試論鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制技術(shù)

周榮貴

摘要：鐵路特大橋水下長鉆孔灌注樁施工難度大，施工過程中根據(jù)地質(zhì)情況采用了合理的施工工藝和方法，保證了每一根樁的施工質(zhì)量，為水下長鉆孔灌注樁程施工積累了可供借鑒的技術(shù)資料。在穗莞深項(xiàng)目東江北干流特大橋水上部分施工過程中，通過做實(shí)前期策劃，優(yōu)化施工技術(shù)方案，認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)了東江北水中橋梁施工有序推進(jìn)，并取得了一定成績，對鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制作出了技術(shù)分析。

Abstract： It is difficult to construct long-distance bored piles for railway super-large bridges. During the construction process， reasonable construction techniques and methods are adopted according to the geological conditions to ensure the construction quality of each pile. The construction has accumulated technical materials for reference. During the construction of the water part of the Dongjiang North Main Bridge of the Suiguan-Shenzhen project， through the pre-planning， optimization of the construction technical plan， and conscientious implementation of various tasks， the bridge construction in Dongjiang North Water has been promoted in an orderly manner and has achieved certain results. A technical analysis was made on the construction control of underwater bored piles of railway super large bridges.

關(guān)鍵詞：鐵路特大橋;鉆孔灌注樁施工;水下

Key words： railway special bridge;bored pile construction;underwater

中圖分類號：U445.55+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）15-0114-03

1 ?工程概況

廣東穗莞深城際軌道項(xiàng)目正線長度8.694km，位于廣州和東莞兩市。包括：新塘左線特大橋（1370.6m）、新塘右線特大橋（1325m）、新塘站特大橋（1139m）、東江北干流特大橋（5110m）和中堂站特大橋（1145m），計(jì)5座特大橋;并承擔(dān)全線292孔簡支箱梁的預(yù)制及架設(shè)、17.2公里無砟軌道及范圍內(nèi)的地方道路還建、河道和管線改移等施工任務(wù)。本工程合同工期28個(gè)月，項(xiàng)目合同額12億元。工程施工情況如圖1所示。

東江北干流特大橋水上部分為全線的控制工程，73#-80#墩跨越東江北干流，共8個(gè)水中墩。江面寬520多米，水深5～15m，水流速度1.5m/s，潮汐影響2～4米;東江北為內(nèi)河-Ⅲ級航道，要求雙向通航，大型船舶過往頻繁，日通行量1000多艘，橋區(qū)上下游兩側(cè)緊挨大型砂場、碼頭;橋址區(qū)域內(nèi)的土層主要分布為中砂、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化含礫砂巖和泥質(zhì)砂巖等。

橋梁水中部分橋跨布置為[1-45m+1-35m+（75+2×125+75）m+1-25m]，橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)和深水低樁承臺，橋墩采用圓端形實(shí)體墩，上構(gòu)為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，75#、76#、77#為連續(xù)梁主墩。水中施工采用鋼棧橋+平臺的方式，承臺基礎(chǔ)采用雙壁鋼圍堰。

2 ?鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制前期準(zhǔn)備

2.1 項(xiàng)目方案出現(xiàn)的問題分析

項(xiàng)目進(jìn)場后，針對水上橋梁部分，在公司前期策劃小組的指導(dǎo)下，認(rèn)真研究并深入分析相關(guān)文件、設(shè)計(jì)圖紙，積極收集同類工程施工經(jīng)驗(yàn)，從技術(shù)、安全、進(jìn)度、成本等方面全面的分析對比， 發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)問題并提出了初步設(shè)想：

①東江北干流為內(nèi)河-Ⅲ級航道，要求雙向通航，大型船舶過往頻繁，日通行量1000多艘;設(shè)計(jì)圖紙要求在施工階段也采用雙向臨時(shí)通航，即河中的76號主墩采用獨(dú)立平臺、船舶運(yùn)輸?shù)姆绞绞┕?，安全風(fēng)險(xiǎn)大，施工成本高。 針對該問題，可否將棧橋延伸至76號墩，將用船舶橫渡施工改為通過棧橋施工，臨時(shí)雙孔通航改為單孔通航。如圖2所示。

②所有承臺均埋置于河床以下，且埋置深度較深，通過分析設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，橋址區(qū)域內(nèi)的土層主要分布為中砂、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化含礫砂巖和泥質(zhì)砂巖等。按常規(guī)施工方式水下爆破開挖難度大，成本高。針對承臺均埋置于河床以下施工難度大的問題，可否將全部或部分承臺抬高，如圖3所示。

③原設(shè)計(jì)73-79號承臺采用雙壁鋼套箱圍堰施工;80號承臺采用鋼板樁圍堰施工。通過清單分析，雙壁鋼套箱單價(jià)19624.03元/噸，通過了解同類工程施工成本，綜合單價(jià)均超過2萬/噸，若按原設(shè)計(jì)施工，勢必虧損?？煞駥㈦p壁鋼套箱圍堰變更為鋼板樁圍堰施工;針對現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況，并將水下開挖改為抽水后干挖，取消水下封底混凝土。

2.2 項(xiàng)目方案解決對策

①項(xiàng)目多次與廣州、東莞兩市的海事、航道部門溝通，最終同意了單孔通航的施工方案。將棧橋由75#墩延伸至76#墩（增加棧橋長度125m），如此可直接利用棧橋進(jìn)行材料、設(shè)備的運(yùn)輸，不需要運(yùn)輸船、浮吊、錨艇等設(shè)備長時(shí)間（18個(gè)月）頻繁的橫向穿越航道作業(yè)，施工期不占用航道，施工干擾小、效率高、安全風(fēng)險(xiǎn)及施工成本均大大降低。

②東江北干流特大橋73#、74#墩的承臺基礎(chǔ)埋于河床面下，承臺底部進(jìn)入中風(fēng)化層1～3m?；A(chǔ)鋼圍堰施工中，基底部巖層常規(guī)破碎方法不可行，須采取水下爆破的方式。水下爆破首先要大范圍挖除河床表面的砂層，再對外露巖層實(shí)施爆破;挖除大面積覆蓋層和水中基坑破除巖層的實(shí)施難度大，且周邊是船塢廠、砂場碼頭，基本不具備作業(yè)條件;同時(shí)，廣東省水利廳文件明確說明江內(nèi)的承臺不能露出河床面，因此原設(shè)計(jì)將73#、74#墩承臺基礎(chǔ)埋于河床面下。

③通過收集國內(nèi)外類似工程相關(guān)資料，咨詢局內(nèi)外相關(guān)專家，認(rèn)真研究分析，制定了初步的鋼板樁圍堰施工技術(shù)方案，經(jīng)過局、公司的評審，最終確定采用該方案。

3 ?鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制技術(shù)分析

東江北干流河道地質(zhì)變化起伏較大，根據(jù)地質(zhì)情況，鋼板樁圍堰實(shí)施的成敗關(guān)鍵點(diǎn)是76號主墩。

①科學(xué)依據(jù)分析，首先對河床標(biāo)高、地質(zhì)情況、水流速、潮汐變化等情況進(jìn)行了復(fù)核，進(jìn)行了地層滲透性試驗(yàn)、土質(zhì)軟化及強(qiáng)度試驗(yàn)、抽水試驗(yàn)等試驗(yàn)，為詳細(xì)的方案編制提供依據(jù)。

②對每項(xiàng)方案都需嚴(yán)格審核，通過前期的各類試驗(yàn)，進(jìn)而對鋼板樁的選用、鋼板樁圍堰整體設(shè)計(jì)、圍囹支撐方式、圍囹整體下放方式、圍囹拆除及體系轉(zhuǎn)換方式、基坑干挖、變形及失穩(wěn)安全監(jiān)控方案等方案進(jìn)行了完善，并經(jīng)局、公司領(lǐng)導(dǎo)、專家和國內(nèi)知名專家進(jìn)行了詳細(xì)評審。

③項(xiàng)目推進(jìn)。

1）根據(jù)項(xiàng)目前期做的調(diào)查準(zhǔn)備結(jié)合施工前評審意見，項(xiàng)目部制定了以80#墩為鋼板樁圍堰（18m）工藝性試驗(yàn)施工，在80#施工過程中驗(yàn)證了前面的各種試驗(yàn)以及測試了高壓射水吸泥法、無封底干挖法的可行性。

2）在有了80#墩鋼板樁圍堰施工的經(jīng)驗(yàn)后，項(xiàng)目以77#墩為深水鋼板樁圍堰（24m）工藝性試驗(yàn)施工。主要驗(yàn)證了長鋼板樁插打施工方法、支撐下放及體系轉(zhuǎn)換施工方法、對圍堰內(nèi)的水強(qiáng)抽后干挖施工方法，施工逐步推進(jìn)，確保施工安全可控。

3）在前面深水圍堰施工取得了成功后，項(xiàng)目最后總結(jié)施工過程中的經(jīng)驗(yàn)，以及針對性的對76#墩進(jìn)行高壓射水插打鋼板樁等試驗(yàn)，最后確定對于基巖地質(zhì)較淺處的76#墩圍堰施工，采用了 “引孔+板樁跟進(jìn)+護(hù)樁”的施工技術(shù)。對于引孔主要選用了3種設(shè)備及工藝對比，并進(jìn)行了沖擊引孔及旋挖引孔的工藝性試驗(yàn)，最終確定采用旋挖引孔。（圖4、5、6）

在完成“引孔+板樁跟進(jìn)+護(hù)樁”，項(xiàng)目又對圍堰進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，通過抽水試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)可能會出現(xiàn)管涌的情況，因此后續(xù)又增加了雙層鋼板樁、管涌注漿、堵漏處理技術(shù)。經(jīng)過不斷研究、認(rèn)真組織，最終圓滿完成76#墩承臺施工。

4 ?施工控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化管理

東江北干流特大橋水中施工，北岸側(cè)于2014年5月開始，南岸側(cè)于2014年8月開始。（因地方砂場等拆遷問題無法解決，地方海事、航道部門不予辦施工許可，無法進(jìn)場施工;過程中，不斷努力，經(jīng)過多次的交流、溝通等，在征拆問題未解決的情況下，取得了施工許可證）。截止目前水中樁基、承臺、主墩已全部完成，邊墩、連續(xù)梁正在作業(yè)中。

4.1 組織全員工藝培訓(xùn)，認(rèn)真落實(shí)技術(shù)交底

我們深知要將一項(xiàng)嶄新的施工工藝落實(shí)到現(xiàn)場，必須依靠全體項(xiàng)目參建人員共同努力，也就要求每一名參建人員對工藝了如指掌，為此在工程實(shí)施前和實(shí)施過程中，采用多種方式開展全員工藝培訓(xùn)及交底，過程中將工藝的每一個(gè)步驟分解成通俗易懂的大樣圖，懸掛在場地旁，用于指導(dǎo)施工。

4.2 嚴(yán)格過程控制，保證工藝質(zhì)量

工程實(shí)施過程中加強(qiáng)施工過程控制，嚴(yán)格執(zhí)行三檢制度，關(guān)鍵工點(diǎn)由技術(shù)扎實(shí)，業(yè)務(wù)能力好，責(zé)任心強(qiáng)的人員主管負(fù)責(zé)，同時(shí)對各個(gè)技術(shù)人員劃分責(zé)任區(qū)段，責(zé)任劃分明確，杜絕不合格工程進(jìn)入下道工序。

4.3 堅(jiān)持領(lǐng)導(dǎo)帶班作業(yè)，確保施工安全

水上圍堰基礎(chǔ)施工實(shí)行24小時(shí)跟班作業(yè)，且保證作業(yè)中至少有1名項(xiàng)目分管領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員帶班;當(dāng)日帶班領(lǐng)導(dǎo)填寫統(tǒng)一格式的記錄表，并由安全總監(jiān)負(fù)責(zé)督促、檢查;定期召開反饋分析會，分析現(xiàn)場存在的安全質(zhì)量問題，及時(shí)制定預(yù)防措施。

4.4 建立健全應(yīng)急預(yù)案，沉著應(yīng)對突發(fā)情況

通過分解工序，分析事故易發(fā)點(diǎn)，建立安全隱患臺賬，針對性的編制應(yīng)急預(yù)案，定期組織演練、演習(xí)，備齊應(yīng)急物資。

建立水上聯(lián)動預(yù)警機(jī)制，將項(xiàng)目部主要管理人員手機(jī)號碼納入海事處預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)掌握特殊天氣信息及潮汐變化情況;通航河道上下游設(shè)置警戒船，鋼棧橋出入口和航道處圍堰實(shí)施24小時(shí)視頻監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)特殊情況，及時(shí)啟動應(yīng)急預(yù)案。

4.5 采用信息化監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)穩(wěn)定動態(tài)

為確保圍堰在各階段施工期間的安全性，項(xiàng)目部專門委托第三方對水中鋼板樁圍堰進(jìn)行了全方位的施工監(jiān)測。施工過程中通過實(shí)測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了圍堰設(shè)計(jì)方案所取參數(shù)的正確性，及時(shí)調(diào)整了支撐高度等設(shè)計(jì)參數(shù)，取得了良好的工程效果。

5 ?鐵路特大橋水下鉆孔樁施工控制技術(shù)達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)成果

為確保圍堰在各階段施工期間的安全性，項(xiàng)目部專門委托第三方對水中鋼板樁圍堰進(jìn)行了全方位的施工監(jiān)測。施工過程中通過實(shí)測數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了圍堰設(shè)計(jì)方案所取參數(shù)的正確性，及時(shí)調(diào)整了支撐高度等設(shè)計(jì)參數(shù)，取得了良好的工程效果。

①實(shí)現(xiàn)單孔通航施工方案，將棧橋由75#墩延伸至76#墩（增加棧橋長度125m），僅直接成本投入減少約400多萬元（僅租賃運(yùn)輸船、浮吊、錨艇、碼頭費(fèi)扣除增加棧橋費(fèi)用）。如表1所示。

②圍堰基坑開挖采用挖機(jī)干挖的方式，水下封底混凝土原設(shè)計(jì)6638m3，方案優(yōu)化為改為50-70cm厚的墊層混凝土，方量約1541m3，節(jié)約砼約5000m3，節(jié)約成本約200萬元。

③將73#、74#承臺抬高至河床上，降低了施工難度，節(jié)約了施工成本約100萬元。

④水中7個(gè)承臺選用鋼板樁圍堰進(jìn)行施工，實(shí)際按75#、76#、77#、78#四個(gè)承臺圍堰的用量投入，重量為1490.9T;還有采用鋼板樁圍堰施工無需大型船機(jī)設(shè)備;鋼板樁可租賃，施工簡便，圍堰鋼材完全回收，共節(jié)約施工成本約2800萬元。

⑤通過積極開展技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了深水淺覆蓋層嵌入式承臺施工技術(shù)革新，先后獲得國家專利2項(xiàng)，公路工程工法1項(xiàng)，省級工法1項(xiàng)，公路協(xié)會科技創(chuàng)新成果二等獎2項(xiàng)，局級工法2項(xiàng)，局技術(shù)革新成果一等獎1項(xiàng)，核心期刊發(fā)表論文2篇等成績。隨著水中施工基本結(jié)束，目前正對水上施工技術(shù)進(jìn)行全面總結(jié)，進(jìn)一步申報(bào)科技創(chuàng)新成果。

6 ?結(jié)語

綜上所述，以上方案得以實(shí)施并取得一定的成果主要得力于局、公司的正確領(lǐng)導(dǎo)和大力支持。目前本項(xiàng)目任務(wù)仍非常艱巨，我們將一如既往發(fā)揚(yáng)謙虛謹(jǐn)慎、積極向上的精神，繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)習(xí)、提高思想認(rèn)知水平和項(xiàng)目管理水平，使項(xiàng)目的工作開展更加堅(jiān)實(shí)，為項(xiàng)目最終取得良好成績而不懈努力。

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