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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)時(shí)結(jié)合橋位前4年的每日水位標(biāo)高及經(jīng)濟(jì)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(jì)標(biāo)高關(guān)系見圖。

二、淹沒式棧橋設(shè)計(jì)

 1. 橫向穩(wěn)定設(shè)計(jì)

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(qiáng)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(tái)，在搭設(shè)時(shí)同步實(shí)施，形成總體結(jié)構(gòu)，間隔性增強(qiáng)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(qiáng)橫向抵抗力。

 2. 棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  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(qiáng)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(qiáng)樁柱，樁間距3m。在常水位以上50cm處采用430×6mm不銹鋼管進(jìn)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(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(qiáng)斷面如圖所示。

3. 邊界條件

   不銹鋼管樁采用模擬實(shí)際樁基的受力情況，設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)算，采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算程序，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算分析。本計(jì)算根據(jù)實(shí)際地質(zhì)資料采用m法模擬實(shí)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(jì)規(guī)范》，各地層計(jì)算參數(shù)見表。棧橋施工主要采用履帶吊和振動(dòng)錘施沉鋼管樁，其鋼管樁定位采用進(jìn)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(diǎn)上2臺(tái)儀器對鋼管樁兩個(gè)方向的垂直度進(jìn)行控制，在打入過程中及時(shí)進(jìn)行糾偏。

三、鋼管樁施工要點(diǎn)

 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(dòng)錘在關(guān)閉后會(huì)有余振，致使鋼管樁在關(guān)閉振動(dòng)錘后還回繼續(xù)下沉，如在鋼管樁施打到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)才關(guān)閉振動(dòng)錘，就會(huì)使鋼管樁樁頂高程比設(shè)計(jì)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(dòng)錘。

 2. 不銹鋼管樁偏位控制:在鋼管樁施沉過程中，設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)上2臺(tái)儀器對鋼管樁兩個(gè)方向的垂直度進(jìn)行控制，在打入過程及接樁過程中及時(shí)進(jìn)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(jì)效益和社會(huì)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(shí)，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(shí)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。