摘 要：嘉紹大橋地處世界聞名的錢塘江涌潮河段，橋位區(qū)水文條件復雜，河床寬淺，潮強流急，沖淤劇烈。在強涌潮區(qū)進行樁基礎施工是大橋建設的一個技術難點，而鋼護筒的沉放是否順利是樁基礎施工的關鍵所在。通過選擇合理的鋼護筒下沉時機，采用大剛度的簡支導向架進行導向定位，配合大功率振動錘振動下沉，分析橋位區(qū)水文特點，有針對性的采取防沖刷和糾偏措施并實時進行監(jiān)控等，順利完成了114根大直徑樁基鋼護筒的施工，下沉精度全部達到設計要求。

關鍵詞：強潮急流河段；鋼護筒 下沉；導向架；振動錘

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0087-02

1 工程概述

嘉紹跨江大橋主航道橋為六塔獨柱四索面鋼箱梁斜拉橋，其跨徑為70+200+5×428+200+70=2680m。大橋北岸主通航孔橋共114根樁基礎，中塔承臺設置有32根樁基，邊塔承臺設置有30根樁基，索塔基礎樁頂標高均為-10.5m，樁長108～113m不等；輔助墩及過渡墩各設置10根樁基，樁頂標高均為-9m，樁長92m；所有樁基礎均為直徑φ2.5m的摩擦樁。

依據(jù)施工期實測資料，橋位處的錢塘江河口尖山河段實測最大潮差8.59m，涌潮試驗得到橋位附近涌潮流速可達9.0～10.0m/s，橋位處100a一遇設計涌潮高度為3.0m，涌潮壓力為70kPa。施工前河床標高-5m左右，最大水深可達10m，根據(jù)水槽模型試驗，施工期河床局部沖刷可達19m。樁基鋼護筒需沉放到極限摩阻力為35～55kPa的淤泥質(zhì)亞粘土或亞粘土層。根據(jù)規(guī)范要求并結合施工實際，采用δ20mm的Q235A鋼板卷制成φ2.8m直徑的樁基鋼護筒，每根總長45m，分段加工、運輸及沉放，經(jīng)計算取首節(jié)長度28m，重40t；第2節(jié)長度為17m，重24t，總重64t。

2 強潮急流河段樁基鋼護筒的沉放工序

針對錢塘江的強潮影響，選擇在接近平潮時進行首節(jié)樁基鋼護筒沉放的施工工藝。經(jīng)測量定位安裝固定多功能導向架，并在導向架上精確放樣樁位后調(diào)整固定頂推裝置；起吊鋼護筒到導向架上相應孔位，測量監(jiān)控鋼護筒垂直度滿足要求后，將鋼護筒緩緩下沉至距河床面0.5m左右，用千斤頂頂推裝置精確調(diào)整護筒垂直度和平面位置后快速下沉。

3 強潮急流河段樁基鋼護筒沉放的難點

在強潮急流河段的水文條件以及河床急劇變化的地質(zhì)條件下，如何快速、安全、精確的進行樁基鋼護筒的沉放成為下部構造的難點。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 護筒沉放的作業(yè)時間極短

在潮強流急的水文條件下，為保證鋼護筒的沉放安全及精度，必須選擇在每個潮汛的平潮期進行首節(jié)樁基鋼護筒的沉放，并在下個潮汛來臨之前完成鋼護筒的垂直度及平面位置調(diào)整、對接及整體沉放，在有限的時間內(nèi)為完成復雜的多工序施工帶來嚴峻的考驗。

3.2 流及涌潮壓力大

在長時間的現(xiàn)場實測中積累水流及涌潮速度數(shù)據(jù)，并結合附近的河口水利研究院的常年數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算分析得出最大急流產(chǎn)生的水平壓力約90kPa，涌潮產(chǎn)生的瞬時水平壓力約70kPa。持續(xù)的強大水平荷載對鋼護筒的安全及樁位精度的保證帶來極大的挑戰(zhàn)。

3.3 強潮引起河床的沖刷變化

首節(jié)鋼護筒下沉后在后續(xù)的對接及振動沉放過程中，可能經(jīng)歷下一次潮汛的來臨，鋼護筒沉放至河床后，水流形態(tài)及流向會發(fā)生極大改變，局部沖刷急劇增加，前期下沉后的樁基鋼護筒在沖刷的過程中將引起附近樁位的河床變化。通過對沉放過程的實時測量，一個潮訊的局部沖刷最深的達到3.2m，水流對河床的沖刷可能掏空護筒腳的泥沙，從而導致護筒嚴重偏位及導向架的受力不均，造成無法下沉甚至引發(fā)安全事故。

4 強潮急流河段樁基鋼護筒下沉關鍵技術

大橋水域具有作業(yè)時間短、水流急、沖刷大的特點，為了解決這些難題并確保樁基鋼護筒的下沉過程安全，并保證其能順利下沉到位且平面位置、垂直度等指標滿足規(guī)范要求，必須通過選擇合理的下沉時機、通過大剛度的多功能導向架的臨時固定及導向作用、監(jiān)控及糾偏措施、選擇合適的振動設備等方法對樁基鋼護筒的整個下沉過程及精度進行控制。

通過選擇在每個潮汛的平潮或小潮汛期進行首節(jié)鋼護筒的下沉，盡量避開漲潮時的強大水流力及涌潮力的影響。

通過大剛度導向架的導向及臨時固定作用來抵抗流水壓力的水平力，承受沖刷后首節(jié)鋼護筒的部分自重，在下沉過程中約束因振動錘產(chǎn)生的鋼護筒的巨大晃動。

通過實時測量對樁基鋼護筒的垂直度及平面位置進行監(jiān)控，對河床沖刷進行測量，指導鋼護筒的下沉及糾偏施工。

通過選擇大功率的ICE振動沉樁設備，來保證將大直徑超長樁基鋼護筒振動下沉到位，同時確保護筒腳不會因持續(xù)的巨大的激振力而產(chǎn)生變形。

4.1 合理選擇鋼護筒下沉時機

為應對潮汛來臨時的水流及涌潮影響，避免鋼護筒下沉時的嚴重偏位，確保下沉的順利安全，在無法改變潮水外部條件的情況下，選取每個潮汛時的高、低平潮或流速小于1m以內(nèi)的時間段作為首節(jié)鋼護筒的下沉時機。每個高平潮有約2h的作業(yè)時間，低平潮有約3h的作業(yè)時間。

4.2 采用大剛度多功能簡支導向架

為抵抗護筒沉放過程中的涌潮力和水流力，保證在振動錘的強大激振力下鋼護筒不會產(chǎn)生偏移，以及在鋼護筒開始產(chǎn)生偏移時可以對護筒進行糾偏，根據(jù)平臺間的跨度，加工適宜振動錘下沉的大剛度多功能簡支導向架。

4.2.1 導向架的組成

導向架主要由型鋼墊梁、鋼管主桁及頂推調(diào)節(jié)裝置組成。導向架跨度一般不宜超過30m，如超過則宜考慮增加支撐點減少跨度，有效高度3.0m以上，孔口尺寸應保證振動錘能通過導向架。在架體孔口上、下兩層各設置4個頂推調(diào)節(jié)裝置，頂推調(diào)節(jié)裝置由20t千斤頂和限位滾輪組成。特別要注意導向架的兩個主桁片必須垂直，否則會影響鋼護筒定位時的垂直度。

4.2.2 導向架的定位

導向架的定位分粗定位和精確定位。先將樁位的中心線通過測量放樣在平臺上，計算好導向架墊梁中心至孔位處的距離，使導向架中線與樁位中線重合，距離相等，再將墊梁斷續(xù)焊接固定至平臺鋼板上，完成導向架的粗定位。粗定位后，在導向架的頂推限位裝置處放出樁位周邊四點的坐標，根據(jù)頂推裝置上固定點和樁位坐標之間的關系和鋼護筒直徑，即可求出固定點和鋼護筒外壁之間的距離，并由此控制鋼護筒的平面位置和垂直度，鋼護筒平面位置放樣完成后，將頂推裝置上的千斤頂鎖定，完成導向架的精確定位。

4.2.3 導向架的導向及糾偏

鋼護筒起吊到導向架上相應孔位，用兩臺經(jīng)緯儀從兩互相垂直的方向測量監(jiān)控，并用頂推限位裝置調(diào)整護筒初始垂直度至滿足要求，將鋼護筒緩緩垂直下沉至海床泥面，到深入泥面0.5～1.0m時，測量重新監(jiān)控確認垂直度符合要求后快速下沉，保證護筒垂直下沉穩(wěn)定；如入泥0.5～1.0m時垂直度或平面位置偏差較大，則應進行鋼護筒的糾偏。糾偏方法如下：

適當提高護筒，根據(jù)偏位數(shù)據(jù)在相應偏位側方向松開限位裝置，并在偏位相反方向利用導向架上下兩層頂推限位裝置進行調(diào)節(jié)糾偏直至垂直度滿足要求，再將所有限位頂推裝置頂緊護筒，快速松鉤下沉。待鋼護筒靠自重下沉穩(wěn)定并調(diào)整平面位置和垂直度至滿足要求后，用振動錘點振繼續(xù)下沉，直至鋼護筒頂面到高出導向架頂面1.0～1.5m的位置停錘。在振動下沉過程中要隨時動態(tài)觀測鋼護筒垂直度和限位滾輪，如垂直度超標或者限位滾輪松動，采用相同方法及時進行糾偏。

若不在完全平潮時沉放首節(jié)鋼護筒，可根據(jù)流速情況在背離水流方向?qū)︿撟o筒進行2～5cm左右的垂直度的預偏，待護筒入水后在水流力作用下，鋼護筒底口偏向流水方向，從而保證鋼護筒入水后的垂直度和平面位置，減少護筒入泥時的糾偏。

通過導向架的導向及糾偏，并采用預偏法進行沉放后，實現(xiàn)了鋼護筒下沉到位后的平面偏位控制在20mm以內(nèi)；垂直度控制在1/500以內(nèi)，遠遠優(yōu)于《嘉紹大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g規(guī)范》中“平面允許誤差為50mm，豎直線傾斜不大于0.5%”的要求。

4.3 局部沖刷的監(jiān)控及解決措施

每根樁基鋼護筒的沉放均會經(jīng)歷一個漲、落潮的過程，其下沉過程必須考慮水流對河床的沖刷影響。通過流速儀和測深儀連續(xù)觀測水流速度及河床的沖刷變化，并采取一系列的措施防止沖刷對護筒下沉造成大的影響，保證鋼護筒順利、安全的下沉到位。

5 結語

通過選擇平潮期下沉首節(jié)鋼護筒，依靠大剛度簡支導向架的導向及糾偏，并采用合適的大功率振動沉樁設備以及對局部沖刷和涌潮壓力的深入分析等一系列措施的應用，在強涌潮、大沖刷、深水高流速的錢塘江水文條件和極限摩阻力在35～55kPa的淤泥質(zhì)亞粘土的地質(zhì)條件下，順利完成了大直徑樁基鋼護筒的沉放施工，同時保證了沉放精度優(yōu)于《嘉紹大橋?qū)Ｓ檬┕ぜ夹g規(guī)范》的要求。為以后類似水域的鋼護筒沉放提供參考。

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作者簡介：李嘉明（1981-），男，工程師， 2004年畢業(yè)于長沙理工大學土木工程專業(yè)，工學學士。研究方向：橋梁施工管理及技術。