《交通運輸科學技術新成果推廣目錄》（２０２1）第一部分—橋梁工程篇《庫區淺覆蓋斜巖底層鋼棧橋施工關鍵技術研究》

本期項目簡介

完成單位:中交路橋建設有限公司、中交路橋北方工程有限公司、沈陽工業大學

主要完成人: 黃增財、張文韜、李建壘、孫鶴、殷勝光、黃志強

項目簡介

　　在進行深水基礎施工時，一般需修建鋼棧橋作為運輸通道，并依附鋼棧橋搭設作業平臺，實現由水中到陸地作業的轉換。本研究依托項目的逕口互通鋼棧橋需沿設計橋位縱向搭建，因常年流水且河床橫向坡度較大（河床基巖橫坡約為1:0.75），導致河床覆蓋層較薄，以強風化砂巖、碎裂巖為主。鋼管樁正常振沉施工無法滿足嵌巖深度的要求，既制約鋼棧橋搭設進度，又存在極大的安全隱患。目前國內外研究主要基于兩方面進行。第一方面，通過建立復合樁模型試驗，研究其整體性能，但缺乏系統性，且模型試驗中所做模型相對較少。第二方面，數值模擬作為研究分析的有力手段，近年來得到了廣泛發展。但是參數的選取和模型本構關系的選定直接關系到分析是否準確。為確保棧橋的安全及質量，項目部聯合研發中心相關技術人員，多方考慮對比，采用鋼管樁內部進行鉆探取芯，并嵌入工字鋼作為錨桿，解決因嵌固深度不足引起的鋼管樁承載力低的問題。

　　本項目主要通過施工現場測試、模型試驗、數值計算等對斜截面淺覆蓋層鋼棧橋加固體系及施工進行系統研究。主要內容包括：以內植樁為核心加固方式，輔以其他必要的加固措施，通過形成“鋼立柱內植樁復合基礎+體外斜撐+工字鋼承重梁+貝雷梁”的結構體系，確保棧橋的整體穩定性。其次，為保證植樁期間棧橋的安全穩固，采取了鋼管樁底焊接“劍尖”狀鋼板提升入土深度、設置水下剪刀撐降低立柱自由度、加設外側斜撐增強棧橋橫向穩定性等必要的加固措施。并經模型實驗對比分析，對鋼棧橋鋼管樁─巖層─工字鋼錨固體系穩定性進行安全驗證、分析，更進一步的對加固體系進行模擬分析、優化，獲取各項既定成果。

　　本技術適用于鋼棧橋受淺覆蓋層斜坡地質條件的影響，棧橋橋墩鋼管樁基礎無法振設至設計深度，棧橋的穩定性無法保障，棧橋不能正常搭設的情況。本項目關鍵技術形成的工法：斜截面淺覆蓋層庫岸區鋼棧橋內植樁搭設施工工法，于2020年12月獲評中國公路建設行業協會公路工程工法。

項目創新點

　　1.針對斜截面淺覆蓋層地質條件，提出在鋼管樁底加設一圈箭狀鋼板以增加入土深度，在鋼管樁下部設置銷結剪刀撐進行水下剪刀撐連接，以降低鋼管樁自由度;針對無法使用浮船等水上設備進行鋼管樁內植樁施工這一現狀，提出在搭設上部結構后于橫排鋼管樁兩側設置斜撐鋼管，形成植樁工作面，提出了在鋼管樁內鉆芯內植工字鋼，輔以灌注混凝土；形成巖層-工字鋼-鋼管樁復合基礎為主的斜巖地層淺覆蓋層水庫沿岸鋼棧橋搭設施工工法；

　　2.系統分析了巖層-工字鋼-鋼管樁復合基礎體系的協同受力及荷載傳遞機理，以達到外鋼管、核心混凝土和內嵌工字鋼三者協同受力、共同承擔荷載的目標；

　　3.通過建立巖層-工字鋼-鋼管樁復合基礎模型試驗進一步研究工字鋼的嵌巖深度、鋼混長度對機構的性能的影響，分析復合基礎荷載傳遞機理,建立了巖層-工字鋼-鋼管樁復合基礎軸壓承載力計算公式：建立了巖層-工字鋼-鋼管樁復合基礎軸壓承載力計算公式：

應用案例

　　本課題成果在清西大橋及接線工程土建B標工程項目中得到成功應用。中交路建清西大橋及接線工程土建B標位于廣東省清遠市，南連廣清高速公路，北接清連高速公路，與清連高速公路和廣清高速公路一起構成了廣東省南北向交通大動脈。本標段起訖樁號為K9+608~K16+955.815，全長7.348km，其中控制性工程逕口互通立交位于本項目終點處，含主線橋1座、匝道橋1座，立交形式為半菱形互通，左側傍山右側臨水，主線橋上跨淸連高速，橋址處周邊施工空間狹窄，環境復雜。根據地勘資料，河床底覆蓋層為淤泥，淤泥厚度2~4m，覆蓋層下基巖為強風化砂巖、碎裂巖等。為保證互通臨水樁基礎及下部結構順利施工，需要搭設水上臨時鋼棧橋，作為逕口互通主線橋及匝道橋施工的主要通道、鉆孔平臺及墩側工作平臺，待工程結束后拆除。該逕口互通鋼棧橋施工難點在于：逕口水庫河床底無覆蓋層或覆蓋層較少，且河床基巖主要為斜截面強風化砂巖、碎裂巖等，鋼管樁正常振沉施工無法滿足入巖深度，導致施工車輛行駛時會產生強烈的震動，既制約鋼棧橋搭設進度，又存在極大的安全隱患。

　　鋼管樁內植樁的技術施工方法不需等待創造鉆孔平臺，大幅度提高了現場施工生產效率，可縮短工期，節省機械費、人工費。項目的實施對同類地質條件下的鋼棧橋搭設施工具有較好的借鑒和推廣價值，有利于提高公司在類似工程市場的競爭力。

社會效益與經濟效益

　　本項目的研究解決了國內類似地質條件的鋼棧橋無法正常施工的設計、技術、理論難題，不僅保證了特殊地質條件下棧橋的施工安全和質量，同時提前完成了工期目標，節約了相關成本，為類似樁基加固承載機理以及承載力設計計算方面提供了計算經驗和數據，對國內交通建設發揮了較好的作用，同時，對促進社會經濟發展起到了推動作用。

　　本課題依托清遠市清西大橋及接線工程土建B標斜截面淺覆蓋層庫區鋼棧橋施工，縮短工期3個月，節省機械費、人工費約20%成本，節約費用109.9萬元。贏得了業主、設計和監理的一致好評，取得了良好的聲譽?？偨Y出了一套適合斜截面淺覆蓋層庫區條件的鋼棧橋施工技術，為公司在同類工程施工中提供了借鑒，增強了競爭力。