嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)在海洋橋梁施工中的技術(shù)應(yīng)用

龍進(jìn)輝，汪許林

（廣東龐源工程機(jī)械有限公司，廣州 510665）

0 引言

塔機(jī)基礎(chǔ)根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)有多種多樣的類型［1］，在海洋的橋梁施工中常見(jiàn)的類型主要有直接固定在橋墩承臺(tái)上的常規(guī)的固定式基礎(chǔ)，有鋼管樁混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)、鋼管樁鋼平臺(tái)基礎(chǔ)、嵌巖樁鋼平臺(tái)基礎(chǔ)、嵌巖樁混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)等，主要是根據(jù)不同的塔機(jī)型號(hào)、不同的地質(zhì)情況和不同的水文情況會(huì)有所不同。但往往因?yàn)閻毫拥暮Ｑ蟓h(huán)境，橋墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性考慮，橋墩承臺(tái)的設(shè)計(jì)也是越趨向簡(jiǎn)約化，在實(shí)際的塔機(jī)基礎(chǔ)定位和施工中，因?yàn)榭紤]塔機(jī)安裝后塔身結(jié)構(gòu)與橋梁結(jié)構(gòu)的空間避讓問(wèn)題，傳統(tǒng)的直接固定在橋墩承臺(tái)上的固定式基礎(chǔ)變得越來(lái)越少，取而代之的變成了直接在海中架設(shè)的基礎(chǔ)形式。

橋梁施工中，因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)的特殊性，大多喜歡采用獨(dú)立高度較高的塔機(jī)，因?yàn)檫@樣的塔機(jī)在同樣的安裝高度下，需要增設(shè)的附墻道數(shù)比較少，且相對(duì)較高的附墻懸高可以很好地幫助處理橋梁施工中爬?；蛘呋炷帘玫雀叨日系K物的空間矛盾問(wèn)題。但獨(dú)立高度越高的塔機(jī)，傾覆力矩往往也越大，也意味著相對(duì)于同樣的樁基礎(chǔ)的樁的抗拔能力要求也是越高，對(duì)架設(shè)在海水中的塔機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)就越不利。普通的鋼管樁基礎(chǔ)一般都不考慮鋼管樁的抗拔［2］，一般適用于小型塔機(jī)（250 t·m以下塔機(jī)），偶爾也會(huì)用于大中型塔機(jī)，但需大大地增大鋼管樁的樁間距。增大樁間距在普通的建筑工地上在空間上的矛盾還是比較小，但在海洋的橋梁施工中就沒(méi)那么容易。在海洋橋梁施工中，增大塔機(jī)基礎(chǔ)的樁間距意味著橋墩圍堰外的棧橋平臺(tái)需預(yù)留出來(lái)的空間面積就越多，這會(huì)對(duì)施工道路造成極大的影響從而造成現(xiàn)場(chǎng)的施工效率低下，而且也會(huì)導(dǎo)致塔機(jī)的塔身中心距離橋墩結(jié)構(gòu)的距離過(guò)遠(yuǎn)，對(duì)塔機(jī)的附墻設(shè)計(jì)造成較大的難度和增加增設(shè)附墻的成本［3］。在有限的空間范圍內(nèi)，合理的樁間距的要求內(nèi)，為更好地抵抗塔機(jī)傾覆力矩導(dǎo)致產(chǎn)生的樁的拔力影響，便需用到嵌巖樁作為塔機(jī)的基礎(chǔ)樁。嵌巖樁與普通的鋼管樁不同，施工工藝較復(fù)雜且成本較高［4］，但適用范圍廣，尤其是地質(zhì)情況與水文情況相對(duì)較差的海域和需安裝較大型號(hào)的塔機(jī)的情況下。

本文主要針對(duì)嵌巖樁鋼平臺(tái)基礎(chǔ)進(jìn)行介紹，這種鋼平臺(tái)基礎(chǔ)比混凝土平臺(tái)基礎(chǔ)的施工相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，但工藝控制十分關(guān)鍵。

1 嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

嵌巖樁基礎(chǔ)可分為嵌巖樁混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)和嵌巖樁鋼平臺(tái)承臺(tái)基礎(chǔ)。如何劃分主要是根據(jù)不同的樁間距和傾覆力矩核算出的塔機(jī)對(duì)樁產(chǎn)生的壓力和拔力，以及不同樁徑、不同樁身長(zhǎng)度本身的自重產(chǎn)生的抗拔抗壓能力，還有入不同土層產(chǎn)生的側(cè)阻力和樁端承載力以及水流速度等一系列影響因素的綜合考慮結(jié)果而不同選擇。嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)主要由嵌巖樁＋鋼平臺(tái)組成，如圖1所示。

圖1 嵌巖樁鋼平臺(tái)

2 嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)的施工工藝及質(zhì)量控制

嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)的施工工藝主要包括嵌巖樁的施工工藝與鋼平臺(tái)的施工工藝兩部分。

2.1 嵌巖樁的施工工藝

嵌巖樁的施工工藝流程如圖2 所示，其中水下混凝土灌注施工流程如圖3 所示。

圖2 嵌巖樁的施工工藝流程

圖3 水下混凝土灌注施工流程

2.2 嵌巖樁施工質(zhì)量控制

先灌入首批混凝土，首批混凝土數(shù)量經(jīng)過(guò)計(jì)算，使其有一定的沖擊能量，能把泥漿從導(dǎo)管中排出，按導(dǎo)管距孔底30 cm，一次性將導(dǎo)管埋入100 cm深計(jì)算，灌注樁的首批混凝土數(shù)量按不小于2.5 m3控制［5］。

導(dǎo)管內(nèi)首批水下混凝土與泥漿用隔水栓隔開(kāi)，隔水栓預(yù)先用8 號(hào)鐵絲懸吊在混凝土漏斗下口，當(dāng)混凝土裝滿后，剪斷鐵絲，混凝土即下沉至孔底，排開(kāi)泥漿，埋住導(dǎo)管口。隨著澆注連續(xù)進(jìn)行，隨拔管，中途停歇時(shí)間不得超過(guò)15 min。在整個(gè)澆注過(guò)程中，導(dǎo)管在混凝土埋深以2～6 m 為宜，即不能小于2 m也不能大于6 m。專人測(cè)量導(dǎo)管埋置深度及管內(nèi)外混凝土面的高差，及時(shí)填寫(xiě)水下混凝土澆注記錄［6］。

利用導(dǎo)管內(nèi)的混凝土的超壓力使混凝土的澆注面逐漸上升，上升速度不低于2 m／ h，直至高于設(shè)計(jì)標(biāo)高1 m。

在澆注過(guò)程中，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)混凝土含有空氣時(shí)，后續(xù)混凝土宜通過(guò)溜槽慢慢地注入漏斗和導(dǎo)管，不得將混凝土整斗從上面傾入導(dǎo)管內(nèi)，以免導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊，擠出管節(jié)間的橡膠墊而使導(dǎo)管漏水；同時(shí)，對(duì)澆注過(guò)程中的一切故障均記錄備案。在澆注將近結(jié)束時(shí)，在孔內(nèi)注入適量水使孔內(nèi)泥漿稀釋，排出孔外，保證泥漿全部排出。

鉆孔灌注樁砼初灌量［7－11］計(jì)算：導(dǎo)管埋入混凝土深度初灌不小于1 m，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱和管外泥漿樁壓力平衡?；炷凉嘧⑦^(guò)程中導(dǎo)管應(yīng)始終埋在混凝土中，嚴(yán)格控制導(dǎo)管不能提出混凝土面。導(dǎo)管埋入混凝土面的深度以2～6 m為宜，最小埋入深度不得小于2 m，導(dǎo)管應(yīng)勤提勤拆，一次提留拆管不得超過(guò)6 m。對(duì)灌注過(guò)程中的一切故障等情況均要如實(shí)記錄在案。在灌注將近結(jié)束時(shí)，在孔內(nèi)注入適量的水使孔內(nèi)泥漿稀釋，有效排出泥漿，加大導(dǎo)管內(nèi)外的壓力差，保證澆注效果。同時(shí)采用鋼筋、鋼管等探測(cè)砼頂面高度。灌注結(jié)束時(shí)，應(yīng)由施工人員、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員確認(rèn)灌注混凝土面達(dá)到交底要求后方可停止灌注，拆除導(dǎo)管。最后幾節(jié)導(dǎo)管應(yīng)慢速拔除，拔除時(shí)利用吊車(chē)或鉆機(jī)上下緩慢活動(dòng)導(dǎo)管，防止出現(xiàn)空心樁。

2.3 鋼平臺(tái)的施工工藝

鋼平臺(tái)的施工工藝流程如下：測(cè)量放樣→鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)→提出鋼平臺(tái)焊接要求→準(zhǔn)備焊接設(shè)備及器具→編制焊接質(zhì)量保證措施→定位焊→焊接加焊→鋼平臺(tái)焊接接頭力學(xué)性能要求→焊縫修磨→缺陷修補(bǔ)。

若鋼平臺(tái)出現(xiàn)缺陷，則按照表1 的方法進(jìn)行修補(bǔ)［12－13］。

表1 缺陷修補(bǔ)方法

焊縫超標(biāo)缺陷經(jīng)過(guò)修補(bǔ)后焊接接頭質(zhì)量應(yīng)符合外觀檢驗(yàn)和無(wú)損檢驗(yàn)的規(guī)定。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

在大灣區(qū)南沙的重點(diǎn)建設(shè)工程南沙紅蓮大橋的施工中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的吊裝要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，成功采用了嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)。采用該嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)的塔機(jī)型號(hào)為塔身節(jié)為L(zhǎng)69 的JP7527－18 塔機(jī)。

塔機(jī)的獨(dú)立高度及支腿反力參數(shù)和基礎(chǔ)受力參數(shù)如圖4 和表2 所示。

圖4 獨(dú)立高度及支腿反力參數(shù)

塔身組合吊鉤高度／ m基礎(chǔ)型號(hào)基礎(chǔ)承載 基礎(chǔ) 地基Pc ／kN M ／（kN·m）剪力／kN L ／ m h ／ m Pf ／kN承載力／（kN·m－2）1 ＋1760.75235N 103054892087223501841 ＋1863.75270N 105058952397.522700163

由以上技術(shù)參數(shù)可知，采用該型號(hào)塔機(jī)可以獲得較好的吊重性能，較大的獨(dú)立高度與附墻間距、附墻懸高，但對(duì)應(yīng)的支腿受力以及基礎(chǔ)的抗傾覆能力要求也更高。因?yàn)閳?chǎng)地的影響，主要是圍堰與棧橋的空間影響、附墻的角度影響等，在該項(xiàng)目采用了如圖5所示的樁間距作為樁的布置形式。

圖5 樁間距

塔機(jī)安裝位置地質(zhì)參數(shù)如圖6 所示。

圖6 塔機(jī)安裝位置地質(zhì)參數(shù)

綜合考慮以上因素的影響，最終確定了使用如圖7 所示的嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)。

圖7 嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖

經(jīng)驗(yàn)算，該基礎(chǔ)各項(xiàng)參數(shù)滿足安全使用要求，圖8 所示為現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用照片。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為縮短經(jīng)濟(jì)圈的輻射時(shí)間，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，越來(lái)越多的橋梁正在跨海建設(shè)，塔機(jī)作為現(xiàn)代橋梁建設(shè)必不可少的垂直運(yùn)輸工具也越來(lái)越多矗立在海面之上。嵌巖樁雖然施工工藝較復(fù)雜且成本較高，但適用范圍廣，特別是適用于地質(zhì)情況與水文情況相對(duì)較差的海域，嵌巖樁鋼平臺(tái)塔機(jī)基礎(chǔ)的應(yīng)用也必將越來(lái)越普遍。因此，工程設(shè)計(jì)者和建設(shè)者有必要熟練掌握好本文中介紹的塔機(jī)的選型、嵌巖樁的施工工藝以及鋼平臺(tái)基礎(chǔ)的施工工藝及相關(guān)的質(zhì)量控制程序與措施等內(nèi)容，解決實(shí)際應(yīng)用中的各種技術(shù)問(wèn)題。