(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧 大連 116000)

大連市政府為了緩解中山西路的交通壓力，投資建設(shè)一條平行于中山路與黃浦路的東西向主干道——南部濱海大道。南部濱海大道東起金沙灘東側(cè)的金銀山，向西跨越星海灣，在高新園區(qū)填海區(qū)域登陸。濱海大道東端經(jīng)隧道連接?xùn)|北路及規(guī)劃中的南部快速路；西端通過(guò)高新園區(qū)的地面道路，可以連通旅順南路及河革路。該工程是大連市未來(lái)交通網(wǎng)“七縱七橫”中的重要一橫，也是大連環(huán)城快速路南環(huán)的重要組成部分，它的建設(shè)對(duì)完善城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、改善城市功能，提升城市景觀發(fā)展和促進(jìn)大連經(jīng)濟(jì)繁榮具有積極的作用。

跨海大橋全長(zhǎng)6 km，總投資約33億元。大橋主跨中心位于星海廣場(chǎng)的中軸線上，使得游人可以在廣場(chǎng)上獲得最佳的觀景視角，線路距離星海廣場(chǎng)著名景觀“百年城雕”的距離為1 000 km[1]。

跨海大橋東段工程由東連接線、東引橋和東側(cè)大跨徑混凝土引橋3部分組成，其中東引橋和東連接線橋位范圍內(nèi)靠岸邊一帶海床存在較多的水下暗礁，大部均為裸露基巖，無(wú)淤泥覆蓋層。根據(jù)地質(zhì)勘察資料顯示，海床裸露的巖石主要為弱(強(qiáng))風(fēng)化石灰?guī)r、石英巖板巖互層、弱(強(qiáng))風(fēng)化輝綠巖，地基基本承載力達(dá)到1 200 kPa，采用普通的振動(dòng)錘沉樁工藝根本無(wú)法進(jìn)行鋼棧橋鋼管樁基施工。2012年5月，中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司跨海大橋第三標(biāo)段項(xiàng)目部組織成立了科技攻關(guān)小組，經(jīng)過(guò)1個(gè)多月的反復(fù)試驗(yàn)，最終成功研發(fā)出采用振動(dòng)錘結(jié)合一種自制鋼管鉆以及高壓水泵形成一套環(huán)切系統(tǒng)，直接在海床裸露的基巖上進(jìn)行“環(huán)切”鉆進(jìn)成孔，并利用高壓射水實(shí)現(xiàn)清水排渣，然后在環(huán)形孔位內(nèi)植入鋼管樁。

1 鋼管鉆“環(huán)切法”工藝原理

本施工方法是以振動(dòng)錘(拆除夾具，換上可連接鋼管鉆的法蘭板)連接特制“鋼管鉆”，利用履帶吊起吊振動(dòng)錘，將鉆頭對(duì)準(zhǔn)需要施工的孔位，然后開啟振動(dòng)錘，振動(dòng)力通過(guò)鋼管鉆管身傳遞至鉆頭高頻沖擊巖石成孔，鉆渣通過(guò)高壓水泵形成于鋼管鉆管身內(nèi)的急速水流被沖至孔外。持續(xù)施鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高后，拔出鋼管鉆，形成一個(gè)環(huán)形孔位，最后將鋼管樁“植”入孔位形成鋼棧橋樁基?！碍h(huán)切法”施工示意圖見圖1，實(shí)際成孔效果見圖2。

需要注意的是, “環(huán)切”鉆進(jìn)的深度需要根據(jù)施工海域?qū)嶋H地質(zhì)情況，經(jīng)過(guò)樁基承載力和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算得出。

圖1 鋼管鉆“環(huán)切法”施工示意圖

圖2 鋼管鉆“環(huán)切法”成孔示意圖

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖3所示。

圖3 “環(huán)切法”施工工藝流程圖

2.2 施工操作要點(diǎn)

2.2.1 準(zhǔn)備工作

2.2.1.1 人員準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員按照預(yù)先安排好的分工各自就位。勞動(dòng)力配置情況詳見表1。

表1 勞動(dòng)力配置表

2.2.1.2 機(jī)具準(zhǔn)備

所有機(jī)具按照施工要求就位，操作手負(fù)責(zé)做好運(yùn)轉(zhuǎn)前的各項(xiàng)檢查，包括設(shè)備性能、電路、油路等，確保所需機(jī)具能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。除“鋼管鉆”外，其余均為橋梁施工所需的常規(guī)設(shè)備，詳見表2。

表2 機(jī)械設(shè)備配置表

鋼管鉆為自行加工改裝制成。鋼管鉆外徑與棧橋使用的鋼管樁相同，為無(wú)縫鋼管，壁厚30 mm。

首先在無(wú)縫鋼管底部等分切割32個(gè)深度為30 mm，寬度為30 mm的槽口，然后將長(zhǎng)度為60 mm、寬度為30 mm的風(fēng)槍鉆頭鉚進(jìn)槽口內(nèi)滿焊。在無(wú)縫鋼管頂部焊接一個(gè)厚度30 mm、直徑為800 mm的法蘭板。鋼管鉆的全身長(zhǎng)度視實(shí)際施工情況而定，節(jié)段之間采用焊接或法蘭連接。見圖4。

(a)頂部法蘭板 (b)側(cè)視圖 (c)鉆頭

2.2.1.3 機(jī)具安裝

首先將卸去夾具的振動(dòng)錘[2]與鋼管鉆通過(guò)法蘭盤連接好，然后用水管將高壓水泵和鋼管鉆身預(yù)留的進(jìn)水孔連接固定。專職電工將振動(dòng)錘、水泵的電路與發(fā)電機(jī)安全連通，現(xiàn)場(chǎng)安全員自檢，自檢合格后向電氣專業(yè)監(jiān)理報(bào)驗(yàn)，報(bào)驗(yàn)通過(guò)方可進(jìn)行下一道工序。

2.2.2 樁位對(duì)中

在安全員的指揮下，履帶吊起吊振動(dòng)錘?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員根據(jù)GPS定位儀RTK流動(dòng)站帶著履帶吊將鋼管鉆緩慢移位至設(shè)計(jì)樁位處，然后人工配合對(duì)樁位的平面位置(誤差：(±5)cm)和管鉆的垂直度(誤差：1%)進(jìn)行精確調(diào)整和校核。

2.2.3 “環(huán)切”鉆進(jìn)

經(jīng)過(guò)精確定位后，在管鉆上用醒目的油漆作好刻度標(biāo)志，并選擇刻度參照物，以最終確定實(shí)際鉆進(jìn)的深度。啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，開啟振動(dòng)錘和水泵，開始“環(huán)切”鉆進(jìn)。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如果采用“釣魚法”[3]施工工藝搭設(shè)鋼棧橋，那么采用鋼管鉆“環(huán)切法”施工淺灘區(qū)、裸巖區(qū)鋼管樁基礎(chǔ)的時(shí)候，可以采取在已經(jīng)施工完成的棧橋墩位上“懸挑”出貝雷片，然后在對(duì)應(yīng)樁位上方的貝雷片上橫向安裝2根型鋼的措施，形成一個(gè)“#”型臨時(shí)導(dǎo)向框，將鋼管鉆自“#”框內(nèi)插入定位。“#”型導(dǎo)向框和釣魚法施工工藝如圖5、6所示。

圖5 “#”型導(dǎo)向框

圖6 “釣魚法”

振動(dòng)錘開啟以后，鉆孔進(jìn)尺通過(guò)振動(dòng)力的大小控制。鋼管鉆的垂直度通過(guò)吊車進(jìn)行控制，即利用吊車的力量克服鋼管鉆的自重可能產(chǎn)生的傾斜以保證垂直鉆進(jìn)。注水的方向?yàn)閺匿摴茔@頂部流向孔底，于孔內(nèi)產(chǎn)生一定的水壓力，并通過(guò)它與管鉆外壁形成的壓力差隨著鉆渣一起被“壓”出孔外，實(shí)現(xiàn)清水排渣。需要注意的是，在“環(huán)切”鉆進(jìn)過(guò)程中，如果遇到“斜巖”或者軟、硬度不均的巖石，鋼管鉆仍有出現(xiàn)“偏鉆”現(xiàn)象的可能；因此，在鉆進(jìn)過(guò)程中，要隨時(shí)進(jìn)行管鉆的垂直度監(jiān)測(cè)，如遇偏鉆，及時(shí)“牽引”校正。如果“偏鉆”現(xiàn)象太嚴(yán)重，傾斜度超限，則該孔作廢，須重新核定孔位，重新開孔鉆進(jìn)。

2.2.4 提移鉆具

持續(xù)“環(huán)切”鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員參照管身標(biāo)出的刻度計(jì)算出實(shí)際的鉆進(jìn)深度，并向駐現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師進(jìn)行終孔報(bào)驗(yàn)，然后停止鉆進(jìn)，關(guān)閉發(fā)電機(jī)。

如果用履帶吊提鉆具，不能直接提出，便啟動(dòng)振動(dòng)錘采用“振動(dòng)拔樁”，拔出之后將鋼管鉆緩慢平移至不影響后續(xù)施工的地方安全放置，將履帶吊的掛鉤從振動(dòng)錘上脫鉤。

2.2.5 “植”入鋼管樁

人工配合履帶吊起吊鋼管樁，并將其“植”入環(huán)形孔位中，然后起吊普通振動(dòng)錘(帶夾具)，“夾”住鋼管樁，啟動(dòng)振動(dòng)錘適當(dāng)施振，確保鋼管樁插入至孔底。

3 施工控制關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

鋼管樁的制作、焊接、吊運(yùn)、存放和運(yùn)輸均遵照國(guó)家交通運(yùn)輸部頒《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50—2011)執(zhí)行。

3.2 工程質(zhì)量保證措施

1)在開鉆之前需要精確定位樁孔的位置，不得偏離設(shè)計(jì)過(guò)大，控制誤差((±5)cm)。

2)鋼管樁貫入海(河)床巖石的深度必須滿足施工要求，需要通過(guò)樁基承載力和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算得出。經(jīng)過(guò)計(jì)算，本工程鋼管樁植入深度不得小于1.5 m[4]。

3)在施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制成孔的垂直度，控制誤差(1%)。施工時(shí)在垂直于樁位的90°兩個(gè)方向各架設(shè)一臺(tái)經(jīng)緯儀觀測(cè)垂直度。通常比較簡(jiǎn)便的方法是在垂直于樁位的90°兩個(gè)方向各站1人，采用吊線垂目測(cè)的方法控制。由于鋼管樁一般用于臨時(shí)結(jié)構(gòu)，上述2種方法均可根據(jù)實(shí)際情況選擇使用。

4 首例應(yīng)用效果驗(yàn)證

星海灣跨海大橋東段棧橋126#墩到129#墩的鋼管樁均采用鋼管鉆“環(huán)切法”施工，實(shí)際貫入強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖的平均深度為1.8 m。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，“環(huán)切”成孔1.8 m的平均施工時(shí)間為3 h，平均鉆進(jìn)速度為0.6 m/h，施工效率高，成樁質(zhì)量好。棧橋投入使用后，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，完全滿足施工要求。成橋效果見圖7、圖8。

圖7 裸巖區(qū)棧橋某墩位

圖8 裸巖區(qū)棧橋效果

5 結(jié)論

裸巖區(qū)鋼管鉆“環(huán)切法”施工工藝，經(jīng)過(guò)在大連星海灣跨海大橋鋼棧橋搭設(shè)施工中的實(shí)際應(yīng)用，被證明是一種高效、實(shí)用、環(huán)保而且操作簡(jiǎn)單的新型施工方法。2012年11月，經(jīng)過(guò)國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)中國(guó)鐵道建筑總公司鑒定，其技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。2013年2月，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局批準(zhǔn)“樁孔環(huán)切系統(tǒng)及樁孔環(huán)切方法”為發(fā)明專利，專利號(hào)：CN 201210454188.8。

[1]潘盛山.大連南部濱海大道工程設(shè)計(jì)文件[D].大連:大連理工大學(xué),2011.

[2]梁成華.淺談?wù)駝?dòng)錘插打鋼管樁的施工及應(yīng)用[J].西部探礦工程，2002(4)：107-108.

[3]胡曉倫,楊江虎. 杭州灣大橋鋼管樁沉樁施工工藝[J]. 橋梁建設(shè)，2006(1)：52-55.

[4]周水興,何兆益,周毅松,等.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001：432-452.