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，根據實際地質資料采用線彈性地基反應法模擬樁受力情況，設計參數按照有關規(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。通過相關分析，增設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。棧橋設計時結合橋位前4年的每日水位標高及經濟性原則，棧橋上部采用工字鋼主梁，棧橋橋面標高取為38.89m。該標高不被洪水淹沒的保證率為97.44%，扣除洪水前后兩天轉移設備及恢復生產的影響，有效施工保證率為95.84%，滿足工期要求。韓江水位與棧橋設計標高關系見圖。

二、淹沒式棧橋設計

 1. 橫向穩(wěn)定設計

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沖擊力，采取了以下措施:

 a. 根據橋跨所處江面位置間隔性設置雙排樁，形成格構板凳樁，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，在搭設時同步實施，形成總體結構，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置4根樁，增強橫向抵抗力。

 2. 棧橋結構設計

  韓江大橋施工鋼棧橋由主棧橋和支棧橋構成。主棧橋寬8m，標準跨徑9m，間隔3～5跨設置縱向加強樁，兩排樁縱向間距為3m。大埔側鋼管樁入土8m，潮州側鋼管樁入土11m。棧橋樁基采用630×10mm不銹鋼管樁，標準斷面每排3根不銹鋼管樁，橫向設置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?？v向間距75cm設置一道上橫梁，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，設計參數按照有關規(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。選取大埔側棧橋最不利跨徑作為標準聯(lián)進行計算，采用空間結構計算程序，對結構進行整體計算分析。本計算根據實際地質資料采用m法模擬實際樁基受力情況。西側不銹鋼管樁長度范圍內地質主要以粗砂、卵石為主，東側鋼管樁長度范圍內地質主要以粉質粘土、粗砂、卵石為主。根據《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》，各地層計算參數見表。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，由于振動錘在關閉后會有余振，致使鋼管樁在關閉振動錘后還回繼續(xù)下沉，如在鋼管樁施打到設計標高時才關閉振動錘，就會使鋼管樁樁頂高程比設計高程低。為了避免鋼管樁施打過低而影響棧橋的整體高程，應提前關閉振動錘。

 2. 不銹鋼管樁偏位控制:在鋼管樁施沉過程中，設計要求鋼管樁平面偏位為±10cm以內;同一排鋼管樁偏位應向同一方向，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時應比鋼管樁設計位置縮小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高，減少鋼管樁入土深度，具有顯著的經濟效益和社會效益。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]到沖刷效應，樁基應在滿足承載力的基礎上適當加長或做好相應措施，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高，大大減輕漂浮物對棧橋的水平沖擊作用及阻水影響，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。