)置縱向加強樁，兩排樁縱向間距為3m。大埔側(cè)鋼管樁入土8m，潮州側(cè)鋼管樁入土11m。棧橋樁基采用630×10mm不銹鋼管樁，標(biāo)準(zhǔn)斷面每排3根不銹鋼管樁，橫向設(shè)置1根加強樁柱，樁間距3m。在常水位以上50cm處采用430×6mm不銹鋼管進行橫向連接。下橫梁采用雙肢Ι56型鋼，縱梁邊梁采用三肢型鋼，中梁采用雙肢型鋼。縱向間距75cm設(shè)置一道上橫梁，采用型鋼。橋面板由橫向間距30cm的型鋼和8mm厚鋼板組成。鋼棧橋加強斷面如圖所示。

3. 邊界條件

   不銹鋼管樁采用模擬實際樁基的受力情況，設(shè)計參數(shù)按照有關(guān)規(guī)定取值，主橫梁與鋼管樁頂部固接，不銹鋼管樁與平聯(lián)間為固接，建立模型，縱梁與鋼管頂部為鉸接。選取大埔側(cè)棧橋最不利跨徑作為標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)進行計算，采用空間結(jié)構(gòu)計算程序，對結(jié)構(gòu)進行整體計算分析。本計算根據(jù)實際地質(zhì)資料采用m法模擬實際樁基受力情況。西側(cè)不銹鋼管樁長度范圍內(nèi)地質(zhì)主要以粗砂、卵石為主，東側(cè)鋼管樁長度范圍內(nèi)地質(zhì)主要以粉質(zhì)粘土、粗砂、卵石為主。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，各地層計算參數(shù)見表。棧橋施工主要采用履帶吊和振動錘施沉鋼管樁，其鋼管樁定位采用進場校核后的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)。鋼管樁垂直度控制采用控制點上2臺儀器對鋼管樁兩個方向的垂直度進行控制，在打入過程中及時進行糾偏。

三、鋼管樁施工要點

 1. 不銹鋼管樁樁頂高程控制:在鋼管樁沉放過程中，由于振動錘在關(guān)閉后會有余振，致使鋼管樁在關(guān)閉振動錘后還回繼續(xù)下沉，如在鋼管樁施打到設(shè)計標(biāo)高時才關(guān)閉振動錘，就會使鋼管樁樁頂高程比設(shè)計高程低。為了避免鋼管樁施打過低而影響棧橋的整體高程，應(yīng)提前關(guān)閉振動錘。

 2. 不銹鋼管樁偏位控制:在鋼管樁施沉過程中，設(shè)計要求鋼管樁平面偏位為±10cm以內(nèi);同一排鋼管樁偏位應(yīng)向同一方向，并且盡量控制鋼管樁偏位，以免下橫梁無法安裝。在主棧橋和支棧橋最后一跨鋼管樁施沉?xí)r應(yīng)比鋼管樁設(shè)計位置縮小5cm，以免縱梁無法安裝。

 3. 不銹鋼管樁垂直度控制:采用控制點上2臺儀器對鋼管樁兩個方向的垂直度進行控制，在打入過程及接樁過程中及時進行糾偏。

   山區(qū)河流汛期水位暴漲暴落，淹沒式棧橋在滿足施工保證率的前提下降低橋面標(biāo)高，減少鋼管樁入土深度，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。在靠近河中心位置棧橋所受水平力較大，在上游方向增設(shè)一排輔助樁，可明顯增加鋼棧橋的橫向抵抗力，改善不銹鋼管樁軸向受力?？紤]到?jīng)_刷效應(yīng)，樁基應(yīng)在滿足承載力的基礎(chǔ)上適當(dāng)加長或做好相應(yīng)措施，確保樁基處不發(fā)生沖刷。特大洪水來臨時，洪水位高于淹沒式棧橋橋面標(biāo)高，大大減輕漂浮物對棧橋的水平?jīng)_擊作用及阻水影響，避免了棧橋在特大洪水來臨時需承受水流力與漂浮物的荷載組合作用，提高了鋼棧橋的安全性能。