《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第一部分—桥梁工程篇《库区浅覆盖斜岩底层钢栈桥施工关键技术研究》

本期项目简介

完成单位:中交路桥建设有限公司、中交路桥北方工程有限公司、沈阳工业大学

主要完成人: 黄增财、张文韬、李建垒、孙鹤、殷胜光、黄志强

项目简介

　　在进行深水基础施工时，一般需修建钢栈桥作为运输通道，并依附钢栈桥搭设作业平台，实现由水中到陆地作业的转换。本研究依托项目的迳口互通钢栈桥需沿设计桥位纵向搭建，因常年流水且河床横向坡度较大（河床基岩横坡约为1:0.75），导致河床覆盖层较薄，以强风化砂岩、碎裂岩为主。钢管桩正常振沉施工无法满足嵌岩深度的要求，既制约钢栈桥搭设进度，又存在极大的安全隐患。目前国内外研究主要基于两方面进行。第一方面，通过建立复合桩模型试验，研究其整体性能，但缺乏系统性，且模型试验中所做模型相对较少。第二方面，数值模拟作为研究分析的有力手段，近年来得到了广泛发展。但是参数的选取和模型本构关系的选定直接关系到分析是否准确。为确保栈桥的安全及质量，项目部联合研发中心相关技术人员，多方考虑对比，采用钢管桩内部进行钻探取芯，并嵌入工字钢作为锚杆，解决因嵌固深度不足引起的钢管桩承载力低的问题。

　　本项目主要通过施工现场测试、模型试验、数值计算等对斜截面浅覆盖层钢栈桥加固体系及施工进行系统研究。主要内容包括：以内植桩为核心加固方式，辅以其他必要的加固措施，通过形成“钢立柱内植桩复合基础+体外斜撑+工字钢承重梁+贝雷梁”的结构体系，确保栈桥的整体稳定性。其次，为保证植桩期间栈桥的安全稳固，采取了钢管桩底焊接“剑尖”状钢板提升入土深度、设置水下剪刀撑降低立柱自由度、加设外侧斜撑增强栈桥横向稳定性等必要的加固措施。并经模型实验对比分析，对钢栈桥钢管桩─岩层─工字钢锚固体系稳定性进行安全验证、分析，更进一步的对加固体系进行模拟分析、优化，获取各项既定成果。

　　本技术适用于钢栈桥受浅覆盖层斜坡地质条件的影响，栈桥桥墩钢管桩基础无法振设至设计深度，栈桥的稳定性无法保障，栈桥不能正常搭设的情况。本项目关键技术形成的工法：斜截面浅覆盖层库岸区钢栈桥内植桩搭设施工工法，于2020年12月获评中国公路建设行业协会公路工程工法。

项目创新点

　　1.针对斜截面浅覆盖层地质条件，提出在钢管桩底加设一圈箭状钢板以增加入土深度，在钢管桩下部设置销结剪刀撑进行水下剪刀撑连接，以降低钢管桩自由度;针对无法使用浮船等水上设备进行钢管桩内植桩施工这一现状，提出在搭设上部结构后于横排钢管桩两侧设置斜撑钢管，形成植桩工作面，提出了在钢管桩内钻芯内植工字钢，辅以灌注混凝土；形成岩层-工字钢-钢管桩复合基础为主的斜岩地层浅覆盖层水库沿岸钢栈桥搭设施工工法；

　　2.系统分析了岩层-工字钢-钢管桩复合基础体系的协同受力及荷载传递机理，以达到外钢管、核心混凝土和内嵌工字钢三者协同受力、共同承担荷载的目标；

　　3.通过建立岩层-工字钢-钢管桩复合基础模型试验进一步研究工字钢的嵌岩深度、钢混长度对机构的性能的影响，分析复合基础荷载传递机理,建立了岩层-工字钢-钢管桩复合基础轴压承载力计算公式：建立了岩层-工字钢-钢管桩复合基础轴压承载力计算公式：

应用案例

　　本课题成果在清西大桥及接线工程土建B标工程项目中得到成功应用。中交路建清西大桥及接线工程土建B标位于广东省清远市，南连广清高速公路，北接清连高速公路，与清连高速公路和广清高速公路一起构成了广东省南北向交通大动脉。本标段起讫桩号为K9+608~K16+955.815，全长7.348km，其中控制性工程迳口互通立交位于本项目终点处，含主线桥1座、匝道桥1座，立交形式为半菱形互通，左侧傍山右侧临水，主线桥上跨淸连高速，桥址处周边施工空间狭窄，环境复杂。根据地勘资料，河床底覆盖层为淤泥，淤泥厚度2~4m，覆盖层下基岩为强风化砂岩、碎裂岩等。为保证互通临水桩基础及下部结构顺利施工，需要搭设水上临时钢栈桥，作为迳口互通主线桥及匝道桥施工的主要通道、钻孔平台及墩侧工作平台，待工程结束后拆除。该迳口互通钢栈桥施工难点在于：迳口水库河床底无覆盖层或覆盖层较少，且河床基岩主要为斜截面强风化砂岩、碎裂岩等，钢管桩正常振沉施工无法满足入岩深度，导致施工车辆行驶时会产生强烈的震动，既制约钢栈桥搭设进度，又存在极大的安全隐患。

　　钢管桩内植桩的技术施工方法不需等待创造钻孔平台，大幅度提高了现场施工生产效率，可缩短工期，节省机械费、人工费。项目的实施对同类地质条件下的钢栈桥搭设施工具有较好的借鉴和推广价值，有利于提高公司在类似工程市场的竞争力。

社会效益与经济效益

　　本项目的研究解决了国内类似地质条件的钢栈桥无法正常施工的设计、技术、理论难题，不仅保证了特殊地质条件下栈桥的施工安全和质量，同时提前完成了工期目标，节约了相关成本，为类似桩基加固承载机理以及承载力设计计算方面提供了计算经验和数据，对国内交通建设发挥了较好的作用，同时，对促进社会经济发展起到了推动作用。

　　本课题依托清远市清西大桥及接线工程土建B标斜截面浅覆盖层库区钢栈桥施工，缩短工期3个月，节省机械费、人工费约20%成本，节约费用109.9万元。赢得了业主、设计和监理的一致好评，取得了良好的声誉。总结出了一套适合斜截面浅覆盖层库区条件的钢栈桥施工技术，为公司在同类工程施工中提供了借鉴，增强了竞争力。