刘 晟，周尚实，张敏克
(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)
钢栈桥常应用于水上、水中结构物施工，其结构形式多为“贝雷片+钢管桩”组合。作为临时保通结构，钢栈桥的建设质量、建设速度对整个线路上的施工有着重大影响[1]，常规引孔植桩工艺需配备临时场地进行挖孔及用于钢管根部封底的混凝土供应。
广西龙门大桥工程的东引桥段裸岩为强风化或全风化砂岩，强度在150～300 MPa，海床倾斜角度约为15°，存在振动锤难以打入钢管桩、钢管桩受水流冲击定位误差大、钢管桩打设易卷口变形等困难[2]，无法进行常规引孔植桩施工。
经研究，采用了创新的悬臂引孔法，摆脱了临时场地及混凝土的需求，于3个月内完成近千米深水裸岩环境下的钢栈桥搭设。该工艺施工质量高，且引孔作业时对临时场地、临时设备要求极小，为其他同类型钢栈桥基础施工提供了借鉴。
1.1 工程环境
龙门大桥是国道G228丹东至东兴广西滨海公路建设的控制性工程，是北钦防一体化基础设施互联互通的关键节点工程之一。线路全长7.637 km，由引桥+龙门大桥主桥构成，东引桥桥跨路线在鬼仔坪至旱泾长岭处覆盖有4～6 m的全风化砂岩松散覆盖层，在吊丝利竹山至松飞大岭处覆盖有全风化砂岩松散覆盖层0.5～2 m，在跨越松飞大岭环岛路附近有0.3～0.4 m的淤泥覆盖层，在扬帆立交处有4 m左右的淤泥覆盖层。其余地带均无覆盖层，如图1所示。
1.2 钢栈桥结构
东引桥钢栈桥基础采用10 mm壁厚的φ630 mm螺旋钢管，桩与桩之间用双25a槽钢作为平联和斜撑，双25a
图1 东引桥线路地质示意图
图2 东引桥钢栈桥截面图(mm)
2.1 施工步骤
步骤1：在搭设好的栈桥上，利用履带式吊车提前安装下一跨的贝雷片形成悬臂结构，安装辅助定位架，此处的辅助定位架固定于贝雷片悬臂端头，用于夹持钢管桩，避免水流冲击影响钢管桩打设垂直度。履带式吊车使用“钓鱼法”通过90型振动锤于辅助定位架上初步打设带刃脚的钢管桩，钢管桩预留较大长度以备后续二次插打。有关过程示意见图3(a)。
步骤2：当钢管桩打入地层10～30 cm并可抵抗水流冲击后，在贝雷片悬臂端放置冲孔钻机。至此悬臂的贝雷片即是临时的施工平台，解决了水上作业缺少施工场地的困难。再将履带式吊车后退至前一跨跨中，避免前排钢管桩处贝雷片所受的荷载过大。将钢管桩当作护筒，再由冲击钻机采用φ550 mm冲击钻头在钢管桩内部冲孔，冲孔深度约为3～6 m[3]。有关过程示意见图3(b)。
步骤3：此步骤类似于桩基础施工中的护筒跟进，完成冲孔后抽取管内泥浆至泥浆船，再通过振动锤将钢管桩打入孔内，钢管桩底部刃脚将原先550～600 mm的孔洞扩孔，以保证钢管桩管壁可挤压周遭岩体，确保钢管桩与岩层之间充分接触，提高桩端摩阻力；
如跟进孔深与预期不符，则重复步骤2。有关过程示意见图3(c)。
(a)步骤1
(b)步骤2
(c)步骤3
2.2 注意事项
2.2.1 刃脚加工
步骤3中钢管桩插打扩孔易使桩尖受击变形，施工前应加强处理。主要采取的加强手段为：焊接一段同等厚度的钢板于钢管桩内侧，加大钢管桩局部壁厚，并采用火焰切割工艺将钢管桩端部削切成刃部形状。该处理方式可有效避免钢管桩入岩困难。
2.2.2 贯入度观察
考虑到钢管桩扩孔至孔底时易直接冲击完好的岩石，在钢管桩跟进扩孔时，插打速度不宜过快，并时刻记录当前贯入度。受岩层摩阻力影响，贯入度的衰减应呈线性变化，当前后记录的贯入度变化幅度不一致时，应停止插打，并复核孔深及管长。如复核确定钢管桩已打入到位则应停止跟进；
如未到位，则应降低打设速度，通过管底刃脚缓慢削切孔内孤石。
在悬臂引孔施工中，贝雷片共计悬挑12 m长，端部承受冲孔钻机荷载，后侧有履带式吊车停放，故前排钢管桩处的贝雷片承受较大弯矩，此工况为最不利工况。
3.1 结构建模
采用Midas软件建模进行有限元分析。模型中采用梁单元模拟“钢管桩+贝雷片”结构，钢管桩入岩部分固结，贝雷片与桩顶横梁间接触处、分配梁与贝雷片接触处均采用刚性连接，两者都对位移约束，释放单元轴向法向上转动，贝雷片插销连接处释放梁端约束，模拟铰接连接。如图4所示。
图4 悬臂引孔模型图
3.2 荷载数值
结构自重系数为-1，钢材基本容重取78.5 kN/ m3；
80 t履带吊车触地面积为8 000 mm×5 440 mm×2，整车含配重、震动锤等合计95.5 t，影响范围内作用于单根分配梁上的荷载为28.4 kN/m；
冲击钻机自重为8.7 t，钻头自重为1.8 t，钻机采用方木支垫，单点触地面积为500 mm×500 mm，前支撑点处作用于单根分配梁的荷载为48 kN/m，后支点处作用于单根分配梁的荷载为23.2 kN/m。
3.3 结果分析
模型计算采用容许应力计算法，参照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)，临时结构分项系数取1，各项荷载系数取1，钢材安全系数取1.7；
型钢及钢管桩为Q235钢材，容许应力[σ]=138 MPa，容许剪应力[τ]=0.6[σ]=82.8 MPa；
贝雷片为Q345钢材，容许应力[σ]=203 MPa，容许剪应力[τ]=0.6[σ]=122 MPa；
容许位移为1/250最大跨径，即12 000/250=48 mm。各单元项计算结果如表1所示。
悬臂施工法中，各项材料皆符合相关规范要求，并留存有大量安全余量，可满足正常施工需求。
表1 模型内力计算结果表
(1)与正常引孔工艺对比，悬臂引孔法对场地、设备的依赖更小，设备机械仅活动于已搭设好的钢栈桥及贝雷片悬臂端，易于广泛开展施工。
(2)常规引孔植桩工艺需使用混凝土护脚，额外增加了栈桥施工阶段对材料的需求；
而悬臂引孔法无须设置额外的桩底护脚设施，无须改善交通运输条件，降低了施工阶段的成本投入，提高了材料利用效率。
(3)钢管桩扩孔插打过程中可观测插打的贯入度，及时反映钢管桩承载摩阻力的数据，便于施工人员计算、复核钢管桩承载力。
裸岩地质下钢管桩难以插打或易导致钢管桩桩端变形，而常规引孔植桩工艺需将材料、设备运送至钢管桩底部并进行处理，此工艺在水上施工难以开展。改进自“钓鱼法”的悬臂引孔法适应性强，结构简易可靠，成本较传统引孔植桩工艺更低，符合安全、适用、经济的原则，在地形条件复杂、苛刻的情况下可开展大规模施工。悬臂引孔法应用于广西钦州市龙门大桥东引桥栈桥建设中，在3个月内完成深水裸岩区域内的逾千米钢栈桥建设，取得显著的经济效益。栈桥投入施工近两年，期间未出现安全质量问题，为水中、裸岩条件下的钢管桩施工提供了宝贵的经验。
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