利用躉船改造成打樁船進(jìn)行大直徑鋼管斜樁施工

中鐵二十四局集團(tuán)上海鐵建工程有限公司 上海 200070

1 工程概況

滬昆鐵路園泄涇特大橋改造工程位于上海市松江區(qū)境內(nèi)的園泄涇河段。河面寬度約130 m，常年流水，水深約11 m。新建橋梁主跨為2～64 m單線下承式栓焊鋼桁梁。其中主跨主墩為水中墩，采用重力式圓端形橋墩，墩高4.0 m，墩身順橋向厚度3.6 m，橫橋向?qū)挾?8.0 m?；A(chǔ)采用Φ1.2 m鋼管樁，共15 根：其中直樁1 根、長56.2 m，斜樁14 根、長56.78 m、斜度為1∶7（約8.13°）。主墩上下游各一個(gè)防撞墩，防撞墩采用Φ609 mm鋼管樁，樁長35 m，每個(gè)墩5 根樁，均為斜樁、斜度1∶7，鋼管樁基礎(chǔ)布置如圖1所示。

圖1 主墩及防撞墩鋼管樁基礎(chǔ)布置

2 方案比選

新建滬昆鐵路園泄涇特大橋位于既有滬昆鐵路園泄涇大橋以及滬杭高速公路園泄涇大橋之間，由于2 座橋的凈高僅5 m左右，大型打樁船根本無法駛?cè)耄ā把笊教?hào)”打樁船樁架高88 m，海力801號(hào)打樁船樁架高（86+16）m，黃浦江大橋改造打樁船樁架高38 m）。根據(jù)既有工程經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)鋼管樁打樁可以采用方法主要有2 種，其一，在園泄涇河中搭設(shè)支架進(jìn)行打樁；其二，采用改造打樁船進(jìn)行施工。

水中搭設(shè)支架打樁是在園泄涇河中修建水中固定平臺(tái)，用以安裝打樁設(shè)備以進(jìn)行鋼管斜樁的施工。具體可以先制作小型的浮動(dòng)平臺(tái)，用以安裝小型鉆機(jī)，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔安放鋼管形成平臺(tái)支撐樁，并采用縱橫型鋼及剪刀支架連接成整體結(jié)構(gòu)，從而形成固定平臺(tái)，進(jìn)而進(jìn)行鋼管斜樁的打樁施工。該方案具有鋼管樁打樁施工條件好、精度易控制的優(yōu)點(diǎn)。但由于本橋水中墩（34#墩）順橋向厚度3.6 m，橫橋向?qū)挾?8.0 m，另外上下游各一個(gè)防撞墩，如果采用該種方案，水中固定平臺(tái)的平面尺寸需最少為5.5 m×36.0 m，這樣需消耗大量的建造和后期拆除費(fèi)用，且推廣應(yīng)用價(jià)值不高。

在改造打樁船方面，既有工程多采用改造駁船為打樁船，由于打樁架要架設(shè)在船底，因此整個(gè)打樁架必須放置在船頭或船尾，鋼管樁從船頭或船尾外下水（圖2）。由于本工程鋼管樁較長，最長的為56.78 m，即使分4～5 節(jié)壓入，樁架的高度也要有近30 m，再加上鋼管樁和振動(dòng)錘的質(zhì)量以及沉樁動(dòng)力荷載，為了保持平衡，樁架另一側(cè)需放置較大的配重以使打樁船保持平衡。相比之下，躉船是停泊所用的船只，船底完全為平底，打樁架可放置在船身任意位置，鋼管樁可通過在船底上開洞的方式壓入而不影響船體的整體穩(wěn)定，這樣就可以大大減少打樁船的改造費(fèi)用。

綜上所述，考慮到水中搭支架費(fèi)用高、工期長，普通駁船改造為打樁船改造費(fèi)用較高，本工程最終通過改造躉船為打樁船來實(shí)現(xiàn)鋼管樁的沉樁施工。

圖2 常用駁船改造打樁船

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 打樁船改造組裝

根據(jù)工程施工技術(shù)特點(diǎn)及現(xiàn)場調(diào)研情況，最終選定將型號(hào)為DJU95A-H的液壓打樁架配備D128柴油打樁錘，將其安裝至11.8 m×22 m的躉船上來進(jìn)行水中大直徑鋼管樁施工。打樁船在園泄涇南岸進(jìn)行拼裝，躉船靠在二級(jí)防汛墻邊，在二級(jí)防汛墻上采用50 t履帶吊吊裝配件配合進(jìn)行改造組裝施工。

現(xiàn)場設(shè)備組裝流程為：陸上組裝履帶吊→打樁船鋪設(shè)錨機(jī)→用履帶吊將打樁架組裝→打樁架立起→吊掛柴油錘及樁帽。打樁船拼裝位置示意如圖3所示，現(xiàn)場拼裝情況如圖4所示。

3.2 鋼管加工

根據(jù)工程現(xiàn)場施工機(jī)具及現(xiàn)場自然情況，鋼管樁采用在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)進(jìn)行分節(jié)段加工，第1節(jié)～第4節(jié)分別為長16 m、12.4 m、12.37 m、16 m。每根鋼管樁最下節(jié)上端不開坡口，上邊3 節(jié)下端均開45°坡口，且設(shè)內(nèi)襯套管，寬度100 mm，如圖5所示。加工完成后由陸路運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。

3.3 沉樁[1-3]

當(dāng)樁位和傾斜角均符合要求時(shí)，即進(jìn)行鋼管樁的沉樁施工。沉樁時(shí)，先打開抱樁器，使鋼管樁在重力作用下自動(dòng)插樁，并復(fù)測樁位。在沉樁過程中，隨時(shí)對(duì)樁位及傾斜度進(jìn)行跟蹤測量，并根據(jù)實(shí)際情況，采取措施確保樁位和傾斜度符合要求。為確保樁位精度，在施工過程中要嚴(yán)格控制下節(jié)樁的傾斜度，確保樁身傾斜度偏差不超過0.5%。

開始沉樁時(shí)憑其自身重力先沉樁，待樁身有足夠的穩(wěn)定性后再采用正常錘擊沉樁。錘、樁帽和樁在沉樁時(shí)應(yīng)在一條直線上，以免偏擊和蹩勁沉樁。在沉樁過程中，為糾正偏位，只能微調(diào)船位和龍口，以免過大的調(diào)整而將樁蹩斷、蹩裂。漲落潮時(shí)，應(yīng)隨潮水的漲、落適時(shí)調(diào)松或調(diào)緊纜繩，以保持船位不變，并防止個(gè)別錨纜受力過大。沉樁應(yīng)連續(xù)，不要中途停錘，以免土壤恢復(fù)而增加其對(duì)沉樁的阻力。

在沉樁過程中，若出現(xiàn)貫入度異常、樁身突然下降、過大傾斜、移位等現(xiàn)象，應(yīng)立即停錘檢查，待原因查出并采用應(yīng)對(duì)措施后再繼續(xù)沉樁。

圖3 打樁船拼裝位置示意

圖4 打樁船現(xiàn)場拼裝

圖5 鋼管樁節(jié)段下端加工

3.4 打樁船的精確定位

3.4.1 平面及高程精度控制

鋼管樁沉樁施工時(shí)，利用1 臺(tái)全站儀進(jìn)行沉樁定位控制，測量組根據(jù)打樁船的大小尺寸，相對(duì)于樁下沉中心的位置，在中心的四面做了4 個(gè)控制點(diǎn)（A、B、C、D），通過控制這4 個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)來控制沉樁中心坐標(biāo)及船的水平轉(zhuǎn)角（圖6）。沉樁時(shí)根據(jù)打樁船的船首方向確定觀測點(diǎn)的位置，當(dāng)船首對(duì)南岸時(shí)，觀測點(diǎn)設(shè)在南岸，當(dāng)船首對(duì)北岸時(shí)，觀測點(diǎn)設(shè)在北岸。

圖6 打樁船上樁位控制點(diǎn)平面布置

由于本工程施工河段水位受潮汐變化影響明顯，為了精確控制樁位坐標(biāo)，樁基施工前先與地方海事部門聯(lián)系，取得了施工區(qū)域內(nèi)前兩年全年的潮汐變化數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)場進(jìn)行了一周的實(shí)際潮位測量。

在現(xiàn)場放樣的時(shí)候，在每次施工或放樣前均再次測量船頂面標(biāo)高，以確定放樣點(diǎn)的標(biāo)高，利用事先編制好的程序計(jì)算出船面上樁中心的坐標(biāo)和4 個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算時(shí)根據(jù)潮汐的變化情況及打樁船定位精度情況，預(yù)估一定的高程變化量，通過調(diào)整4 個(gè)控制點(diǎn)中的2 個(gè)，最終達(dá)到精確控制樁中心坐標(biāo)。

鋼管樁沉樁過程中，利用架設(shè)在岸邊的水準(zhǔn)儀對(duì)沉樁時(shí)的貫入度和樁頂標(biāo)高進(jìn)行控制。

3.4.2 傾斜度控制

為了控制斜樁打樁時(shí)傾斜角度的精度，并結(jié)合拋錨固定樁機(jī)穩(wěn)固性差的因素考慮，現(xiàn)場在施工區(qū)域內(nèi)插打8套鋼管樁作為打樁船錨固用樁。每套錨樁由3 根長26 m、Φ609 mm的鋼管樁組成，鋼管樁成正三角形排列（間隔1 m），鋼管樁之間采用10#槽鋼焊接連接牢固形成一個(gè)整體。同時(shí)在打樁船上安裝6 臺(tái)錨機(jī)，并在施工現(xiàn)場另外存放了1 臺(tái)備用，根據(jù)施工情況與鋼管樁連接定位，以保證施工過程中船體的穩(wěn)定。

3.5 接樁[4,5]

鋼管樁接頭采用現(xiàn)場CO2氣體保護(hù)焊 （圖7），上節(jié)鋼管樁接頭預(yù)先在加工廠內(nèi)加工成45°坡口。焊接時(shí)首先按要求裝配好內(nèi)襯環(huán)，并在內(nèi)襯環(huán)根部進(jìn)行對(duì)稱點(diǎn)焊，然后吊裝上節(jié)鋼管樁并對(duì)接。焊接時(shí)，把整條焊縫深度分為4 層，用2 臺(tái)焊機(jī)進(jìn)行對(duì)稱施焊。焊接完成后，對(duì)焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行超聲波探傷檢測，確保焊接質(zhì)量（圖8）。鋼管樁現(xiàn)場拼接焊接時(shí)需做好防風(fēng)和防雨工作。焊接中遇到大風(fēng)或下雨時(shí)，用彩條布將鋼管樁四周和上部圍住，防止樁身受潮和強(qiáng)風(fēng)影響焊接質(zhì)量。

圖7 現(xiàn)場接樁

圖8 現(xiàn)場探傷檢測

4 結(jié)語

通過改造躉船為打樁船進(jìn)行水中大直徑鋼管樁斜樁施工，在取得較好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，滿足本工程施工精度高的特點(diǎn)，形成了一整套施工工藝，可以推廣應(yīng)用到類似工程中。