城市高架橋鋼管樁快速施工技術(shù)

張 杲

1. 同濟(jì)大學(xué) 上海 200092；2. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 研究背景

傳統(tǒng)的城市高架橋采用支架現(xiàn)澆的施工方式，對(duì)周邊的環(huán)境和既有交通的影響很大，已不能滿足上海這座國(guó)際化大都市對(duì)于綠色施工的要求?；诖耍b配式橋梁施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該施工技術(shù)不僅高效，而且可以大大降低施工過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)真正的低影響施工。

裝配式技術(shù)符合“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、共享、開(kāi)放”的理念，適應(yīng)上海現(xiàn)代化國(guó)際大都市的防治污染、緩解交通擁堵和文明施工的要求。在上海迎來(lái)橋梁裝配式施工發(fā)展契機(jī)的時(shí)代，樁基作為橋梁施工的重要組成部分，目前通常采用的樁型及施工工藝，與裝配式橋梁綠色、環(huán)保的理念卻不相匹配。

目前城市高架橋梁基礎(chǔ)樁基多采用鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁的施工效率較低，并且鉆孔樁施工產(chǎn)生的泥漿、噪聲等污染較大，不利于文明施工；這與預(yù)制裝配式高架橋快速、高效、低影響的特點(diǎn)并不匹配。而鋼管樁具有承載力高、擠土效應(yīng)低、土層擾動(dòng)小、施工速度快、對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)[1-6]，這些優(yōu)勢(shì)與預(yù)制裝配式高架橋的特點(diǎn)相匹配，因此對(duì)于城市高架橋鋼管樁快速施工技術(shù)的研究方興未艾。

2 工程概況

2.1 工程簡(jiǎn)介

S3公路先期實(shí)施段新建工程位于上海市浦東新區(qū)，北起S20，南至周鄧公路，全長(zhǎng)約3.1 km。本工程作為迪士尼配套工程，擬為迪士尼開(kāi)園后極端高峰客流提供必要的疏解通道。

本標(biāo)段為S3X-2標(biāo)，從秀浦路北側(cè)到周鄧公路南側(cè)，對(duì)應(yīng)主線樁號(hào)為K3＋157.9～K4＋886。主線高架標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?5.5 m，采用預(yù)制簡(jiǎn)支變連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁，4～5跨一聯(lián)；下部結(jié)構(gòu)采用φ700 mm鋼管樁，樁長(zhǎng)45～53 m，全長(zhǎng)共有鋼管樁樁基516根；承臺(tái)采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆形式，厚2.2 m；中墩立柱采用雙柱式，邊墩單柱式，立柱截面尺寸1.8 m×1.8 m（圖1）。

圖1 鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.2 工程特點(diǎn)

2.2.1 ?施工周期短、任務(wù)重

上海迪士尼于2016年6月16日開(kāi)園，本工程隨后進(jìn)行招標(biāo)，招標(biāo)文件要求主線高架需在2016年底前完成通車，主線全長(zhǎng)1.728 km，建設(shè)周期不到6個(gè)月時(shí)間，相比于傳統(tǒng)的橋梁建設(shè)，本工程的建設(shè)周期僅為傳統(tǒng)建設(shè)周期的1/4。

2.2.2 ?施工過(guò)程不影響既有軌交16號(hào)線正常運(yùn)行

設(shè)計(jì)主線高架緊鄰既有軌交16號(hào)線，最小距離僅13 m。本工程需在不影響軌交16號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)的前提下快速地完成樁基施工任務(wù)。

3 施工方案

由于工期緊，任務(wù)重，且施工范圍距離現(xiàn)有軌交16號(hào)線較近，若采用傳統(tǒng)的施工方式進(jìn)行施工，工期目標(biāo)不能完成，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有軌道交通可能產(chǎn)生危害。因此項(xiàng)目部技術(shù)部門經(jīng)過(guò)研究，最終決定選用ICE-RF70型免共振液壓振動(dòng)錘配合壓樁導(dǎo)向架進(jìn)行鋼管樁的快速施工，不僅滿足了工期需求，同時(shí)避免了對(duì)現(xiàn)有軌交16號(hào)線的運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生影響。

ICE-70RF免共振液壓振動(dòng)錘是目前世界上最大的液壓免共振錘。它無(wú)共振，振動(dòng)頻率超高，轉(zhuǎn)速達(dá)到2 000 r/min，可配合使用起吊能力大于80 t的起重機(jī)?？稍诿芗鞘兄姓駝?dòng)受限制的區(qū)域快速施工長(zhǎng)60 m以上鋼管樁。相比于靜壓樁機(jī)，可更好地保護(hù)周邊建筑不受影響，節(jié)省工作時(shí)間和施工成本。

相比于低頻電動(dòng)錘，高頻液壓振動(dòng)錘幾乎不會(huì)引起土壤共振，土塞和擠土效應(yīng)遠(yuǎn)低于一般錘擊樁，振動(dòng)錘噪聲低且保持恒量。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，其較適合本工程的具體情況，因此本工程選用ICE-RF70型免共振液壓振動(dòng)錘進(jìn)行施工（圖2）。

圖2 ICE-70RF免共振液壓振動(dòng)錘

傳統(tǒng)的鋼管樁施工多采用履帶式導(dǎo)向方式進(jìn)行鋼管樁的喂樁和接樁，這樣既浪費(fèi)時(shí)間又無(wú)法保證鋼管樁的垂直度，因此經(jīng)研究，本工程設(shè)計(jì)出鋼管樁壓樁導(dǎo)向架配合高效振動(dòng)樁錘進(jìn)行鋼管樁的施工。通過(guò)壓樁導(dǎo)向架的輔助，將喂樁、接樁、壓樁等原本連續(xù)進(jìn)行的工序拆分，通過(guò)在不同工作面展開(kāi)上述工序，以科學(xué)的流水作業(yè)安排施工，從而達(dá)到節(jié)約時(shí)間、快速施工的目的。

4 導(dǎo)向架設(shè)計(jì)

導(dǎo)向架根據(jù)城市高架橋群樁基礎(chǔ)以承臺(tái)為模塊且樁位設(shè)計(jì)相同這一特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到鋼管樁長(zhǎng)度、放置穩(wěn)定性、施工機(jī)械性能等因素，導(dǎo)向架設(shè)計(jì)高度為10 m，開(kāi)孔按樁位設(shè)計(jì)設(shè)置，采用鋼框架、混凝土配重底座并設(shè)計(jì)垂直度輔助設(shè)施（圖3、圖4）。

圖3 導(dǎo)向架設(shè)計(jì)立面示意

圖4 導(dǎo)向架框架設(shè)計(jì)流程

5 鋼管樁打設(shè)施工方法

5.1 鋼管樁施工流程

施工場(chǎng)地地基處理→導(dǎo)向架安裝及定位→吊機(jī)、樁錘進(jìn)場(chǎng)調(diào)試→鋼管樁進(jìn)場(chǎng)→第1節(jié)鋼管樁喂樁→壓樁至導(dǎo)向架頂部→滑動(dòng)上部橫梁、讓出樁錘空間→壓樁至導(dǎo)向架底面→復(fù)位導(dǎo)向架橫梁→第2節(jié)鋼管樁喂樁→焊接→第2節(jié)鋼管樁壓至導(dǎo)向架頂部→滑動(dòng)上部橫梁、讓出樁錘空間→壓樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高→移動(dòng)導(dǎo)向架至下一個(gè)承臺(tái)

5.2 鋼管樁精確定位

根據(jù)設(shè)計(jì)及樁錘性能，液壓樁錘僅能將鋼管樁送至地面以上800 mm左右，將地面開(kāi)挖至鋼管樁承臺(tái)墊層的底面標(biāo)高處，導(dǎo)向架底座在此標(biāo)高處組裝，同時(shí)確保開(kāi)挖面平整。

通過(guò)測(cè)量放線確定樁位，將導(dǎo)向架底座分3塊吊裝至相應(yīng)位置，并相互拼接；上部鋼結(jié)構(gòu)架體進(jìn)行整體吊裝。在導(dǎo)向架底板及頂部定位孔安裝定位導(dǎo)向輪，確保喂樁時(shí)鋼管樁的定位精確（圖5）。

圖5 導(dǎo)向架定位導(dǎo)向輪

5.3 鋼管樁流水施工

準(zhǔn)備2套鋼管樁導(dǎo)向架，分別置于2個(gè)經(jīng)開(kāi)挖并做好整平工作的待施工承臺(tái)處。根據(jù)履帶吊行走范圍做好地基加強(qiáng)，將鋼管樁堆放在2個(gè)承臺(tái)中間不影響履帶吊行走的區(qū)域，振動(dòng)錘動(dòng)力站置于合適的位置，確保振動(dòng)錘在施工過(guò)程中可以在2個(gè)承臺(tái)上進(jìn)行壓樁，喂樁采用80 t履帶吊，壓樁采用250 t履帶吊。

具體施工流程如下：

首先由80 t履帶吊進(jìn)行1#承臺(tái)第1節(jié)鋼管樁的喂樁→1#承臺(tái)喂樁結(jié)束后，由250 t履帶吊吊起的振動(dòng)錘進(jìn)行1#承臺(tái)第1節(jié)鋼管樁的打樁施工，同時(shí)由80 t履帶吊進(jìn)行2#承臺(tái)第1節(jié)鋼管樁的喂樁→待1#承臺(tái)第1節(jié)鋼管樁完成打樁后，由80 t履帶吊進(jìn)行1#承臺(tái)第2節(jié)鋼管樁的喂樁并且同步開(kāi)始1#承臺(tái)鋼管樁的焊接，同時(shí)由250 t履帶吊吊起的振動(dòng)錘進(jìn)行2#承臺(tái)第1節(jié)鋼管樁的打樁施工→待2#承臺(tái)第1節(jié)鋼管樁打樁完成后，由80 t履帶吊進(jìn)行2#承臺(tái)第2節(jié)鋼管樁的喂樁并同步開(kāi)始2#承臺(tái)鋼管樁的焊接→待1#承臺(tái)第2節(jié)鋼管樁焊接并冷卻以后，由250 t履帶吊吊起的振動(dòng)錘進(jìn)行1#承臺(tái)第2節(jié)鋼管樁的打樁工作→待2#承臺(tái)第2節(jié)鋼管樁焊接并冷卻以后，由250 t履帶吊吊起的振動(dòng)錘進(jìn)行2#承臺(tái)第2節(jié)鋼管樁的打樁工作，同時(shí)1#承臺(tái)的導(dǎo)向架可進(jìn)行拆卸轉(zhuǎn)移工作

通過(guò)上述多工作面的展開(kāi)，可以有效地減少機(jī)械與人員的停滯時(shí)間，提高整體的施工效率。

5.4 控制要點(diǎn)

沉樁時(shí)，樁錘、替打段和樁身宜保持在同一軸線上，替打段保持平整；剛開(kāi)始振動(dòng)沉樁時(shí)，開(kāi)最低能量擋，待樁有明顯貫入度后，再加大能量繼續(xù)沉樁。在沉樁過(guò)程中，若出現(xiàn)貫入度異常、樁身突然下降等現(xiàn)象，應(yīng)立即停錘檢查[7-9]。

技術(shù)人員實(shí)時(shí)觀測(cè)打樁的貫入度、入土深度并進(jìn)行同步記錄。鋼管樁的第1根鋼管樁壓樁完畢后，進(jìn)行檢查驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求后，再進(jìn)行其余鋼管樁的施工。

5.5 注意事項(xiàng)

1）施工前承臺(tái)周圍履帶吊行走區(qū)域需進(jìn)行地基處理，滿足80 t履帶吊行走要求。

2）安裝導(dǎo)向架底座前做好承臺(tái)基坑排水措施，防止坑底泡水，引起導(dǎo)向架傾斜。

3）沉樁前對(duì)導(dǎo)向架、樁錘、動(dòng)力機(jī)械等主要設(shè)備部件進(jìn)行檢查。振動(dòng)錘中心與鋼管樁中心保持一致，開(kāi)始以小的振動(dòng)力，逐步增大，一次完成沉樁作業(yè)，作業(yè)過(guò)程中盡量不停頓、少停頓，避免土的阻力恢復(fù)，保證沉樁順利進(jìn)行。

4）沉樁前對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行檢查，防止導(dǎo)向輪卡死影響鋼管樁施工垂直度。

5）在鋼管樁施工過(guò)程中，采用便攜式測(cè)斜儀進(jìn)行垂直度的測(cè)量，并用全站儀進(jìn)行復(fù)核。

6）移動(dòng)導(dǎo)向架時(shí)應(yīng)將上部滑移裝置進(jìn)行固定，防止移動(dòng)過(guò)程中滑移裝置沖軌脫離；移動(dòng)時(shí)將底座與主體框架連接螺栓松開(kāi)，主體框架整體由履帶吊吊起放置到下一個(gè)即將施工的承臺(tái)附近，然后底座分3塊移動(dòng)到下一個(gè)施工的承臺(tái)。

6 實(shí)施效果

通過(guò)設(shè)計(jì)定位導(dǎo)向架，使得鋼管樁施工可以實(shí)現(xiàn)批量喂樁、批量焊接及連續(xù)壓樁，同時(shí)提高了鋼管樁施工的垂直度。再經(jīng)過(guò)合理的工序安排以及科學(xué)的管理，從而大大提高了鋼管樁的施工效率。

在本工程的施工過(guò)程中，最快每天可完成24根鋼管樁施工。傳統(tǒng)施工方式下一根鋼管樁成樁需3～4 h，而采用該快速施工流程施工平均每根樁僅需1 h，相比之下該快速施工流程提升效率3～4倍，大大縮短了施工時(shí)間，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

1）利用壓樁導(dǎo)向架進(jìn)行鋼管樁的施工，滿足鋼管樁精度和垂直度的要求，同時(shí)滿足快速施工的要求。

2）導(dǎo)向架可重復(fù)利用，節(jié)約了材料。

3）此鋼管樁施工方法，在實(shí)際中運(yùn)用熟練，安全可靠，施工效率高，對(duì)以后類似城市高架鋼管樁基礎(chǔ)施工有一定的借鑒意義。