胡名良

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，武漢 430050)

湖北香溪長江公路大橋是擬建的湖北省骨架公路網(wǎng)中第六縱第二條支線跨越長江的節(jié)點(diǎn)工程，起點(diǎn)在宜昌市秭歸縣郭家壩鎮(zhèn)米倉口隧道出口約290 m處，在兵書寶劍峽峽口向北跨越長江，沿香溪河?xùn)|岸上行2 km然后向西跨越香溪河，終點(diǎn)為歸州鎮(zhèn)香溪河西岸的向家店，路線全長5.419 km。其中,香溪河大橋采用主跨470 m的雙塔雙索面組合混合梁斜拉橋，橋跨布置為2×48+78+470+78+2×48 m，橋梁全長1 077.06 m，設(shè)4#墩和5#墩兩個(gè)主塔墩。4#墩樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為144 m，采用直徑30 m的圓形整體式承臺(tái)，厚7 m，其下布置18根直徑3 m、長83 m的鉆孔灌注樁，按摩擦樁設(shè)計(jì)。

1 水文地質(zhì)概況

香溪河大橋位于三峽庫區(qū)，根據(jù)三峽水庫蓄水調(diào)度方案，5月末至6月初，為防洪備庫容，將水位降至143 m；6月至9月，保持在143 m的低水位；9月中下旬開始蓄水，11月壩前水位逐步升高至175 m；11月至次年4月底，保持175 m的高水位運(yùn)行。

橋址區(qū)域?yàn)闃?gòu)造剝蝕中低山和低山，地形蜿蜒起伏、溝谷深切、坡降大，主要的構(gòu)造形跡為褶皺、斷層及裂隙，具有典型溝梁相間的地形地貌特征，且根據(jù)鉆探孔揭露4#墩區(qū)域內(nèi)有溶洞、溶隙、溶蝕孔洞等不良地質(zhì)情況。

2 鉆孔平臺(tái)總體設(shè)計(jì)及施工工藝原理

2.1 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

香溪河大橋主墩樁基鉆孔平臺(tái)在2015年9月份開始施工時(shí)，正值三峽庫區(qū)開始蓄水至+175 m的階段，4#墩樁基礎(chǔ)施工期間的水位變化范圍為143～175 m，落差達(dá)30 m，最高水位時(shí)水深超過40 m。復(fù)雜地質(zhì)條件下的樁基鉆孔施工平臺(tái)受到水位大落差變化的影響，受力工況復(fù)雜、工序轉(zhuǎn)換多、施工周期長、成本投入大，且對(duì)航道干擾較大，因此，需要對(duì)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比選。

針對(duì)施工工期緊、平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重大、耐久性要求高及需投入材料設(shè)備多等特點(diǎn)，經(jīng)方案優(yōu)化，決定4#墩樁基施工平臺(tái)采用“深水鉆孔灌注樁+鋼管柱支撐(無水下樁間聯(lián)結(jié)系)的重載水上鉆孔平臺(tái)”的總體設(shè)計(jì)方案，其主要流程為“浮運(yùn)平臺(tái)→平臺(tái)固結(jié)→體系轉(zhuǎn)換→鉆孔樁施工”[1]，成型后的平臺(tái)頂面標(biāo)高為178.4 m。

2.2 平臺(tái)施工工藝原理

(1) 平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)采用2 m高鋼板梁A、B、C(型號(hào)均為工2 000×384×25 mm)及聯(lián)結(jié)系等構(gòu)件組拼的承重骨架結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Q345B，骨架尺寸為33.4×41.4 m(橫×縱橋向)。鉆孔平臺(tái)總體布置如圖1所示。

(2) 鋼板梁A、B布置在門吊樁鋼護(hù)筒(φ2 000×16 mm)兩側(cè)，中心臨時(shí)樁(4-19#樁)兩側(cè)通過板梁C連接，其余部分通過橫向和水平連接系聯(lián)結(jié)成為整體結(jié)構(gòu)。鉆孔平臺(tái)1-1、2-2斷面如圖2所示。

圖1 鉆孔平臺(tái)總體布置(單位：mm)

圖2 1-1、2-2斷面(單位：mm)

(3) 鋼板梁承重骨架結(jié)構(gòu)安裝在分配梁(2根HN900×300型鋼)及中心線處主體結(jié)構(gòu)樁基支撐鋼護(hù)筒(φ3 400×20 mm)設(shè)置的牛腿上，通過牛腿A(3HN900)、牛腿B(3I56b)將上部荷載傳遞至門吊樁(鋼管樁+鉆孔灌注樁結(jié)合樁)及支撐鋼護(hù)筒樁上，然后傳遞至河床地基。

(4) 下部結(jié)構(gòu)設(shè)置8根直徑2 m的門吊樁(兼做平臺(tái)支撐樁)，同時(shí)利用主體結(jié)構(gòu)兩根鋼護(hù)筒樁(4-9#、4-10#)和臨時(shí)樁(4-19#)共同作為支撐樁。

(5) 為保證平臺(tái)在第一個(gè)鉆孔循環(huán)中橫向變形及穩(wěn)定滿足施工要求，增加4根限位鋼護(hù)筒(4-2#、4-3#、4-16#、4-17#，均為φ3 400×20 mm)。通過在其上設(shè)置連接桿及限位裝置，將限位鋼護(hù)筒分別與支撐鋼護(hù)筒和平臺(tái)結(jié)構(gòu)連為一體，增加平臺(tái)縱橋向穩(wěn)定性；另外，通過加強(qiáng)門吊樁間連接系，將門吊樁在橫橋向與鋼板梁及分配梁連為整體，增加平臺(tái)橫橋向穩(wěn)定性。

3 鉆孔平臺(tái)施工工藝流程

鉆孔平臺(tái)主要施工工藝流程為：鋼板梁及水上平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)加工→平板駁船加固、錨碇系統(tǒng)施工→平臺(tái)鋼板梁拼裝、同步進(jìn)行河道航標(biāo)布置→鉆孔平臺(tái)浮運(yùn)、拋錨定位→平臺(tái)支撐樁、吊掛系統(tǒng)施工→吊掛系統(tǒng)安裝、平臺(tái)提升并臨時(shí)鎖定→安裝平臺(tái)分配梁及鋼牛腿→駁船退出平臺(tái)→平臺(tái)下放、體系轉(zhuǎn)換→形成正式鉆孔平臺(tái)[1]。

4 鉆孔平臺(tái)施工工藝

4.1 平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)加工

平臺(tái)鋼板梁在鋼結(jié)構(gòu)工廠內(nèi)分節(jié)加工成型，運(yùn)至現(xiàn)場后在拼裝駁船上焊接成整體。 鋼板梁、支撐牛腿、提升裝置等關(guān)鍵受力部件的焊縫采用CO2氣體保護(hù)焊工藝，焊縫質(zhì)量要求達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，焊縫均需采用無損探傷，鋼結(jié)構(gòu)的臨時(shí)定位采用手工焊[2]。

4.2 平板駁船加固

將兩艘1 280 t平板鐵駁船拋錨?？吭?#墩岸邊，測量人員放樣出鐵駁中心線，根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整駁船間距、方向及相對(duì)高度以滿足設(shè)計(jì)要求，利用150 t浮吊將駁船連接系鋼結(jié)構(gòu)吊裝至駁船上的設(shè)計(jì)安裝位置，并與駁船甲板之間進(jìn)行焊接，完成連接系施工。在駁船上用貝雷梁(長36 m，5片桁架形成1組，共4組)連接形成鋼板梁的拼裝平臺(tái)，進(jìn)而完成鋼板梁的拼裝。

4.3 錨碇系統(tǒng)施工

(1) 東岸巖錨施工

臨時(shí)平臺(tái)拋錨定位時(shí)，先邊跨側(cè)(東岸側(cè))后主跨側(cè)，東岸側(cè)拋錨定位采用5個(gè)巖錨(其中2個(gè)備用)。結(jié)合東岸地質(zhì)情況，每個(gè)地龍采用4根長2 m的Φ28鋼筋錨桿錨固在巖石上。

(2) 水上拋錨

主跨側(cè)水中錨碇，為了使錨碇能迅速沉到水底，起到固定駁船的作用，現(xiàn)場采用鋼絲繩綁定霍爾錨取代傳統(tǒng)鋼絲繩加錨鏈的拋錨方式。

4.4 平臺(tái)鋼板梁拼裝

鋼板梁安裝順序以駁船橫向?yàn)橹行木€從中間向兩邊對(duì)稱安裝，以保證駁船受力均勻。安裝時(shí)采用150 t浮吊先將鋼板梁A、B整體吊裝至平臺(tái)支撐樁上，調(diào)整至設(shè)計(jì)位置，再焊接鋼板梁C及其余連接系，最后焊接安裝門吊樁及鋼護(hù)筒支撐樁樁位處的限位裝置，使平臺(tái)鋼板梁形成一個(gè)整體框架結(jié)構(gòu)。

4.5 河道航標(biāo)設(shè)置

根據(jù)航道資料，香溪河干流航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，為了保證水上施工階段的通航安全，根據(jù)助航設(shè)施與航標(biāo)布置方案，配合海事部門，完成助航設(shè)施與航標(biāo)布置，確保整個(gè)水上施工階段船舶通航安全。平臺(tái)浮運(yùn)穿過航道時(shí)，需對(duì)香溪河臨時(shí)封航約2小時(shí)，封航范圍為橋軸線上下游方向各500 m。

4.6 平臺(tái)浮運(yùn)、拋錨定位

平臺(tái)整體浮運(yùn)采用先拉后推方式進(jìn)行，即在5#墩岸側(cè)用拖輪牽拉駁船尾部至河道中央后，完成平臺(tái)180°轉(zhuǎn)向，然后由拖輪將平臺(tái)由河道中央向4#墩處頂推，推至4#墩岸側(cè)就位，平臺(tái)浮運(yùn)完成。

待平臺(tái)靠近4#墩附近時(shí)，測量人員精確測量平臺(tái)中心及四個(gè)角點(diǎn)位置并發(fā)出指令，指揮卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行微調(diào)對(duì)位，對(duì)位偏差要求在10 cm以內(nèi)。浮運(yùn)利用1臺(tái)480馬力拖輪作為主動(dòng)力，1艘運(yùn)輸機(jī)駁船備用，1艘150馬力浮吊機(jī)駁船作靠幫船。水上拋錨及過繩利用浮吊完成，拋錨方式采用換梢法進(jìn)行。

4.7 平臺(tái)支撐樁施工

(1) 定位樁(門吊軌道樁)施工

4#墩平臺(tái)共設(shè)置8根φ2 000×16 mm鋼管作為門吊軌道樁(兼做平臺(tái)支撐樁)。先施工角部4根鋼管樁作為平臺(tái)定位樁，鋼管底入巖層1 m，沖孔入巖深不小于6 m；再依次施工其余4根軌道樁。施工時(shí)利用150 t浮吊及DJZ480振動(dòng)錘、吸泥機(jī)、沖擊鉆機(jī)配合鉆孔跟進(jìn)。

(2) 中間支撐樁施工

平臺(tái)支撐樁除兩側(cè)8根門吊樁外，還有3根中間支撐鋼護(hù)筒樁(直徑3.4 m)，對(duì)應(yīng)于主體結(jié)構(gòu)4-9#、4-10#樁位、臨時(shí)樁4-19#(樁長按10 m計(jì)算)。支撐護(hù)筒樁采用鋼管樁結(jié)合鉆孔灌注樁，鋼管入巖深1 m，沖孔深度不小于4.5 m，澆筑10 m水下砼，其中，管內(nèi)砼高度不小于7 m。

(3) 鉆孔樁成孔

鉆孔樁采用沖擊鉆機(jī)施工，正循環(huán)沖擊工藝成孔。鉆孔樁成孔后采用成孔檢測儀對(duì)孔深、孔形進(jìn)行檢查，要求孔底沉渣厚度不大于5 cm[4]，采用導(dǎo)管法澆筑C30水下混凝土，嚴(yán)格控制混凝土頂面標(biāo)高，保證鋼護(hù)筒錨固長度不小于6.5 m。

4.8 平臺(tái)吊掛系統(tǒng)施工

(1) 吊掛系統(tǒng)加工

平臺(tái)門吊樁及中間支撐樁施工的同時(shí)，在150 t浮吊甲板上加工6套平臺(tái)提升裝置，加工時(shí)嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量，以確保提升時(shí)吊具的安全性和可靠性，并對(duì)油壓千斤頂進(jìn)行校準(zhǔn)、試驗(yàn)。

(2) 吊掛系統(tǒng)安裝、平臺(tái)提升

平臺(tái)吊掛、提升采用五點(diǎn)同步的方式，即選擇角部的4根門吊樁和1根中間臨時(shí)樁(4-19#)作為平臺(tái)吊掛支撐樁，通過在支撐樁樁頂安裝提升結(jié)構(gòu)(包括支撐梁、扁擔(dān)梁、千斤頂?shù)?進(jìn)行平臺(tái)提升，鉆孔平臺(tái)提升后鋼板梁支撐于掛樁牛腿及分配梁上，與支撐樁共同形成鉆孔平臺(tái)的支撐體系，并進(jìn)行臨時(shí)鎖定。

根據(jù)水位情況，結(jié)合拼裝駁船退船時(shí)需上浮高度，確定5根吊掛支撐樁頂接高度，以保證平臺(tái)提升行程大于退船上浮高度，并完成樁頂接長工作。在支撐梁上安裝扁擔(dān)梁和Φ32精軋螺紋鋼，用200 t油壓千斤頂分次提升平臺(tái)，每次提升高度不超過20 cm。提升作業(yè)前，在精軋螺紋鋼上每5 cm處做好標(biāo)記，以保證每次提升的高度同步，避免平臺(tái)不均勻提升導(dǎo)致傾斜。平臺(tái)提升過程中注意觀察駁船上浮情況，平臺(tái)提升到位后，檢查駁船最高點(diǎn)，確保其與平臺(tái)底面間距不少于20 cm，方便駁船退出平臺(tái)。

(3) 平臺(tái)分配梁及牛腿安裝

在門吊鋼管樁上的分配梁安裝位置開孔，開孔尺寸為940×670 mm，開孔標(biāo)高根據(jù)現(xiàn)場水位確定，孔頂標(biāo)高應(yīng)低于平臺(tái)，并對(duì)孔洞處鋼管進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)。牛腿及分配梁安裝完成后，測量平臺(tái)各支撐點(diǎn)在牛腿及分配梁頂面的標(biāo)高，對(duì)標(biāo)高不一致處，采用鋼板進(jìn)行抄墊調(diào)整，保證平臺(tái)下降時(shí)各支撐點(diǎn)位于同一水平面上。

(4) 駁船退出

平臺(tái)在分配梁上就位后，解除2艘拼裝駁船之間的連接系。通過收放船上的卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩，將駁船從平臺(tái)的下游方向退出。解除東岸地錨鋼絲繩，利用35 t浮吊將水中錨吊起，并將鋼絲繩過渡到拼裝船上。退出后的駁船停泊在東岸，作為鉆孔施工中的臨時(shí)存放平臺(tái)使用。

(5) 平臺(tái)下放

平臺(tái)下放前對(duì)提升系統(tǒng)及牛腿進(jìn)行全面檢查，主要包括下吊點(diǎn)錨固、精軋螺紋鋼接長順直、扁擔(dān)梁抄墊情況及油壓千斤頂工作的同步情況，下放前同樣在精軋螺紋鋼上每5 cm處做好標(biāo)記。平臺(tái)下放到設(shè)計(jì)位置后，焊接平臺(tái)與門吊樁、支撐樁之間的限位裝置，使平臺(tái)盡快形成穩(wěn)定的板凳式結(jié)構(gòu)，提高平臺(tái)結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性，以便在平臺(tái)上安裝80 t龍門吊機(jī)。

4.9 平臺(tái)體系轉(zhuǎn)換

(1) 樁基礎(chǔ)循環(huán)施工

平臺(tái)下放、固結(jié)完成后，便可在平臺(tái)上進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工。平臺(tái)上共布置5臺(tái)KTY4000型鉆機(jī)，根據(jù)鉆機(jī)工效分析，每根樁基施工的平均時(shí)間為 50 d，按照4個(gè)循序施工。

第1循環(huán)(5臺(tái)鉆機(jī))：4-5#、4-6#、4-4#、4-11#、4-12#樁；

第2循環(huán)(5臺(tái)鉆機(jī))：4-1#、4-7#、4-14#、4-8#、4-15#樁；

第3循環(huán)(5臺(tái)鉆機(jī))：4-3#、4-2#、4-13#、4-18#、4-19#(臨時(shí)樁只施工10 m)；

第4循環(huán)(4臺(tái)鉆機(jī))：4-9#、4-16#、4-17#、4-10#樁。

(2) 平臺(tái)體系轉(zhuǎn)換

在鉆孔樁施工過程中，為了避免交叉干擾，提高鉆孔工效，同時(shí)保持平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力的穩(wěn)定性，平臺(tái)還需要進(jìn)行兩次體系轉(zhuǎn)換。

第一次：臨時(shí)樁4-19#施工前，在已完成的4-6#、4-5#、4-4#、4-15#、4-14#樁基鋼護(hù)筒上安裝支撐牛腿后，拆除4-10#、4-19#鋼護(hù)筒上支撐牛腿；第二次：4-9#樁施工前，在4-13#鋼護(hù)筒上安裝支撐牛腿后，拆除4-9#鋼護(hù)筒上支撐牛腿。

5 平臺(tái)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4#墩鉆孔平臺(tái)采用MIDAS Civil2013結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件整體建模后進(jìn)行驗(yàn)算。主要對(duì)鋼板梁(工2 000×384×25)、分配梁(2HN900×300型鋼)、支撐橫梁(3HN900)、支撐牛腿A(3HN900)、牛腿B(3I56b)及鋼管樁等構(gòu)件的承載力進(jìn)行了驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，4#墩鉆孔平臺(tái)各構(gòu)件受力滿足要求，結(jié)構(gòu)較合理，安全可靠，既方便施工，又提高了施工效率。

6 結(jié)語

在深水落差大且地質(zhì)條件復(fù)雜的三峽庫區(qū)，采用無樁間聯(lián)結(jié)系及重載鉆孔平臺(tái)的施工技術(shù)，使香溪河大橋主墩樁基礎(chǔ)的施工工期及安全得到保證，創(chuàng)造了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，為今后類似復(fù)雜地質(zhì)條件下的深水樁基施工平臺(tái)提供了較為成熟和可靠的技術(shù)參考。