蕪申運河特大橋深水裸巖鉆孔樁平臺施工關(guān)鍵技術(shù)應用研究

鄒文軍 白偉華 王芮文

摘要：本文以溧高高速公路蕪申運河大橋的河流深水裸巖基面的地質(zhì)特點，根據(jù)河道中水流、水深的具體情況，研究了在鉆孔灌注樁施工中平臺搭設(shè)的技術(shù)方案，并在方案的基礎(chǔ)上分析了鉆孔平臺的施工關(guān)鍵技術(shù)，對其抗傾覆能力進行計算，得出該方案能夠用于本項目施工，而且還可以推廣應用的結(jié)論。

Abstract： Based on the geological characteristics of the deep-water bare rock foundation of the Wushen Canal Bridge of Ligao expressway， according to the specific situation of the water flow and depth in the river， this paper studies the technical scheme of the platform setting up in the construction of bored cast-in-place piles， and on the basis of the scheme， analyzes the key construction technology of the drilling platform， calculates its anti-overturning ability， and draws the conclusion that the scheme can be used in the construction of this project， and it can also be popularized.

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁;深水平臺;裸巖基面;應用技術(shù)

Key words： bored pile;deep-water platform;bare rock base;application technology

中圖分類號：U445.55+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0169-02

0 ?引言

橋梁鉆孔灌注樁施工是橋梁施工中常用的施工項目，然而，在橋梁跨越的河流和湖泊中，經(jīng)常遇到水深深度較大的情況，這些深水樁基施工難度最大的就是如何進行鉆孔平臺的設(shè)計施工，為保證施工過程中的安全管理，這就要求施工平臺具有足夠的強度、剛度和整體穩(wěn)定性。

蕪申運河特大橋，全長1023.16m。大橋上部結(jié)構(gòu)配跨為12×20+7×30+67+86+67+3×30m;主橋為變截面三項預應力連續(xù)箱梁設(shè)計，跨度為67+86+67m，其他橋梁部分為孔徑為30m的預應力箱梁和孔徑為20m預應力空心板梁。其樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，最深樁長達70m。橋面采用雙幅橋梁分離式的橋面板。

本工程穿越復雜的地質(zhì)區(qū)域，施工難度大，地質(zhì)條件和自然條件復雜，主要的問題是，第一，在主橋的橋位處，跨越河流的部分水流較急，流速較大，樁位處的水深度較大，且該處淤泥較深。第二，河流受每日潮汐影響較大。第三，本河道路段的河床存在裸露的基巖。

1 ?選擇合理可行的施工技術(shù)方案

本橋梁鉆孔灌注樁樁長較深，在河床底部向下3.6m為基巖條件，基巖傾斜，河水深度較深，流速較急等施工特點，提出如下四種方案：①采用鋼殼混凝土做為底座，在底座上固定施工平臺方案;②在河床中拋入片石，形成石籠基座，在此基座上固定施工平臺;③采用預先成孔的巖石孔內(nèi)嵌入鋼管中，形成固定平臺;④用分體式鋼管樁混凝土底座，在底座上搭設(shè)施工平臺。

針對方案①，要求裸巖的表面一定要與整體鋼殼混凝土密貼。查閱圖紙并委托有資質(zhì)的檢測單位對河床的巖石表面做了系統(tǒng)的檢測，發(fā)現(xiàn)如下問題：

①水中墩16#和17#墩位置及附近基巖頂面非常大的凸鼓且不平整。在17#墩位基巖頂面傾斜度最大處達到已經(jīng)接近45°，該墩位六根鉆孔樁之間的頂面高差相差較大，其中左幅17-1樁與最右幅17-6的高差達到6.2m。

②柱墩與邊墩的水位深度相差非常大，在常水位標高時，16#主墩樁位處水深度達27.3m，17#墩位處樁位水深度達15.2m，高度差達到12.1m，而實際上，兩橋墩之間的距離只有67m。

③水流變化較大，鋼殼混凝土底座平臺施工方案的實施存在困難。蕪申運河在各個時間段內(nèi)水流變化較大，汛期水位高漲，流速劇增，秋冬季水流流速在0.5-1.0m/s左右，因此，方案①實施起來困難重重，需要對原方案進行優(yōu)化。根據(jù)不同水深度情況，在16#墩樁位處，加設(shè)鋼板圍圈澆筑混凝土底座，然后施工鉆孔平臺。該方案先在樁位處向河床頂下沉鋼護筒，然后在鋼護筒的外緣加套比鋼護筒直徑大40cm的鋼圍圈，然后在鋼圍圈和鋼護筒之間的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)澆筑水下混凝土，用以保證鋼護筒不產(chǎn)生滑移。如圖1所示。

在17#墩位處，選擇不同于16#墩的施工平臺設(shè)計方案。由于17#墩墩位處，裸巖巖面傾角較大，如采用與16#墩相同的平臺方案則會發(fā)現(xiàn)鋼圍圈的著床無法實現(xiàn)，水下混凝土澆筑難度極大，鋼護筒就位的難度也是非常大的。因此根據(jù)17#墩位的勘察情況，進分析比較，最后選擇預先成孔后安設(shè)鋼護筒的方案。該方案是在平臺支撐位置，用沖擊錘沖擊裸巖，沖擊直徑為大于鋼護筒的直徑，沖擊的深度為傾斜最低面以下90cm，沖擊孔完成后，將鋼護筒安裝在內(nèi)部，然后在沖擊孔的孔壁和鋼護筒外緣之間組成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)澆筑水下混凝土，這樣就實現(xiàn)了鋼護筒的抗傾覆的能力。如圖2所示。

2 ?施工技術(shù)措施及實施工序的關(guān)鍵點

2.1 護筒-鋼圍圈水下砼底座鉆孔樁施工平臺工序關(guān)鍵點

通過上述描述，我們知道，這一方案是先將鋼護筒下沉到河床裸巖的合適位置，并確保水平無傾斜，再在鋼護筒外側(cè)套以鋼圍圈，然后在鋼圍圈和鋼護筒之間圍成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)澆筑水下混凝土，這樣，就可以把護筒牢牢地固定了。當然，鋼圍圈直徑越大，內(nèi)部的混凝土也越大，承受的荷載能力也越強，但是，在實際施工中，還要考慮樁群的布設(shè)平面，應留有一定的富余量。鋼圍圈究竟采用的直徑多少，應該根據(jù)計算水平力的力值進行抗傾覆計算，用以確定鋼圍圈的高度，此間，還要考慮河道沖刷的影響和富余量。此方案的主要施工順序為：

①拼裝組成浮箱施工平臺，然后拋錨在橋墩墩位處;②焊接組裝鋼圍圈，鋼圍圈采用3mm厚鋼板帶，并在鋼圍圈內(nèi)部設(shè)置鋼筋龍骨，并焊接鋼護筒下沉的導向定位鋼筋桿件;③把焊接好的鋼圍圈下沉并懸浮在操作平臺上;④在相應的地方安設(shè)護筒下沉的定位用導向架;⑤逐節(jié)下沉鋼護筒，直至到達河床的裸巖表面;⑥下沉后的鋼護筒垂直度檢測，然后沿著鋼護筒外壁，通過導向定位措施，把鋼圍圈滑沉落在裸巖表面。然后專業(yè)潛水員下沉到鋼護筒底部，用砂袋、土袋等封堵底部縫隙;⑦在河道水位基本無變化以及水流平穩(wěn)的時間段內(nèi)，灌注鋼護筒和鋼圍圈的封底混凝土和連接混凝土。在混凝土的強度未達到設(shè)計強度或者能承受外力之前，對鋼護筒必須進行有效固定措施。當水的流速較大，且不穩(wěn)定時，也可以先安設(shè)2-3只鋼護筒，當這些鋼護筒連接成一個整體以后，再進行下道工序（灌注水下混凝土等）施工;⑧護筒-圍圈平臺基礎(chǔ)施工完成后，在其上部搭設(shè)平臺進行樁基的施工。

2.2 預先打孔安設(shè)鋼護筒施工平臺技術(shù)

這項方案首先在河床底部裸露巖石上用沖擊錘沖擊出一個孔洞，孔洞的直徑要比鋼護筒直徑大60-90cm，然后，在浮平臺上定位下沉安設(shè)鋼護筒。最后在孔壁與鋼護筒外壁形成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)澆筑水下混凝土。沖擊孔的深度要根據(jù)具體情況確定。這項方案的主要施工順序為：①拼裝組成浮箱施工平臺，然后拋錨在橋墩墩位處;②施工放樣，準確定出鉆孔的平面位置，安放沖擊鉆，根據(jù)設(shè)計直徑的大小進行沖鉆。在整個沖擊過程中，應隨時測量孔位，不得偏離;③在浮平臺上，設(shè)置護筒下沉的定位導向桿架，逐節(jié)、緩慢地將鋼護筒下沉到預成孔底部;④在河道水位基本無變化以及水流平穩(wěn)的時間段內(nèi)，灌注鋼護筒和鋼圍圈的封底混凝土和連接混凝土。在混凝土的強度未達到設(shè)計強度或者能承受外力之前，對鋼護筒必須進行有效固定措施。當水的流速較大，且不穩(wěn)定時，也可以先安設(shè)2-3只鋼護筒，當這些鋼護筒連接成一個整體以后，再進行下道工序施工;⑤當鋼護筒底部的混凝土強度達到設(shè)計或者能承受水平荷載時，就可以進行鉆孔樁施工了。固定平臺設(shè)計為鋼桁梁結(jié)構(gòu)，與護筒連接牢固，確保抗傾覆能力。

3 ?平臺技術(shù)措施的理論研究

3.1 鋼護筒的抗傾覆穩(wěn)定性及形變理論分析

在方案選擇時，無論是預成孔法還是鋼圍圈法，如何保持鋼護筒的穩(wěn)定和增大其抗傾覆的能力就成為方案最關(guān)鍵的技術(shù)?，F(xiàn)在以鋼圍圈技術(shù)為例，對其施工技術(shù)做分析。如圖3所示。很明顯，鋼護筒所受的傾覆力主要是水平荷載，這些力有河水流動的沖擊作用、鋼護筒由于傾斜產(chǎn)生的自重水平分力以及船只碰撞力，另外在施工鉆孔過程中，也會產(chǎn)生水平力，根據(jù)橋規(guī)的計算方法，得出該結(jié)構(gòu)的抗傾覆安全系數(shù)為2.7，滿足規(guī)范要求和使用要求。

3.2 鉆孔平臺的構(gòu)造情況分析

利用項目技術(shù)人員編制的自由空間桿件結(jié)構(gòu)分析計算程序，對鋼護筒、鋼桁架以及各支承桿件組成的體系進行模擬驗算。其中，忽略鋼護筒底部的砼與基巖面的粘結(jié)力，計算時，假設(shè)為剛性桿件。計算外力取河水的沖擊作用力、鋼護筒及其上行架、桿件的自重、鉆機自重以及沖擊力、船只緊靠力、風力等。其中，水流的沖擊力沿著鋼護筒向下呈現(xiàn)倒三角形分布。通過驗算，平臺的抗彎剛度和撓曲穩(wěn)定性均符合施工要求。

4 ?鉆機選型及配套設(shè)備

因水中鉆孔盡量減少沖擊和鉆孔的震動，經(jīng)過選擇，采用機型尺寸小，重量輕的鉆孔鉆機，并通過對提升卷揚機的技術(shù)改進，可以提起較重的鉆頭，選擇合理的鉆齒，提高了鉆機鉆進的速度。

5 ?結(jié)語

由于河床裸巖鉆孔灌注樁施工時，存在基面傾斜、巖性強度大等特點，從施工方案的選擇和比較，到現(xiàn)場實施，平臺基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，平臺本身的強度和穩(wěn)定性都是施工控制的重點內(nèi)容，本文通過方案比選，選擇的施工平臺技術(shù)有效，保證了施工質(zhì)量和施工效率，對后續(xù)裸巖深水鉆孔施工有較大的借鑒作用。

參考文獻：

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作者簡介：鄒文軍（1986-），男，陜西定邊人，中交二公局第三工程有限公司項目總工，工程師，主要研究方向為公路橋梁施工技術(shù)。