陡坡裸巖全斷面植入嵌巖鋼管樁施工關(guān)鍵技術(shù)

吳姚平，易　曉，涂偉成

(中交二航局第一工程有限公司，武漢 430012)

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陡坡裸巖全斷面植入嵌巖鋼管樁施工關(guān)鍵技術(shù)

吳姚平，易曉，涂偉成

(中交二航局第一工程有限公司，武漢 430012)

摘要：依托富春江船閘擴建改造工程，針對斷航庫區(qū)深水、裸巖、坡陡且無大型起重設(shè)備的條件，進行大直徑獨立式鋼管嵌巖樁全斷面植入施工，有效解決了裸巖穩(wěn)樁、深水鉆孔、起重及如何在砼灌注過程中保證鋼管樁與孔壁之間空隙的密實度等難題。

關(guān)鍵詞：斷航庫區(qū)；裸巖；浮式固定鉆孔平臺；起重平臺；孔壁灌漿

富春江船閘擴建改造工程上游引航道平面布置基本采用原有引航道布置形式，引航道寬度為50 m，引航道底設(shè)計高程為+18.0 m。左側(cè)為防止船舶在橫流作用下偏航誤入船閘左側(cè)溢洪道水域，威脅船舶及大壩安全，在上游引航道左側(cè)原有隔流墩上游延伸設(shè)置長度為227.6 m的浮箱導(dǎo)航設(shè)施。浮式導(dǎo)航設(shè)施共布置6座浮箱，導(dǎo)航浮箱由嵌巖鋼管樁固定：鋼管樁布置在導(dǎo)航浮箱端部，樁與樁之間中心距為38.5 m，數(shù)量共7根。鋼管樁直徑2.5 m，壁厚25 mm，鋼管樁全斷面嵌入中風(fēng)化巖7 m以上。鋼管樁內(nèi)部填充C25混凝土，樁頂高程為+30.5 m。

1施工難點及特點

1)起重難度大。鋼管嵌巖樁長度較長(最長達40.5 m)，重量較重(最重達61.771 t)，且因原有船閘已封航，施工區(qū)域內(nèi)大型浮吊無法進入。

2)平臺搭設(shè)難度大。嵌巖樁樁芯間距為38.5 m，共7根，為獨立布置型樁基，采用傳統(tǒng)工藝搭設(shè)滿堂固定式鉆孔平臺成本較高；采用普通浮式平臺進行鉆孔時，因設(shè)備自重及沖擊荷載較大，鉆孔過程中平臺穩(wěn)定性難以保證；同時覆蓋層較薄,水上設(shè)備拋錨定位困難。

3)孔壁密實度難以保證。設(shè)計樁徑為2 500 mm，孔徑為2 800 mm，鋼管樁全斷面植入，孔壁與鋼管樁之間只有15 cm間隙，若孔壁不密實，樁基承受水平荷載時容易晃動。

2關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1　起重平臺設(shè)計

鑒于斷航庫區(qū)內(nèi)無法調(diào)遣大型水上起重設(shè)備，該研究擬在上游自行設(shè)計拼裝一條浮式起重平臺，該浮式起重平臺吊高12 m，采用固定式扒桿，利用4根錨纜進行定位，船頭設(shè)前進纜，船尾設(shè)尾錨控制船體小幅度前進、后退。

起重平臺由1個20 m×10 m浮箱及2根19 m桅桿組成。桅桿采用兩根φ50 mm鋼絲繩固定。所有浮箱采用∠150×150×10 mm角鋼進行包邊，浮箱與浮箱之間采用10 mm厚鋼板進行包邊，桅桿采用φ480 mm鋼管。經(jīng)專業(yè)檢測單位檢測，該浮式起重平臺最大起重量為50 t。起重平臺示意圖見圖1。

2.2　鉆孔平臺搭設(shè)方案比選

2.2.1方案1：采用固定式鉆孔平臺

1)平臺設(shè)計

該平臺采用15根鋼管支腿與上部支撐型鋼搭設(shè)成“板凳型”結(jié)構(gòu)。支腿橫向間距4 000 mm，縱向間距4 500 mm，支腿采用振動錘下沉至基巖面以下。樁腿頂部橫向設(shè)工36主梁,主梁頂高程為+24.0 m，鉆機前后支點處設(shè)工25分配梁，間距為500 mm。其他位置鋪設(shè)250 mm×250 mm桁架，用于鋪設(shè)人行走道。整個平面尺寸為16 000 mm×9 000 mm。分配梁與主梁相接處設(shè)加強腹板，以提高平臺的整體性。護筒側(cè)邊沿主梁采用裝配式，待護筒吊運完成后再安裝。固定平臺結(jié)構(gòu)圖見圖2。

2.2.2方案2：采用浮式固定鉆孔平臺

1)鉆孔平臺設(shè)計

鉆孔平臺由浮箱平臺和4條φ720×14 mm定位鋼管支腿組成。浮箱平臺長度為13 m，寬度為6 m，高度為1.35 m。浮箱一端設(shè)置一U型缺口，U型槽口寬度不小于3.25 m，以便沉放鋼護筒。

鉆孔平臺由平臺主體及支腿兩部分組成，兩部分結(jié)構(gòu)形式如下：

①平臺主體

平臺主體由上下兩層槽鋼構(gòu)成基本骨架，骨架間通過槽鋼增加其整體性；通過側(cè)壁橫肋、豎肋及分配承重梁構(gòu)成平臺主體頂層受力系統(tǒng)；底層由底板橫肋、縱肋構(gòu)成；底部及側(cè)壁焊接鋼板使平臺主體構(gòu)成上端開口的密封箱體，以便于水上轉(zhuǎn)移；平臺主體四個角上分別設(shè)有絞關(guān)，與絞關(guān)所連纜繩用以固定其水平位置。

②支腿

浮式平臺設(shè)有四個平臺支腿，平臺支腿由上下兩層槽鋼構(gòu)成基本骨架，上層槽鋼與平臺主體連接部分需焊接加固；上下層骨架以槽鋼連接，構(gòu)成“井”字型結(jié)構(gòu)；在“井”字型機構(gòu)內(nèi)設(shè)有上下兩側(cè)鋼抱箍，鋼抱箍與定位樁通過螺栓松緊，用以安裝或拆卸平臺；每個支腿頂部設(shè)有千斤頂，千斤頂?shù)撞繑R置與定位樁封頭鋼板上，頂部頂在水平工字鋼上，用以承受豎向荷載及調(diào)節(jié)平臺面標高。

鉆孔平臺結(jié)構(gòu)圖見圖3。

2) 鉆孔平臺使用

①定位

a.初步定位。初測樁位，拋下浮標，距離樁中心80 m處，前后左右八字形拋下4只300 kg鐵錨，用6×24Φ18.5鋼絲繩作纜繩，繩長各100 m，現(xiàn)場根據(jù)實際地質(zhì)條件進行增長或減短。

b.精確定位。浮式平臺移至樁位處，將四根錨繩與浮式平臺上四只絞關(guān)相連，用絞關(guān)移動平臺定好樁位，固定絞關(guān)。

c.定位鋼管樁就位沉放。利用水上起重平臺將鋼管樁吊至已固定的浮式平臺的定位裝置內(nèi)，利用振動錘將定位鋼管沉放至基巖(在就位前，潛水員先進行水下探摸，對于起伏較大的區(qū)域進行拋填碎石預(yù)先找平)。當(dāng)定位鋼管高出水面高度不能使用浮式平臺調(diào)整高度時，用割管法或接管法以達到使用高度。沉放完成后，鎖緊鋼抱箍，使其與平臺連接。

②高度調(diào)正

調(diào)高裝置高出平臺頂面1 150 mm，調(diào)整范圍約50 cm。每個支腿設(shè)100 t油壓千斤頂一個，油壓千斤頂?shù)撞糠旁诙ㄎ讳摴芊忸^板上，頂部頂在定位樁橫梁上。安裝好后，調(diào)整平臺頂。

③平臺移位

鉆孔作業(yè)完成后，起錨取出鉆錘；松開抱箍后4只千斤頂均勻卸力，使平臺緩慢入水；利用水上起重平臺配合振動錘將定位鋼管取出。定位鋼管提升足夠高度后鎖緊抱箍，使支腿鋼管臨時與平臺連接，避免其底部在移動過程中碰觸河床；鐵駁就位，利用鋼纜與平臺絞關(guān)連接，拖曳整個鉆孔平臺至下一樁位。

2.2.3方案比選

鉆孔搭設(shè)方案比選見表1，經(jīng)比選，選定方案2中平臺作為該工程樁基施工平臺。

表1　鉆孔平臺搭設(shè)方案比選表

2.3　成孔施工

鋼管樁施工采用全斷面植入法，施工共分為護筒沉放、鉆孔、清孔栽樁、混凝土澆筑四個過程。鋼管樁施工示意圖見圖4。

2.3.1護筒沉放

工程所在地地質(zhì)情況為中風(fēng)化凝灰?guī)r，屬于高強度巖基，且?guī)r面傾斜，鋼護筒在沉設(shè)過程中底部易滑移，難以定位。故在護筒沉放前，利用沖擊錘自由沖擊將斜巖鑿平。

因該工程鋼護筒長度較長，最長鋼護筒近30 m，自主設(shè)計起重平臺起重高度受限，故采用兩艘自主設(shè)計的水上起重平臺抬吊作業(yè)。1號起重船側(cè)設(shè)吊耳2個，2號起重船側(cè)設(shè)吊耳1個。1號起重船打鉤與2號起重船打鉤各吊鋼管樁一端使鋼管樁入水。入水后，1號起重船小鉤上提，2號起重船松鉤。1號起重平臺將鋼護筒拖運至樁位處。通過1號起重平臺將鋼護筒喂入浮式固定平臺“U”型槽內(nèi)，通過全站儀反復(fù)調(diào)整護筒中心位置，使其中心位置偏差小于100 mm。位置調(diào)整完成后，通過型鋼連接平臺使鋼護筒四周固定。鋼護筒吊裝示意圖見圖5。

2.3.2沖擊鉆進

沖擊鉆進采用低錘密擊開孔，待成孔深度大于沖錘與沖程長度之和后便可進行正常沖程沖擊。鉆進過程中利用50 kW振動錘使護筒跟進。

2.3.3鋼管樁栽立

每根鋼管樁分兩節(jié)進行安裝，首先安裝分節(jié)1鋼管，安裝完成后，進行鋼筋籠安裝、二次清孔并澆筑砼。待砼達到設(shè)計強度80%以后，將分節(jié)2鋼管對接至分節(jié)1鋼管上面。

分節(jié)1鋼管栽立具體步驟如下：

a.潛水員水下割除距離泥面1 m以上鋼護筒。

b.鋼管栽立采用50 t起重工作平臺進行吊裝，將分節(jié)1鋼管樁吊裝至鉆好的2.8 m直徑的孔中。對于7#錨樁，單節(jié)重量53.4 t，已有起重船額定荷載為50 t，按照最不利情況，該工程最重鋼管樁為53.6 t。在鋼管樁內(nèi)部焊接2塊圓形鋼板，與鋼管樁焊牢，使用壓縮機抽出其中空氣，形成5 m3真空，并進行氣密性試驗。待鋼管樁安裝到位后，潛水員用水下切割的方式割除鋼板。

故在鋼護筒內(nèi)設(shè)浮箱以減小起重船吊重。水的密度為1 000 kg/m3,故浮箱提供浮力為：

F浮=3.6×10=36 kN

浮箱自重取2 kN。

浮箱內(nèi)容體積為：V=(36+2)÷1 000÷10÷1 000=3.8 m3。

該工程內(nèi)置浮箱為5 m3>3.8 m3，符合要求。

2.3.4孔壁灌漿

在鋼管下口，距離底部3 m范圍內(nèi)開30 cm×80 cm(寬×高)16只缺口，每圈8個，孔位成梅花形布置，便于在澆筑過程中混凝土能從孔壁間上翻。

為保證孔壁密實度，提高樁基在水平荷載下的穩(wěn)定性，在底部缺口中間埋設(shè)直徑48 mm壓漿鋼管，壓漿管從底口連接至樁頂，鋼管底口8 m范圍內(nèi)每10 cm間距鉆4 mm小孔，每圈鉆4個，成梅花狀布置?；炷翝仓瓿珊螅瑵撍畣T水下將碎石拋填至孔壁內(nèi)，然后將壓漿管連接壓漿設(shè)備進行壓漿處理，以使孔壁密實。

3結(jié)語

富春江船閘上游引航道庫區(qū)在斷航情況下，通過浮箱拼裝方案，有效解決了水上起重施工難題；針對深水、裸巖、庫區(qū)水位變動及獨立樁基特點，自主研究與設(shè)計出了浮式固定鉆孔平臺，在滿足平臺穩(wěn)定性的同時，加快了平臺周轉(zhuǎn)速度，提高了生產(chǎn)效率，極大節(jié)約了施工成本；鋼管樁孔壁灌漿技術(shù)等先進施工工藝的運用也提高了樁基質(zhì)量。該工程的順利實施，為我國一大批類似改擴建船閘施工積累了寶貴經(jīng)驗。

參考文獻

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[4]蔣正榮,朱國良.簡明施工計算手冊[M].2005.

Uncovered Rock Full Steep Section of Rock-socketed Implanted Key

Techniques for Construction of Steel Pipe Piles

WUYao-ping,YIXiao,TUWei-cheng

(The First Construction Company of CCCC Second Harbor Engineering Co,Ltd, Wuhan 430012,China)

Abstract:Relying on Fuchun River lock expansion renovation project,in the conditions of reservoir under unnavigable for deepwater bare rock, steep slopes and no large-scale lifting equipment, full construction of large diameter section of the implant freestanding steel socketed pile was done.And this is an effective solution to the uncovered rock steady pile, deepwater drilling, lifting and how to ensure that the density of the gap between the steel pipe piles and holes in the concrete wall of the infusion process and other problems.

Key words:unnavigable reservoir;uncovered rock;fixed floating drilling platform;lifting platform;filling the hole wall

作者簡介：吳姚平(1981-)，工程師.E-mail:120460775@qq.com

收稿日期：2015-10-03.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.014