鄭 濤，張露露，秦曉鋒

（重慶城建控股（集團）有限責(zé)任公司，重慶 400021）

0 引言

四川省閬中市嘉陵江四橋（主跨為2×130m 獨塔斜拉橋）項目跨越嘉陵江，21 號主墩距岸邊約383m，墩位水深約7m，為滿足主墩基礎(chǔ)及主塔施工材料運輸要求，擬從岸邊向墩位設(shè)置車行棧橋。施工棧橋設(shè)計寬為6m，總長261m，棧橋樁基基礎(chǔ)采用D820×10mm 鋼管樁。該橋位區(qū)地質(zhì)條件較差，水中墩覆蓋層均為砂卵石地質(zhì)，棧橋鋼管樁按設(shè)計要求必須打入河床下5m，但第6跨鋼管樁僅打入河床下3m，無法下沉到設(shè)計深度，這給鋼管樁下沉施工帶來極大困難。

針對上述相關(guān)施工特點和難點，本施工技術(shù)利用鉆機在鋼管樁內(nèi)鉆孔，然后灌注水下混凝土且使混凝土樁與鋼管樁形成有效錨固，形成鋼管混凝土組合樁。具體施工工藝如圖1 所示。

1 施工工藝流程及操作要點

用鉆機在鋼管樁內(nèi)鉆孔，通過泥漿循環(huán)實現(xiàn)出渣，清孔，然后下放鋼筋籠及二次清孔，灌注水下混凝土且使混凝土與鋼管樁形成有效錨固，形成鋼管混凝土組合樁。其施工流程圖和施工工藝示意圖如圖1 所示。

2 主要操作要點

2.1 鋼管樁初步沉樁施工

2.1.1 鋼管樁加強

根據(jù)工程所處的地質(zhì)情況，棧橋樁基選擇相應(yīng)規(guī)格的鋼管。分別對鋼管樁刃腳和振動夾持端各加一道環(huán)箍帶，環(huán)箍帶（寬10mm）上、下緣與鋼管滿焊，使刃腳在插打過程不致卷屈及振動錘夾持端不被振破。對于閬中嘉陵江四橋棧橋需要對D820mm鋼管樁（每根12m）上下兩端進行加強。具體加強方法是用D830mm×10mm、L=0.6m 的鋼管套在鋼管樁的端頭，焊接成為整體。

2.1.2 振動錘的選擇

根據(jù)鋼管樁規(guī)格，選用適當(dāng)?shù)恼駝渝N。

圖1 閬中嘉陵江四橋臨時鋼管混凝土組合樁施工工藝（單位：cm）

2.1.3 沉樁施工

鋼管沉樁施工采用浮箱汽車吊配合振動錘吊打工藝。鋼管樁由工作船組拼的平臺進行就位，在平臺上設(shè)置導(dǎo)向架，由測量定點出鋼管樁位置，工作船平臺先行就位，下錨定位并將導(dǎo)向架固定，用浮箱吊具將鋼管樁吊入導(dǎo)向架，緩慢下落。導(dǎo)向架上設(shè)置有供鋼管樁定位、糾偏、調(diào)整的液壓千斤頂，對鋼管樁在下沉和沖孔鉆進過程中進行微調(diào)定位與糾偏。沉樁過程中觀察垂直度，同時用測量儀器量測鋼管樁中心位置是否偏位，若偏位立即校正。

鋼管樁以最終貫入度控制為主（控制貫入度2cm/min），樁尖標高作為校對。當(dāng)貫入度達到控制貫入度，而樁底標高未達到設(shè)計標高，應(yīng)繼續(xù)打入10cm 左右，并連續(xù)復(fù)打3 次，每次停錘2min，若無異常變化，方可停止，然后利用鉆機在鋼管樁內(nèi)鉆孔，灌注水下混凝土，形成鋼管混凝土組合樁。因鋼管樁兼做鉆孔用護筒，鋼管樁需高出水面3m，若不足需接長至高出水面3m。

2.2 鋼管混凝土組合樁設(shè)計

鋼管混凝土組合樁（以砂卵石地質(zhì)為例）具體構(gòu)造設(shè)計圖如2 所示。

圖2 鋼管混凝土組合樁設(shè)計（單位：cm）

2.2.1 鉆孔深度驗算

（1）豎向荷載設(shè)計值；由棧橋上部荷載可反算出單根鋼管樁承受豎向恒載和基本可變荷載。

（2）水平荷載（其他可變荷載）設(shè)計值；

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60—2015），鋼管樁承受的流水壓力產(chǎn)生的水平荷載設(shè)計值：

式中：K-水流阻力系數(shù)，樁為圓形，取 0.8；r-水容重，取 10kN/m3；V-水流速度；g-重力加速度，取9.8m/s2；A-單樁入水部分在垂直于水流方向的投影面積；且流水壓力合力作用點，假定在水位線以下0.3 倍水深處。

根據(jù)豎向荷載和水平荷載設(shè)計值，計算出鋼管樁所承受的豎向力NT。鋼管樁所受的豎向力通過鋼管樁與混凝土的有效粘結(jié)傳遞給鋼管樁內(nèi)的鉆孔灌注樁，由鉆孔灌注樁提供支承。所以鋼管樁內(nèi)鉆孔灌注樁容許承載力p=NT。

對于單一的碎石、卵石層；τp=τi=160，鉆孔深度

訊洪期流體產(chǎn)生的水平力較大，應(yīng)進行抗沖刷能力計算，即各土層產(chǎn)生的摩阻力應(yīng)滿足；

Στili=為訊洪期混凝土樁所受的流體上拔力）

所以鉆孔深度應(yīng)由下式確定；

其中：NT-鋼管樁承受的豎向力：-訊洪期鋼管所受的流體上拔力；U-樁周長（m）；τp-樁壁土的平均極限摩阻力（kPa），可按下述公式計算。即鉆孔灌注樁樁壁與各土層的極限摩阻力（kPa）；li-鉆孔進入局部沖刷線以下各土層厚度（m）；A-樁底橫截面面積（m2）；σR-樁尖處土的極限承載力（kPa）。

2.2.2 鋼管樁與混凝土有效粘結(jié)長度計算

鋼管與混凝土的粘結(jié)力在鋼管滑移前由化學(xué)膠結(jié)力和機械咬合力組成，當(dāng)鋼管發(fā)生滑移后，粘結(jié)力主要是由摩擦阻力來承擔(dān)。

由于鋼管樁無法打入設(shè)計深度，考慮到鉆孔對周圍土層的影響，且為了提高結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)此處不考慮樁端土的承載力和鋼管樁外壁與各土層之間的摩阻力；鋼管樁的豎向承載力全部由混凝土與鋼管樁的粘結(jié)力提高，極限狀態(tài)下混凝土與鋼管樁產(chǎn)生相對滑移，此時的粘結(jié)力主要是由摩擦阻力（Ψ·h·fa）來承擔(dān)，鋼管樁與混凝土的粘結(jié)長度應(yīng)滿足下式；

Ψ·h·fa=NT（NT鋼管樁所受的豎向力）

訊洪期流體產(chǎn)生的水平力較大，應(yīng)進行抗沖刷能力計算；

Ψ·h·fa=′訊洪期鋼管樁所受的流體上拔力）

所以有效粘結(jié)長度由下式確定:

其中Ψ-鋼管內(nèi)表面截面周長（m），NT-鋼管樁所承受的豎向力，NT′-訊洪期鋼管樁所受的流體上拔力，fa-混凝土與鋼管樁的摩阻系數(shù)。參照《鋼圍堰設(shè)計規(guī)范》（DBJ50/T—300—2018），鋼管與混凝土的摩阻系數(shù)應(yīng)由試驗確定。

2.2.3 穩(wěn)定性計算

按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定（考慮二階效應(yīng)）；鋼管樁穩(wěn)定性應(yīng)滿足：

f 為鋼材抗彎強度設(shè)計值。

φx、φy、γx、γy、βmx、βmy、βtx、βty、可由查表獲得。

對于閉口截面：影響系數(shù)η=0.7，整體穩(wěn)定性系數(shù)φby=φby=1.0。

2.3 沖擊鉆孔施工

搭設(shè)臨時鉆孔平臺進行鉆孔作業(yè)。對于特殊地質(zhì)，尤其是砂卵石地質(zhì)鉆孔灌注樁一般采用沖擊鉆機成孔，同時配合泥漿循環(huán)系統(tǒng)出渣清孔和氣舉反循環(huán)二次清孔。

鉆孔完成經(jīng)檢測合格后，鋼筋籠采取在后場鋼筋加工場內(nèi)分節(jié)制作，運輸至鉆孔施工平臺處，用履帶吊或汽車吊分段吊入樁孔接長下放、就位。在鋼筋籠下放過程中，接好聲測管。

在灌注水下混凝土前，采用氣舉反循環(huán)二次清孔，當(dāng)沉渣厚度滿足要求時（≤150mm《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》）即可進行灌注水下混凝土施工。

2.4 樁基無損檢測

采用超聲波檢測儀對樁進行無損檢測。檢測結(jié)果以檢測報告形式反映，無問題的可進行下道工序施工。

2.5 鋼管樁的拆除

拆除時，派潛水員下潛至河底，割除鋼管樁，確保航道要求。

3 結(jié)語與展望

閬閬中嘉陵江四橋項目中，棧橋基礎(chǔ)、主墩及交界墩鉆孔施工平臺基礎(chǔ)均采用了鋼管混凝土組合樁，總計約120 根。棧橋在整個項目建設(shè)期使用，歷經(jīng)4 個汛期考驗，鉆孔平臺在嘉陵江四橋樁基及承臺施工期使用，歷經(jīng)2 個汛期，其中2013 年、2014 年汛期洪峰值及流速值是近些年的最大值，棧橋及鉆孔平臺均安然渡汛，證明鋼管混凝土組合樁應(yīng)用于砂卵石地層，其承載力、抗沖傾覆穩(wěn)定性可靠。

鋼管混凝土組合樁技術(shù)成功運用，為在砂卵石地質(zhì)建設(shè)棧橋、操作平臺等等施工措施，為工程建設(shè)提供可靠的技術(shù)參考，且鋼管兼作鉆孔樁的護筒，一物兩用，不再做專用護筒，節(jié)約材料與工序，降低了成本；具有廣的推廣前景。