深水樁基鋼管樁鉆孔平臺設(shè)計與施工

梅瑞泰

（深圳市地鐵集團有限公司 深圳 518026）

1 工程概況

1.1 橋型簡介

北江特大橋是國道主干線廣州繞城公路西二環(huán)南段的重、難點工程和關(guān)鍵控制性工程，跨越北江主航道，按高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。主跨設(shè)計為75 m＋136m＋75m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，雙向8車道，半幅橋面寬20.25m。梁部采用單箱雙室斷面，主墩采用單箱雙室形薄壁空心墩，主墩承臺為整體式高樁承臺，承臺頂標(biāo)高＋4.0m，承臺設(shè)計尺寸為39.75m（長）×10m（寬）×4m（高），每個主墩基礎(chǔ)采用12根直徑250cm鉆孔灌注樁，設(shè)計樁頂標(biāo)高為±0.0，設(shè)計樁長分別為84，86，88m。

1.2 地質(zhì)條件

23號、24號主墩處地質(zhì)比較復(fù)雜，河床底標(biāo)高約為－21.5m，河床下地層結(jié)構(gòu)自上而下為：細砂層厚約5m，圓礫層厚約5.5m，卵石層厚約3.5m，強風(fēng)化凝灰質(zhì)角礫巖厚約2m，向下60m全部為弱風(fēng)化凝灰質(zhì)角礫巖和微風(fēng)化凝灰質(zhì)角礫巖軟硬交錯夾層，且?guī)r面嚴重傾斜。

1.3 水文特征

大橋跨越北江東平水道（III級航道），過往船只頻繁，施工期間不得斷航，施工區(qū)域江面寬約530m，水深約26m，每日潮水兩漲兩落。枯水季節(jié)北江水位在＋0.5～2.5m，汛期水位在＋5.0 m左右，江水流速在1.1～1.4m／s左右。本區(qū)域6～9月為汛期，北江水位受西江水位和粵北地區(qū)強降雨影響，最高洪水位可達8m以上。2005年6月中下旬，北江發(fā)生了超百年一遇的特大洪水，橋位處最高洪水位達到9.15m。

大直徑超長鉆孔樁和大體積高樁承臺的施工是主墩基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)，也是全橋施工的重中之重，而深水河流中進行鉆孔樁及承臺施工首先要解決好施工平臺問題。

2 鉆孔平臺方案比選

根據(jù)現(xiàn)場施工條件及工程本身特點，鉆孔樁施工平臺擬訂了3種方案進行比選，見表1。

表1 主墩樁基礎(chǔ)施工平臺方案比選

經(jīng)過方案比選，結(jié)合現(xiàn)場水文及地質(zhì)情況，確定采用方案一，搭設(shè)鋼管樁施工平臺進行樁基礎(chǔ)及鋼套箱施工。由于本橋除2個主墩外，另有8個墩也位于水中，根據(jù)總體施工安排，決定先施工主墩樁基礎(chǔ)，其余水中墩分階段逐步進行施工。通過合理安排施工順序，充分周轉(zhuǎn)利用平臺材料，提高平臺材料的重復(fù)利用率，降低施工成本。

3 鋼管樁平臺設(shè)計

3.1 鋼管樁平臺總體結(jié)構(gòu)形式

鉆孔平臺主要由鋼管樁、貝雷梁和各類型鋼組成。采用3排7列21根直徑800mm×壁厚8 mm鋼管樁做支撐，每排鋼管樁頂安放貝雷梁，貝雷梁上按鉆孔樁位分布承重工字鋼，平臺頂面鋪設(shè)5cm厚木板，平臺四周焊接欄桿。各鋼管樁之間通過焊接型鋼形成橫拉及剪刀撐，以保證平臺的整體穩(wěn)定。鉆孔平臺上懸掛警示標(biāo)志和警示燈，警示過往船只注意航行安全。主墩平臺平面尺寸為48m×14m，為平臺鉆機提供足夠大的工作面。

3.2 設(shè)計要點

（1）根據(jù)實際地質(zhì)情況及施工安排，決定采用沖擊鉆進行樁基礎(chǔ)施工。

（2）橫向鋼管樁（3排）之間的跨徑最好為貝雷梁節(jié)數(shù)的倍數(shù)（如6，9，12m），將貝雷梁節(jié)點放在鋼管樁頂，以提高支點的抗剪能力，如果貝雷梁節(jié)點不在鋼管樁頂處，則應(yīng)在鋼管樁頂?shù)呢惱琢禾幵黾迂Q向桿件［1］。

（3）平臺的設(shè)計除完全滿足鉆孔樁施工外，還要充分考慮到之后的承臺鋼套箱施工，使施工平臺一次搭設(shè)完成，避免重復(fù)施工。

3.3 主要設(shè)計參數(shù)

（1）施工水位。根據(jù)設(shè)計資料和水文資料，本河段處施工水位3～5月份20年一遇最高水位為＋3.8m。

（2）鉆孔平臺施工荷載。每個主墩12根直徑2.5m樁，6臺大功率沖擊鉆機，根據(jù)平臺上鉆機數(shù)量和重量、平臺自重和其他臨時施工荷載（包括鉆機沖擊荷載）計算，每根鋼管樁承受豎向荷載Pmax＝311.4kN。

（3）沖刷計算。根據(jù)設(shè)計資料，主墩處最大沖刷深度為2～3.5m，局部沖刷深度為3～5m。

（4）鋼管樁打入河床深度。鋼管樁底要求打入河床局部沖刷線以下至少3m，同時根據(jù)河床地質(zhì)情況按摩擦樁計算鋼管樁的支撐力，滿足平臺豎向荷載、水平荷載和穩(wěn)定性要求。

（5）主墩處地質(zhì)情況。根據(jù)設(shè)計資料，細砂層極限摩阻力按τ＝35kPa計算，圓礫層極限摩阻力按τ＝150kPa計算，卵石層極限摩阻力按τ＝160kPa計算，圓礫（礫石）層極限承載力按σR＝5 000kPa計算。實際計算過程中，按最不利情況，按細砂和圓礫層考慮，僅按摩擦樁計算，不考慮樁尖承載力［2］。

3.4 鉆孔平臺主要受力檢算

為保證鉆孔平臺的施工安全，按每個平臺6臺鉆機同時施工時的最大荷載和最不利的臨時荷載情況下，對鋼管樁的承載力、貝雷梁的剛度、平臺承重工字鋼的強度和剛度及平臺的整體穩(wěn)定性進行檢算（沖擊系數(shù)按1.3考慮），檢算采用簡化結(jié)構(gòu)方式計算，檢算結(jié)果最大應(yīng)力強度σmax＝15.65MPa，檢算結(jié)果均符合要求［3］。

4 鋼管樁平臺施工

4.1 主要施工機械

根據(jù)平臺設(shè)計構(gòu)造及地質(zhì)水文情況，選用的施工主要機械設(shè)備見表2。

表2 鉆孔樁施工平臺主要施工機械表

4.2 施工工藝

鉆孔平臺搭設(shè)順序為：打樁船拋錨定位→送樁、打樁→抄平鋼管樁→放置工字鋼枕梁→安放貝雷梁→分布平臺承重工字鋼→鋪設(shè)木板、焊接欄桿→鉆孔樁施工。

4.3 鋼管樁打設(shè)施工

根據(jù)施工安排，23號、24號主墩平臺鋼管樁采用2種方式施打，其中23號平臺鋼管樁采用打樁船施打，24號平臺鋼管樁用浮吊吊振動錘施打。

打樁時，利用兩臺經(jīng)緯儀用偏角法進行鋼管樁定位，2臺經(jīng)緯儀的視線夾角盡量接近90°，從2個方向控制定位，同時以鋼管樁切線方向及鋼管樁入水點作為控制點，控制鋼管樁的平面位置和垂直度，保證精確度。

打樁時，按從上游往下游方向依次進行，打樁船和浮吊在第一次拋錨定位時一次將錨拋設(shè)到位，避免后續(xù)打樁時重新拋錨，節(jié)省施工時間。打樁長度按設(shè)計打入河床深度和實際貫入度來控制。最終停打按貫入度小于3～5cm／［10錘（擊）］控制［4］。

鋼管樁施打后進行鋼管樁頂抄平，按平臺設(shè)計高程反算出鋼管樁頂?shù)臉?biāo)高，將多余鋼管樁割除或進行接長。鋼管樁頂抄平后，在頂部焊接1m×1m×1cm鋼板，然后在縱向（3根）7排鋼管樁頂焊接2I25a枕梁。枕梁上放3組單層雙排貝雷梁，貝雷梁事先在河岸組裝好，減少水上作業(yè)和縮短施工時間。為加強貝雷梁的整體穩(wěn)定性，3組貝雷梁之間加設(shè)幾道槽鋼剪刀撐。貝雷梁架設(shè)并加固好后，在貝雷梁頂鋪布設(shè)I45a承重梁，工字鋼頂鋪設(shè)5cm厚木板。平臺四周焊接欄桿和懸掛安全標(biāo)志和警示燈［5］。

打樁時注意事項：

（1）鋼管樁采用兩點雙吊鉤法起吊，鋼管樁由水平變?yōu)樨Q直方向，樁尖下放至河床，依自重入土一部分使樁稍稍固定，樁頂進行套錘帽（或振動錘夾樁）。

（2）打樁時，剛開始由于樁尖在砂層，摩擦力小，樁下沉快，貫入度大，宜輕擊慢打，待入土一定深度樁身穩(wěn)定后，逐漸增大錘擊能量。

（3）打樁過程中2臺經(jīng)緯儀全程跟蹤，密切觀察鋼管樁的中心位置和垂直度。

（4）打樁過程中做好打樁記錄，根據(jù)動力公式計算出最終停打貫入度，打樁過程中如果樁身突然傾斜或回彈嚴重，應(yīng)及時停打，探明原因再繼續(xù)施工，以免樁位偏差或發(fā)生斷樁。

（5）鋼管樁施打時，宜連續(xù)下沉，不可中途停頓過久，以免土的摩阻力恢復(fù)，繼續(xù)下沉困難。

（6）若鋼管樁長度不足需要在水上接長時，第一次施打鋼管樁長度宜控制為打入河床一定深度以保證鋼管樁穩(wěn)定，上端高度為工作船靠近鋼管樁時利于對接接長。

（7）鋼管樁施打后立即與旁邊鋼管樁用槽鋼連接，使平臺縱橫向鋼管樁之間互相連接形成一個桁架，以利于平臺的穩(wěn)固。

5 安全防護措施

（1）樁基礎(chǔ)鋼護筒之間縱橫向相互連接。樁基鋼護筒與平臺沒有連接，避免平臺的振動力傳遞到鋼護筒，對護筒產(chǎn)生不利。鋼護筒下放完成后，縱橫向護筒之間用I25a相連，將所有鋼護筒連成一個整體，有利于鋼護筒抵抗水流的作用（鉆孔時，鋼護筒的振動很小，彼此之間不會互相影響）。護筒連接I25a在平臺承重I45a下面，離開2cm左右，在平臺發(fā)生輕微沉降時，鋼護筒可以作為支撐。

（2）增設(shè)防撞設(shè)施（主要針對施工船只對貝雷梁的碰撞）。由于水中鉆孔樁施工有大量的浮吊及船只作業(yè)，船只在?？科脚_時會碰撞到貝雷梁，使貝雷梁發(fā)生橫向變形，影響貝雷梁的承重。為避免船只撞擊貝雷梁，從平臺頂承重I45a處焊接豎向槽鋼，槽鋼最下端要低于最低水位時的船舷高度。這樣在船只?？科脚_時，船舷只碰上槽鋼，不會撞擊貝雷梁。

（3）河床防沖刷防護。由于鋼護筒直徑較大（2.8m），在鋼護筒迎水面處的河床面層會出現(xiàn)局部沖刷，削弱鋼護筒迎水面的覆蓋層，容易導(dǎo)致漏漿及穿孔事故。因此，選擇在河水流速較小時，對整個平臺底部河床拋填袋裝砂石、袋裝C15混凝土等，拋填厚度1m，拋填范圍按平臺每邊加寬2m考慮，減少河床的沖刷，增加平臺及鋼護筒的整體穩(wěn)定。

6 抗洪渡汛加固措施

（1）對施工鋼平臺本身進行全面加固，保證工字鋼、貝雷梁與鋼管樁之間連接牢固。

（2）將所有鋼護筒用雙拼I25a工字鋼焊連成整體。

（3）在平臺上下游分別拋設(shè)2個混凝土重力錨，錨錠尺寸為2m×2m×1.5m。

（4）在平臺靠上游方向增設(shè)安全防護樁和導(dǎo)流裝置，以抵抗上游洪水漂浮物對平臺的沖擊。

（5）用編織袋裝砂，拋到施工平臺鋼管樁底部填高2m，以減少洪水對河床的沖刷。

7 結(jié)語

實踐證明，北江特大橋水中樁基采用鋼管樁鉆孔施工平臺，完全滿足承重要求，滿足樁基鉆孔及后續(xù)的承臺鋼套箱施工生產(chǎn)需要，具有重量輕，承受能力高，搭設(shè)、拆卸快速方便，安全可靠，可進行重復(fù)作業(yè)等優(yōu)點，是深水樁基礎(chǔ)施工的理想工作平臺，為類似條件下的深水施工積累了經(jīng)驗。

［1］GB50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.

［2］JTGD60－2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］周水興，何兆益.路橋施工計算手冊［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］JTJ041－2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［5］蒲水山.懷新高速公路某大橋水中樁基工作平臺搭設(shè)施工技術(shù)［J］.交通科技，2005（6）：48－50.