嘉紹跨江大橋φ 4.1 m大直徑鋼護(hù)筒施工技術(shù)

黃 煒

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

嘉紹跨江大橋全長(zhǎng)10.137 km,是嘉興—紹興公路通道跨越天然屏障錢塘江的控制性工程。大橋北起海寧尖山圍墾區(qū),跨越杭州灣水域,直達(dá)上虞96丘圍墾區(qū),采用雙向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)。北岸水中區(qū)引橋下部結(jié)構(gòu)采用單樁獨(dú)柱結(jié)構(gòu)形式,有φ 3.8 m鉆孔樁130根。鋼護(hù)筒內(nèi)徑4.1 m,底標(biāo)高-35.0 m,頂標(biāo)高+10.5 m,長(zhǎng)度 45.5 m,總重 133.2 t。

1.2 工程地質(zhì)及水文

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告,一般地段鋼護(hù)筒周圍的覆蓋層主要為粉土、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等,在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中存在極具層里的薄粉砂夾層。橋址位于錢塘江河口尖山河段,受潮流和徑流共同作用,潮流動(dòng)力條件強(qiáng),且比較復(fù)雜,河床沖淤劇烈。潮流為非正規(guī)半日淺海潮流,水流屬往復(fù)流,但不對(duì)稱性較明顯。最高潮位+5.45 m,平均潮位+4.02 m,最低潮位-3.15 m,最大潮差8.59 m,平均潮差6.44 m,流速 3.7 m/s～7.5 m/s。

2 工程難點(diǎn)

1)鋼護(hù)筒下端12.0 m和頂口2.0 m采用壁厚32 mm,Q345C鋼,鋼板強(qiáng)度及厚度對(duì)卷板設(shè)備提出較高的要求;2)單節(jié)護(hù)筒重量達(dá)到50 t左右,最大長(zhǎng)度達(dá)18 m,對(duì)運(yùn)輸車輛及運(yùn)輸線路要求非常高;3)橋址處位于強(qiáng)涌流河段,潮水流速大,且大部分地段在退潮后為裸露的灘涂,無(wú)法采用浮吊輔助下沉,對(duì)起重設(shè)備要求非常高;4)單樁獨(dú)柱結(jié)構(gòu)形式對(duì)護(hù)筒平面位置及傾斜度要求非常高,平面位置偏差不得超過(guò)50 mm,傾斜度偏差不得超過(guò)1/300,若施沉過(guò)程中發(fā)生偏位或傾斜,糾偏將非常困難;5)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中存在極具層里構(gòu)造的薄粉砂夾層,對(duì)鋼護(hù)筒插打影響非常大。

3 鋼護(hù)筒分節(jié)

1)根據(jù)地質(zhì)資料及鉆孔平臺(tái)和主棧橋鋼管樁插打的經(jīng)驗(yàn),第一次下沉護(hù)筒底標(biāo)高控制在-16.0 m左右。平臺(tái)頂標(biāo)高+10.0 m,焊接操作高度1.50 m,則下節(jié)護(hù)筒總長(zhǎng)為27.50 m。2)27.50 m長(zhǎng)鋼護(hù)筒,重約82.75 t,運(yùn)輸、起吊、翻身等均非常困難,也存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn),故采用(13.5+14.0)m的組合形式。3)綜合考慮吊機(jī)起吊能力、運(yùn)輸能力、轉(zhuǎn)彎半徑、河床標(biāo)高、沖刷情況等各項(xiàng)因素,鋼護(hù)筒分為3節(jié):底節(jié)13.5 m(δ=32 mm,Q345C,12.0 m;δ=27 mm,Q235C,1.5 m)、中節(jié) 14.0 m(δ=27 mm,Q235C,14.0 m)、頂節(jié) 18.0 m(δ=27 mm,Q235C,16.0 m;δ=32 mm,Q345C,2.0 m)。

4 鋼護(hù)筒制作

1)為保證對(duì)接質(zhì)量,鋼護(hù)筒接口處均采用機(jī)械加工的方法開(kāi)V形坡口,取焊縫坡口角度α,則環(huán)焊縫等厚板材α=15°+10°,不等厚環(huán)焊縫對(duì)接時(shí) α=22.5°+10°,縱向焊縫 α=15°+(0°～ 10°),坡口邊緣加工光潔度及尺寸應(yīng)滿足規(guī)范相關(guān)要求。2)鋼護(hù)筒由短節(jié)拼焊成吊裝節(jié),各短節(jié)鋼護(hù)筒的縱向焊縫錯(cuò)開(kāi)布設(shè),間距不小于 1 610 mm(1/8周長(zhǎng))。3)為減小下沉過(guò)程中的阻力,增加護(hù)筒底口剛度,在鋼護(hù)筒底節(jié)底口外側(cè)加焊20 mm厚鋼板,鋼板高500 mm。護(hù)筒底口及加焊鋼板均開(kāi)坡口,便于切割土體下沉,尖腳朝外可防止刃腳向護(hù)筒內(nèi)側(cè)變形。

5 鋼護(hù)筒運(yùn)輸

為防止鋼護(hù)筒在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)失圓、變形等現(xiàn)象,在運(yùn)輸上設(shè)置專門的運(yùn)輸胎架,同時(shí)分別在鋼護(hù)筒的上、下口及中間位置采用兩根[20焊接十字支撐,以增強(qiáng)鋼護(hù)筒抵抗變形的能力。

6 定位導(dǎo)向架

為確保施沉精度,在鉆孔平臺(tái)上設(shè)置雙層定位導(dǎo)向架,頂層固定在平臺(tái)承重梁上,設(shè)置標(biāo)高+10.0 m,底層固結(jié)在平臺(tái)支撐樁上,設(shè)置標(biāo)高+3.5 m,兩層間距6.5 m,均采用螺旋式可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(定位導(dǎo)向架尺寸以mm計(jì))。

7 鋼護(hù)筒施沉

7.1 設(shè)備選擇

7.1.1 起重設(shè)備

1)考慮底節(jié)鋼護(hù)筒臨時(shí)掛在鉆孔平臺(tái)承重梁上,待與中節(jié)鋼護(hù)筒對(duì)接完成后,一并下插,則此時(shí)吊機(jī)的最小起吊能力不小于82.75 t。2)在第一次施沉到位對(duì)接第三節(jié)鋼護(hù)筒時(shí),在考慮φ 4.1 m鋼護(hù)筒半徑和主臂寬度的情況下,履帶吊機(jī)的有效吊高不得小于18.0 m(第三節(jié)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度)+1.5 m(焊接操作高度)+2.0 m(預(yù)留長(zhǎng)度)=21.5 m。3)根據(jù)鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)圖紙,在進(jìn)行鋼護(hù)筒吊裝作業(yè)時(shí),所能達(dá)到的最小吊距為8.5 m。4)綜合考慮上述三方面的因素,鋼護(hù)筒起吊選用中聯(lián)重工QUY160履帶吊機(jī),主臂長(zhǎng)度38.0 m。5)為防止翻身過(guò)程中鋼護(hù)筒變形,采用160 t履帶吊作為主起重吊機(jī),于護(hù)筒頂口兩點(diǎn)吊裝,100 t履帶吊機(jī)作為護(hù)筒翻身用輔助吊機(jī),于護(hù)筒底部單點(diǎn)吊裝。

7.1.2 下沉設(shè)備

振動(dòng)錘應(yīng)按其激振力P和鋼護(hù)筒下沉?xí)r樁周土體對(duì)護(hù)筒的動(dòng)摩擦阻力R進(jìn)行選擇。

其中,LK為護(hù)筒在不同土層中的入土深度;U為護(hù)筒外周長(zhǎng);fk為液化后不同土層的動(dòng)摩阻力。

根據(jù)相關(guān)資料計(jì)算得出:最大動(dòng)摩阻力R=686 t,鋼護(hù)筒和錘重約 188 t,故需要激振力為686-188=498 t,2臺(tái)APE400型液壓振動(dòng)錘并聯(lián)進(jìn)行插打。

7.2 下沉施工

1)測(cè)量放線定好鋼護(hù)筒中心線,調(diào)整導(dǎo)向架螺旋限位,確保鋼護(hù)筒平面位置及垂直度符合要求。2)分別采用160 t,100 t履帶吊機(jī),同時(shí)起吊頂部吊點(diǎn)和底部吊點(diǎn),使鋼護(hù)筒離開(kāi)棧橋面約2 m,然后起升頂部吊點(diǎn),底部吊點(diǎn)不動(dòng),使鋼護(hù)筒由平臥變?yōu)樾钡?慢慢起吊到90°后,拆除底部吊點(diǎn),割除護(hù)筒內(nèi)十字支撐和底部吊耳,垂直起吊護(hù)筒入孔。3)底節(jié)13.5 m鋼護(hù)筒吊裝入孔后,通過(guò)焊接在護(hù)筒側(cè)面的掛耳掛在鉆孔平臺(tái)承重梁上,然后吊裝中節(jié)14.0 m鋼護(hù)筒與底節(jié)對(duì)接。4)鋼護(hù)筒對(duì)接時(shí),在底節(jié)護(hù)筒頂端焊接定位擋塊,起吊中節(jié)鋼護(hù)筒,松鉤下落,使之與底節(jié)護(hù)筒對(duì)位,調(diào)整護(hù)筒傾斜度和接頭錯(cuò)縫,滿足要求后由3名～4名焊工分段焊接,現(xiàn)場(chǎng)焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。5)待中節(jié)與底節(jié)對(duì)接完成,焊縫經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求后,用160 t履帶吊將兩節(jié)護(hù)筒徐徐提起0.5 m,割除臨時(shí)掛耳,仍通過(guò)兩個(gè)方向相互垂直的全站儀重新校正平面位置和垂直度,并通過(guò)導(dǎo)向架螺旋限位精確定位。再將護(hù)筒緩緩插入河床中,直至自重下入土穩(wěn)定,摘除吊鉤。6)160 t履帶吊機(jī)起吊振動(dòng)錘和液壓夾持器以及油管,安放振動(dòng)錘時(shí)要對(duì)中,將液壓夾持器和護(hù)筒壁夾緊,再次檢查護(hù)筒平面位置和傾斜度,若平面位置偏差和傾斜度滿足要求時(shí),開(kāi)動(dòng)打樁錘,先進(jìn)行點(diǎn)振下沉,確保鋼護(hù)筒穩(wěn)定入土,然后再連續(xù)施振下沉。當(dāng)護(hù)筒頂端距平臺(tái)頂面約1.5 m高時(shí),停止下沉,將打樁錘和液壓夾持器吊離護(hù)筒。7)采用同樣的方法起吊、對(duì)接、下沉頂節(jié)鋼護(hù)筒至設(shè)計(jì)標(biāo)高。8)施沉過(guò)程中,相互垂直的兩臺(tái)全站儀跟蹤觀測(cè)鋼護(hù)筒的平面位置和傾斜度,若偏差度超出設(shè)計(jì)和工藝要求,須迅速用對(duì)講機(jī)通知平臺(tái)上作業(yè)人員停止施振,采取措施重新調(diào)整到位再繼續(xù)振動(dòng)下沉。9)振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間不超過(guò)10 min～15 min,防止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)振動(dòng)錘部件過(guò)熱造成損壞。

8 施工注意事項(xiàng)

1)底節(jié)與中節(jié)鋼護(hù)筒精確對(duì)位時(shí)應(yīng)選擇有利的潮位進(jìn)行,一般選擇高平潮,防止造成鋼護(hù)筒平面位置或垂直度偏大。2)施沉作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,一氣呵成,過(guò)程中的停頓時(shí)間應(yīng)盡可能短,尤其應(yīng)控制護(hù)筒焊接作業(yè)時(shí)間,以防止停頓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使周圍土壤恢復(fù),再次液化困難。3)由于護(hù)筒對(duì)接作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),必須考慮陰雨及大風(fēng)天氣對(duì)施工的影響,護(hù)筒吊裝及對(duì)接作業(yè)時(shí)應(yīng)選擇良好天氣,同時(shí)采取有效措施,確保施工安全。4)當(dāng)鋼護(hù)筒遇到緊密堅(jiān)硬地層時(shí)不再下沉,或下沉極慢;振幅增大,甚至跳動(dòng);當(dāng)振動(dòng)錘達(dá)到最大功率鋼護(hù)筒仍不能繼續(xù)下沉,說(shuō)明阻力已大到無(wú)法使鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉,此時(shí)必須采取吸泥措施以降低護(hù)筒內(nèi)的土塞效應(yīng)。

[1] 交通部第一公路工程總公司.橋涵[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 凌治平,易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程[M].北京:人民交通出版社,1996.

[3] 李志堅(jiān).林村大橋鉆孔樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(1):331-332.