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        城市高架橋鋼管樁快速施工技術(shù)

        2018-11-09 08:37:42
        建筑施工 2018年7期
        關(guān)鍵詞:履帶吊壓樁沉樁

        張 杲

        1. 同濟(jì)大學(xué) 上海 200092;2. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

        1 研究背景

        傳統(tǒng)的城市高架橋采用支架現(xiàn)澆的施工方式,對周邊的環(huán)境和既有交通的影響很大,已不能滿足上海這座國際化大都市對于綠色施工的要求?;诖耍b配式橋梁施工技術(shù)應(yīng)運而生,該施工技術(shù)不僅高效,而且可以大大降低施工過程對周邊環(huán)境的影響,實現(xiàn)真正的低影響施工。

        裝配式技術(shù)符合“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、共享、開放”的理念,適應(yīng)上?,F(xiàn)代化國際大都市的防治污染、緩解交通擁堵和文明施工的要求。在上海迎來橋梁裝配式施工發(fā)展契機(jī)的時代,樁基作為橋梁施工的重要組成部分,目前通常采用的樁型及施工工藝,與裝配式橋梁綠色、環(huán)保的理念卻不相匹配。

        目前城市高架橋梁基礎(chǔ)樁基多采用鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁的施工效率較低,并且鉆孔樁施工產(chǎn)生的泥漿、噪聲等污染較大,不利于文明施工;這與預(yù)制裝配式高架橋快速、高效、低影響的特點并不匹配。而鋼管樁具有承載力高、擠土效應(yīng)低、土層擾動小、施工速度快、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢[1-6],這些優(yōu)勢與預(yù)制裝配式高架橋的特點相匹配,因此對于城市高架橋鋼管樁快速施工技術(shù)的研究方興未艾。

        2 工程概況

        2.1 工程簡介

        S3公路先期實施段新建工程位于上海市浦東新區(qū),北起S20,南至周鄧公路,全長約3.1 km。本工程作為迪士尼配套工程,擬為迪士尼開園后極端高峰客流提供必要的疏解通道。

        本標(biāo)段為S3X-2標(biāo),從秀浦路北側(cè)到周鄧公路南側(cè),對應(yīng)主線樁號為K3+157.9~K4+886。主線高架標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?5.5 m,采用預(yù)制簡支變連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁,4~5跨一聯(lián);下部結(jié)構(gòu)采用φ700 mm鋼管樁,樁長45~53 m,全長共有鋼管樁樁基516根;承臺采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆形式,厚2.2 m;中墩立柱采用雙柱式,邊墩單柱式,立柱截面尺寸1.8 m×1.8 m(圖1)。

        圖1 鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)計

        2.2 工程特點

        2.2.1 ?施工周期短、任務(wù)重

        上海迪士尼于2016年6月16日開園,本工程隨后進(jìn)行招標(biāo),招標(biāo)文件要求主線高架需在2016年底前完成通車,主線全長1.728 km,建設(shè)周期不到6個月時間,相比于傳統(tǒng)的橋梁建設(shè),本工程的建設(shè)周期僅為傳統(tǒng)建設(shè)周期的1/4。

        2.2.2 ?施工過程不影響既有軌交16號線正常運行

        設(shè)計主線高架緊鄰既有軌交16號線,最小距離僅13 m。本工程需在不影響軌交16號線正常運營的前提下快速地完成樁基施工任務(wù)。

        3 施工方案

        由于工期緊,任務(wù)重,且施工范圍距離現(xiàn)有軌交16號線較近,若采用傳統(tǒng)的施工方式進(jìn)行施工,工期目標(biāo)不能完成,同時對現(xiàn)有軌道交通可能產(chǎn)生危害。因此項目部技術(shù)部門經(jīng)過研究,最終決定選用ICE-RF70型免共振液壓振動錘配合壓樁導(dǎo)向架進(jìn)行鋼管樁的快速施工,不僅滿足了工期需求,同時避免了對現(xiàn)有軌交16號線的運營安全產(chǎn)生影響。

        ICE-70RF免共振液壓振動錘是目前世界上最大的液壓免共振錘。它無共振,振動頻率超高,轉(zhuǎn)速達(dá)到2 000 r/min,可配合使用起吊能力大于80 t的起重機(jī)??稍诿芗鞘兄姓駝邮芟拗频膮^(qū)域快速施工長60 m以上鋼管樁。相比于靜壓樁機(jī),可更好地保護(hù)周邊建筑不受影響,節(jié)省工作時間和施工成本。

        相比于低頻電動錘,高頻液壓振動錘幾乎不會引起土壤共振,土塞和擠土效應(yīng)遠(yuǎn)低于一般錘擊樁,振動錘噪聲低且保持恒量。鑒于以上優(yōu)點,其較適合本工程的具體情況,因此本工程選用ICE-RF70型免共振液壓振動錘進(jìn)行施工(圖2)。

        圖2 ICE-70RF免共振液壓振動錘

        傳統(tǒng)的鋼管樁施工多采用履帶式導(dǎo)向方式進(jìn)行鋼管樁的喂樁和接樁,這樣既浪費時間又無法保證鋼管樁的垂直度,因此經(jīng)研究,本工程設(shè)計出鋼管樁壓樁導(dǎo)向架配合高效振動樁錘進(jìn)行鋼管樁的施工。通過壓樁導(dǎo)向架的輔助,將喂樁、接樁、壓樁等原本連續(xù)進(jìn)行的工序拆分,通過在不同工作面展開上述工序,以科學(xué)的流水作業(yè)安排施工,從而達(dá)到節(jié)約時間、快速施工的目的。

        4 導(dǎo)向架設(shè)計

        導(dǎo)向架根據(jù)城市高架橋群樁基礎(chǔ)以承臺為模塊且樁位設(shè)計相同這一特點進(jìn)行設(shè)計,考慮到鋼管樁長度、放置穩(wěn)定性、施工機(jī)械性能等因素,導(dǎo)向架設(shè)計高度為10 m,開孔按樁位設(shè)計設(shè)置,采用鋼框架、混凝土配重底座并設(shè)計垂直度輔助設(shè)施(圖3、圖4)。

        圖3 導(dǎo)向架設(shè)計立面示意

        圖4 導(dǎo)向架框架設(shè)計流程

        5 鋼管樁打設(shè)施工方法

        5.1 鋼管樁施工流程

        施工場地地基處理→導(dǎo)向架安裝及定位→吊機(jī)、樁錘進(jìn)場調(diào)試→鋼管樁進(jìn)場→第1節(jié)鋼管樁喂樁→壓樁至導(dǎo)向架頂部→滑動上部橫梁、讓出樁錘空間→壓樁至導(dǎo)向架底面→復(fù)位導(dǎo)向架橫梁→第2節(jié)鋼管樁喂樁→焊接→第2節(jié)鋼管樁壓至導(dǎo)向架頂部→滑動上部橫梁、讓出樁錘空間→壓樁至設(shè)計標(biāo)高→移動導(dǎo)向架至下一個承臺

        5.2 鋼管樁精確定位

        根據(jù)設(shè)計及樁錘性能,液壓樁錘僅能將鋼管樁送至地面以上800 mm左右,將地面開挖至鋼管樁承臺墊層的底面標(biāo)高處,導(dǎo)向架底座在此標(biāo)高處組裝,同時確保開挖面平整。

        通過測量放線確定樁位,將導(dǎo)向架底座分3塊吊裝至相應(yīng)位置,并相互拼接;上部鋼結(jié)構(gòu)架體進(jìn)行整體吊裝。在導(dǎo)向架底板及頂部定位孔安裝定位導(dǎo)向輪,確保喂樁時鋼管樁的定位精確(圖5)。

        圖5 導(dǎo)向架定位導(dǎo)向輪

        5.3 鋼管樁流水施工

        準(zhǔn)備2套鋼管樁導(dǎo)向架,分別置于2個經(jīng)開挖并做好整平工作的待施工承臺處。根據(jù)履帶吊行走范圍做好地基加強(qiáng),將鋼管樁堆放在2個承臺中間不影響履帶吊行走的區(qū)域,振動錘動力站置于合適的位置,確保振動錘在施工過程中可以在2個承臺上進(jìn)行壓樁,喂樁采用80 t履帶吊,壓樁采用250 t履帶吊。

        具體施工流程如下:

        首先由80 t履帶吊進(jìn)行1#承臺第1節(jié)鋼管樁的喂樁→1#承臺喂樁結(jié)束后,由250 t履帶吊吊起的振動錘進(jìn)行1#承臺第1節(jié)鋼管樁的打樁施工,同時由80 t履帶吊進(jìn)行2#承臺第1節(jié)鋼管樁的喂樁→待1#承臺第1節(jié)鋼管樁完成打樁后,由80 t履帶吊進(jìn)行1#承臺第2節(jié)鋼管樁的喂樁并且同步開始1#承臺鋼管樁的焊接,同時由250 t履帶吊吊起的振動錘進(jìn)行2#承臺第1節(jié)鋼管樁的打樁施工→待2#承臺第1節(jié)鋼管樁打樁完成后,由80 t履帶吊進(jìn)行2#承臺第2節(jié)鋼管樁的喂樁并同步開始2#承臺鋼管樁的焊接→待1#承臺第2節(jié)鋼管樁焊接并冷卻以后,由250 t履帶吊吊起的振動錘進(jìn)行1#承臺第2節(jié)鋼管樁的打樁工作→待2#承臺第2節(jié)鋼管樁焊接并冷卻以后,由250 t履帶吊吊起的振動錘進(jìn)行2#承臺第2節(jié)鋼管樁的打樁工作,同時1#承臺的導(dǎo)向架可進(jìn)行拆卸轉(zhuǎn)移工作

        通過上述多工作面的展開,可以有效地減少機(jī)械與人員的停滯時間,提高整體的施工效率。

        5.4 控制要點

        沉樁時,樁錘、替打段和樁身宜保持在同一軸線上,替打段保持平整;剛開始振動沉樁時,開最低能量擋,待樁有明顯貫入度后,再加大能量繼續(xù)沉樁。在沉樁過程中,若出現(xiàn)貫入度異常、樁身突然下降等現(xiàn)象,應(yīng)立即停錘檢查[7-9]。

        技術(shù)人員實時觀測打樁的貫入度、入土深度并進(jìn)行同步記錄。鋼管樁的第1根鋼管樁壓樁完畢后,進(jìn)行檢查驗收,各項指標(biāo)滿足設(shè)計及有關(guān)規(guī)范要求后,再進(jìn)行其余鋼管樁的施工。

        5.5 注意事項

        1)施工前承臺周圍履帶吊行走區(qū)域需進(jìn)行地基處理,滿足80 t履帶吊行走要求。

        2)安裝導(dǎo)向架底座前做好承臺基坑排水措施,防止坑底泡水,引起導(dǎo)向架傾斜。

        3)沉樁前對導(dǎo)向架、樁錘、動力機(jī)械等主要設(shè)備部件進(jìn)行檢查。振動錘中心與鋼管樁中心保持一致,開始以小的振動力,逐步增大,一次完成沉樁作業(yè),作業(yè)過程中盡量不停頓、少停頓,避免土的阻力恢復(fù),保證沉樁順利進(jìn)行。

        4)沉樁前對導(dǎo)向輪進(jìn)行檢查,防止導(dǎo)向輪卡死影響鋼管樁施工垂直度。

        5)在鋼管樁施工過程中,采用便攜式測斜儀進(jìn)行垂直度的測量,并用全站儀進(jìn)行復(fù)核。

        6)移動導(dǎo)向架時應(yīng)將上部滑移裝置進(jìn)行固定,防止移動過程中滑移裝置沖軌脫離;移動時將底座與主體框架連接螺栓松開,主體框架整體由履帶吊吊起放置到下一個即將施工的承臺附近,然后底座分3塊移動到下一個施工的承臺。

        6 實施效果

        通過設(shè)計定位導(dǎo)向架,使得鋼管樁施工可以實現(xiàn)批量喂樁、批量焊接及連續(xù)壓樁,同時提高了鋼管樁施工的垂直度。再經(jīng)過合理的工序安排以及科學(xué)的管理,從而大大提高了鋼管樁的施工效率。

        在本工程的施工過程中,最快每天可完成24根鋼管樁施工。傳統(tǒng)施工方式下一根鋼管樁成樁需3~4 h,而采用該快速施工流程施工平均每根樁僅需1 h,相比之下該快速施工流程提升效率3~4倍,大大縮短了施工時間,取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

        7 結(jié)語

        1)利用壓樁導(dǎo)向架進(jìn)行鋼管樁的施工,滿足鋼管樁精度和垂直度的要求,同時滿足快速施工的要求。

        2)導(dǎo)向架可重復(fù)利用,節(jié)約了材料。

        3)此鋼管樁施工方法,在實際中運用熟練,安全可靠,施工效率高,對以后類似城市高架鋼管樁基礎(chǔ)施工有一定的借鑒意義。

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