韋才超 師為明 陶 凱

（1.廣西北投公路建設(shè)投資集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241060）

0 引言

我國西部、西南部地區(qū)是水力發(fā)電的重點區(qū)域，水利資源豐富，水電開發(fā)程度較高。但日益增多的水電庫區(qū)也為公路、鐵路橋梁的建設(shè)帶來了諸多挑戰(zhàn)與困難，深水庫區(qū)橋梁日益增多，施工難度不斷加大。

建國以來，我國在橋梁深水樁基礎(chǔ)施工實踐上積累了大量的經(jīng)驗，尤其面對深水、裸巖、無大型水上施工設(shè)備的庫區(qū)等條件，如寧波大榭島跨海大橋[1]，此橋為主跨170m的連續(xù)剛構(gòu)梁橋，樁位處水深約40m且為堅硬的裸露巖面；還有諸如蘭渝鐵路渠江特大橋[2]、上江埠大橋[3]、福建省南平樟湖庫區(qū)大橋[4]等，其中位于淳安縣千島湖庫區(qū)的上江埠大橋首次在設(shè)計階段就考慮了采用浮式平臺進行庫區(qū)深水大直徑樁基施工的可行性。

但國道G357田林經(jīng)八桂至定安公路八渡三橋2#主墩項目具有上述施工案例所沒有的特殊條件，如水深達46m、大落差、山嶺重丘區(qū)獨特的地形地貌地質(zhì)條件等，現(xiàn)有研究成果無法妥善解決該工程項目涉及到的特殊問題，有必要進行進一步地深入研究。

1 工程概況

該項目位于廣西壯族自治區(qū)百色市田林縣八渡瑤族鄉(xiāng)，地處山嶺重丘區(qū)，交通運輸條件極差。該橋梁設(shè)計橫跨馱娘江瓦村水電站庫區(qū)，距離下游瓦村水電站約20km，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計采用（93+168+93）m預(yù)應(yīng)力混凝土變載面連續(xù)箱梁剛構(gòu)體系，下構(gòu)橋墩為空心薄壁墩，主墩承臺設(shè)計為高樁承臺，尺寸為13.2m×13.2m×4m（長×寬×高），由9根Φ2.2m的嵌巖樁基礎(chǔ)組成，最大樁長56.5m。其中，2#主墩位于深水區(qū)域，最大水深可達46m，最大年水落差達16m，最大日落差可達2.6m以上，水位變化大。橋型布置圖如圖1所示。

圖1 橋型布置圖

2 先浮后鋼的施工方案及工藝流程

由于2#墩最大水深可達46m且為裸巖地質(zhì)，無法采用傳統(tǒng)的鋼平臺搭設(shè)方法進行施工，因此采用“先浮后鋼”的施工方法，消除大落差帶來的水位不確定性影響。

先利用浮式平臺作為臨時施工平臺進行角點鋼護筒的定位、沉放，然后在先行施工的鋼護筒上加焊牛腿，搭設(shè)鉆孔平臺。由于鋼護筒最重可達50t，需要使用大型水上起重設(shè)備進行分節(jié)下放、接高，但該項目又地處山嶺重丘區(qū)，交通不便且施工水域不通航，大型水上起重設(shè)備無法直接進入，只能采取先將80t浮吊異地分解成便于運輸?shù)男K，再分別運至現(xiàn)場組裝的方式。

由于2#墩樁位處無覆蓋層，需進行鋼護筒的栽設(shè)。先利用沖擊鉆預(yù)先在樁位處沖孔（直徑3m、重14.5t的重錘），沖擊出5m左右的深坑，清孔后鋼護筒分節(jié)下放至坑底，最后澆筑孔底錨固混凝土，待混凝土強度形成后再進行下一步施工。

鋼平臺搭設(shè)完成后采用JK-15大直徑?jīng)_擊鉆機進行沖擊成孔，浮吊安裝鋼筋籠，導(dǎo)管法澆筑水下混凝土，混凝土采用岸上攪拌站攪拌，罐車通過便道運至現(xiàn)場，再通過拖泵泵送至施工部位。鋼護筒及平臺施工流程如圖2所示。

圖2 鋼護筒及平臺施工流程圖

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 浮式平臺穩(wěn)定性計算

浮式平臺使用的浮箱屬于六七式舟橋器材的非機動舟部分，由12個標準舟節(jié)（浮箱）拼組而成，每個標準舟節(jié)長9m，寬2.7m，甲板至舟底高1.5m，全高1.65m，重4.65t?？v向通過底部丙丁接頭和上部舷緣角鋼上拉緊螺栓連接，橫向通過底部螺柱鉤連接。結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示，各部分計算高度及重量如表1所示。

圖3 浮式平臺平面布置圖

表1 各部分計算高度及重量

該庫區(qū)橋梁水流速度V≤0.1m∕s，水面開闊，在上部結(jié)構(gòu)自重、鉆機作業(yè)、鋼護筒下放等工況下，根據(jù)傾角Φ計算公式：

及穩(wěn)心高度計算公式：

公式（1）、（2）中：

M——相應(yīng)工況下的彎矩；

r——豎向荷載；

ρ——浮心高度；

α——重心高度。

將表1中各部位的數(shù)據(jù)代入公式（2）中，得到平臺穩(wěn)心高度H值為63.09m＞＞0，故安全性滿足要求。

再經(jīng)公式（1）計算，得到鉆孔作業(yè)工況下本平臺最大傾角Φ為1.8°，鋼護筒下放工況下最大傾角Φ為3.6°，最大傾角均滿足“在鉆孔作業(yè)、鋼護筒下放時要求平臺不能有過大晃動，鉆孔傾角限制不能超過3°，鋼護筒下放傾角限制不超過5°的要求。

此外，在水位漲落、正常作業(yè)平臺晃動超過2cm時，為及時調(diào)整錨繩以保證平面位置，減小晃動，平臺的錨碇采用重量為5t的混凝土錨；橫橋向為主風(fēng)方向，采用橫橋向設(shè)8個八字形錨碇，牽引調(diào)節(jié)采用?20鋼絲繩。

3.2 長大鋼護筒施工關(guān)鍵技術(shù)

由于是長大護筒，鋼護筒內(nèi)徑按大于設(shè)計樁徑R為30cm考慮，內(nèi)徑r為2.5m，壁厚d為16mm，鋼護筒頂?shù)卓?.5m范圍均設(shè)置10mm厚加強箍，材質(zhì)均為Q235B。鋼護筒在總部加工場分節(jié)段加工，經(jīng)驗收，滿足質(zhì)量標準要求后，由駁船運至現(xiàn)場分節(jié)下放和接長。

根據(jù)目前施工水位，鋼護筒在下放過程中最大懸臂高度可達40m。在水流力作用下，護筒底口相對于頂部其平面位置和垂直度將發(fā)生一定偏差，考慮流速V=0.1m∕s，經(jīng)有限元計算，固定端最大應(yīng)力σ=0.392×107Pa，懸臂端最大位移f=4.353mm。由此可知，鋼護筒、浮式平臺受水平應(yīng)力影響較小，護筒垂直度受水流作用的影響可以忽略。懸臂端位移及固定端Von Mises 應(yīng)力云圖如圖4所示。

圖4 懸臂端位移及固定端Von Mises應(yīng)力云圖

3.2.1 導(dǎo)向裝置

為解決水深較大、水上高度占比較小、鋼護筒垂直度難以保證的難題，主墩鋼護筒導(dǎo)向裝置采用型鋼焊接組成的超高雙層“井”字形框架結(jié)構(gòu)，上下層導(dǎo)向框間距為4.1m，總高度5.28m，比常規(guī)導(dǎo)向架高度大2～3m。鋼護筒導(dǎo)向分節(jié)下放如圖5所示。

圖5 鋼護筒導(dǎo)向分節(jié)下放

3.2.2 鋼護筒錨固

由于樁位處無覆蓋層且水深較大，如果采用人造覆蓋層的方法，一方面存在實施難度大，回填精度難以控制；另一方面經(jīng)濟性較差，回填周期長，同時也不利于環(huán)境保護。經(jīng)過對比分析，最終選擇預(yù)沖孔植樁錨固的施工方法，流程如下：

（1）浮式平臺完成后，準確測量放樣出兩角點樁位，2臺JK-15型沖擊鉆機對稱擺放，以確保平臺受力均衡。正式開鉆前，再次復(fù)核樁基平面位置，鉆機配備直徑3m的鉆頭，鉆孔開始時采用小沖程進行沖擊，待鉆進一定深度后再加大沖程，鉆進過程中及時采用掏渣桶進行清渣。

（2）重復(fù)鉆孔、清渣，直至鉆孔深度達到5m（錨固深度不小于2D，D為鋼護筒直徑）。

（3）按照上述方案下放鋼護筒至孔底，下放前在鋼護筒底部開4個V型槽口，目的是便于混凝土溢流到鋼護筒外側(cè)并包裹鋼護筒。

（4）采用導(dǎo)管法灌注錨固混凝土，澆筑時注意均衡對稱澆筑，待混凝土澆筑高度齊平護筒外側(cè)巖面，護筒內(nèi)混凝土面不再升高時停止灌注。

3.2.3 水下混凝土澆筑錨固

采用直徑3m 的鉆頭，由于是在浮式平臺上進行沖孔，在鉆機作業(yè)時浮式平臺會發(fā)生一定晃動，即提鉆時在重力作用下發(fā)生前傾，落鉆時在浮力作用下又發(fā)生后仰，這就導(dǎo)致錘頭發(fā)生擺動。隨著深度的增加，錘頭擺動幅度受到孔壁的影響，因此最終形成圖6的孔形。由于空間足夠大，可直接采用直徑30cm的導(dǎo)管在護筒四周對稱澆筑水下混凝土錨固，無需如圖7所示在護筒內(nèi)澆筑，一方面錨固混凝土體積更大，護筒更加穩(wěn)固；另一方面可以減少不必要的重復(fù)鉆孔作業(yè)，提高效率，節(jié)約混凝土。

圖6 實際鋼護筒錨固效果

圖7 原設(shè)想鋼護筒錨固效果

3.3 可升降主墩鋼平臺

為解決大落差帶來的水位不確定影響，除采用浮式平臺進行鋼護筒下放、定位施工，以適應(yīng)水位變化外，2#主墩鋼平臺在進行臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計、驗算時，考慮采用一種標高可調(diào)裝置，在平臺提升工況下，能確保結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定，具體做法如下：

首先在前期先行施工完成的四根角點鋼護筒上設(shè)置牛腿，每根鋼護筒采用2HM588×300型鋼，按照十字型布置設(shè)置4個牛腿。在岸上加工廠采用HM588×300型鋼主梁焊接整體式主梁框架結(jié)構(gòu)，上鋪橫向分配梁工25a及縱向分配梁工14，分配梁上鋪8mm花紋鋼板。考慮工效以及起重要求，首先在陸上加工平臺骨架（主梁），骨架結(jié)構(gòu)焊接完成后采用浮吊整體吊裝，安置在護筒牛腿上，通過加勁板與牛腿固定連接，最后鋪設(shè)縱橫向分配梁和花紋鋼板。鉆孔平臺主梁自重約52t，平臺吊裝工況下80t浮吊最大負荷64t＞52t。低水位時平臺的標高為+295.00m，當(dāng)水位發(fā)生變化或觸及預(yù)警線時，需立即接高鋼護筒并提升施工作業(yè)平臺，平臺提升系統(tǒng)采用4個75t千斤頂、直徑32mm的精軋螺紋鋼組成，如圖8所示。

圖8 平臺提升系統(tǒng)示意圖

3.4 鉆孔樁施工

鉆孔樁施工采用沖擊鉆機，為保證鉆孔樁施工過程中的安全和成樁質(zhì)量，鉆孔施工采取隔孔鉆進的原則進行，相鄰兩根樁不得同時成孔或澆筑混凝土，以免擾動孔壁，發(fā)生串孔、斷樁事故。

由于該樁基全長均位于強-中風(fēng)化砂巖地層，需要回填黏土輔助孔底造漿，泥漿循環(huán)采用氣舉反循環(huán)，泥漿主要起到懸浮、攜帶鉆渣的作用。鉆進過程中采用常規(guī)的鉆進工藝即可，但要實時觀察鉆機的晃動情況及水位變化情況，及時調(diào)整錨繩。

4 結(jié)束語

通過對該橋梁深水樁基施工技術(shù)研究，提出在水深46m、大落差、無大型水上施工設(shè)備、復(fù)雜地質(zhì)（裸巖）等條件下樁基施工的關(guān)鍵技術(shù)，得到結(jié)論如下：

（1）通過對浮式平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計及穩(wěn)定性分析，豐富了深水樁基浮式平臺的理論基礎(chǔ)；

（2）通過預(yù)沖孔植樁錨固施工技術(shù)，解決了46m水深時無覆蓋層、裸巖條件下鋼護筒的定位問題；

（3）采用先浮后鋼的施工工藝及研發(fā)可升降鉆孔平臺，解決了應(yīng)對大落差時施工平臺的選擇及標高控制問題。

通過實施以上系列技術(shù)，為建設(shè)國道G357田林經(jīng)八桂至定安公路2#標段八渡三橋施工提供有力支持，同時為我國庫區(qū)深水橋梁的設(shè)計、施工提供有益參考，為同類型項目積累寶貴經(jīng)驗，推動了該領(lǐng)域施工技術(shù)的進步。