松下跨海特大桥全长1 421m, 为长平高速公路重要控制性工程, 双向6车道, 桥梁设计荷载为公路I级, 桥面净宽为分离式17.5m。左幅布跨形式为2× (5×58m) +3× (4×58m) , 共5联22跨;右幅布跨形式为2× (5×58m) +3× (4×58m) + (46.742m+49.5m+49.5m) , 共6联25跨。

桥址地层自上而下为粉质黏土、细砂、粗砂、残积砂质黏性土、全风化晶洞碱长花岗岩、砂土状强风化晶洞碱长花岗岩、碎块状强风化晶洞碱长花岗岩、中风化晶洞碱长花岗岩。1～3, 18～24号墩为裸岩区, 海床无覆盖层, 基岩直接裸露。

桥址位于世界3大风区之一, 桥址工程区域百年重现期10min平均最大风速44.8m/s, 全年平均风速8.42m/s。7～9月多台风, 10月至次年2月为季风期, 年有效作业施工120d左右。工程海域平均高潮位高程2.390m, 平均低潮位高程-1.890m, 平均潮差4.280m。

1) 施工海域水深流急, 且存在漩涡与暗流, 海岸线附近海水流向错综复杂、难以掌握, 不利于钢管桩插打。桥位海域1/3为裸岩区, 礁石或基岩直接裸露, 且岩面倾角大。裸岩区栈桥及平台钢管桩施工难度大。钢管桩固定垂直度难以控制, 质量稳定性控制难度大, 安全影响大。

2) 栈桥面标高10.500m, 光板岩标高-9.000m, 虽采用双排板凳桩, 整个栈桥相当于20m高的板凳直接放置于光板岩上, 130t履带式起重机在桥面上行走时栈桥横桥向稳定性较弱, 可能引起横向失稳。

3) 复杂海况下栈桥及平台施工效率低。风大、浪高、水深、涌急、潮汐明显等复杂海况造成有效作业时间短, 栈桥与平台吊装定位及焊接作业效率降低。

1) 桥面标高施工栈桥、钻孔平台桥面标高确定由主梁上弦杆高程反推桥面高程, 栈桥平台顶面高程=20年一遇高水位 (4.330m) +1/2×00年一遇H_5%波高 (7.290m) +0.815m安全高度+1.5m贝雷梁高+0.01m胶皮厚+0.2m桥面板厚=10.5m。

2) 栈桥主要技术参数 (见表1、图1)

裸岩区栈桥荷载组合如表2所示。裸岩区栈桥标准跨度为9m+12m, 钢管桩1 000mm×12mm, 材质Q235B, 考虑4mm腐蚀, 计算厚度为8mm。钢管桩、分配梁、贝雷梁及支撑架均采用梁单元, 混凝土桥面板采用板单元。钢管桩内采用混凝土锚桩固结, 钢管桩根部固结。主横梁与钢管桩共结点, 主横梁与贝雷梁采用弹性连接, 如图2所示。

对最不利工况I, Ⅲ荷载组合进行计算, 结果如表3所示。由表3可知, 裸岩区栈桥受力及变形均满足要求。

施工工艺流程为:接长架设悬臂贝雷梁→悬打装置安装固定→钢管桩整体联结施工→锚桩施工→辅助稳固桩施工→分配梁施工→贝雷梁安装→桥面板安装→桥面附属结构安装。

以已搭设完成的栈桥为基础, 通过接长悬臂贝雷梁作为受力结构, 在端部设置满足稳定性要求的临时施工平台作为钢管桩临时固定场地, 施工栈桥与平台钢管桩基础。

根据已放样位置安装架设悬打装置, 悬打装置由型钢制作而成, 尺寸为16m×2m×2.5m (长×宽×高) , 与贝雷梁采用8根长3m, 32mm精轧螺纹钢进行对拉固定。根据钢管桩位置在悬打装置操作平台上设置5个钻孔导向装置, 钢管桩临时固定后通过悬臂临时施工平台进行钢管桩内部三轴固结装置施工, 钢管桩底口1.5m采用双层加厚处理, 使之牢固固定于裸岩上。

为确保钢管桩插打准确、垂直度满足施工要求, 在导向装置四周安装特定千斤顶用于控制多流向海域钢管桩定位控制。

裸岩区栈桥 (9+12) m组合跨径, 9m跨布置为6根双排板凳桩, 其中两侧外围4根伸出栈桥平面外, 以便施工钢筋混凝土锚固桩;12m跨中间连平联, 所有钢管桩纵横向联结成整体 (见图3) 。

先将钢管联结系单片制作为整体, 在联结系横杆一端留有调节套管, 然后吊装至现场与钢管立柱相贯焊, 从而减少现场相贯焊工作量。

1) 在桥面板安装完成后, 架设冲击钻机, 放入钻头调平并对准孔位中心。泥浆循环系统采用专门泥浆池, 设置制浆池、储浆池、沉浆池并用循环槽连接。

2) 开钻时孔内先造浆, 钻头以小冲程钻进, 钻进过程勤松绳、勤取碴, 使钻头能经常冲击新鲜地层。取碴后应及时补入新鲜泥浆以保护护筒内水头。

3) 钻孔达设计标高后, 对孔位、孔径、孔深等进行检查。清除钻碴和沉淀层, 尽量减少孔底沉淀厚度, 防止桩底沉碴过厚而降低锚桩承载力。

4) 下放前检查钢筋笼垂直度, 确保钢筋笼对接时中心线保持一致。利用履带式起重机下放钢筋笼并安装到位。

5) 水下混凝土施工 (1) 安装导管, 导管底口距孔底0.35～0.40m; (2) 混凝土浇筑前, 再次检查孔底沉碴厚度是否符合要求, 不符合要求则进行二次清理; (3) 首批混凝土浇筑满足导管首次埋置深度 (≥1m) 要求, 混凝土连续浇筑至设计标高0.500m。

裸岩区栈桥9m板凳桩两侧外各设1根辅助稳固桩, 并用平联与栈桥板凳桩连接, 增加栈桥横向稳定性。辅助稳固桩仅在没有支栈桥和平台的主栈桥处设置, 有支栈桥和平台处钢管桩直接与其连成整体。因栈桥整体纵横向均已连接为整体, 整体纵横向稳定性均满足施工要求, 板凳桩4根锚桩调整为施工对角线处2根锚桩, 节约施工成本。辅助稳固桩施工完成后立即进行锚桩施工。

同一墩位钢管桩及纵横向平联联结系施工完成后, 进行2HN500×200桩顶分配梁施工。

桩顶分配梁安装完成后, 栈桥贝雷梁采用履带式起重机进行分榀架设, 将悬臂贝雷梁进行接长架设。

单榀栈桥上部结构安装完成后在贝雷梁顶铺10mm厚胶皮进行栈桥桥面系施工, 用履带式起重机吊装混凝土桥面板, 每块面板间设置10mm伸缩缝, 用于防止因温度变化引起的桥面翘曲起伏。

栈桥桥面形成后进行桥面附属结构安装。附属结构包括水、电管路槽架和桥面栏杆及照明、消防设施、架设限速标志。

通过对施工工效及经济效果对比分析可知, 裸岩区施工单排桩运用悬打+锚桩+辅助稳固桩施工技术较传统钓鱼法可缩减3d施工工期, 人员和设备投入使用相对缩减, 单排桩总施工费用可节约20 320元。

裸岩区18～24号墩共30跨, 目前已完成25跨, 施工144d (其中受台风、大风大浪影响停工42d) , 有效施工天数为102d, 平均每跨施工时间为4.08d, 裸岩区预计总费用可节约20 320×30=609 600元。

通过采用裸岩区钢管桩悬打技术、多流向海域钢管桩定位技术、锚桩施工、辅助稳固桩施工等技术成功解决松下跨海特大桥18～22号墩栈桥及平台施工, 有效减少复杂海况的施工影响, 进一步降低施工安全风险, 施工工效得到大幅提升, 降低施工成本。栈桥及平台已经受住3次台风考验, 栈桥可安全运行。本文所述施工方法可为恶劣海况条件下裸岩区栈桥及平台施工提供借鉴。