越江隧道間隙的沉樁施工技術(shù)

楊曉鳳

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

通過(guò)建設(shè)黃浦江沿岸的貫通隧道，將原本不連續(xù)的黃浦江沿岸各區(qū)域進(jìn)行連通。針對(duì)在距離上下行盾構(gòu)隧道極近的間隙中施工鋼管樁的需求，采用高頻免共振振動(dòng)錘進(jìn)行施工[1-4]，達(dá)到了較好的施工效果。由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)重型機(jī)械路面停放環(huán)境，其岸邊水位線(xiàn)較淺，采用吃水位較低的浮吊設(shè)備吊起高頻振動(dòng)錘進(jìn)行施工，通過(guò)計(jì)算潮水位來(lái)安排每日的施工時(shí)段。

1 工程概況

本工程位于黃浦江邊，標(biāo)段沿線(xiàn)2.3 km范圍皆鄰近世博大道，周?chē)鸁o(wú)居民小區(qū)，紅線(xiàn)區(qū)域內(nèi)無(wú)需保護(hù)管線(xiàn)。新建M2碼頭區(qū)域北側(cè)為黃浦江，南側(cè)為世博大道，西側(cè)為畝中山水園，東側(cè)為白蓮涇碼頭區(qū)域。世博棧橋施工區(qū)域地下有西藏南路隧道穿過(guò)，在地鐵的60 m影響區(qū)范圍內(nèi)，且無(wú)施工道路。白蓮涇碼頭區(qū)域西接M2碼頭區(qū)域，東接南碼頭標(biāo)段，原為1919年建成的美商大來(lái)碼頭，在1989年重建成為白蓮涇木材碼頭 ，背景工程開(kāi)工前已經(jīng)運(yùn)營(yíng)近30 a（圖1）。

圖1 背景工程施工范圍示意

2 施工難點(diǎn)

工程建設(shè)場(chǎng)地位于梅賽德斯-奔馳中心前沿碼頭及畝中山水園之間，其中重點(diǎn)關(guān)注的1#鋼管樁，位于兩個(gè)老舊窄碼頭中間。老碼頭約建成于30 a前，其上部結(jié)構(gòu)及樁經(jīng)檢測(cè)已基本無(wú)承載力。窄碼頭正下方有西藏南路隧道橫穿而過(guò)，設(shè)計(jì)樁位位于西藏南路隧道上下行盾構(gòu)隧道間，鋼管樁與兩盾構(gòu)最近距離均為5.43 m（圖2）。

圖2 世博棧橋1#墩樁位置示意

1）沉樁難度大，標(biāo)高難以控制。1#墩鋼管樁采用長(zhǎng)50 m、壁厚18 mm的φ1.2 m大直徑鋼管樁，需要穿越的第⑦層粉細(xì)砂厚度達(dá)14 m，如此大的樁徑、如此深的沉樁深度，對(duì)設(shè)備性能要求極高，且標(biāo)高難以控制。

2）周邊環(huán)境的保護(hù)要求高。世博棧橋的樁徑大，樁入土深度深，周邊分布有重要的市政設(shè)施（西藏南路隧道、地鐵越江段），其中1#墩鋼管樁位于兩條隧道間，樁與隧道邊最小凈距僅5.43 m，環(huán)境保護(hù)要求非常高，對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)是項(xiàng)目實(shí)施的一個(gè)重、難點(diǎn)。

3）1#墩樁測(cè)量定位、垂直控制要求高。世博棧橋1#墩樁位于西藏南路兩隧道間，對(duì)樁定位要求高，且該樁位布置在黃浦江水域中，施工極易受潮水及場(chǎng)地限制影響，在沉樁時(shí)垂直控制要求極高。

4）陸地限載、水域施工要求高。世博棧橋連接奔馳文化中心碼頭及對(duì)岸碼頭，橋體為跨江，因老碼頭均無(wú)法承載且受西藏南路及地鐵隧道上方的地路面限載限制，無(wú)法進(jìn)行陸上吊裝（圖3）。沉樁如選用大型浮吊，錨鏈的設(shè)置對(duì)周邊航道的通航有影響，船吊的選型也是本工程的一個(gè)難點(diǎn)。

圖3 世博棧橋1#墩樁立面示意

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、鋼管樁施工內(nèi)容，擬采用高頻免共振振動(dòng)錘施工工藝進(jìn)行鋼管樁施工，該工藝適用于環(huán)境保護(hù)要求高的施工環(huán)境，且具有較大的能量，能使樁體進(jìn)入較深土層。因高頻振動(dòng)錘自重在8 t以上，需由起吊機(jī)械配合使用，由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)重型機(jī)械路面停放環(huán)境，且岸邊水位線(xiàn)較淺，擬采用吃水位較低的浮吊設(shè)備吊起高頻振動(dòng)錘進(jìn)行施工，通過(guò)計(jì)算潮水位來(lái)安排每日的施工時(shí)段。在施工前，需在江上搭設(shè)施工操作架，以方便對(duì)鋼管樁進(jìn)行焊接等施工。

3 方案確定

背景工程的鋼管樁施工主要需克服以下幾個(gè)難點(diǎn)：其一是施工場(chǎng)地條件差，樁位周?chē)鞍哆吘鶡o(wú)能停放樁基施工重型設(shè)備的場(chǎng)地；其二為環(huán)境保護(hù)要求高，鋼管樁在地下需從兩盾構(gòu)隧道間穿過(guò)，最近處距離盾構(gòu)5.43 m；其三為1.2 m直徑樁需深入⑦2層土14 m以上，樁基施工機(jī)械需提供較大沉樁能量。

通過(guò)多次施工論證會(huì)的討論，最終確定沉樁機(jī)械采用高頻免共振振動(dòng)錘進(jìn)行鋼管樁的樁基施工。

高頻液壓式免共振振動(dòng)樁機(jī)是一種快速、高效、污染少的環(huán)保型振動(dòng)樁機(jī)，工作時(shí)利用液壓發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，由一組或多組偏心輪同向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生垂直方向上的激振力，強(qiáng)迫樁基振動(dòng)，使得樁基的內(nèi)摩擦力減小、強(qiáng)度降低，從而使樁體快速沉入樁基中。液壓元件傳遞功率較為方便，噪聲較小。

由于振動(dòng)樁錘是利用周期性的簡(jiǎn)諧振動(dòng)來(lái)完成作業(yè)的，而樁基的自振頻率一般都比樁錘的激振頻率低，所以，當(dāng)振動(dòng)樁錘加速或減速通過(guò)該自振頻率區(qū)域時(shí)，將產(chǎn)生短時(shí)間共振，引起內(nèi)部的應(yīng)力集中，對(duì)錘體及樁身均可能產(chǎn)生一定的破壞。免共振錘通過(guò)相應(yīng)設(shè)計(jì)避免了共振的發(fā)生，從而避免了上述破壞的可能性。

因現(xiàn)場(chǎng)無(wú)可停放大型起重設(shè)備的場(chǎng)所，且考慮到施工場(chǎng)所靠近黃浦江，初步確定采用浮吊吊起液壓錘進(jìn)行樁基施工。經(jīng)過(guò)與多家浮吊公司進(jìn)行接觸并踏勘場(chǎng)地，現(xiàn)場(chǎng)水位在高水位時(shí)近岸處能有1.5～2.0 m，低水位時(shí)淤泥則直接裸露，每日約有4 h的高水位施工時(shí)間。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水位測(cè)量及潮汐水位分析，確定需要160 t浮吊才能滿(mǎn)足液壓高頻免共振振動(dòng)錘吊起鋼管樁施工的需求。鋼管樁由運(yùn)輸船進(jìn)行運(yùn)輸。

因樁位位于江域上方，需搭設(shè)施工便道及施工操作架，樁位放線(xiàn)在施工操作架上進(jìn)行，要求施工操作架在水流等環(huán)境荷載及人員行走等荷載條件下，不產(chǎn)生較大振動(dòng)及位移。

4 施工工藝流程

前期根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，準(zhǔn)備工作包括：選擇沉樁用錘；沉樁分段制作詳圖的編制；根據(jù)樁位布置的位置關(guān)系確定吊距及吊重，選擇合理的浮吊作業(yè)船；查詢(xún)沉樁作業(yè)時(shí)的潮汛資料，調(diào)查作業(yè)時(shí)船的吃水標(biāo)高。

施工流程：搭設(shè)水上吊裝及焊接平臺(tái)，同時(shí)用于樁位的定位及復(fù)核→清除水下障礙物→安裝垂直度控制專(zhuān)用調(diào)整架→根據(jù)潮汛資料，調(diào)整作業(yè)時(shí)船的吃水標(biāo)高→浮吊船定位及錨定→運(yùn)輸船材料及機(jī)械的到位→定位測(cè)量→首節(jié)垂直度校正→沉樁→樁空腔內(nèi)填砂至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.1 搭設(shè)水上作業(yè)平臺(tái)

先用鋼管腳手架搭設(shè)過(guò)江施工通道，該通道僅限于施工人員行走，嚴(yán)禁搬運(yùn)施工材料。

利用原有碼頭平臺(tái)擱置500 mm×300 mm型鋼，在1#鋼管樁周?chē)钤O(shè)操作平臺(tái)（圖4），在樁邊鋪設(shè)鋼踏板作為施工通道和作業(yè)平臺(tái)。作業(yè)平臺(tái)安裝完成后，用GPS測(cè)量定位儀定出樁位中心，并在作業(yè)平臺(tái)上做好控制線(xiàn)，并經(jīng)監(jiān)理和業(yè)主的復(fù)核。操作平臺(tái)上通過(guò)鋼管樁的孔徑控制在1.5 m內(nèi)，對(duì)鋼管樁進(jìn)行初定位。

圖4 水上作業(yè)平臺(tái)布設(shè)示意

4.2 沉樁施工及校正就位

水上鋼平臺(tái)搭設(shè)完成，鋼管加工運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，浮吊船用拖駁運(yùn)送進(jìn)場(chǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件設(shè)置4組錨鏈，然后由浮吊吊起液壓高頻免共振振動(dòng)錘進(jìn)行鋼管樁施工。

在鋼管樁進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)每節(jié)樁對(duì)稱(chēng)焊接2組吊耳。本浮吊船有主副吊鉤，通過(guò)吊耳吊起鋼管樁后由振動(dòng)錘夾具夾起鋼管樁進(jìn)行沉樁施工。

將鋼管樁通過(guò)操作架定位孔，利用控制線(xiàn)及對(duì)浮吊臂的移動(dòng)控制鋼管樁至精確樁位，并通過(guò)平面上正交的2臺(tái)經(jīng)緯儀來(lái)校正樁的垂直度，垂直度校正好后，開(kāi)啟吊車(chē)卷?yè)P(yáng)機(jī)，將樁徐徐插入土中。

樁入土后，開(kāi)啟振動(dòng)錘，邊下沉邊校正樁的垂直度，如有傾斜，將樁拉起，如此重復(fù)，保證垂直度后方可沉樁。下沉過(guò)程中需始終保證樁的垂直度，樁位中心偏差控制在20 mm以?xún)?nèi)，垂直度保證在1/500之內(nèi)。

因鄰近隧道施工，施工過(guò)程中對(duì)隧道的施工影響段進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)下一步的施工，保證近隧道施工的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建設(shè)黃浦江沿岸貫通道，對(duì)越江隧道上下行盾構(gòu)隧道間隙處的沉樁的施工進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約樁長(zhǎng)7.5 m的1#墩鋼管樁相應(yīng)材料及加工費(fèi)5.56萬(wàn)元，同時(shí)因方案經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)約成本19.85萬(wàn)元。本工程總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)可為日后類(lèi)似項(xiàng)目的施工提供借鑒。