李業(yè)勛，朱奕帆，左小永，鄧文彬

（中交第三航務工程局有限公司，上海，200032）

引言

內河深水裸巖地質嵌巖鋼管樁施工多采用板凳平臺、水上平板駁和搭設臨時施工平臺的方法。

板凳平臺法采用四根樁作為支撐，上設可調節(jié)的鋼平臺作為沖擊鉆樁機施工平臺，平臺四角采用四個錨錠固定，但板凳平臺的吊裝難度較大，且施工過程中穩(wěn)定性較差。

水上平板駁法采用平板駁作為施工平臺，四角利用卷揚機做錨機進行錨固，平臺上設置沖擊鉆進行嵌巖樁施工，由于沖擊鉆鉆頭重量比較大，沖擊鉆沖擊過程中，駁船一側受力不斷變化，造成船舶的搖擺現(xiàn)象嚴重，施工過程中穩(wěn)定性差。

搭設臨時施工平臺施工法采用釣魚法搭設鋼結構施工平臺[1]，吊裝沖擊鉆進行嵌巖鋼管樁施工，但鋼材等施工材料耗費量大，且每次搭設一次平臺僅有兩個樁位可施工，施工效率低。

1 工程概況

昭華湘江大橋是一座獨塔自錨式不對稱跨度懸索橋，主橋為鋼箱梁和混凝土現(xiàn)澆結構（圖1），大橋橋位處河床覆蓋層較?。ê穸燃s0.25～1.0 m），局部區(qū)域為裸巖地質，橋位處各主要巖土層力學參數(shù)建議值見表1。輔助橋梁施工的鋼棧橋臨時便道、現(xiàn)澆箱梁支架體系、鋼箱梁頂推臨時墩和塔吊基礎利用嵌巖鋼管樁為基礎，共計605 根，嵌巖總長 3 655.0 m。

圖1 昭華大橋主橋結構及臨時墩布置示意圖

表1 各主要巖土層力學參數(shù)建議值

結合海上施工平臺的思路[2-5]，利用大型平板駁作為施工平臺，并安裝可液壓調節(jié)的支腿，將駁船改造成為快速移動和穩(wěn)定安全的水上大型施工平臺，并開發(fā)護筒自動化快速定位系統(tǒng)，進行深水裸巖地質嵌巖鋼管樁的快速施工。

2 施工工藝

內河深水裸巖地質嵌巖鋼管樁快速施工關鍵技術主要包括船機改造、快速定位、旋挖鉆孔和水下植樁等4 部分，嵌巖鋼管樁示意圖和施工流程見圖2 和圖3。

圖2 嵌巖鋼管樁示意圖

圖3 施工總體流程圖

1）船機改造：在大型平板駁上設置液壓支腿和錨錠系統(tǒng)實現(xiàn)了施工平臺的快速移動和穩(wěn)定安全，開發(fā)了護筒自動化快速定位系統(tǒng)，利用快速移動的施工平臺和護筒自動化快速定位系統(tǒng)；

2）旋挖鉆孔：嵌巖鋼管樁用旋挖鉆（中聯(lián)ZR220A）成孔，栽樁孔直徑比樁徑大50.0 cm，以保證鋼管樁內外均被混凝土包裹，成孔過程中要嚴格設備和平衡堆載以保證施工平臺船的穩(wěn)定性；

3）水下植樁：旋挖鉆成孔后，采用導管向孔內澆筑水下混凝土，將鋼管樁插入水下混凝土中，并利用護筒進行限位直至混凝土強度達到 7.5 Mpa 后，解除限位打開定位系統(tǒng)拔出鋼護筒。

3 船機改造

3.2 液壓支腿

水上作業(yè)平臺選擇55.0×14.0×1.5 m 的平板駁，為保證平臺的穩(wěn)定性，在平臺四周設置4 根鋼樁作為施工平臺的穩(wěn)定支腿。支腿直徑為0.6 m、長度為20.0 m、重量為20.0 t，支腿底部制作成錐形形成樁尖，以便插入河床。在樁尖的5m 以上，每間隔50 cm 設置一個直徑為8.0 cm 的銷孔，中間插入鋼質銷棒孔，銷棒直徑為7.5 cm、長度為 1.0 m，兩端下方設置液壓頂升系統(tǒng)，以便支腿提升。

3.2 錨纜系統(tǒng)

平板駁在施工區(qū)域采用卷揚機加錨錠結構進行移動。在平板駁上焊接6 臺5.0 t 卷揚機，并通過直徑為Φ17.5 mm 的鋼絲繩連接6 個自制錨錠輔助定位和移動。由于施工區(qū)域覆蓋層較薄，若采用普通船舶的錨無法有效的錨固在河床上，自制錨錠設計為鋼混結構，錨體采用直徑為1.8 m、壁厚為15 mm 的鋼圓筒，鋼圓筒四周交錯焊接工14鋼，內部焊接十字交叉隔板，最后灌注混凝土形成錨錠，單個錨錠重量約7.0 t。

圖6 鋼護筒混凝土錨錠

4 快速定位

采用傳統(tǒng)導向架施工存在焊接及切割工作量大、定位困難、精度低耗時長等不足。為實現(xiàn)快速精準定位，在平板駁的甲板上及側舷上各設置一條軌道，使導向架能到沿平板駁方向滑移；設計籠式分體結構導向架，使得導向架既能確定樁基平面位置，又能控制樁基垂直度，并且樁基施工完成后，可通過液壓裝置，將導向架分體，從而實現(xiàn)與樁基的脫離，避免了焊接與切割作業(yè)。在導向架上安裝GPS，實時讀取導向架的坐標，確保導向架的準確度，實現(xiàn)了導向架的快速定位并提高導向架的精度。

5 旋挖鉆孔

采用快速定位系統(tǒng)完成定位后下放鋼護筒，鋼護筒采用壁厚為12 mm 的鋼板卷制而成，護筒直徑比成孔直徑大30.0～60.0 cm，同時應符合《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F50-2011）的規(guī)定。履帶吊（QUY80 履帶吊）吊裝鋼護筒至設計位置，再利用振動樁錘（DZ-90A）進行護筒震沉，由于橋位處基本為裸露的泥質粉砂巖，護筒可以入巖深度約30.0～50.0 cm，保證護筒底部在水流沖擊力下不發(fā)生位移。護筒震沉后，測量員復核測量護筒垂直度和坐標位置。嵌巖鋼管樁用旋挖鉆（中聯(lián)ZR220A）成孔，栽樁孔直徑比樁徑大50.0 cm，以保證鋼管樁內外均被混凝土包裹。成孔過程中設備和平衡堆載要嚴格按照計算方案指定位置停放，保證施工平臺船的穩(wěn)定性。

圖7 嵌巖鋼管樁成孔及栽樁流程圖

6 水下植樁

嵌巖鋼管樁旋挖鉆成孔后，采用導管向孔內澆筑水下C30混凝土，水下混凝土標高與河床面相同。在水下混凝土初凝前，將鋼管樁插入水下混凝土中；若鋼管樁嵌巖深度過大，鋼管樁自重無法完成沉樁，可采用振動樁錘震沉至設計標高，但不可過震，避免樁周混凝土離析而損失混凝土握裹力。鋼管樁沉樁到位后，在護筒上焊接限位措施保證鋼管樁的垂直度；若鋼管樁嵌巖深度較小或鋼管樁自重較大，需利用鋼護筒保證鋼管樁的標高。等到水下C30 混凝土強度達到7.5 Mpa后，解除限位打開定位系統(tǒng)拔出鋼護筒。

采用板凳平臺+沖擊鉆、駁船+沖擊鉆、臨時平臺+沖擊鉆等施工方法進行內河巖質地基嵌巖鋼管樁施工，平均4 天完成1 根樁基；使用內河深水裸巖地質嵌巖鋼管樁快速施工技術后，平均1 天完成4 根樁基，施工工效提高了16 倍。

7 計算檢測

嵌巖鋼管樁是在巖層上鉆孔后再植入樁基形成了型鋼混凝土結構，樁端深入混凝土中5.0 m，大于5 倍樁徑。

7.1 規(guī)范計算

考慮鋼管樁自身強度、樁周及樁基底部混凝土發(fā)生破壞和樁周及樁基底部混凝土不發(fā)生破壞三種模式，嵌巖鋼管樁承載力計算可分為鋼樁強度、開口鋼管樁和嵌巖樁三種計算方法。

1）鋼樁強度

鋼管樁直徑為0.8 m，壁厚為12 mm，采用Q235 鋼材，Q235 鋼材容許抗壓應力為215 Mpa，鋼管樁鋼材的最大承壓重量為6 086.8 kN。

2）嵌巖樁

假設鋼管樁和內外混凝土形成了型鋼混凝土結構，樁周及樁基底部混凝土不發(fā)生破壞，參照《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.3.9 條嵌巖樁進行計算，計算得出樁基極限承載力為6 755.7 kN。

3）開口鋼管樁

因嵌巖鋼管樁內外部都填充了混凝土，將樁周及樁基底部混凝土假定為土體可發(fā)生破壞，參照《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.3.7 條開口鋼管樁進行計算。栽樁采用C30水下混凝土，強度值為35.0 MPa，樁周摩阻力標準值取值為0.15 MPa[6]；鋼管樁直徑為0.8 m，樁端進入持力層深度與鋼管樁外徑的比值大于5，樁端土塞效應系數(shù)取0.8，按照規(guī)范公式5.3.7-1 計算得出樁基極限承載力為3 089.8 kN。

根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.2.2 條安全系數(shù)取2.0，取以上三種情況結算結果最小值為嵌鋼管樁極限承載力為3 089.8 kN，則理論計算嵌巖鋼管樁承載力特征值為1 544.9 kN。

7.2 試驗檢測

水上嵌巖鋼管樁采用高應變動力檢測方法進行檢測，試驗采用武漢巖海工程技術有限公司Case 法高應變分析程序進行分析。本次試驗的錘重為4.0 t，沖擊高度為4.0 m，其余現(xiàn)場檢測設備所采用的樁基動測儀、加速度傳感器和工具室應變儀規(guī)格型號詳見表2，高應變動力檢測的1#、2#鋼管樁豎向抗壓承載力特征值分別為1 630.5 kN 和1 584.0 kN（詳見表3），滿足設計要求。

表2 現(xiàn)場檢測設備一覽表

表3 高應變動力檢測結果表

8 結語

通過內河深水裸巖地質嵌巖鋼管樁快速施工關鍵技術，主要得出了以下結論：

1）研發(fā)了“大型平板駁+液壓支腿+錨纜系統(tǒng)”施工平臺，為內河深水巖質地基快速成孔設備提供了快速移動、穩(wěn)定可靠的施工平臺；

2）設計了鋼護筒快速精準定位限位系統(tǒng)，實現(xiàn)了護筒限位裝置快速滑移和精準限位，應用旋挖鉆代替沖擊鉆進行水上成孔，提高了施工效率；

3）形成了內河深水裸巖地質嵌巖鋼管樁快速施工技術，平均工效為1 天完成4 根樁基，較傳統(tǒng)施工工效提高了16 倍；

4）對比嵌巖鋼管樁破壞三種模式得出嵌巖鋼管樁承載力特征值為1 544.9 kN，高應變動力檢測最小值為1 584.0 kN，滿足1 500.0 kN 的設計要求。