淺談繁忙航道大直徑樁基鋼護(hù)筒沉放施工工藝

謝鵬

摘要： 肇慶西江大橋防撞工程是西江（界首至肇慶）航道擴(kuò)能升級(jí)工程橋梁防撞處理工程之一，其航道非常繁忙，水深且急，防撞墩樁基鋼護(hù)筒定位難度較大，施工環(huán)境危險(xiǎn)。本文分析了在封航條件下，搭設(shè)水上施工平臺(tái)，采用導(dǎo)向架精準(zhǔn)定位大直徑樁基鋼護(hù)筒沉放施工工藝，為今后類似橋梁防撞處理工程提供了有價(jià)值的參考資料。

Abstract： Zhaoqing Xijiang Bridge Collision Avoidance Project is one of the bridge anti-collision treatment projects for the expansion project of the Xijiang （Jieshou-Zhaoqing） channel. The channel is very busy， the water is deep and urgent， the collapsible pier pile foundation steel casing is difficult to locate and the construction environment is dangerous. This paper analyzes the construction of a water-construction platform under the conditions of sealing and adopts a guide frame to accurately locate the construction technology of large-diameter piled steel sheathed steel caisson， providing valuable reference materials for similar bridge anti-collision engineering in the future.

關(guān)鍵詞： 繁忙航道；施工平臺(tái)；導(dǎo)向架；大直徑；鋼護(hù)筒

Key words： busy channel；construction platform；guide frame；large diameter；steel casing

中圖分類號(hào)：U445.55+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0160-03

1 工程概況

肇慶西江大橋位于肇慶市區(qū)與高要城區(qū)之間西江的江面上，是連接肇慶與高要的主要交通要道，同時(shí)也是國(guó)道324線與三茂鐵路的主干交通樞紐，屬公路鐵路兩用橋。為確保橋梁安全，需在兩通航孔兩側(cè)的三個(gè)主橋墩上、下游約5m處設(shè)分離式防撞墩。

該橋防撞墩基礎(chǔ)采用8根直徑為2.8m的灌注樁，呈梅花形布置，共三排五列，左右兩排樁各布置3根，中間排樁布置兩根，排間距為3.53m，列間距為4.35m。

2 整體思路

西江沿線航道是廣東省內(nèi)較為重要的水上交通要道，每天來(lái)往船只較多，航道繁忙。為確保水上施工安全，施工前與當(dāng)?shù)睾Ｊ潞陀嘘P(guān)部門(mén)協(xié)商，封閉下通航孔，開(kāi)辟臨時(shí)下通航孔，并下發(fā)封航通知單，辦理水上許可證書(shū)等相關(guān)證書(shū)，以保證在不影響通航的條件下，順利完成工程施工。

防撞墩位于原橋墩上、下游約5m處，鋼護(hù)筒施工時(shí)必須提前搭設(shè)水上操作平臺(tái)，然后利用起重船配合液壓振動(dòng)錘進(jìn)行沉樁施工。

3 施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)2010年至2014年當(dāng)?shù)厮恼咎峁┑臍v年水位圖，考慮經(jīng)濟(jì)效益與施工安全，肇慶西江大橋防撞墩施工平臺(tái)頂面標(biāo)高按+6.5m設(shè)計(jì)，施工平臺(tái)采用矩形布置，長(zhǎng)26m，寬25m。深水區(qū)施工平臺(tái)基礎(chǔ)采用φ820mm×10mm鋼管樁，樁間距8m，平臺(tái)自下而上依次為：平聯(lián)φ426×6、橫撐φ426×6、主橫梁2HM588×300mm型、縱梁?jiǎn)螌与p排貝雷架、I32a@75cm、[28 a槽鋼@33cm反扣，四周設(shè)鋼護(hù)欄。在鋪設(shè)面層槽鋼時(shí)，在相應(yīng)樁基位置處預(yù)留鋼護(hù)筒孔洞。

4 鋼護(hù)筒施工

4.1 鋼護(hù)筒制作

樁基鋼護(hù)筒采用內(nèi)徑 3.1m，壁厚16mm，材質(zhì)為Q235B的鋼管，兩端設(shè)置高為30cm的加強(qiáng)箍，加強(qiáng)箍采用12mm鋼板制作，以減少護(hù)筒在沉放過(guò)程中的變形量。鋼護(hù)筒在專業(yè)廠家分節(jié)制作，長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行確定，螺旋焊接。

4.2 設(shè)備選型

4.2.1 振動(dòng)錘選型

根據(jù)美國(guó)ICE公司的估算方法：在高速振動(dòng)時(shí)，樁的周?chē)寥喇a(chǎn)生液化效果，使樁側(cè)極限靜摩阻力減低率μ=0.1～0.4，根據(jù)工程的具體土質(zhì)，在0.1～0.4之間選取一個(gè)值計(jì)算。

Tvi=Ti*μ，其中Ti為第i層土層的極限靜側(cè)摩阻力（kN）。

鋼護(hù)筒摩擦力按照計(jì)算最大入砂層35-24=11m，已知中砂極限樁周摩阻力為50kPa。

Ti=π×3.132×11×50≈5409kN，鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉摩擦力為（樁側(cè)極限靜摩阻力減低率μ取0.4）Tvi=Ti×0.4≈2164kN，選擇ICE1412液壓型振動(dòng)錘滿足要求。

具體振動(dòng)錘參數(shù)見(jiàn)表2。

4.2.2 工索具選擇

4.2.3 起重船選擇

鋼護(hù)筒吊放擬采用130t起重船“恒圣2號(hào)”進(jìn)行。130t起重船的主要技術(shù)性能參數(shù)如表3。

鋼護(hù)筒最大吊裝長(zhǎng)度34m，吊重41.8t，作業(yè)半徑21m，滿足施工要求。

4.3 導(dǎo)向架設(shè)計(jì)與制作

為了確保鋼護(hù)筒的沉放精度，特設(shè)計(jì)和制作導(dǎo)向架進(jìn)行鋼護(hù)筒沉放。導(dǎo)向架設(shè)計(jì)總高度為2m的點(diǎn)接觸式導(dǎo)向架，采用雙拼工32a型鋼焊接，內(nèi)框?yàn)?.232m的方形布置，分上下兩層，之間用雙拼工32a型鋼連接，導(dǎo)向架所用的工字鋼全部采用滿焊處理。

導(dǎo)向架制作完成后，測(cè)量放出導(dǎo)向架的平面位置，利用起重船起吊安放在事先測(cè)量的平面位置處，底部型鋼與平臺(tái)槽鋼面板固定牢固。

4.4 鋼護(hù)筒下沉

φ3.1m鋼護(hù)筒在中砂層中每米靜摩擦力為T(mén)=3.14×3.132×50=491.7kN，34m長(zhǎng)鋼護(hù)筒重41.8t，靠自重可以入砂層418/491.7=0.85m，此時(shí)導(dǎo)向架頂以上露出34-（2+6.5+24+0.85）=0.65m，方便鋼護(hù)筒對(duì)接。

鋼護(hù)筒加工完成后，對(duì)所有鋼護(hù)筒按照樁位編號(hào)進(jìn)行編號(hào)，每個(gè)樁位對(duì)應(yīng)一個(gè)編號(hào)，由運(yùn)輸船運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，?？吭?30t起重船旁邊。

通過(guò)130t起重船將第一節(jié)鋼護(hù)筒從運(yùn)輸船吊至施工平臺(tái)處，鋼護(hù)筒穿過(guò)導(dǎo)向架下放至設(shè)計(jì)樁位處，下放到位后將護(hù)筒頂部與導(dǎo)向架固定，解除起重船吊鉤與第一節(jié)護(hù)筒連接。

起吊第二節(jié)鋼護(hù)筒，與第一節(jié)鋼護(hù)筒進(jìn)行對(duì)接焊接，焊接完成后，解除起重船吊鉤與第二節(jié)護(hù)筒連接。起吊ICE1412振動(dòng)錘，將振動(dòng)錘夾具對(duì)準(zhǔn)第二節(jié)鋼護(hù)筒頂口，然后夾緊夾具，啟動(dòng)振動(dòng)錘，下沉鋼護(hù)筒至靠近導(dǎo)向架頂部，松開(kāi)夾具，放置振動(dòng)錘，移除導(dǎo)向架，繼續(xù)起吊振動(dòng)錘下沉護(hù)筒至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

鋼護(hù)筒對(duì)接方法：鋼護(hù)筒對(duì)接前在原鋼護(hù)筒頂口設(shè)置碼板，傾斜度的調(diào)整通過(guò)千斤頂調(diào)節(jié)，接長(zhǎng)時(shí)，用全站儀監(jiān)控對(duì)接的傾斜度，滿足要求后先點(diǎn)焊固定，定型后再正式焊接，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，接長(zhǎng)焊縫形式采用單邊V形坡口，上節(jié)的坡口角度采用45°～55°，下節(jié)不開(kāi)坡口，焊縫等級(jí)為一級(jí)，在內(nèi)壁設(shè)內(nèi)襯套或內(nèi)襯環(huán)。

焊接材料采用與母材相匹配的焊絲、焊劑和手工焊條，CO2氣體純度不小于99.9%，各材料均應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，焊接完成后拆除碼板。如圖6所示。

停錘標(biāo)準(zhǔn)：最后3min振錘進(jìn)尺累計(jì)低于3cm。鋼護(hù)筒施打到位后，將護(hù)筒與平臺(tái)鋼管樁之間采用水平撐焊接，以保證施工平臺(tái)的穩(wěn)定性。重復(fù)上述步驟，完成剩余防撞墩樁基鋼護(hù)筒沉放施工。

5 施工注意事項(xiàng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼護(hù)筒實(shí)際施工情況，部分護(hù)筒在振動(dòng)下沉至一定深度后不再下沉，即護(hù)筒實(shí)際入土深度小于設(shè)計(jì)入土深度，通過(guò)對(duì)液壓振動(dòng)錘的激振力分析，得出以下原因：

①下部砂層比較密實(shí)，護(hù)筒底部反力增大；

②護(hù)筒內(nèi)砂層的摩擦力增大，導(dǎo)致護(hù)筒無(wú)法下沉；

③河床底部存在堅(jiān)硬的異物。

處理方案：對(duì)于第一、二種原因，可采用回旋鉆將護(hù)筒內(nèi)砂層用正循環(huán)方式抽出至護(hù)筒底50～100cm，對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行第二次下沉，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度為止；對(duì)于第三種原因，先采用回旋鉆將護(hù)筒內(nèi)砂層抽至異物處，改用沖擊鉆機(jī)對(duì)異物進(jìn)行沖擊，沖碎異物后在原有護(hù)筒內(nèi)沉放較小直徑鋼護(hù)筒進(jìn)行下沉。

水上防撞墩樁基鋼護(hù)筒施工質(zhì)量的好壞直接影響后續(xù)樁基施工質(zhì)量的好壞，為確保樁基垂直度滿足設(shè)計(jì)要求，鋼護(hù)筒施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①每節(jié)鋼護(hù)筒加工后，在鋼護(hù)筒上下口位置安裝 “米”字撐，防此鋼護(hù)筒失圓。

②起吊鋼護(hù)筒時(shí)，最好設(shè)計(jì)扁擔(dān)型吊具，避免集中力造成護(hù)筒變形。

③鋼護(hù)筒下沉?xí)r，下沉速度控制在1～2m/min為宜。

④施工期的最大流速為1.5m/s，每日施工前需進(jìn)行水流速測(cè)量，當(dāng)流速小于1.5時(shí)才能施工，當(dāng)流速大于1.5時(shí)不建議進(jìn)行施工。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程采用導(dǎo)向架定位樁基鋼護(hù)筒進(jìn)行下沉施工有效保證了大直徑護(hù)筒的垂直度，合理選用施工設(shè)備和航道操作平臺(tái)的布置，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，為今后同類橋梁防撞處理工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

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