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        水中樁基施工平臺鋼護(hù)筒糾偏對策

        2021-04-30 03:33:30
        四川水泥 2021年5期
        關(guān)鍵詞:樁基振動施工

        (上海建工集團(tuán)股份有限公司海外事業(yè)部 20032)

        1 工程背景

        柬埔寨格羅奇馬湄公河大橋13#~16#主墩均采用整體式承臺+10 根大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑2.0m,梅花形布置,承臺底面標(biāo)高+9.0m。本工程水中鉆孔灌注樁采用沖擊成孔工藝,施工平臺采用鋼護(hù)筒作為支撐樁,護(hù)筒由Q235b 鋼材卷制,直徑2.3m,壁厚16mm,頂部和底部均設(shè)1m 加強(qiáng)區(qū),并在頂部焊接鋼牛腿。

        主墩樁基計劃主要集中在旱季施工,水位多在+7.0m~10.0m,近些年雨季最高水位常在+16.0~+18.5m,河床泥面標(biāo)高約-6.0m,結(jié)合地質(zhì)條件經(jīng)經(jīng)驗計算,綜合有利于施工和成本控制角度,施工平臺頂面搭建標(biāo)高為+20.0m,鋼管樁總長40m,使用DZJ-180 振動錘入土約14m,800*600 鋼箱梁作為平臺上部結(jié)構(gòu)主梁擱置在護(hù)筒牛腿上,次梁選用30#b 工字鋼,1cm 厚鋼板網(wǎng)鋪面后與護(hù)筒頂齊平。

        在14#、15#主墩首批各2 根樁基已近成孔時,老撾首都萬象東南約560公里外阿速坡省在建桑片-桑南內(nèi)水電站(Xepian-Xe Nam Noy)突然發(fā)生潰壩,超50 億立方蓄水涌入湄公河,加速橋址水位不斷上漲,平臺整體向下游開始偏移,直至最后淹沒平臺,護(hù)筒傾斜,其頂部向下游位移超過1.0m,致使平臺失穩(wěn),護(hù)筒垂直度偏差過大。

        2 原因分析

        老撾潰壩事故導(dǎo)致湄公河水位暴漲,引發(fā)嚴(yán)重水災(zāi),在建大橋處水位日最大漲幅達(dá)90cm,極大增加了水流沖擊力。橋址為沖擊地層,均以中密~密實狀砂層為主,砂質(zhì)較純,黏粒含量低,膠結(jié)性較差,易受地下水滲流作用,水流的急劇加快,加之樁位上下往復(fù)沖擊成孔作業(yè),對護(hù)筒側(cè)壁及其周圍土層也不可避免的造成了一定的擾動,且目前該橋墩同批次開鉆的兩個孔位均已近設(shè)計樁底,恰巧也正處于最不利工況條件。正處河流彎道下游的特殊位置造就此處最大流速超過4m/s,達(dá)到歷史水文資料顯示流速2m/s 最大流速2倍以上,且超高洪峰裹挾上游大量漂流物,大型樹木居多,對護(hù)筒和鋼平臺的沖擊力進(jìn)一步加大。疊加柬埔寨上游周邊國家及柬當(dāng)?shù)剡B續(xù)反復(fù)受異常臺風(fēng)、降雨襲擊,水位持續(xù)保持在高位,最高達(dá)+20.2m,尚未完成首批灌注樁混凝土澆筑的14#及15#墩鋼護(hù)筒水平承載力不足以抗拒水流沖擊,導(dǎo)致平臺整體發(fā)生較大偏移,樁基施工不得不停止。

        3 應(yīng)急措施

        潰壩事件發(fā)生前,湄公河水位已漸漲,在加密水文變化和平臺變形監(jiān)測的同時,經(jīng)研究并預(yù)先對13#~16#主墩鋼平臺采取了如下有針對性的加固措施:

        1)檢查護(hù)筒頂部鋼牛腿焊縫,對有磨損有缺陷實施補(bǔ)焊,將鋼箱梁與牛腿原本的點焊加強(qiáng)至焊縫連接。

        2)鋼箱梁與護(hù)筒四周增設(shè)加勁板焊接,使牛腿、箱梁及護(hù)筒結(jié)合為整體。

        3)鋼箱梁下?lián)紊侠?,包括采?5#工字鋼等大規(guī)格型鋼,擱置在箱梁上的次梁與面板均采取焊接加固連接,使鋼平臺與基礎(chǔ)形成整體結(jié)構(gòu)。

        4)樁基鉆進(jìn)不停頓,成孔后迅速清孔并完成混凝土灌樁,利用已完工程樁作為施工平臺基樁加強(qiáng)其承載力和穩(wěn)定性。

        最大洪峰來臨前,將上述加固、反拉等一系列舉措搶抓冒險實施到位,首批已完成2~3 根樁基的13#、16#主墩平臺始終處于穩(wěn)定狀態(tài),未發(fā)生偏移;14#、15#平臺在經(jīng)受后續(xù)持續(xù)更高洪峰沖擊的情況下,偏位傾斜未惡化釀成質(zhì)量安全事故,盡力做到了鋼平臺的基本穩(wěn)定,偏位相對可控。根據(jù)監(jiān)測,這兩平臺鋼護(hù)筒均向下游偏移,其中14#平臺最大偏移為55cm,15#最大偏移為45cm,根據(jù)水流沖擊力推算可得鋼護(hù)筒彈性變形約20cm,則14#平臺鋼護(hù)筒實際偏位為35cm,15#為25cm。鑒于傾斜后的護(hù)筒中心已超出樁位允許偏差,垂直度偏差過大,沖擊錘頭無法自由降落沖擠底層形成樁孔,施工平臺承載力也不足以確保穩(wěn)定和安全,須處理后方能繼續(xù)施工。

        4 處理思路

        拆除鋼平臺、拔除鋼護(hù)筒后重建固然可行,且不失為誤差最小的處理方式,但拆除及吊裝工作量極大,還需動用大量大型船機(jī)設(shè)備,拔除護(hù)筒還需留足土層回復(fù)期,耗時費力且成本巨大。鑒于護(hù)筒入土不算太深,偏位不算大,以適當(dāng)復(fù)位、經(jīng)濟(jì)可行快速為原則,先試行整體糾偏,不解除平臺上部結(jié)構(gòu)與鋼護(hù)筒的連接,即在平臺頂部施加水平拉力使護(hù)筒復(fù)位,若不可行,則改為逐根護(hù)筒單獨糾偏。

        5 糾偏流程及施工方法控制

        根據(jù)現(xiàn)場15#墩鋼平臺偏位情況,結(jié)合水流水位及現(xiàn)場資源條件,具體糾偏流程如圖1所示。

        圖1

        5.1 整體糾偏方法

        現(xiàn)場水位下降至+15m,流速降至1.5m/s 以下時,擬利用現(xiàn)有上游錨塊,用平臺上焊接連牢的既有樁架卷揚機(jī)以階梯式逐漸收緊鋼絲繩,若此方法足以牽引鋼平臺,則結(jié)合鋼平臺受力狀況,盡可能使鋼絲繩收緊;待鋼絲繩無法收緊時,保持卷揚機(jī)制動,使整個平臺靜置一天以上;最后放松鋼絲繩,確定回彈量,計算向上游總的恢復(fù)量,再確定是否再收緊鋼絲繩。

        5.2 逐根糾偏方法

        將鋼平臺基樁鋼護(hù)筒逐根進(jìn)行糾偏,先將需要糾偏的這根樁做好臨時連接,然后割掉與箱梁的連接,與平臺分離,再用振動錘振動護(hù)筒,振動護(hù)筒時,對該根護(hù)筒進(jìn)行千斤頂撐、倒鏈拉或錨錠反拉等措施,配合振動錘恢復(fù)鋼護(hù)筒偏位。除3#、7#、10#樁以外的護(hù)筒為自下游側(cè)開始糾偏,3#、7#、10#護(hù)筒則從上游側(cè)進(jìn)行糾偏,10 根護(hù)筒將分成如圖2所示4 個批次。

        圖2

        5.2.1 準(zhǔn)備工作

        1)用沖錘沖掉15-2#樁孔內(nèi)臨時回填的混凝土;

        2)重新卷制并拼裝護(hù)筒,準(zhǔn)備吊耳等鋼材。對沖孔較深2#、8#、10#樁護(hù)筒采取接長6m,剩余接樁4m;

        3)對第1、2 批次護(hù)筒進(jìn)行接樁。

        5.2.2 下游側(cè)糾偏方法

        1)將8#護(hù)筒與9#用兩只手拉葫蘆將其頂部的吊耳相互連接起來,并釋放護(hù)筒與平臺及其他護(hù)筒的連接,此時保證9#、10#護(hù)筒與鋼箱梁處于連接狀態(tài);

        2)從平臺下游側(cè)開始,以鋼箱梁為順橋向限位,對8#鋼護(hù)筒進(jìn)行糾偏,使用振動錘夾緊護(hù)筒頂,開始振沉鋼護(hù)筒,按照振動錘振沉→導(dǎo)鏈向上游拉→振動錘振沉的順序反復(fù)循環(huán),直至護(hù)筒恢復(fù)設(shè)計樁位;

        3)待護(hù)筒恢復(fù)后,靜置12~24 小時,釋放葫蘆拉力,觀測護(hù)筒回彈量,根據(jù)護(hù)筒回彈量重復(fù)步驟2,直至護(hù)筒回彈后恢復(fù)至設(shè)計樁位,再與鋼箱梁重新焊接;

        4)1#、4#護(hù)筒按步驟1~3 類推糾偏后,將第一批3 根護(hù)筒整體加固,連為一體;

        5)釋放第二批9#護(hù)筒,保證單根護(hù)筒與其他部位無任何連接,此時保證8#、10#護(hù)筒與鋼箱梁處于連接狀態(tài),同樣以箱梁為順橋向限位,參照第一批次依次完成9#、2#和5#護(hù)筒糾偏后,將第一、二批護(hù)筒相互連接,并與平臺連為一體;

        6)釋放鉆機(jī)卷揚機(jī)反拉力,將鉆機(jī)吊離平臺,鋼絲繩端留在平臺上,妥善安置以備拉上游三根樁,同時保證懸掛在平臺外的部分不影響船舶移動;

        7)對三、四批護(hù)筒進(jìn)行接樁作業(yè);

        8)6#護(hù)筒按步驟1~3 類推糾偏后與第一、二批護(hù)筒和鋼箱梁連接。

        5.2.3 上游側(cè)糾偏方法

        1)抽芯纜纏住10#護(hù)筒,在護(hù)筒頂部兩側(cè)開孔,掛上35t 卡環(huán),接2 只10t 手拉葫蘆,葫蘆勾上28”鋼絲扣,鋼絲扣另一端同錨碇拉鎖用32”騎馬卡夾住連接牢固,收緊葫蘆使錨錠拉索逐漸受力;

        2)釋放該鋼護(hù)筒與平臺間的焊接連接;

        3)使用起重船“起一”起吊振動錘,夾緊護(hù)筒,開始糾偏,振動錘漸漸增大功率,采用振動錘振沉→千斤頂向上游推進(jìn)、收緊錨錠鋼絲繩處手拉葫蘆、收緊抽芯纜→振動錘振沉的順序,如下圖3所示,反復(fù)循環(huán)直至護(hù)筒恢復(fù)設(shè)計樁位;

        圖3

        4)解除抽芯纜,解除振動錘,靜置12~24 小時,釋放手拉葫蘆,觀察護(hù)筒回彈量;

        5)根據(jù)回彈量重復(fù)步驟3~5,保證外力釋放后護(hù)筒處于設(shè)計樁位,將該護(hù)筒與鋼箱梁重新連接;

        6)7#、3#護(hù)筒依次按上述步驟糾偏后與平臺進(jìn)行永久性連接,糾偏全部完成。

        6 糾偏施工重點注意事項

        1)測量觀測到護(hù)筒在順橋向偏移較小,可以忽略,故考慮糾偏過程中以鋼箱梁為限位,只對護(hù)筒進(jìn)行橫橋向糾偏;

        2)逐根糾偏護(hù)筒時,需將待糾偏的一根護(hù)筒上牛腿割除,以保證與平臺分離;其中一根糾偏完成后,再釋放下一根護(hù)筒;

        3)每根護(hù)筒糾偏前,需對平臺進(jìn)行開口,開口大小根據(jù)實際偏位確定,保證恢復(fù)時,該根護(hù)筒具有足夠距離位移至設(shè)計樁位;

        4)除2#、6#、9#護(hù)筒需配合對上游側(cè)護(hù)筒進(jìn)行頂推的工作外,其他護(hù)筒在糾偏完成后即可切割;

        5)護(hù)筒加焊后,需對焊縫處以弧形鋼板進(jìn)行加強(qiáng)處理,保證振沉過程中焊縫不會撕裂;

        6)振沉糾偏時,振動錘振動頻率控制在15-25Hz,嚴(yán)禁頻率過大,導(dǎo)致護(hù)筒振沉過快而不能正常糾偏;

        7)糾偏過程中,需測量員實時監(jiān)測,保證護(hù)筒準(zhǔn)確回到設(shè)計樁位。

        7 結(jié)語

        本文從柬埔寨格羅奇馬大橋主墩鋼護(hù)筒傾斜具體工程案例出發(fā),分析研究了特殊意外工況條件的平臺失穩(wěn)緊急避險措施,防止重大質(zhì)量安全事故發(fā)生,避免了較大經(jīng)濟(jì)損失,充分利用既有施工材料設(shè)備資源,對臨時施工平臺基樁鋼護(hù)筒發(fā)生的傾斜提出了有針對性的糾偏方法和具體施工流程,積累了一定的經(jīng)驗,以期對處理類似工程問題起到一定的啟發(fā)和指導(dǎo)作用。

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