深水裸巖大直徑鉆孔灌注樁護(hù)筒及作業(yè)平臺(tái)施工技術(shù)

王勤榮 （中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海 310000）

0 前言

隨著當(dāng)前我國(guó)公路交通運(yùn)輸建設(shè)迅速健康的發(fā)展,在長(zhǎng)江、各類(lèi)大型河流上已經(jīng)修建了大量的大型小跨徑公路橋梁,各種類(lèi)型橋梁的基礎(chǔ)施工對(duì)樁基結(jié)構(gòu)要求越來(lái)越高,其中在松軟土邊坡地區(qū)主要就是采用鉆孔式的灌注樁技術(shù)進(jìn)行樁基施工[1],鉆孔式灌注樁主要具有相比單樁施工承載力大、安全性高、適應(yīng)于各種松軟土層和硬質(zhì)基巖等特點(diǎn),被大量地運(yùn)用于公路工程建設(shè)實(shí)際中,但采用鉆孔灌注樁施工時(shí)成孔效果難以得到控制，成孔過(guò)程中孔壁容易出現(xiàn)塌孔等安全問(wèn)題[2-6],因此鉆孔灌注樁成孔保護(hù)中，主要采用了膨潤(rùn)土泥漿擠壓護(hù)壁工法進(jìn)行樁基礎(chǔ)成孔施工。然而在一些基巖地區(qū)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時(shí)雖然不會(huì)出塌孔的危險(xiǎn)，但在基巖地質(zhì)條件下樁基施工中護(hù)筒安裝難以穩(wěn)定，給施工帶來(lái)較大的難題。本項(xiàng)目泰和贛江特大橋樁基施工中，下部地質(zhì)為裸露基巖，傳統(tǒng)護(hù)筒安裝技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足要求，采用了裸露基巖樁基護(hù)筒錘擊跟進(jìn)二次下沉施工技術(shù)，有效保證護(hù)筒穩(wěn)定性，確保后期樁基施工順利進(jìn)行。

1 工程概況

泰和贛江主橋1#～5#墩位于水中，橋位最高處兩岸河面寬730m,橋面中軸線(xiàn)與兩岸河道中軸線(xiàn)為88°斜交。橋址處常年施工最大水位58.74m，2#～3#墩位處平均水深14～15m,水流流動(dòng)速度3.68m/s。由于長(zhǎng)江水流河道沖刷嚴(yán)重,2#墩處的強(qiáng)風(fēng)化基巖全部裸露,形成光板河床；3#墩段的河床主體表面為灰色砂礫覆蓋層。地層分布從河床由上往下排布分別為:礫砂(200kPa)、強(qiáng)風(fēng)性變化砂0巖(300kPa)、弱堿性風(fēng)化變質(zhì)砂巖(400kPa)。墩位處贛江河床上表面地勢(shì)起伏不大,基面較平整。

2 總體施工方案及重難點(diǎn)

2.1 總體施工方案

為了方便水中各橋墩樁基的施工,達(dá)到“變水上為陸上施工”的施工目的,特大橋水中橋墩樁基均采用分別自長(zhǎng)江兩岸向江中方向搭設(shè)鉆孔鋼結(jié)構(gòu)棧橋和水上固定鉆孔樁平臺(tái)方式進(jìn)行鉆孔樁基礎(chǔ)的施工,在2#～3#墩間均預(yù)留出112m寬的橫向通航間距作為航道。棧橋整體布置在水中橋位上游,在各水中墩部位棧橋與下游鉆孔平臺(tái)連接成一體。樁基施工時(shí)首先進(jìn)行護(hù)筒安裝，再利用鋼護(hù)筒進(jìn)行導(dǎo)向定位，然后通過(guò)采用水下泥漿擠壓護(hù)壁方法結(jié)合重力沖擊方法成孔，最后采用導(dǎo)管水下灌注混凝土的施工方案。

2.2 施工重難點(diǎn)

要有效保證鉆孔樁作業(yè)的順利實(shí)施，必須先解決幾個(gè)關(guān)鍵難題:①樁基施工作業(yè)時(shí)的平臺(tái)和樁基礎(chǔ)如何在埋入河床下的裸巖上平穩(wěn)立足落地生根,并在巨大水流量的沖擊下始終保持穩(wěn)定；②樁基施工作業(yè)時(shí)的平臺(tái)和樁基礎(chǔ)如何在埋入河床下的裸巖上，且平穩(wěn)立足落地生根,并在巨大水流量的沖擊下始終保持穩(wěn)定。

3 樁基作業(yè)平臺(tái)施工

針對(duì)河床為深水裸露基巖的情況，先利用“板凳”樁成橋，再采用植樁法替換臨時(shí)樁，經(jīng)體系轉(zhuǎn)換后完成平臺(tái)施工。結(jié)合承臺(tái)、圍堰尺寸及施工場(chǎng)地等綜合因素確定主墩樁基作業(yè)平臺(tái)的尺寸為23m×30m（布置如圖1所示）。

樁基作業(yè)支撐平臺(tái)的主體下部結(jié)構(gòu)主體采用30根直徑φ630×10mm的螺旋鋼管作為架立柱,按照順橋向6根,橫橋向5根的群樁作業(yè)形式進(jìn)行布置,支撐在砂質(zhì)巖層上。施工時(shí)首先由上游向下游插打臨時(shí)用的板凳鋼管樁,搭設(shè)一個(gè)上部平臺(tái)結(jié)構(gòu),待上部平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)成型后,在臨時(shí)板凳樁旁邊處打入一個(gè)直徑為1.0m的永久鋼管樁護(hù)筒,采用壓力沖擊鉆頭經(jīng)沖擊而形成孔,鉆孔時(shí)在入口的強(qiáng)風(fēng)巖層鉆孔超過(guò)3m后立即進(jìn)行清孔，隨后施工中采用水下導(dǎo)管法澆筑C30混凝土至原工程河床面以上，然后將永久鋼管樁振動(dòng)插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高，拔出鋼護(hù)筒，最后進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換完成平臺(tái)搭設(shè)。植樁后的錨固長(zhǎng)度應(yīng)不小于3m，以保證鋼管樁基礎(chǔ)的承載力和整體穩(wěn)定性，提高平臺(tái)橫向抗傾覆能力，抵抗洪水期水流沖擊。鋼管樁間距根據(jù)鋼護(hù)筒的間距和鋼圍堰尺寸確定，鋼管樁間采用［20槽鋼作聯(lián)結(jié)系，鋼管頂縱向布置雙拼I40a工字鋼作為承重梁。

上部結(jié)構(gòu)采用6組普通型單層雙片式貝雷梁，每?jī)善ㄟ^(guò)0.9m支撐架連接為一組，橫橋向擱置于承重梁上，并用U型卡焊接固定；貝雷梁上按中心間距75cm放置I22a工字鋼分配梁，并采用“U”型螺栓固定；分配梁上按凈間距5cm扣放［20a槽鋼封頂，形成作業(yè)平臺(tái)，并在鄰水周邊設(shè)高1.2m防護(hù)欄桿（平臺(tái)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2）。

圖1 棧橋及樁基作業(yè)平臺(tái)布置（單位：cm）

圖2 樁基作業(yè)平臺(tái)1/4平面結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

4 鋼護(hù)筒制作及下沉

4.1 鋼護(hù)筒制作

2#、3#墩鉆孔樁直徑2.5m，采用外徑為280cm、壁厚16mm鋼護(hù)筒。2#墩鋼護(hù)筒長(zhǎng) 18.4m，3#墩鋼護(hù)筒長(zhǎng)17.8m，為便于運(yùn)輸，在加工廠分2節(jié)制作，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)焊接。護(hù)筒主體采用大型A3鋼板卷制而成，焊接采用坡口雙面焊，以便于保證整個(gè)護(hù)筒能夠承受足夠的水壓力。為有效加強(qiáng)鑄鋼護(hù)筒的橫向整體焊接剛度,在護(hù)筒橫向兩端焊接接頭處分別加設(shè)厚16mm寬200mm的補(bǔ)強(qiáng)鋼帶進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。護(hù)筒底腳處加設(shè)厚16mm寬300mm的16M n鋼帶作為刃腳，護(hù)筒頂焊接一道加強(qiáng)肋，并配置一對(duì)吊耳。筒內(nèi)兩端頭用角鋼制十字撐保持護(hù)筒圓度。

4.2 鋼護(hù)筒下沉

4.2.1 護(hù)筒定位

鋼護(hù)筒頂面高度應(yīng)盡量高出最高作業(yè)施工平臺(tái)水位1.5～2.0m,并且應(yīng)高出大型鉆機(jī)移動(dòng)作業(yè)施工平臺(tái)0.3m,即該鋼護(hù)筒頂面目標(biāo)高度應(yīng)為63.8m(2#墩)和61.1m(3#墩)。護(hù)筒的安裝定位工作采用十字邊樁定位交匯法方式進(jìn)行,在插打護(hù)筒祖業(yè)前平臺(tái)上應(yīng)安設(shè)好導(dǎo)向架（如圖3所示），導(dǎo)向架材料采用I22b工字鋼焊接而成，在上下分別設(shè)置定位框，在導(dǎo)向架制作時(shí)保證內(nèi)徑比護(hù)筒外徑大5cm。

4.2.2 護(hù)筒一次下沉

鋼護(hù)筒自棧橋側(cè)開(kāi)始逐排從上游向下游進(jìn)行插打，護(hù)筒下方過(guò)程中主要使用用50T履帶吊將護(hù)筒吊入至導(dǎo)向架內(nèi)部并下放，下方后對(duì)護(hù)筒位置進(jìn)行調(diào)整，以此確保護(hù)筒中心與樁中心偏位控制在5cm，位置調(diào)整后將護(hù)筒焊接固定在導(dǎo)向架上。

第一節(jié)護(hù)筒與導(dǎo)向架固定后，在其上吊放第二節(jié)，校正位置后再將兩節(jié)護(hù)筒連接處用綴板加強(qiáng)并焊牢，然后將第一節(jié)護(hù)筒和導(dǎo)向架連接部位割除，再次采用履帶吊將整個(gè)護(hù)筒下放到河床表面，下放過(guò)程中必須保證垂直度在0.5%以?xún)?nèi)，然后采用DZ90型振動(dòng)錘開(kāi)始第一次下沉護(hù)筒錘擊，使得護(hù)筒底部刃腳緩慢嵌入河床表面巖層（振動(dòng)下沉施工見(jiàn)圖4），如此重復(fù)上述步驟完成鋼管樁第一次下沉。

圖3 護(hù)筒定位導(dǎo)向架

圖4 護(hù)筒振動(dòng)下沉施工

4.2.3 護(hù)筒錘擊跟進(jìn)二次下沉

因2#墩處為裸露基巖河床，護(hù)筒一次下沉難以生根立足，初次振沉雖然貫入度達(dá)到要求，但嵌巖深度僅為0.2～0.8m，致使護(hù)筒底部嚴(yán)密性較差，且面對(duì)深水大流速環(huán)境更是無(wú)法保證其穩(wěn)定性。為避免護(hù)筒底出現(xiàn)“穿孔”現(xiàn)象，護(hù)筒底應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定巖層不少于3m。采取護(hù)筒錘擊跟進(jìn)法施工可以保證護(hù)筒有足夠嵌巖深度，防止高液面泥漿因壓力過(guò)大在護(hù)筒底部擠壓泄漏，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行泥漿循環(huán)和鉆孔施工，有效降低樁基施工風(fēng)險(xiǎn)，提升成孔質(zhì)量。鉆孔過(guò)程中主要采用沖擊鉆進(jìn)行施工，在臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)上布置6臺(tái)鉆機(jī)，同時(shí)需要對(duì)沖擊鉆錘頭進(jìn)行加工，錘頭直徑加焊至2.7m（見(jiàn)圖5），鉆機(jī)就位后先采用小沖程進(jìn)行沖擊鉆孔，在進(jìn)尺達(dá)到4m后方可移開(kāi)鉆機(jī)，解除護(hù)筒與周邊連接件的連接，用50T履帶吊車(chē)將DZ90型振動(dòng)錘起作業(yè)，實(shí)現(xiàn)護(hù)筒振動(dòng)下沉的目的，待護(hù)筒第一次跟進(jìn)完成以后，將其與平臺(tái)管樁用[20槽鋼連成整體，然后鉆機(jī)重新就位，將開(kāi)始2.7m的錘頭直徑改為2.5m，沖擊鉆進(jìn)2m后解除護(hù)筒與周邊連接，再次進(jìn)行護(hù)筒跟進(jìn)，從而保證嵌巖穩(wěn)固，最后將護(hù)筒鎖定后進(jìn)行正常鉆進(jìn)。待此6根鉆孔樁施工完成后，再進(jìn)行剩下6根鉆孔樁的護(hù)筒跟進(jìn)和鉆孔施工。經(jīng)錘擊跟進(jìn)二次下沉后的護(hù)筒有效嵌巖深度均在3～4m，滿(mǎn)足施工要求。

圖5 加焊錘頭，增大鉆孔直徑至2.7m

5 結(jié)論

①針對(duì)樁基施工平臺(tái)在裸露基巖上搭設(shè)困難，支撐鋼管樁無(wú)法固定在河床上的難題，采用在臨時(shí)樁旁打入鋼護(hù)筒，用沖擊鉆沖擊成孔，利用水下導(dǎo)管法澆筑混凝土至原河床面以上，然后將永久鋼管樁振動(dòng)插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高的方法解決裸露基巖支架搭設(shè)難題，為今后類(lèi)似施工提供參考；

②裸露基巖河床樁基護(hù)筒難以生根立足，護(hù)筒施工中初次振沉深度無(wú)法達(dá)到要求，致使護(hù)筒底部嚴(yán)密性較差，且面對(duì)深水大流速環(huán)境更是無(wú)法保證其穩(wěn)定性，據(jù)此提出裸露基巖樁基護(hù)筒錘擊跟進(jìn)二次下沉施工技術(shù)，采取護(hù)筒錘擊跟進(jìn)法施工可以保證護(hù)筒有足夠嵌巖深度，防止高液面泥漿因壓力過(guò)大在護(hù)筒底部擠壓泄漏，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行泥漿循環(huán)和鉆孔施工，有效降低樁基施工風(fēng)險(xiǎn)，提升成孔質(zhì)量。