朱 銘,易 魯

（中交第二航務(wù)工程局有限公司,湖北 武漢 430000）

0 引言

深水大型鋼護(hù)筒通常采用大型起重船整體或分節(jié)下放+振動(dòng)錘沉設(shè)到位，但面臨無(wú)大型起重船的庫(kù)內(nèi)施工，起重設(shè)備比較受限，針對(duì)無(wú)覆蓋層地質(zhì)振動(dòng)錘液化能力較差，無(wú)法將大直徑鋼護(hù)筒插釘至預(yù)期深度。

該文依托某PPP項(xiàng)目特大橋主墩樁基鋼護(hù)筒施工為背景，深入分析和總結(jié)了深水陡坡大直徑超長(zhǎng)鋼護(hù)筒埋設(shè)施工中，從設(shè)備選型到實(shí)施過(guò)程最后到實(shí)施效果的全過(guò)程施工技術(shù)，成功解決了橋位處深水、陡坡、巖面無(wú)覆蓋層等不利條件下的鋼護(hù)筒施工。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目線路全長(zhǎng)4.15 km，主橋?yàn)殡p塔雙索面半漂浮體系鋼混組合梁斜拉橋，全長(zhǎng)1 187 m[4×30 m鋼板組合梁+（60+160+500+160+60）m鋼混組合梁斜拉橋+4×30 m鋼板組合梁]。大橋跨越某水庫(kù)，其中6#主墩位于水庫(kù)區(qū)內(nèi)，橋位處最大水深48 m，且為深水陡坡裸巖地質(zhì)。橋型布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 特大橋橋型布置圖（m）

主墩為整體式承臺(tái)，承臺(tái)布置24根直徑2.8 m的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為66.0~73.0 m，持力層為中風(fēng)化砂質(zhì)板巖，巖層強(qiáng)度為42~52 MPa，樁基采用C35水下混凝土。

1.2 地質(zhì)水文條件

主墩位于某水庫(kù)水下一小山體的斜坡面上，離岸約120 m，水深23~45 m，河床標(biāo)高從+126.20~+139.30 m起伏變化，坡面平面坡度約35°，局部達(dá)到近45°。且橋位處表面為3~13.3 m的全風(fēng)化砂質(zhì)板巖，下層為完整性較差的強(qiáng)風(fēng)化巖層。

該水庫(kù)汛期為每年的4月1日至9月30日，300年一遇流速小于1 m/s，高低水位差約18 m，基礎(chǔ)沖刷深度小于1 m。橋位處2017—2019年最低水位為+147.91，最高水位為+167.94。該水庫(kù)汛期控制水位見(jiàn)表1。

表1 水庫(kù)汛期控制水位

1.3 鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)及加工

主墩樁基鋼護(hù)筒內(nèi)徑按大于設(shè)計(jì)樁徑20 cm考慮[3]，壁厚21 mm，型號(hào)選定為Φ3 100×21 mm，護(hù)筒頂標(biāo)高與鉆孔平臺(tái)頂面齊平，底標(biāo)高按入巖3.0 m[4]控制，單樁鋼護(hù)筒長(zhǎng)度根據(jù)各樁位處的實(shí)際巖面標(biāo)高確定，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為36~54 m不等。最大重量為84 t。受運(yùn)輸、起重設(shè)備限制，鋼護(hù)筒采用加工廠內(nèi)成品鋼板分節(jié)卷制，接長(zhǎng)至10 m分段，通過(guò)水運(yùn)轉(zhuǎn)至施工現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)安裝。

2 鋼護(hù)筒施工起重設(shè)備選型

庫(kù)區(qū)內(nèi)大型船舶資源匱乏，無(wú)起重船資源，且外界水路不通，如采用大型起重船只能引進(jìn)拼裝式起重船。針對(duì)鋼護(hù)筒設(shè)備選型進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研和對(duì)比：

2.1 龍門(mén)吊下放鋼護(hù)筒工藝

平均3個(gè)接頭，每個(gè)接頭按1 d計(jì)算，鋼護(hù)筒初打+護(hù)筒內(nèi)沖孔3 m并澆筑混凝土按4 d計(jì)算，一個(gè)循環(huán)共7 d，安排6個(gè)作業(yè)面同步作業(yè)，即需一個(gè)月；第一輪鋼護(hù)筒施工完成后即可安排第一輪鉆孔樁施工，即7 d后即可開(kāi)鉆。

2.2 300 t起重船下放鋼護(hù)筒工藝

護(hù)筒在后場(chǎng)接長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)整根吊裝，鋼護(hù)筒內(nèi)沖孔3 m并澆筑混凝土按4 d，第一批鋼護(hù)筒施工完成時(shí)間需要5 d，即5 d后可以開(kāi)鉆。鋼護(hù)筒下放設(shè)備必選見(jiàn)表2。

表2 鋼護(hù)筒下放設(shè)備比選

綜合可知：300 t起重船費(fèi)用高，且沒(méi)有明顯的工期優(yōu)勢(shì)，因此選用90 t龍門(mén)吊安裝鋼護(hù)筒。

3 護(hù)筒埋設(shè)施工

3.1 總體施工工藝流程

由于鋼護(hù)筒最大長(zhǎng)度為54 m，重量為86 t。鋼護(hù)筒的埋設(shè)必須做到精準(zhǔn)定位，入巖錨固才能確保樁基施工安全可靠，通過(guò)技術(shù)調(diào)研，制定了以下整套鋼護(hù)筒錨固的施工工藝[1]。鋼護(hù)筒錨固工藝圖見(jiàn)圖2。

圖2 鋼護(hù)筒錨固工藝圖

3.2 樁位處河床找平

主墩樁位處坡度變化在2∶1~3∶2之間，護(hù)筒底口河床面最大高差達(dá)4.5 m，為確保鋼護(hù)筒下放后不發(fā)生傾斜、滑移等問(wèn)題，需預(yù)先對(duì)樁位處陡坡巖面進(jìn)行找平，現(xiàn)場(chǎng)采用沖擊鉆對(duì)河床進(jìn)行反復(fù)沖鑿，找平區(qū)域中心線應(yīng)比鋼護(hù)筒大10 cm以上。施工過(guò)程中，觀察沖擊錘自由下落時(shí)鉆頭是否平穩(wěn)，類(lèi)似于正常鉆進(jìn)過(guò)程，并采用測(cè)繩對(duì)巖面鑿平的效果進(jìn)行檢查，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)實(shí)測(cè)出鉆孔平臺(tái)頂至河床面的深度，樁位處巖面標(biāo)高高差按5 cm以?xún)?nèi)控制，確保鋼護(hù)筒下放底口平穩(wěn)。

3.3 導(dǎo)向架安裝

主墩鋼護(hù)筒導(dǎo)向裝置采用型鋼焊接組成的“井”字形雙層框式導(dǎo)向架，層間距約為3.4 m，導(dǎo)向架內(nèi)口尺寸比鋼護(hù)筒外徑大10 cm以上。上層導(dǎo)向框架設(shè)置在鉆孔平臺(tái)的頂部，以保證護(hù)筒安放后的整體穩(wěn)定性。下層導(dǎo)向框架設(shè)置在鉆孔平臺(tái)的頂層平聯(lián)上，導(dǎo)向架采用履帶吊安裝，安裝時(shí)測(cè)量進(jìn)行精確放樣，導(dǎo)向架四周安裝可調(diào)節(jié)調(diào)位裝置，使鋼護(hù)筒在下放過(guò)程精確定位。導(dǎo)向架安裝見(jiàn)圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)向架

3.4 鋼護(hù)筒運(yùn)輸

鋼護(hù)筒管節(jié)由平板車(chē)從加工場(chǎng)運(yùn)至臨時(shí)斜坡碼頭裝船。管節(jié)運(yùn)至6#墩平臺(tái)處后，采用90 t履帶吊將管節(jié)從駁船上吊運(yùn)至鉆孔平臺(tái)，將管節(jié)沿鉆孔平臺(tái)長(zhǎng)邊方向擺放。

為防止鋼護(hù)筒節(jié)段在吊裝及運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生變形，在每節(jié)鋼護(hù)筒管節(jié)兩端距離頂、底口各0.5 m處設(shè)置米字形內(nèi)支撐，內(nèi)支撐由[10焊接而成。

3.5 鋼護(hù)筒下放

按照鋼護(hù)筒管節(jié)的接長(zhǎng)順序，采用90 t履帶吊配合90 t龍門(mén)吊吊裝各管節(jié)，最后龍門(mén)吊將鋼護(hù)筒管節(jié)吊運(yùn)至樁位處，底口與導(dǎo)向裝置對(duì)中后進(jìn)行下放。

當(dāng)管節(jié)下放至頂口高出鉆孔平臺(tái)頂面1 m左右時(shí)，停止下放，在管節(jié)外壁對(duì)稱(chēng)焊接4個(gè)型鋼牛腿，將型鋼牛腿臨時(shí)擱置在上層導(dǎo)向框上，并拆除頂口內(nèi)支撐。上下管節(jié)對(duì)接時(shí)，通過(guò)導(dǎo)向裝置進(jìn)行初步對(duì)接，測(cè)量復(fù)核管節(jié)的垂直度，調(diào)整上下管節(jié)順直度及相對(duì)位置，滿(mǎn)足要求后進(jìn)行對(duì)接環(huán)縫的焊接。

管節(jié)對(duì)接完成后，繼續(xù)進(jìn)行下放，重復(fù)上述操作直至鋼護(hù)筒接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。龍門(mén)吊起吊整根鋼護(hù)筒，調(diào)整鋼護(hù)筒中心位置，確認(rèn)位置準(zhǔn)確后，在頂層限位架上測(cè)量出鋼護(hù)筒的“東西南北”4個(gè)邊點(diǎn)坐標(biāo)，在護(hù)筒下放過(guò)程中通過(guò)4點(diǎn)坐標(biāo)及吊錘法調(diào)直其平面位置及垂直度，滿(mǎn)足要求后在坐標(biāo)點(diǎn)外焊接限位板，然后采用吊錘的方法，測(cè)出下層的限位點(diǎn)，并焊接限位裝置。鋼護(hù)筒平面位置及精度調(diào)節(jié)裝置見(jiàn)圖4。

圖4 鋼護(hù)筒平面位置及精度調(diào)節(jié)裝置圖

3.6 鋼護(hù)筒初振

為確保大直徑超長(zhǎng)鋼護(hù)筒接長(zhǎng)下放在至河床后有一定自穩(wěn)能力，保證后續(xù)沖孔施工質(zhì)量，在鋼護(hù)筒平面位置和垂直度滿(mǎn)足要求后，在鋼護(hù)筒頂部設(shè)置YZ-300型液壓振動(dòng)錘進(jìn)行初次入巖下沉施工，使鋼護(hù)筒進(jìn)入全風(fēng)化巖層并穩(wěn)固鋼護(hù)筒底口[2]。

3.7 鋼護(hù)筒內(nèi)沖孔跟進(jìn)

鋼護(hù)筒初振入巖后安裝JK-15沖擊鉆機(jī)，沖擊鉆配備直徑3.02 m的鉆頭。根據(jù)類(lèi)似工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，直徑3.02 m的鉆頭所成樁孔直徑可達(dá)3.15 m以上，大于鋼護(hù)筒外徑。

由于表層為全風(fēng)化砂質(zhì)板巖，且鉆進(jìn)深度不大，鋼護(hù)筒此時(shí)主要起導(dǎo)向作用，因此采用清水鉆工藝[5]。鉆孔開(kāi)始時(shí)采用小沖程進(jìn)行沖擊，鉆進(jìn)深度出護(hù)筒后再加大沖程，鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)采用氣舉反循環(huán)進(jìn)行清渣，護(hù)筒內(nèi)鉆孔深度按3 m控制[2]。

實(shí)際施工中，孔壁局部不圓順，鋼護(hù)筒在自重作用下未有效自動(dòng)下沉跟進(jìn)的情況，在護(hù)筒頂口采用液壓振動(dòng)錘輔助下沉跟進(jìn)，直至鋼護(hù)筒嵌入巖層2.5 m以上（以護(hù)筒范圍內(nèi)原巖面找平后最低點(diǎn)起算）。為確保后續(xù)澆筑的錨固混凝土能夠與樁底巖層有效結(jié)合并封堵鋼護(hù)筒與孔壁之間的縫隙，達(dá)到鋼護(hù)筒底口錨固和封堵的雙重效果，鋼護(hù)筒跟進(jìn)至底口距離孔底50 cm左右，停止護(hù)筒下沉作業(yè)，最后復(fù)測(cè)鋼護(hù)筒的平面位置與垂直度，在護(hù)筒頂口焊接型鋼與平臺(tái)進(jìn)行固結(jié)。

3.8 鋼護(hù)筒錨固

鋼護(hù)筒下放到位后，采用氣舉反循環(huán)清孔，在鋼護(hù)筒內(nèi)下放安裝水密性試驗(yàn)合格的混凝土澆筑導(dǎo)管，并在導(dǎo)管內(nèi)安裝止水塞，然后在導(dǎo)管頂部安裝8 m3大集料斗，并配置2臺(tái)9 m3罐車(chē)進(jìn)行樁底水下C25錨固混凝土首封施工[3]。

首封完成后，繼續(xù)進(jìn)行錨固混凝土澆筑直至高度達(dá)到3 m，使混凝土充分填充鋼護(hù)筒與基巖之間的孔隙，將鋼護(hù)筒錨固在巖層中，完成鋼護(hù)筒的埋設(shè)工作。

4 實(shí)施效果

主墩共計(jì)24根樁基。鋼護(hù)筒埋設(shè)完成后，護(hù)筒垂直度、平面偏位均滿(mǎn)足規(guī)范及施工要求。樁基成孔過(guò)程中，鋼護(hù)筒狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生漏漿事故，樁基完工后經(jīng)第三方檢測(cè)均為Ⅰ類(lèi)樁基，施工效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

主墩位于庫(kù)區(qū)，樁位區(qū)水深最高達(dá)45 m，施工區(qū)域?yàn)槎钙侣銕r地形，鋼護(hù)筒施工難度大，且受柘溪大壩限制，無(wú)起重船資源。

事先采用沖擊鉆機(jī)對(duì)護(hù)筒區(qū)河床面進(jìn)行找平，再利用90 t龍門(mén)吊及導(dǎo)向架分節(jié)安裝、接高并下放鋼護(hù)筒至河床面。沖擊鉆機(jī)在鋼護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行沖孔作業(yè)，振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒跟進(jìn)至巖面以下3 m后澆筑錨固混凝土，成功解決了庫(kù)區(qū)深水陡坡裸巖大直徑超長(zhǎng)鋼護(hù)筒下放及防漏漿施工難題，施工效果良好，可為類(lèi)似工程施工提供參考。