湯忠國

（中鐵大橋局集團第二工程有限公司，江蘇南京210015）

0 引言

深水主航道大直徑鋼管樁拔除施工實屬一項施工技術難題，目前尚無經驗可循，計算理論、拔樁工藝、設備選型還屬于探索階段。本文結合滬蘇通長江大橋主航道沉井鋼錨樁、防撞樁拔除施工，對位于深水主航道大直徑鋼管樁拔除施工工藝、設備選型及施工方案等進行詳細介紹，為深水主航道大直徑管樁拔除作業(yè)積累經驗。

1 工程概況

滬蘇通長江大橋主航道橋采用雙塔五跨鋼桁梁斜拉橋方案，孔跨布置為：（140+462+1092+462+140）=2296m。橋式布置如圖1所示。

26#墩～31#墩橋墩基礎均采用沉井結構，沉井上部為鋼筋混凝土，下部為鋼沉井，其中28#墩主墩鋼沉井采用工廠整體制造、浮運至墩位的施工方案，鋼沉井定位著床采用“大直徑鋼錨樁+混凝土重力錨”的錨碇系統(tǒng)，主錨為直徑φ3.5m、壁厚δ32mm 鋼管樁；后續(xù)為確保主橋施工階段安全，在錨樁位置增加直徑φ2.5m、壁厚δ20mm 鋼管樁及連接系形成防撞體系。鋼管樁插打時間2014年，樁周土沉積固化6年。沉井錨樁、防撞樁布置圖如圖2所示。

此次需要拔除鋼管樁數(shù)量15 根，結構特點及規(guī)格型號如表1所示。

表1 鋼管樁結構特點及規(guī)格型號

2 施工方案比選

2.1 管樁摩阻力計算

2.1.1 鋼管樁周圍地質情況

沉井鋼錨樁、防撞樁主要穿入細砂、粉砂層，樁周土與管樁側模阻力及各土層標高如表2所示。

表2 管樁位置地質情況表

2.1.2 鋼管樁側摩阻力計算

根據管樁貫入土層深度及樁周土與鋼管樁摩阻特性計算鋼管樁的側摩阻力Tv：

式（1）中：Tv—管樁側模阻力和；

D—鋼管樁直徑；

fi—樁周土與鋼管樁之間的摩阻力標準值；

Hi—貫入土層深度。

計算原則如下：

樁外摩阻力fi取值參照表2：管樁地質情況表內樁周土與鋼管樁之間的極限摩阻力值；

樁內摩阻力不得大于樁內土層自重；

鋼管樁側摩阻力。計算結果如表3所示。

表3 鋼管樁摩阻力計算結果

2.2 施工方案比選

管樁摩阻力最大約24000kN，且管樁位于深水主航道內，綜合考慮管樁摩阻力、施工工期及安全性及經濟性，經過方案比選（表4），選用方案5：樁內外吸砂+振動液壓錘拔樁進行大直徑鋼管樁拔除施工。

表4 方案比選

3 設備選型

3.1 吸泥機

樁內吸砂采用空氣吸泥機，最大深度距離水面60m，根據空氣負壓計算，吸泥管采用φ299mm，壁厚10mm 鋼管，配備一臺23m3/min 的空氣壓縮機，同時為了保證吸泥效果，配置高壓射水管，高壓射水沖破積壓硬土層或者砂石塊，達到快速吸泥效果，提高清理速度，高壓水泵采用10～20MPa 高壓泵，射水壓力控制在1.5～2.5MPa。空氣吸泥機結構如圖3所示。

3.2 液壓振動錘

為使鋼管樁周圍土層快速“液化”，振動設備要綜合考慮激振力、拔樁力、夾持力的要求，具體如下：

3.2.1 在鋼管樁采用浮吊配合振動液壓錘振動拔除施工中，當選擇振動打樁錘時，要求管樁靜側摩阻力之和Tv=πD∑fiHi＜1.3×激振力F1 時，液壓振動錘夾持管樁振動后可快速將土層快速液化，管樁吸砂后，Tvmax=12710kN，因此要求液壓振動錘激振力F1＞9776.9kN。

3.2.2 鋼管樁在上拔過程中，要求振動錘拔樁力F2 主要克服管樁的動側摩阻力、管樁及振動錘自重，F(xiàn)2＞μTv+G1+G2，其中動摩擦系數(shù)μ=0.1～0.2，根據以往施工經驗取值μ=0.18。因此要求振動錘拔樁力F2＞0.18×12710+2006.4+G2=4294.2kN+G2。

綜上所述，選用YZ-400B×2 雙聯(lián)動振動錘，激振力F1=10740kN，拔樁力F2=5000kN。YZ-400B×2 雙聯(lián)動振動錘參數(shù)如圖4 和表5所示。

表5 YZ-400B×2 兩臺聯(lián)動振動錘主要技術性能表

3.3 浮吊船選型

主墩沉井φ3.5m 鋼管樁最大重量200.6t，YZ-400B×2 最大拔樁力5000kN、振動錘重量65.05t，因此要求浮吊吊重≥765.66t。根據設備需求及檔期，現(xiàn)場選用穩(wěn)強3 號1300t 浮吊船，參數(shù)如圖5所示。

4 施工技術

4.1 工藝流程

施工準備—管內吸砂至樁底—浮吊船、振動錘、駁船就位—振動錘振動拔樁—鋼管樁截斷—豎直旋轉平放至駁船上—運輸至碼頭—進入下一循環(huán)直至管樁全部拔除。

4.2 樁內吸砂

鋼管樁內吸砂時，先在管樁頂部搭設吸泥平臺，安裝吸泥機及管路，啟動空氣吸泥機進行樁內吸砂，同時做好管內補水，確保管內管外水差一致。吸泥過程每間隔2h 測量一下樁內泥面，確定吸泥效果。管內吸泥整體布置如圖6所示。

4.3 船舶站位

鋼管樁拔除施工，位于長江大橋深水主航道內，往來船舶眾多，受船舶、漲落潮影響較大，存在較大安全風險，因此需要提前規(guī)劃船舶站位、拋錨要求，并上報海事單位報批，發(fā)布通航公告，做好施工區(qū)域安全警戒?，F(xiàn)場施工時，浮吊船、機駁船系纜連接在一起，浮吊船“‘八’字錨”拋錨定位，拋錨距離150m，角度成30o，同時航道前方設置警戒船，高頻喇叭循環(huán)播放施工信息，通知過完船舶遠離施工區(qū)域航行。船機布置圖如圖7所示。

4.4 管樁拔除

沉井錨樁、防撞樁大直徑鋼管樁按照先上游后下游的順序拔除，具體拔除工序如下：

第1 步：浮吊船、運輸船舶、振動液壓錘、吊具鋼絲繩等設備全部就位，檢查驗收各設備運轉及結構安全情況，并辦理檢查簽證。

第2 步：啟動振動錘，振動錘夾具4 點夾持鋼管樁，單點夾持面積為長220mm×高220mm。YZ-400B×2 最大激振力F=10740kN，此時夾持面積鋼管受力如下：

σ =Fy / 4A=10470 × 103/(4 × 220 × 3 × 32) =123.9MPa＜[σ]=300MPa，夾持面滿足受力要求，但是為防止夾頭位置鋼板高溫損壞，要求在夾持范圍增設δ20mm 鋼板。

第3 步：浮吊緩慢松鉤，將帶力降至最小。然后開啟振動錘，緩慢增加振動錘激震頻率，振動管樁周圍土層，降低土層與管樁摩阻力。

第4 步：待管樁開始振動下沉后，繼續(xù)振動管樁，此時浮吊起鉤，邊振動邊將管樁緩慢拔除。管樁拔出過程，做好浮吊船起吊重力觀察，要求浮吊吊重示數(shù)＜振動錘最大拔樁力F1+管樁自重G1+振動錘自重G2。

第5 步：管樁拔升高度預計20m，此時管樁入土深度＞10m，暫停拔樁施工，將管樁固定在船頭導向架內。然后在距離導向架上方1.5m 位置開始火焰切割管樁，將管樁一分為二，上部長度20m，下部長度約45m，如圖8所示。

第6 步：管樁截斷后，在距離管樁端口20cm 位置開φ75 銷軸孔，并焊接φ（200-75），δ20mm 的補強板，防止鋼板撕裂。然后吊耳孔內安裝55t 卸扣，2 根6*36WS+1WR-1870-56mm，L=12m 的鍍鋅鋼絲繩，形成豎向旋轉吊點，然后與1300t 浮吊副鉤連接。

第7 步：浮吊船主鉤、副鉤配合旋轉管樁，副鉤起吊管樁底部保持吊高不變，主鉤夾持振動錘緩慢下落，下落過程注意各鋼絲繩帶力觀測，要確保吊耳、卸扣、鋼絲繩各吊點受力均勻。待管樁下落是水平后，旋轉浮吊扒桿，將管樁平穩(wěn)放在運輸駁船固定支座上，并做好限位固定，然后解除吊具鋼絲繩、振動錘與管樁之前的連接。

第8 步：浮吊船、振動錘夾持剩余段管樁繼續(xù)拔樁，豎向旋轉平放至運輸駁船，循環(huán)施工，完成剩余管樁拔除施工。

4.5 拔樁預案

若錨樁、防撞樁拆除過程中，拔樁阻力過大，施工困難時，可考慮利用空氣吸泥機對管樁樁周外圍進行掃吸，減少管樁的側摩阻力，經計算φ3.5m 管樁樁外每吸泥1m，摩阻力減小329.7kN。

5 結語

滬蘇通長江大橋深水主航道大直徑鋼管，通過采用樁內吸砂，浮吊船配合YZ-400B×2 雙聯(lián)動液壓振動錘拔樁施工技術，已順利完成φ3.5m、φ2.5m 大直徑鋼管樁拔除施工，經過現(xiàn)場拔樁施工驗證，管樁摩阻力計算、設備選項、施工工藝均較好滿足現(xiàn)場施工要求，可為后續(xù)深水主航道、超大埋深、大直徑鋼管樁拔除施工提供參考借鑒。