1.1工程简介

 

　　大连南部滨海大道工程东起金沙滩东侧的金银山，向西跨越星海湾，在高新园区填海区域登陆。本工程设置双向八车道，分上下双层设置，在靠近登陆点时过渡为两幅并行的单层桥梁。在主线与星海广场中线相对处设置跨度为180+460+180m的双层钢桁架地锚式悬索主桥，主桥两侧各设5×50+48m大跨径混凝土引桥，主桥、大跨径混凝土引桥西侧为西引桥，东侧为东引桥及东连接线的A、B匝道，桥梁总长13.7km。二标段主要施工范围：主桥西侧大跨径混凝土引桥和西引桥工程，其中大跨径混凝土引桥长度为298m，墩号为47#～53#，结构为双层桥梁结构；西引桥上线长度为2936.9m；下线长度为2928m。

 

　　栈桥采用多跨连续梁结构，本方案主要涉及桥面宽度为6米的栈桥，桥面标高为5.2m纵向平坡。其主纵梁结构为3组双排单层321贝雷桁架，梁高1.5m；钢管桩采用φ820mm×10mm、φ630mm×12mm两种规格的Q235B螺旋钢管。普通墩为单排桩，制动墩为双排桩，每隔4个普通墩设一个制动墩。

 

　　1.2施工区域自然条件

 

　　（1）水深及潮位

 

　　本桥所处部分水底标高为-4～-11m，星海湾的潮汐属于正规的半日潮。工程设计时特征潮位（以黄海平均海平面为基准面）如下：

 

　　设计高水位：1.66m（高潮累积频率10%）；

 

　　设计低水位：-1.38m（低潮累积频率90%）；

 

　　极端高水位：2.42m（五十年一遇）；

 

　　极端低水位：-2.88m（五十年一遇）；

 

　　施工水位：-0.4m。

 

　　（2）地质条件

 

　　本标段海底地质条件复杂，多数为裸岩及浅覆盖层地质，根据设计地勘资料，桥主体墩裸露岩石及浅覆盖层段约占线路长度53.7%。基岩种类多为微风化石灰岩、石英岩、板岩，以上3种岩石单轴饱和抗压强度分别为：25.56MPa、26.5Mpa、16Mpa，可打入性差。栈桥区域位于主桥北侧，结合我部潜水实际插探情况，该区域裸露岩石段长度已达到线路长度70%，桩基锚固成为技术难点。

 

　　2锚固方案的设计及验证

 

　　锚杆嵌岩植桩是参考港口工程预制型锚杆嵌岩桩原理进行设计的，植入钢管桩的型号为φ820mm×10mm，每根钢管桩内设置2根锚杆，锚杆的型号为L90×10mm角钢。锚杆嵌岩桩主要承受轴向上拔力，经计算得到钢管桩底部水平力设计值为214KN，上拔力设计值为682KN，采用2根L90×10mm锚杆完全满足抗剪和抗拉要求。

 

　　根据锚杆与砂浆、砂浆与岩石、锚杆与混凝土粘结力计算，当锚杆入岩深度达到3.1m，嵌入桩内混凝土2.0m，即可满足上拔力设计值要求。因此，锚杆长度取为5.1m，桩内混凝土厚度取2m。

 

　　3锚固方案实验验证

 

　　进一步采用有限元软件细化建模后，宏观内力分配基本与铰接连接的情况基本相同。但出现锚杆局部应力设计值过大的现象，为保证栈桥结构安全可靠，在陆上对采用锚杆加固的栈桥墩进行了加载试验。

 

　　3.1实验方法

 

　　试验模拟海上波浪力对栈桥墩的反复作用，并进行了简化，共分8个加载循环进行。试验墩结构见图3-1，各循环所加荷载与持荷时间见表1。

 

　　3.2实验结果及分析

 

　　⑴通过分级加载最大试验荷载为520KN，在此试验荷载作用下，位移达到稳定状态，当荷载为560KN时，剪刀撑位置节点处发生局部座曲破坏。

 

　　⑵试验结束后，将锚杆拆出，通过肉眼观察，难以看出有变形和破坏情况。

 

　　⑶根据栈桥整体稳定专项计算，锚杆嵌岩桩方案中基部弯矩设计值为2786.2KN，此次试验加载作用点高为8.245m，换算为水平力为337.9KN。

 

　　⑷根据试验数据绘制荷载-位移（H-Y）曲线，水平测点1为结构整体变形最大点，较好的反应整体结构的变形特征况，当荷载小于360KN时表现出较小塑性，最小刚性值为6.4KN/mm参见下表。当荷重继续增加，稍有塑性发展加快趋势，又继续回复，直至荷载大于520KN。其余各测点也都是当荷载小于360KN时基本表现为较小塑性，由于上部剪刀撑等节点连接处于半铰接状态，会稍微表现出一些塑性特征，但影响较小。

 

　　3.3实验结论

 

　　实验过程最大水平荷载为560KN时，结构取得稳定读数，最终桥墩剪刀撑节点出发生破坏，剪刀撑节点位置为薄弱环节，采用焊接鱼尾板方式对此位置进行加固。加固后结构平面内极限水平承载力按520KN考虑，为设计值的1.53倍，整个结构在平面内方向可以满足住使用要求。根据建模分析，通过模拟基部最大弯矩时水平力337.9KN加载，单桩最大上拔力697KN，剪切力169KN，锚杆基部最大应力为241Mpa。最大水平力424KN加载，单桩最大上拔力883KN，剪切力214KN，锚杆基部最大应力为305Mpa。实际锚杆结构产生的主要应力是由上拔力及弯矩产生。计算锚杆基部最大应力为241Mpa，整个结构在平面内方向可以满足使用要求。

 

 

　　4.1定位架、临时导向平台的制作及安放

 

　　定位架为6×6×6m等边三角形，外管820mm、内管630mm、32mm工字钢连接。临时导向平台采用2根15.6米长32工字钢，内净距2.5米，5根横连。

 

　　使用方驳吊机将定位架及临时导向平台组合在一起并安放就位，复核、微调后，钢管桩精确就位。

 

　　4.2钢管桩临时固定

 

　　钢管桩就位后，及时根据设计要求进行桩间平联，焊接临时八字腿支撑，并与前一排已立好的钢管桩纵连加固。

 

　　4.3桩内水下混凝土浇筑

 

　　为防止管内混凝土流失，钢管桩底部外围50cm处码砌袋装砂，高度高出桩底30cm。混凝土采用拌合船搅拌，采用导管灌注水下混凝土。吊机吊混凝土倒入漏斗灌注，一经开始灌注，连续进行直至完成，中途不中断灌注，浇筑高度为高出海底2m。

 

　　4.4桩内钻孔埋设锚杆并注浆

 

　　采用方驳吊机将地质钻机吊至定位架平台上。调整钻机支腿钻头准确定位后将支腿固定牢固。桩顶设置钻杆限位装置，固定在桩顶，钻杆通过限位孔下放进行钻孔，孔深5.1m，钻孔完成。

 

　　4.4.4锚杆下放及注浆

 

　　每个钻孔内埋设1个锚杆，锚杆材质为Q345，长度为5.1m。注浆管采用硬质PVC管通过锚孔套管直接插至孔底。

 

　　M30砂浆由挤浆泵注入孔内，考虑注浆管内砂浆遗留量，每孔需要砂浆约0.17方，确保泵入量足够。砂浆拌合用砂需严格过筛，以避免灌浆过程中堵塞导管，砂浆采用滚筒式搅拌机在方驳上按照配合比搅拌。

 

　　钢管桩、贝雷梁结构栈桥在桥梁施工中应用广泛，其基础施工因地质条件各有不同。大连南部滨海大道工程二标段栈桥桩基嵌岩锚固法施工很好的解决了裸岩且岩面高差起伏较大地区钢管桩基础施工难题，目前栈桥适用安全平稳，为以后类似工程施工提供了参考。