固定導(dǎo)向架高精度沉樁技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

張鐵軍，徐波，史虎彬（中交一航局第一工程有限公司，天津　300456）

固定導(dǎo)向架高精度沉樁技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

張鐵軍，徐波，史虎彬
（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

摘要：針對(duì)外海橋梁樁基施工，研發(fā)一套具有固定基礎(chǔ)的平臺(tái)導(dǎo)向架。該導(dǎo)向架在沉樁過(guò)程中不受風(fēng)浪影響，能夠?qū)︿摴軜稑段缓蜆渡泶怪倍冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過(guò)液壓抱樁臂進(jìn)行調(diào)整。沉樁結(jié)果表明，滿足設(shè)計(jì)樁位偏位不大于10 cm，樁身綜合垂直度不大于1/400的要求。該工藝具有在沉樁過(guò)程中不受外海風(fēng)浪影響的特點(diǎn)，并能在沉樁過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行糾偏。

關(guān)鍵詞：固定導(dǎo)向架；外海；高精度；沉樁；振動(dòng)錘；糾偏

1　工程概況

港珠澳大橋CB03合同段總長(zhǎng)8.67 km，非通航孔共有68個(gè)橋墩，每個(gè)橋墩基礎(chǔ)由6根鋼管復(fù)合樁組成，橋墩為埋置式墩臺(tái)[1-2]。為保證橋墩質(zhì)量，采用整體預(yù)制整體安裝的施工工藝，墩臺(tái)預(yù)留孔與鋼管樁之間間隙僅為10 cm，精度高，難度大。

由于埋置式墩臺(tái)預(yù)留孔與鋼管樁之間間隙僅為10 cm，沉樁偏位過(guò)大或者垂直度不滿足要求會(huì)給墩臺(tái)安裝和灌注樁施工帶來(lái)很大困難。不大于10 cm的沉樁偏位和不高于1/400的垂直度是常規(guī)打樁船施工無(wú)法達(dá)到的。根據(jù)地勘資料顯示，地層變化較大，沙層厚薄不均，并存在夾層，樁在自沉過(guò)程中極易出現(xiàn)溜樁、跑樁等對(duì)樁位和樁身垂直度造成嚴(yán)重影響的情況[2]。外海施工風(fēng)浪較大，給高精度沉樁工作提出更高的要求。

為確保預(yù)制墩臺(tái)的預(yù)留孔順利套入6根樁基礎(chǔ)，達(dá)到墩臺(tái)安裝垂直度h/3 000的精度要求，通過(guò)大量施工前期研究論證，研發(fā)一套適用于外海施工的固定導(dǎo)向架沉樁施工工藝。

2　固定導(dǎo)向架組成

2.1支撐樁

在工程樁的周圍打設(shè)6根支撐樁，作為導(dǎo)向系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)。支撐樁橫橋向布置3排，間距20.2 m，順橋向布置2排，間距16.2 m。

2.2鋼抱箍

抱箍托架是安放在支撐樁上部，臨時(shí)支承并調(diào)平固定平臺(tái)用的裝置。鋼抱箍分兩瓣加工，使用12個(gè)8.8s級(jí)高強(qiáng)螺栓連接成整體，鋼抱箍與鋼管樁之間設(shè)置橡膠帶，通過(guò)橡膠帶與鋼管樁之間的摩擦抱緊鋼管樁。鋼抱箍可重復(fù)使用，高強(qiáng)螺栓只可使用1次。

2.3固定平臺(tái)

平臺(tái)采用雙主梁平面框架結(jié)構(gòu)，外緣尺寸為24 m伊20 m。主梁使用0.8 m伊0.6 m箱梁形結(jié)構(gòu)，在支撐樁處形成方格，套入支撐樁后支承在鋼抱箍的平板上，并用加強(qiáng)板與樁焊接，以此作為上部導(dǎo)向架支撐、調(diào)節(jié)的操作平臺(tái)，同時(shí)將6根支撐樁連為整體，保證在風(fēng)浪、水流作用下的穩(wěn)定。

2.4導(dǎo)向架

導(dǎo)向架為立體框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為17.6 m伊13.6 m，高12.9 m。導(dǎo)向架頂面和底面為上下2層平臺(tái)，其桿件布置相同，在工程樁處形成方格，以便設(shè)置液壓抱樁器。

主梁采用0.6 m伊0.4 m箱型梁，上下2層平臺(tái)的外框用12根立柱連接支撐，立柱為箱梁結(jié)構(gòu)，斷面尺寸為0.4 m伊0.4 m[3]。導(dǎo)向架的4個(gè)側(cè)立面通過(guò)腰梁及斜撐連接成空間框架，導(dǎo)向架立面圖見(jiàn)圖1。

圖1 導(dǎo)向架立面圖Fig.1　Guide frame elevation

3　固定導(dǎo)向架沉樁系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1施工流程

采用固定導(dǎo)向架沉樁的施工流程如圖2所示。

3.2船機(jī)設(shè)備

3.2.1浮吊選型

支撐樁定位船及固定平臺(tái)導(dǎo)向架安裝船為中交一航局700 t全旋轉(zhuǎn)“天威號(hào)”起重船，打樁船為1 600 t浮吊“起重27號(hào)”，最大吊高95 m，最大跨距43 m，能夠滿足最重103.6 t，最長(zhǎng)78.1 m的鋼管樁沉樁要求。

3.2.2錘組選型

對(duì)68個(gè)墩位逐墩進(jìn)行沉樁阻力計(jì)算分析，初打采用2臺(tái)APE400液壓振動(dòng)錘聯(lián)動(dòng)振沉[4-5]，當(dāng)液壓振動(dòng)錘初打不能振沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，采用MHU800S液壓沖擊錘復(fù)打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.3施工過(guò)程

3.3.1打設(shè)支撐樁

圖2 施工流程圖Fig.2　Construction flow chart

支撐樁共設(shè)3個(gè)吊點(diǎn)，鋼管樁立樁后，副鉤配合主鉤吊起呈直立狀態(tài)的鋼管樁移樁進(jìn)入定位船上已開(kāi)啟的液壓抱樁器內(nèi)，閉合液壓抱樁器，鋼管樁自沉。自沉結(jié)束后，副鉤吊起放置在定位船上的液壓振動(dòng)錘，使用2伊APE400雙錘聯(lián)動(dòng)液壓振動(dòng)錘組振沉至標(biāo)高。

3.3.2安裝固定平臺(tái)及導(dǎo)向架

首先在支撐樁上統(tǒng)一使用水準(zhǔn)管確定標(biāo)高，按照測(cè)出的標(biāo)高將鋼抱箍安裝至指定位置。

用“起重27號(hào)”起吊固定平臺(tái)吊放在鋼抱箍上，實(shí)測(cè)固定平臺(tái)方格框架與各支撐樁的間隙，相應(yīng)加工連接加勁板，再施焊將固定平臺(tái)與支撐樁連接固定為一體。

固定平臺(tái)與鋼管樁形成整體后，采用GNSS靜態(tài)測(cè)量方法，在固定平臺(tái)上精確測(cè)放導(dǎo)向架安裝線，在平臺(tái)主梁的直角邊上根據(jù)安裝線焊接限位鋼板，將所有導(dǎo)向架上液壓抱樁器調(diào)整為閉合狀態(tài)后，“天威號(hào)”起吊導(dǎo)向架安放到固定平臺(tái)上。

根據(jù)放置在固定平臺(tái)上的限位鋼板精確控制導(dǎo)向架的安裝位置，控制標(biāo)準(zhǔn)為垂直度偏差不大于1/2 000，平面位置偏差不大于10 mm。調(diào)整結(jié)束后，將導(dǎo)向架和固定平臺(tái)焊接固定，從而使支撐樁、固定平臺(tái)與導(dǎo)向架形成牢固的整體空間框架結(jié)構(gòu)。

3.3.3導(dǎo)向架在沉樁過(guò)程中應(yīng)用

“起重27號(hào)”將鋼管樁起吊立樁后，將樁插入導(dǎo)向架的方格內(nèi)，關(guān)閉液壓抱樁器，根據(jù)測(cè)量人員測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整抱樁臂，使樁身處于鉛垂?fàn)顟B(tài)下自沉。

單根樁自沉完畢后，使用上下層液壓抱樁臂臨時(shí)抱緊鋼管樁限位，“起重27號(hào)”副鉤吊起APE-400振動(dòng)錘，在導(dǎo)向架抱樁臂的限位狀態(tài)下振沉，同時(shí)使用架設(shè)在平臺(tái)上的全站儀對(duì)鋼管樁垂直度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整液壓抱樁臂開(kāi)合角度與位置以調(diào)整樁身垂直度。振沉過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)樁身垂直度偏差過(guò)大時(shí)，采取延長(zhǎng)留振時(shí)間、交替上拔和振沉等方式，使樁周邊土體液化，確保鋼管樁垂直下沉。振沉過(guò)程中遇到地質(zhì)較硬，振動(dòng)錘振沉困難情況，則停錘并移開(kāi)振動(dòng)錘組，更換“天威號(hào)”吊持MHU800S液壓沖擊錘復(fù)打至設(shè)計(jì)標(biāo)高（圖3）。

圖3 振沉完的鋼管樁Fig.3　Vibration of steel pipe pile

3.4沉樁精度分析

使用固定導(dǎo)向架高精度沉樁技術(shù)進(jìn)行了首件31號(hào)墩的鋼管樁沉樁，對(duì)未振沉到位的鋼管樁在導(dǎo)向架拆除后使用液壓沖擊錘復(fù)打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。沉樁完畢后對(duì)已復(fù)打至設(shè)計(jì)標(biāo)高的鋼管樁進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1。

表1 樁位偏差及樁身垂直度匯總Table 1　Summary of pile position deviation and pile verticality

根據(jù)表1可以看出，6根樁設(shè)計(jì)樁位處的偏差和樁身垂直度均滿足設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)語(yǔ)

固定導(dǎo)向架高精度沉樁技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用在港珠澳大橋鋼管樁基礎(chǔ)施工中取得了成功，通過(guò)設(shè)置固定平臺(tái)，減小了風(fēng)浪對(duì)沉樁的影響，成功驗(yàn)證了外海高精度沉樁的可能性和可操作性，為今后類似工程提供了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)積累，也為今后外海樁基施工提供了一種新的思路。

參考文獻(xiàn)：

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E-mail：xuxu12223@163.com

中圖分類號(hào)：U655.55；U445.55

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-7874（2016）01-0059-04

doi：10.7640/zggwjs201601014

收稿日期：2015-06-24修回日期：2015-07-25

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目港珠澳大橋跨海集群工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范（2011BAG07B00）

作者簡(jiǎn)介：張鐵軍（1969— ），男，天津市人，高級(jí)工程師，總工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。

Development and application of high precision sinking pile technology of fixed guide frame

ZHANG Tie-jun，XU Bo，SHI Hu-bin
（No.1 Eng.Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

Abstract：Based on the bridge pile foundation construction in open seas,we developed a set of platform guide frame with a fixed base,the guide frame is not affected by the wind and waves in the process of sinking pile,it can monitor steel pipe pile position and pile verticality in real-time,and adjustment through hydraulic arm.The sinking pile results show that the steel pipe pile can meet the requirements of pile design deviation is not more than 10 cm and pile comprehensive vertical is less than 1/400.This technology is not affected by open seas wind and waves,and rectifying at any time during the process of sinking pile.

Key words：fixed guiding frame;open seas;high precision;sinking pile;vibration hammer;rectifying