混凝土預(yù)制塊拋填區(qū)水中樁鋼平臺(tái)與旋挖鉆施工技術(shù)的應(yīng)用

劉 琪

（中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

0 前言

跨河、跨海大橋的施工技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，越來(lái)越多的應(yīng)用在現(xiàn)代的橋梁建設(shè)中，但在水中施工過(guò)程中，由于水底情況不明確，加之在后期防洪以及其他人類活動(dòng)時(shí)難免拋填其他雜物于河道中，尤其在極易泛濫的河道中施工，大多為堅(jiān)硬物體，如大體積混凝土預(yù)制塊、各類建筑垃圾等。由于大量的堅(jiān)硬不明物體的原因造成水中樁基施工極其困難，尤其是拋填堅(jiān)硬物數(shù)量較多、分布密集、堆積厚度過(guò)高的情況下，出現(xiàn)施工平臺(tái)無(wú)法搭設(shè)和循環(huán)鉆將無(wú)法鉆進(jìn)，且沖擊鉆破碎沖擊需要花費(fèi)大量的時(shí)間，功效極其低下。在此情況下通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)比選，選用鋼平臺(tái)、采用大功率旋挖鉆施工，最終能攻克施工難題，極大的降低鉆進(jìn)時(shí)間、提高工作效率，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

N-8公路是孟加拉首都地區(qū)通往孟西南部地區(qū)的唯一干線通道，是泛亞公路網(wǎng)在孟境內(nèi)的重要部分，也是“孟中印緬經(jīng)濟(jì)走廊”的重要組成部分。北起孟加拉首都達(dá)卡市，橫跨博多河，南至庫(kù)爾納市附近。

Arial Khan橋項(xiàng)目主要施工內(nèi)容為：新建10×45m雙線跨河大橋466.48m/1座，主橋墩位置與既有橋一致，引橋段的道路升級(jí)、加寬路面等，線路總長(zhǎng) 666.5m。橋梁基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)樁徑1.2m，其他墩位樁徑1.5m，最大樁長(zhǎng)入土50m（自施工平臺(tái)67m）。左右線聯(lián)合高樁承臺(tái)，最大砼方量862.5m3，橋墩為左右幅分離矩形墩，截面尺寸1.5×5m，最高9.1m，45mT梁為先簡(jiǎn)支后連續(xù)。

1#墩位處共設(shè)計(jì)18根，全部為水中樁，分3排布置，每排6根，樁間距4.5m，樁基直徑為1.5m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)54.0m，全部采用永久鋼護(hù)筒，批復(fù)鋼護(hù)筒長(zhǎng)度18.4m（設(shè)計(jì)樁頂以下）。

1.1 地理位置及周圍環(huán)境

項(xiàng)目橫跨Arial Khan河，周邊為沖擊平原，地勢(shì)低平，地下水位較高。根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料推測(cè)，0～4m灰色松散的粉砂層，4～37m為灰色粉砂夾泥、松散～密實(shí)，37～54m淤泥質(zhì)粉砂層 中密～密實(shí)，54～74m灰色粉砂密實(shí)。

該項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆诿霞永瓏?guó)地震分區(qū)地圖第二區(qū)，地震動(dòng)峰值至加速度為 0.2（孟加拉國(guó)國(guó)家建筑規(guī)范，BNBC2006）。

既有橋梁為2007年建成，為雙向二車道10×45m跨河橋。既有橋自東向西布置，分別為0#橋臺(tái)、1～9#橋墩及10#橋臺(tái)共10跨簡(jiǎn)支梁構(gòu)成。

1.2 工程區(qū)地質(zhì)及水文特征情況

⑴氣象

孟加拉屬熱帶，有夏季季風(fēng)期，并且周期性地出現(xiàn)具有破壞性的旋風(fēng)。從 3月至6月中旬，濕度大，白天最高氣溫達(dá)40℃以上。其后，從6月中旬至10月是夏季季風(fēng)期。濕度仍然很大，但是氣溫卻相對(duì)較低而且天氣一般為多云。在從11月中旬至次年2月的涼爽季節(jié)，天氣晴朗干燥而且相當(dāng)適宜。在12月至1月這一整段期間，夜晚涼爽，氣溫降至10℃以下。

⑵水文

Arial khan河枯水期水流平穩(wěn)，河面寬約180米，水面標(biāo)高約為0.958m，旱季最大水深約15m,雨季最大水深約20m。雨季水位上漲約5米。河床底部為飽和粉土和粉細(xì)砂組成。

2 技術(shù)方案設(shè)計(jì)與工藝

2.1 水下地質(zhì)情況勘探

設(shè)計(jì)資料及施工圖紙均無(wú)地下特殊地質(zhì)情況的描述，開(kāi)工前組織地質(zhì)勘探期間，鉆探無(wú)法掘進(jìn)。立即安排潛水員進(jìn)行水下查明情況，經(jīng)查看原河道防護(hù)混凝土預(yù)制塊護(hù)坡底部已延伸至1#墩位處，并且護(hù)坡表面堆積大量混凝土預(yù)制塊，混凝土預(yù)制塊堆積高程在-5.0m以下，并在附近河道隨處可見(jiàn)大量的建筑垃圾。

項(xiàng)目部立即展開(kāi)走訪附近村民調(diào)查以及向當(dāng)?shù)睾恿髦卫砼c研究院進(jìn)行收集該段河道所有的防護(hù)治理施工等方案和措施，經(jīng)調(diào)查主要有如下活動(dòng)對(duì)該段河道的影響。

（1）新建Arial Khan河大橋臨近既有橋梁，由于本地區(qū)對(duì)環(huán)保、水保工作無(wú)具體要求，加之環(huán)水保觀念淡薄，在既有橋施工過(guò)程中，大量建筑垃圾直接向河中傾倒，如廢棄混凝土、紅磚、棧橋及承臺(tái)底模施工時(shí)大量遺落的型鋼、鋼模板等。

（2）2009年當(dāng)?shù)卣M織對(duì)河岸東西兩側(cè)進(jìn)行了加固處理，具體做法為平鋪一層0.3m×0.3m×0.3m混凝土預(yù)制塊進(jìn)行防護(hù)，機(jī)械刷坡后，采用人工自0#橋臺(tái)底部至1#橋臺(tái)之間鋪設(shè)C25混凝土預(yù)制塊?；炷令A(yù)制塊之間規(guī)則密集布置，無(wú)多余空隙，并且底部平鋪一層土工布。

（3）2012年雨季期間，Arial Khan河出現(xiàn)泛濫，既有橋0#橋臺(tái)上游面臨決堤危險(xiǎn)，當(dāng)?shù)卣M織臨時(shí)防護(hù)，主要對(duì)河岸兩側(cè)進(jìn)行拋擲C25混凝土預(yù)制塊，尺寸主要為0.3m×0.3m×0.3m和0.5m×0.5m×0.5m等形式，采用小型貨船運(yùn)輸，人工拋擲。根據(jù)河道研究院提供的混凝土預(yù)制塊數(shù)量進(jìn)行推算，堆積的混凝土預(yù)制塊高度在3.0～5.0m之間。

2.2 方案初步設(shè)計(jì)與實(shí)踐

經(jīng)對(duì)收集的資料的分析和人工水下勘探，需要解決如何在混凝土預(yù)制塊區(qū)水上搭設(shè)施工平臺(tái)、如何解決樁基施工鋼護(hù)筒打設(shè)的難題，以及確保鋼護(hù)筒滿足入土深度防止出現(xiàn)鉆孔樁踏空和泥漿外漏，并在施工結(jié)束后河道內(nèi)已防護(hù)的混凝土預(yù)制塊需要重新拋填至原位置，為此進(jìn)行了如下方案設(shè)想和實(shí)踐。

（1）采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配合人工打撈，樁位處混凝土預(yù)制塊全部清除，再進(jìn)行護(hù)筒搭設(shè)和施做鋼平臺(tái)和施工。在實(shí)踐過(guò)程中由于混凝土預(yù)制塊全部在水下，采用25m長(zhǎng)臂挖掘機(jī)打撈時(shí)，操作手無(wú)法知曉水下情況，平均每天打撈約200塊混凝土預(yù)制塊，效率十分低下。經(jīng)測(cè)算1#墩位處混凝土預(yù)制塊全部打撈預(yù)計(jì)需要10個(gè)月時(shí)間，在經(jīng)過(guò)7天的挖掘機(jī)打撈后，停止該方案。

（2）采用人工配合吊車打撈，樁位處混凝土預(yù)制塊全部清除，再進(jìn)行護(hù)筒搭設(shè)，施做鋼平臺(tái)進(jìn)行施工。潛水員在水下將混凝土預(yù)制塊裝在鋼筋籠中，吊車負(fù)責(zé)調(diào)至岸邊。根據(jù)打撈結(jié)果，平均每天打撈月400塊混凝土預(yù)制塊，經(jīng)測(cè)算1#墩位處混凝土預(yù)制塊全部打撈預(yù)計(jì)需要 5個(gè)月時(shí)間。并且潛水員在水下作業(yè)，吊車在水上作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，在經(jīng)10天打撈后停止該方案。

（3）原棧橋與鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)方案為采用永久鋼護(hù)筒為基礎(chǔ)，施做鋼平臺(tái)，但在混凝土預(yù)制塊堆積區(qū)施工永久鋼護(hù)筒，則無(wú)法穿過(guò)混凝土預(yù)制塊堆積層，更無(wú)法入土，無(wú)法進(jìn)行鋼平臺(tái)搭設(shè)和樁基施工。

（4）采用鋼管樁做支撐，施做鋼平臺(tái)，在鋼平臺(tái)上打設(shè)永久鋼護(hù)筒，永久鋼護(hù)筒采用振動(dòng)錘打入，旋挖鉆鉆孔與鋼護(hù)筒打入交叉施工，最終完成鋼護(hù)筒打入深度以滿足鉆孔樁施工的要求。由于孟加拉物資材料短缺，鋼管樁無(wú)儲(chǔ)備，預(yù)計(jì)采購(gòu)需要20天時(shí)間，鋼平臺(tái)及樁基使用預(yù)計(jì)共需要70天時(shí)間，總工期預(yù)計(jì)需要3個(gè)月時(shí)間。

2.3 確定技術(shù)方案與重要工序施工工藝

經(jīng)比選，現(xiàn)場(chǎng)一直確定1#墩位處樁基施工采用鋼管樁形成“板凳樁”平臺(tái)，采用250kw 旋挖鉆進(jìn)行水中施工。具體方案及工藝 如下：

（1）鋼平臺(tái)尺寸為30m×16m（長(zhǎng)×寬），頂標(biāo)高4.0m（水面標(biāo)高目前0.5m），所有鋼材均為Q345型鋼材，采用E6013級(jí)電焊條。

（2）采用φ630mm，d=12mm鋼管作為鋼平臺(tái)樁基礎(chǔ)，共4排布置，每排7根，共28根。鋼管樁最大長(zhǎng)度按穿過(guò)混凝土預(yù)制塊層后12m控制。鋼管樁頂標(biāo)高確定為3.05m。鋼管樁采用振動(dòng)下沉的方式施工，75t履帶吊配合75t振動(dòng)錘施工。經(jīng)施工統(tǒng)計(jì)共有 6根鋼管樁施工時(shí)穿成功穿透混凝土預(yù)制塊覆蓋區(qū)，入土長(zhǎng)度分別為11.5m、9.6m、10.8m、9.6m，其他鋼管樁未能穿透混凝土預(yù)制塊層，形成“板凳樁”的形式。鋼管樁之間采用20#槽鋼做水平連接及剪刀連接以增加“板凳樁”鋼平臺(tái)的抗傾覆穩(wěn)定性。

（3）雙拼I45工字鋼做主梁搭設(shè)在鋼管樁頂部，沿平臺(tái)寬方向布置，在主梁頂部搭設(shè)I45工字鋼分布梁，間距1.0m/根，共14根，工字鋼主梁和分布梁接觸點(diǎn)全部采用焊接連接方式。在樁基位置做適當(dāng)調(diào)整，以不影響鋼護(hù)筒施工為原則。鋼平臺(tái)面板采用平鋪25#槽鋼，面板槽鋼之間凈間距為50mm，與分布梁焊接牢靠。

（4）樁基施工永久鋼護(hù)筒采用振動(dòng)錘打入，當(dāng)遇見(jiàn)整體性好的混凝土預(yù)制塊時(shí)出現(xiàn)無(wú)法打入的情況時(shí)，立即停止永久鋼護(hù)筒打入，改用旋挖鉆鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)破碎護(hù)筒內(nèi)及底部以下 0.5～1.0m混凝土預(yù)制塊時(shí)停止鉆進(jìn)，改用接長(zhǎng)永久鋼護(hù)筒，采用振動(dòng)錘不斷打入，反復(fù)采用旋挖鉆破碎混凝土預(yù)制塊與接長(zhǎng)打入鋼護(hù)筒施工多次施工，直至永久鋼護(hù)筒完成穿過(guò)混凝土預(yù)制塊覆蓋層。以2-3#樁為例，鋼護(hù)筒第一次打入至高程-6.6m時(shí)遇混凝土預(yù)制塊無(wú)法打入，便停止繼續(xù)打入，改用旋挖鉆進(jìn)行鉆進(jìn)，旋挖鉆鉆進(jìn)破碎護(hù)筒內(nèi)及護(hù)筒底板混凝土預(yù)制塊至高程-7.5m后停止，改用接長(zhǎng)鋼護(hù)筒采用振動(dòng)錘繼續(xù)打入鋼護(hù)筒，打入至高程-8.1m時(shí)再次出現(xiàn)無(wú)法打入的情況，便再次使用旋挖鉆破碎護(hù)筒內(nèi)及底部混凝土預(yù)制塊，旋挖鉆鉆進(jìn)破碎混凝土預(yù)制塊至高程-8.9m時(shí)停止，改用接長(zhǎng)鋼護(hù)筒采用振動(dòng)錘再次打入鋼護(hù)筒。采用以上方案反復(fù)施工 4次成功穿透混凝土預(yù)制塊層。在施工時(shí)需要注意，在破碎護(hù)筒內(nèi)及底部混凝土預(yù)制塊時(shí)每次掘進(jìn)長(zhǎng)度不得大于1.0m，防止周圍混凝土預(yù)制塊出現(xiàn)坍塌，造成鋼管樁底部出現(xiàn)懸空。

（5）然后將永久鋼護(hù)筒接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，一次性打入至設(shè)計(jì)深度，按《孟加拉N-8公路Arial Khan大橋項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)》由旋挖鉆進(jìn)行鉆孔樁施工。

（6）該根樁施工結(jié)束后，將永久鋼護(hù)筒與鋼平臺(tái)連接，以增加鋼平臺(tái)的穩(wěn)定性，然后展開(kāi)下一根樁基鋼護(hù)筒打入和鉆孔樁施工。

（7）施工期間履帶吊和旋挖鉆同時(shí)在鋼平臺(tái)工作，防止由于“板凳樁”鋼平臺(tái)出現(xiàn)傾覆的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 小結(jié)

水中樁基施工，尤其是在有拋填物等不良地質(zhì)情況下，施做鋼平臺(tái)存在諸多困難，并且由于鋼護(hù)筒無(wú)法打入土內(nèi)，樁基施工時(shí)則泥漿大量外流，形不成內(nèi)外壓力差無(wú)法起到泥漿護(hù)臂的作用。通過(guò)采用鋼管樁施做鋼平臺(tái)（板凳樁形式），采用大功率旋挖鉆在樁位處破碎混凝土預(yù)制塊等堅(jiān)硬物，再進(jìn)行鋼護(hù)筒交叉施工，最終完成樁基施工，同時(shí)還加快了施工速度，1#墩樁基鋼平臺(tái)及樁基共用68天全部完成（其中平臺(tái)搭設(shè)用時(shí)29天，鋼護(hù)筒及樁基施工39天），形成了時(shí)間效益，同時(shí)積累了復(fù)雜地質(zhì)樁基施工的大量施工數(shù)據(jù)和施工經(jīng)驗(yàn)。在施工中沒(méi)有出現(xiàn)一例安全、質(zhì)量事故，施工結(jié)束后，經(jīng)聲波檢測(cè)，全部樁基合格。對(duì)今后類似工程起到了很好的示范和鑒定作用，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。