深水裸巖大直徑鉆孔灌注樁護筒及作業平臺施工技術

王勤榮 （中鐵二十四局集團有限公司，上海 310000）

0 前言

隨著當前我國公路交通運輸建設迅速健康的發展,在長江、各類大型河流上已經修建了大量的大型小跨徑公路橋梁,各種類型橋梁的基礎施工對樁基結構要求越來越高,其中在松軟土邊坡地區主要就是采用鉆孔式的灌注樁技術進行樁基施工[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、適應于各種松軟土層和硬質基巖等特點,被大量地運用于公路工程建設實際中,但采用鉆孔灌注樁施工時成孔效果難以得到控制，成孔過程中孔壁容易出現塌孔等安全問題[2-6],因此鉆孔灌注樁成孔保護中，主要采用了膨潤土泥漿擠壓護壁工法進行樁基礎成孔施工。然而在一些基巖地區進行鉆孔灌注樁施工時雖然不會出塌孔的危險，但在基巖地質條件下樁基施工中護筒安裝難以穩定，給施工帶來較大的難題。本項目泰和贛江特大橋樁基施工中，下部地質為裸露基巖，傳統護筒安裝技術無法滿足要求，采用了裸露基巖樁基護筒錘擊跟進二次下沉施工技術，有效保證護筒穩定性，確保后期樁基施工順利進行。

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,橋面中軸線與兩岸河道中軸線為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,水流流動速度3.68m/s。由于長江水流河道沖刷嚴重,2#墩處的強風化基巖全部裸露,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)、強風性變化砂0巖(300kPa)、弱堿性風化變質砂巖(400kPa)。墩位處贛江河床上表面地勢起伏不大,基面較平整。

2 總體施工方案及重難點

2.1 總體施工方案

為了方便水中各橋墩樁基的施工,達到“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江兩岸向江中方向搭設鉆孔鋼結構棧橋和水上固定鉆孔樁平臺方式進行鉆孔樁基礎的施工,在2#～3#墩間均預留出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連接成一體。樁基施工時首先進行護筒安裝，再利用鋼護筒進行導向定位，然后通過采用水下泥漿擠壓護壁方法結合重力沖擊方法成孔，最后采用導管水下灌注混凝土的施工方案。

2.2 施工重難點

要有效保證鉆孔樁作業的順利實施，必須先解決幾個關鍵難題:①樁基施工作業時的平臺和樁基礎如何在埋入河床下的裸巖上平穩立足落地生根,并在巨大水流量的沖擊下始終保持穩定；②樁基施工作業時的平臺和樁基礎如何在埋入河床下的裸巖上，且平穩立足落地生根,并在巨大水流量的沖擊下始終保持穩定。

3 樁基作業平臺施工

針對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樁，經體系轉換后完成平臺施工。結合承臺、圍堰尺寸及施工場地等綜合因素確定主墩樁基作業平臺的尺寸為23m×30m（布置如圖1所示）。

樁基作業支撐平臺的主體下部結構主體采用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根的群樁作業形式進行布置,支撐在砂質巖層上。施工時首先由上游向下游插打臨時用的板凳鋼管樁,搭設一個上部平臺結構,待上部平臺基本結構成型后,在臨時板凳樁旁邊處打入一個直徑為1.0m的永久鋼管樁護筒,采用壓力沖擊鉆頭經沖擊而形成孔,鉆孔時在入口的強風巖層鉆孔超過3m后立即進行清孔，隨后施工中采用水下導管法澆筑C30混凝土至原工程河床面以上，然后將永久鋼管樁振動插打至設計標高，拔出鋼護筒，最后進行體系轉換完成平臺搭設。植樁后的錨固長度應不小于3m，以保證鋼管樁基礎的承載力和整體穩定性，提高平臺橫向抗傾覆能力，抵抗洪水期水流沖擊。鋼管樁間距根據鋼護筒的間距和鋼圍堰尺寸確定，鋼管樁間采用［20槽鋼作聯結系，鋼管頂縱向布置雙拼I40a工字鋼作為承重梁。

上部結構采用6組普通型單層雙片式貝雷梁，每兩片通過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，形成作業平臺，并在鄰水周邊設高1.2m防護欄桿（平臺結構見圖2）。

圖1 棧橋及樁基作業平臺布置（單位：cm）

圖2 樁基作業平臺1/4平面結構圖（單位：cm）

4 鋼護筒制作及下沉

4.1 鋼護筒制作

2#、3#墩鉆孔樁直徑2.5m，采用外徑為280cm、壁厚16mm鋼護筒。2#墩鋼護筒長 18.4m，3#墩鋼護筒長17.8m，為便于運輸，在加工廠分2節制作，然后運到現場焊接。護筒主體采用大型A3鋼板卷制而成，焊接采用坡口雙面焊，以便于保證整個護筒能夠承受足夠的水壓力。為有效加強鑄鋼護筒的橫向整體焊接剛度,在護筒橫向兩端焊接接頭處分別加設厚16mm寬200mm的補強鋼帶進行補強。護筒底腳處加設厚16mm寬300mm的16M n鋼帶作為刃腳，護筒頂焊接一道加強肋，并配置一對吊耳。筒內兩端頭用角鋼制十字撐保持護筒圓度。

4.2 鋼護筒下沉

4.2.1 護筒定位

鋼護筒頂面高度應盡量高出最高作業施工平臺水位1.5～2.0m,并且應高出大型鉆機移動作業施工平臺0.3m,即該鋼護筒頂面目標高度應為63.8m(2#墩)和61.1m(3#墩)。護筒的安裝定位工作采用十字邊樁定位交匯法方式進行,在插打護筒祖業前平臺上應安設好導向架（如圖3所示），導向架材料采用I22b工字鋼焊接而成，在上下分別設置定位框，在導向架制作時保證內徑比護筒外徑大5cm。

4.2.2 護筒一次下沉

鋼護筒自棧橋側開始逐排從上游向下游進行插打，護筒下方過程中主要使用用50T履帶吊將護筒吊入至導向架內部并下放，下方后對護筒位置進行調整，以此確保護筒中心與樁中心偏位控制在5cm，位置調整后將護筒焊接固定在導向架上。

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

圖3 護筒定位導向架

圖4 護筒振動下沉施工

4.2.3 護筒錘擊跟進二次下沉

因2#墩處為裸露基巖河床，護筒一次下沉難以生根立足，初次振沉雖然貫入度達到要求，但嵌巖深度僅為0.2～0.8m，致使護筒底部嚴密性較差，且面對深水大流速環境更是無法保證其穩定性。為避免護筒底出現“穿孔”現象，護筒底應進入穩定巖層不少于3m。采取護筒錘擊跟進法施工可以保證護筒有足夠嵌巖深度，防止高液面泥漿因壓力過大在護筒底部擠壓泄漏，導致無法進行泥漿循環和鉆孔施工，有效降低樁基施工風險，提升成孔質量。鉆孔過程中主要采用沖擊鉆進行施工，在臨時作業平臺上布置6臺鉆機，同時需要對沖擊鉆錘頭進行加工，錘頭直徑加焊至2.7m（見圖5），鉆機就位后先采用小沖程進行沖擊鉆孔，在進尺達到4m后方可移開鉆機，解除護筒與周邊連接件的連接，用50T履帶吊車將DZ90型振動錘起作業，實現護筒振動下沉的目的，待護筒第一次跟進完成以后，將其與平臺管樁用[20槽鋼連成整體，然后鉆機重新就位，將開始2.7m的錘頭直徑改為2.5m，沖擊鉆進2m后解除護筒與周邊連接，再次進行護筒跟進，從而保證嵌巖穩固，最后將護筒鎖定后進行正常鉆進。待此6根鉆孔樁施工完成后，再進行剩下6根鉆孔樁的護筒跟進和鉆孔施工。經錘擊跟進二次下沉后的護筒有效嵌巖深度均在3～4m，滿足施工要求。

圖5 加焊錘頭，增大鉆孔直徑至2.7m

5 結論

①針對樁基施工平臺在裸露基巖上搭設困難，支撐鋼管樁無法固定在河床上的難題，采用在臨時樁旁打入鋼護筒，用沖擊鉆沖擊成孔，利用水下導管法澆筑混凝土至原河床面以上，然后將永久鋼管樁振動插打至設計標高的方法解決裸露基巖支架搭設難題，為今后類似施工提供參考；

②裸露基巖河床樁基護筒難以生根立足，護筒施工中初次振沉深度無法達到要求，致使護筒底部嚴密性較差，且面對深水大流速環境更是無法保證其穩定性，據此提出裸露基巖樁基護筒錘擊跟進二次下沉施工技術，采取護筒錘擊跟進法施工可以保證護筒有足夠嵌巖深度，防止高液面泥漿因壓力過大在護筒底部擠壓泄漏，導致無法進行泥漿循環和鉆孔施工，有效降低樁基施工風險，提升成孔質量。