寨子溝2#特大橋深水樁基鋼護(hù)筒沉設(shè)技術(shù)

史 健

（山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西 太原 030006）

1 概況

寨子溝2#特大橋橋長(zhǎng)1 543.04 m，上部布置為（10×30+8×40+68+120+68+6×40+14×30）m，主橋上部為（68+120+68）m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，引橋上部為30 m，40 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力砼T梁，下部為樁基礎(chǔ)，11#～27#墩為水中樁基，其中19#、20#為橋梁主墩。

寨子溝河床從上到下地質(zhì)土層分布情況為：粉砂層—黏土層—砂礫層—卵石層—強(qiáng)分化砂巖—弱風(fēng)化砂巖。由于施工前和施工期間，地方采砂隊(duì)在橋位附近長(zhǎng)時(shí)間采砂，造成橋位處河床標(biāo)高降低，河床基床變薄，水深增加，與原設(shè)計(jì)地質(zhì)情況不符，河床平均降低4 m左右。

大橋水中樁基施工的基礎(chǔ)是材料輸送道路、鉆機(jī)施工平臺(tái)和鋼護(hù)筒沉設(shè)。該大橋施工采用了鋼棧橋，鋼平臺(tái)搭設(shè)施工方案分別在北岸11#～19#墩、南岸20#～27#墩左側(cè)，搭設(shè)6 m寬鋼便橋，每排墩搭設(shè)鉆機(jī)施工和吊裝施工的施工平臺(tái)，主墩間留為航道通車用。

水中樁基11#～27#排墩共84根，主墩樁徑2.5 m，邊墩樁徑1.5 m，引橋墩樁徑2 m，緊靠邊墩的兩排引橋樁徑變?yōu)?.2 m，樁徑大小形式不一，鋼護(hù)筒加工大小按樁徑+30 cm控制制作，其鋼板采用A3鋼板厚度為16 mm、14 mm和12 mm三種。

2 鋼護(hù)筒沉設(shè)

鋼棧橋及施工平臺(tái)施工完后，給樁基施工提供了基本條件，保障了鋼護(hù)筒沉設(shè)、鉆機(jī)就位及施工。鋼護(hù)筒沉設(shè)包括幾方面工序：鋼護(hù)筒卷制、加工；鋼護(hù)筒運(yùn)輸；鋼護(hù)筒導(dǎo)向架安裝；鋼護(hù)筒安放與焊接；鋼護(hù)筒振沉控制。

2.1 鋼護(hù)筒卷制、加工

鋼護(hù)筒卷制在加工區(qū)進(jìn)行，采用護(hù)筒卷板機(jī)卷制而成，人工配合小門吊起吊卷制焊接成圓。鋼護(hù)筒材料進(jìn)場(chǎng)是按要求預(yù)先定制好的，護(hù)筒直徑按樁徑直徑+30 cm控制，每節(jié)護(hù)筒長(zhǎng)度定尺150 cm，鋼板長(zhǎng)度按護(hù)筒大小提前預(yù)定由廠家提供。護(hù)筒卷制成后，在加工區(qū)場(chǎng)地上進(jìn)行對(duì)焊接加工，每根樁基護(hù)筒根據(jù)預(yù)先確定的長(zhǎng)度按兩段加工控制，以便于運(yùn)輸與提吊。護(hù)筒卷制加工基本要求就是卷制圓，焊接嚴(yán)。為加強(qiáng)護(hù)筒的整體剛度，每2 m加設(shè)寬20 cm的鋼帶，護(hù)筒底腳處加設(shè)寬50 cm的鋼帶作為刃腳。焊接采用內(nèi)外接縫雙面焊，所有焊接必須連續(xù)，以保證不漏水。鋼護(hù)筒口內(nèi)側(cè)用[10槽鋼加焊十字支撐架，起吊防止筒口變形。

2.2 鋼護(hù)筒運(yùn)輸

鋼護(hù)筒加工完成后，鋼護(hù)筒占用地方較大，加工較慢且費(fèi)時(shí)，需要提前加工和臨時(shí)存放。所以加工完成后，先運(yùn)輸?shù)酱娣劈c(diǎn)臨時(shí)存放，使用時(shí)，再運(yùn)輸?shù)綐痘o(hù)筒沉設(shè)現(xiàn)場(chǎng)。鋼護(hù)筒轉(zhuǎn)移運(yùn)輸，用30 t汽車吊起吊，12 m長(zhǎng)平板拖車運(yùn)輸，運(yùn)輸事項(xiàng)：鋼護(hù)筒起吊到平板車上，護(hù)筒兩側(cè)方木墊穩(wěn)，手葫蘆鋼絲繩拉緊。

2.3 護(hù)筒導(dǎo)向架安裝

鋼護(hù)筒導(dǎo)向架起兩個(gè)作用：定位；垂直導(dǎo)向。在安裝導(dǎo)向架前，在平臺(tái)上精確測(cè)量樁位中心及十字定位點(diǎn)，作為導(dǎo)向架安裝控制依據(jù)。護(hù)筒導(dǎo)向架為上下兩層組成。兩層之間的高度根據(jù)水平面距平臺(tái)的高度盡可能加大，上層導(dǎo)向架的承重橫梁用2I25工鋼組成，焊接在平臺(tái)的H50鋼上或貝雷架上，再用I25工鋼聯(lián)接兩導(dǎo)向架承重橫梁，形成矩形“井”字型框架，長(zhǎng)寬尺寸略大于護(hù)筒外徑3～5 cm為宜。導(dǎo)向架的下層用I25工鋼縱橋向焊接在鋼管樁平聯(lián)上，在其上用I25工鋼橫向搭焊接，形成“井”字結(jié)構(gòu)，下層“井”字結(jié)構(gòu)安裝由上層導(dǎo)向架垂球法吊線定位，且上、下“井”字框架垂直。上、下層導(dǎo)向架確保水平方向穩(wěn)固，上、下方向垂直。

2.4 鋼護(hù)筒安放、焊接

鋼護(hù)筒轉(zhuǎn)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，開始起吊并安放。護(hù)筒起吊采用“兩點(diǎn)法”起吊。兩點(diǎn)法起吊的基本原則是：吊環(huán)對(duì)稱，高低相等，鋼絲繩長(zhǎng)度相等，這樣鋼護(hù)筒起吊起來才能垂直。吊環(huán)對(duì)稱采用護(hù)筒口圓周等方法或采用護(hù)筒口兩側(cè)等高法來確定燒割吊環(huán)孔，從護(hù)筒口邊向進(jìn)5 cm為宜。起吊鋼絲繩采用兩根等長(zhǎng)鋼絲繩進(jìn)行起吊，這樣才能保證起吊對(duì)稱。

履帶吊提起鋼護(hù)筒先切割掉下口十字內(nèi)撐，順著導(dǎo)向架緩緩向下安放，高出導(dǎo)向架橫向承重梁50 cm左右時(shí)停放，在承重梁上焊接牛腿，將鋼護(hù)筒與導(dǎo)向架承重梁固定起來，再用上述相同方法起吊上節(jié)鋼護(hù)筒，履帶吊提起上節(jié)鋼護(hù)筒人工配合上下節(jié)鋼護(hù)筒定位焊接。在焊接前，要先割除下節(jié)護(hù)筒口上十字撐。上下節(jié)鋼護(hù)筒焊接時(shí)，控制好上下護(hù)筒垂直度，焊接牢固、密實(shí)，鋼護(hù)筒焊接成一個(gè)整體護(hù)筒后，履帶吊開始起吊，割掉固定在導(dǎo)向架承重梁上的牛腿，緩緩下放在河床上，剛到河床底時(shí)，采用垂球法在上下層導(dǎo)向架上測(cè)量鋼護(hù)筒垂直度情況，測(cè)量上下間距≥5 m，如上下層測(cè)量的數(shù)據(jù)差為2 cm，表示護(hù)筒垂直度為0.02/5=0.4%，垂直度控制不應(yīng)大于0.5%；如果鋼護(hù)筒垂直度測(cè)量時(shí)上下間距5 m，上下層測(cè)量數(shù)字差≤2.5 cm，超過時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)兩個(gè)不同方向測(cè)量的垂直度均＜0.5%時(shí)，可以下沉鋼護(hù)筒到底。鋼護(hù)筒到底履帶吊儀表讀數(shù)為零時(shí)，再測(cè)量鋼護(hù)筒垂直度和護(hù)筒頂口中心位置，滿足要求后，可開始鋼護(hù)筒振沉工作。履帶吊儀表讀數(shù)開始變小到變?yōu)榱悖卿撟o(hù)筒從開始接觸到完全觸動(dòng)的過程，是靠護(hù)筒自重和振動(dòng)錘重量使鋼護(hù)筒插入河床的過程，在這個(gè)過程安放下沉?xí)r，垂直度控制是至關(guān)重要的。

2.5 鋼護(hù)筒振沉控制

鋼護(hù)筒在振沉前，上層導(dǎo)向架四邊與鋼護(hù)筒間焊接定位卡，限制護(hù)筒在振沉?xí)r護(hù)筒口偏離。影響護(hù)筒垂直度一個(gè)重要的客觀原因就是水流，主要是雨季水流影響較大，在護(hù)筒安放時(shí)和護(hù)筒振沉?xí)r，必須避開雨水，在水流相對(duì)穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。鋼護(hù)筒振沉采用DZ—180型液壓雙夾口式振動(dòng)錘，履帶吊提起振動(dòng)錘開啟后，振動(dòng)過程仔細(xì)觀察鋼護(hù)筒下沉情況，下沉2 m左右必須測(cè)量鋼護(hù)筒垂直度，在控制范圍內(nèi)，才能繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒，否則應(yīng)拔起重新下沉。下沉到上層導(dǎo)向架附件時(shí)，停止下沉，測(cè)量垂直度基本符合時(shí)，可拆除上層導(dǎo)向架，繼續(xù)下沉到要求位置或不能下沉為止。鋼護(hù)筒振沉鋼到位后再量測(cè)護(hù)筒垂直度，護(hù)筒振沉要點(diǎn)是：開始弱振慢沉，過程垂直度認(rèn)真控制。

在鋼護(hù)筒沉設(shè)中，直徑1.8 m的鋼護(hù)筒采用了10 mm厚鋼板，發(fā)現(xiàn)振沉?xí)r護(hù)筒周壁晃動(dòng)較大，柔性較大。直徑2 m以上的鋼護(hù)筒采用12 mm和14 mm鋼板，護(hù)筒周壁晃動(dòng)不明顯。深水鋼護(hù)筒較長(zhǎng)，護(hù)筒鋼板厚度不低于12 mm。

鋼護(hù)筒振沉主要分三個(gè)步驟：①鋼護(hù)筒安放后，護(hù)筒的垂直度必須滿足要求，不大于0.5%，否則，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。可運(yùn)用不對(duì)稱起吊法；不對(duì)稱單側(cè)振沉法、護(hù)筒提起拋砂袋法來調(diào)整。②過程垂直度控制：振動(dòng)錘振沉鋼護(hù)筒，下沉2 m左右時(shí)，必須進(jìn)行垂直度測(cè)量，不滿足要求及時(shí)處理，單側(cè)不對(duì)稱振沉不能調(diào)整時(shí)，應(yīng)拔出鋼護(hù)筒重新振沉。振沉到上層導(dǎo)向架附近時(shí)，再次測(cè)量垂直度，滿足要求后，才能割除上層導(dǎo)向架繼續(xù)下沉。③鋼護(hù)筒到位垂直度檢查，垂直度大于1%，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。否則，鉆機(jī)鉆孔時(shí)，存在沖撞護(hù)筒和提掛護(hù)筒隱患，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡錘事故。

3 11#墩深水露巖鋼護(hù)筒沉設(shè)

11#墩位水深約5 m左右，河床基床?。?0～20 cm），基本屬于河床露巖，考慮以下幾個(gè)方案：①采用先沉護(hù)筒再拋沙袋人造基床法施工，護(hù)筒底與河床巖面露漿問題無法處理。②采用先沉鋼護(hù)筒再外套大護(hù)筒法中間澆灌水下砼，但外套大護(hù)筒不得小于4 m直徑，受平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)限制無法下沉，且也存在護(hù)筒底與河床面露漿處理問題。最后確定采用先上鉆機(jī)用大鉆錘先砸“鍋底坑”，再用下沉鋼護(hù)筒和澆灌水下砼方法施工。

在鉆機(jī)平臺(tái)上測(cè)量護(hù)筒下沉中心位置和十字控制點(diǎn)位，再上鉆機(jī)就位。護(hù)筒直徑為2.3 m，采用2.5 m鉆錘先沖擊2 m左右深的“鍋底坑”，再移開鉆機(jī)下沉護(hù)筒。護(hù)筒底離開坑底約20 cm為宜，固定鋼護(hù)筒，在護(hù)筒內(nèi)澆灌水下砼到河床面。

4 鋼護(hù)筒沉設(shè)后的傾斜處理

鋼護(hù)筒沉設(shè)時(shí)，由于受到多方面原因的影響會(huì)發(fā)生傾斜，在沉設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)傾斜時(shí)應(yīng)停止下沉并及時(shí)處理。沉設(shè)完成后發(fā)生垂直度不能滿足要求應(yīng)進(jìn)行處理。20#墩右側(cè)2根鋼護(hù)筒在沉設(shè)后，垂直度超過3%也就是說，30 m得護(hù)筒長(zhǎng)度最底下偏移量超過90 cm，嚴(yán)重侵占了樁孔位置，鉆孔無法進(jìn)行?？赡茉斐勺o(hù)筒傾斜的原因是：在護(hù)筒下沉過程中，已發(fā)生傾斜時(shí)沒有及時(shí)處理；護(hù)筒底遇有大孤石，造成護(hù)筒下沉偏心。處理方法如下。

4.1 拔出鋼護(hù)筒底離開河床

護(hù)筒自重30 t，僅靠履帶吊提升是不可能的。將上層導(dǎo)向架承重橫梁變成2I40工鋼，再在承重橫梁上安裝5 t卷揚(yáng)機(jī)，通過6輪滑輪組組合，履帶吊提起180振動(dòng)錘夾住鋼護(hù)筒邊振動(dòng)邊提升，兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)（一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)最大提升可達(dá)成60 t力）同時(shí)提升，鋼護(hù)筒可通過多次提升拔出河床。

4.2 重新振沉鋼護(hù)筒

履帶吊提升鋼護(hù)筒稍離開河床，測(cè)量護(hù)筒的中心位置和垂直度滿足要求后，鋼護(hù)筒慢慢落入河床上，待履帶吊提升鋼絲繩松開時(shí)，重新測(cè)量鋼護(hù)筒垂直度，如果垂直度滿足要求方可振沉，如不滿足時(shí)采用如下方法：①單側(cè)不對(duì)稱時(shí)可提升鋼護(hù)筒，調(diào)整鋼護(hù)筒垂直度，仍不能調(diào)整到位時(shí)，采用第二種方法。②采用90振動(dòng)錘液壓?jiǎn)螉A式單側(cè)護(hù)筒頂口不對(duì)稱振錘，仍不能滿足垂直度要求時(shí)，采用第三種方法。③履帶吊提起鋼護(hù)筒，在鋼護(hù)筒周邊拋沙袋來調(diào)整河床使河床平整，再使鋼護(hù)筒落到河床上，調(diào)整鋼護(hù)筒垂直度。振沉鋼護(hù)筒采用DZ—180雙夾振動(dòng)錘，振沉約2 m左右時(shí)，應(yīng)測(cè)量鋼護(hù)筒垂直度，如不滿足垂直度向一側(cè)傾斜時(shí)，應(yīng)采用90振動(dòng)錘單夾式單側(cè)不對(duì)稱振沉調(diào)整，調(diào)整到位后，仍采用180錘雙夾對(duì)稱振沉。如果鋼護(hù)筒振沉中，遇有不可預(yù)見因素振沉不進(jìn)時(shí)，可采用“沖抓斗”在護(hù)筒內(nèi)將礫卵石取出，再跟進(jìn)鋼護(hù)筒的方法是護(hù)筒盡量下沉；埋深較淺時(shí)，可在護(hù)筒周圍拋袋裝砂石人造基床方法使鋼護(hù)筒埋深穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

鋼護(hù)筒沉沒，主要核心就是“垂直度”控制，控制的過程就是在每個(gè)工序中把更多的允許垂直度空間范圍留給最后的樁基施工，使控制過程不占或少占允許垂直度空間，這就是護(hù)筒沉設(shè)的宗旨。用增大護(hù)筒直徑來加大垂直度允許空間或降低垂直度的做法是不科學(xué)的，只有通過護(hù)筒沉設(shè)過程控制來達(dá)到樁孔施工技術(shù)要求才是最經(jīng)濟(jì)的。