簡(jiǎn)談混凝土板河床上便橋管樁水下定位取孔技術(shù)

王明峰

（南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019）

南京興梅路建設(shè)工程位于雨花臺(tái)區(qū)梅山橋附近，其中跨秦淮新河主橋施工前需要拆除現(xiàn)狀梅山橋。為保證兩岸交通通暢，在新橋施工前，需要在橋梁東側(cè)約60 m位置搭設(shè)一座臨時(shí)鋼便橋，基礎(chǔ)采用直徑630 mm鋼管樁基礎(chǔ)，最大樁長(zhǎng)為31 m。鋼便橋位于斷層破碎帶等不良地質(zhì)體上，20世紀(jì)70年代，為防止河水從斷層帶滲透進(jìn)入地下采礦區(qū)域，在該段河床上澆筑了30 cm厚鋼筋混凝土板予以加固、防滲。便橋管樁施工會(huì)對(duì)河底鋼筋混凝土板產(chǎn)生局部破壞，考慮到在水面上測(cè)定鉆孔位，遠(yuǎn)比地面上困難得多，為避免鋼管樁錘擊施工過(guò)程中破壞河底混凝土板完整性，防止河水從破碎處滲透進(jìn)入地下采礦區(qū)，造成生產(chǎn)事故，項(xiàng)目技術(shù)人員決定在鋼筋混凝土板上預(yù)開(kāi)孔。

1 取孔施工重點(diǎn)及要求

（1）減少河水滲透通道，要求開(kāi)孔直徑盡量小，方便插打管樁，同時(shí)能夠提高管樁插打精度。

（2）開(kāi)孔后，周邊混凝土不被破壞，有利于后期恢復(fù)。

（3）嚴(yán)格控制單排管樁孔位相對(duì)偏差，確保管樁后期插打垂直度控制及承重梁安裝偏差不超過(guò)允許范圍，減少管樁軸芯受壓偏位。

（4）方案技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、工期短、不污染環(huán)境。

2 施工工藝

2.1 工藝比選

考慮到上述因素，項(xiàng)目技術(shù)人員先后制定了三種施工方案。

2.1.1 隔水開(kāi)孔法

該方法利用1.8 m大直徑鋼管，在設(shè)計(jì)管樁位置，下至河床底部，然后利用高壓水槍將管樁內(nèi)淤泥沖散，并進(jìn)行水下混凝土澆筑，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，將鋼管內(nèi)水抽干，然后進(jìn)行干作業(yè)取孔，待取孔完成后，拆除鋼管。該方法主要有鋼管安裝及拆除工藝，潛水員配合高壓水槍清淤、水下混凝土澆筑和干取孔施工工藝。施工期間，需要6根7.5 m長(zhǎng)鋼管和1艘50 t浮吊船。該方法需要解決以下問(wèn)題：①因河床面淤泥較薄，鋼管下沉至河床后的穩(wěn)定性問(wèn)題；②河道中水下混凝土澆筑時(shí)，混凝土運(yùn)輸問(wèn)題；③因水深較大，抽水后鋼管與混凝土連成整體后的抗浮問(wèn)題；④開(kāi)孔完成后，出現(xiàn)滲水的問(wèn)題?；谏鲜銮闆r，項(xiàng)目技術(shù)人員在陸地上將鋼管樁封底后，再吊裝就位，將先安裝鋼管后孔內(nèi)清淤改為先清淤后安裝鋼管，以解決鋼管穩(wěn)定和混凝土運(yùn)輸問(wèn)題。管樁抗浮問(wèn)題采用鐵塊配重方式予以解決，待每排管樁安裝到位后，在管樁系梁上用鐵塊進(jìn)行配重，確保每根管樁配重不小于12 t。樁底采取預(yù)先在樁底混凝土下預(yù)埋注漿管進(jìn)行防滲，待管樁安裝到位后，采用水泥水玻璃漿液進(jìn)行注漿，用以封堵樁底與河床混凝土板之間空隙。

2.1.2 水上排孔法

在水面搭設(shè)浮動(dòng)平臺(tái)時(shí)，采用地質(zhì)鉆機(jī)沿設(shè)計(jì)管樁周邊進(jìn)行排孔（直徑為7～10 cm），采取排孔方案將設(shè)計(jì)孔位混凝土與周邊河床混凝土進(jìn)行分離，然后再安排潛水員在已分離出的混凝土塊上安裝錨固件，最后用簡(jiǎn)易吊車(chē)將混凝土塊吊裝出水。地質(zhì)鉆機(jī)取芯是較為成熟的鉆孔作業(yè)工藝，主要設(shè)備為浮箱和地質(zhì)鉆機(jī)，所需設(shè)備和人員較少。但因本工程水深較大，需要解決排孔精度問(wèn)題。項(xiàng)目技術(shù)人員安排潛水員在水下配合進(jìn)行定位，以解決排孔偏差問(wèn)題。在潛水員水下定位前，需將帶鉆孔位處淤泥采用高壓水槍予以清除。

2.1.3 水下開(kāi)孔法

該方法選用液壓驅(qū)動(dòng)型空心鉆進(jìn)行鉆孔，水下一次性成孔，成孔直徑為80 cm。首先，采用全站儀放出鉆孔中心點(diǎn)，由潛水員潛入水下，在中心位置安裝鉆機(jī)定位支架，進(jìn)行鉆孔定位。然后，在固定架上安裝固定鉆孔設(shè)備，并在固定架固定孔位置進(jìn)行水下鉆孔。待混凝土板被鉆透后，由潛水員于水下在芯塊中間鉆孔固定、起吊螺栓，待固定完成后，在起重船的配合下將芯塊吊出。該方法主要設(shè)備包括一艘定位挖泥船，一套液壓驅(qū)動(dòng)型空心鉆系統(tǒng)和一副簡(jiǎn)易型鋼定位架。

項(xiàng)目技術(shù)人員針對(duì)上述三種方案，在技術(shù)可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)四個(gè)方面進(jìn)行了比較，結(jié)果如表1。

表1 方案對(duì)比分析表

通過(guò)對(duì)比，項(xiàng)目技術(shù)人員最終選擇采用液壓空芯鉆取孔。該設(shè)備主要由水下鉆機(jī)和陸上液壓站組成，鉆孔過(guò)程中采用水冷卻鉆頭，最大可鉆直徑達(dá)100 cm，具有鉆孔方向無(wú)特別限制、輕便、高效等特點(diǎn)。鉆孔期間，利用小型挖泥船作為臨時(shí)操作平臺(tái)。

2.2 工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)施工分為以下幾個(gè)步驟：

（1）初步測(cè)量定位。水下鉆孔定位測(cè)量與陸地一般工程施工放樣不同，水下鉆孔是專(zhuān)用施工船機(jī)在水域進(jìn)行施工的。因便橋鋼管樁施工較快，而取孔較慢，因此取孔放樣不能等待采用鋼管樁施工過(guò)程的導(dǎo)向架來(lái)輔助，需要利用船舶或自制浮箱?？紤]到鉆孔前需要清淤，本工程采用挖泥船作業(yè)輔助平臺(tái)配合，配合包括施工放樣在內(nèi)的整個(gè)取孔過(guò)程。首先，在河道兩岸測(cè)放出橋梁兩個(gè)橋臺(tái)外側(cè)邊線，根據(jù)該邊線方向及沿橋向的距離預(yù)估橋墩所在位置，將挖泥船駛到相應(yīng)位置，然后采用GPS在挖泥船上放出該橋墩最外側(cè)管樁中心點(diǎn)。在橋梁投影面外（距離橋墩最外側(cè)鋼管樁約3 m處）的橋墩中心線上拋下浮標(biāo)。

（2）挖泥船清淤。待初步測(cè)放完成后，利用挖泥船自帶的挖掘機(jī)將兩浮標(biāo)間河床表面上淤泥清理干凈，清理寬度不小于6 m，便于后續(xù)施工作業(yè)。將清理出的淤泥由駁船運(yùn)至陸地上指定位置晾干后，再進(jìn)行外運(yùn)處理。

（3）精確測(cè)量定位。清淤后，利用GPS精確放出每個(gè)橋墩最外側(cè)的兩個(gè)樁基礎(chǔ)中心點(diǎn)。放樣過(guò)程中，利用GPS移動(dòng)站自帶的對(duì)中桿直接深入河床面上進(jìn)行放樣，調(diào)整對(duì)中桿的垂直度，以提高放樣精確度。待每個(gè)點(diǎn)測(cè)放完成后，由潛水員在中心點(diǎn)上固定膨脹螺絲，在膨脹螺絲固定后，再利用GPS復(fù)測(cè)一遍，以防止偏位。最后，利用浮標(biāo)對(duì)這兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。

（4）型鋼定位架安裝。利用簡(jiǎn)易吊車(chē)，在潛水員配合下安裝水下支架。水下支架由10#槽鋼焊接而成，支架平面寬度為1.2 m，長(zhǎng)度為12 m。支架共分為6個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)中心對(duì)應(yīng)一個(gè)孔位中心點(diǎn)。每個(gè)區(qū)的固定位置有6個(gè)定位銷(xiāo)孔。支架沿長(zhǎng)邊方向兩端及兩個(gè)區(qū)中間位置各設(shè)置1個(gè)定位耳。將定位架兩端區(qū)域的中線點(diǎn)與河床上膨脹螺絲固定的點(diǎn)對(duì)齊后，采用水下沖擊鉆沿定位耳孔鉆孔，然后逐一沿耳板孔安裝膨脹螺絲，最后將定位架固定在河床底板上。

（5）鉆孔設(shè)備水下安裝。鉆機(jī)固定支架采用10#槽鋼焊接，平面寬度為1.2 m，長(zhǎng)度為1.5 m。延長(zhǎng)度方向槽鋼外側(cè)各設(shè)置3個(gè)定位銷(xiāo)，定位間距與水下支架上的定位銷(xiāo)孔間距保持一致。在準(zhǔn)備鉆孔前，將鉆機(jī)底盤(pán)采用螺栓固定在鉆機(jī)固定支架內(nèi)的桁架上。安裝完鉆機(jī)鉆具，再利用簡(jiǎn)易吊車(chē)，并在潛水員配合下，將鉆機(jī)、鉆具連同其固定支架，利用定位銷(xiāo)與水下定位架進(jìn)行連接。待鉆機(jī)安裝完成后，鉆機(jī)鉆具中心恰好對(duì)應(yīng)孔位中心。

圖1 鉆孔設(shè)備水下安裝

（6）水下鉆孔。在完成鉆機(jī)安裝后，由潛水員在水下進(jìn)行檢查，確保各處連接牢固。待潛水員浮出水面后，啟動(dòng)液壓油泵，向水下鉆機(jī)提供液壓動(dòng)力，開(kāi)始進(jìn)行鉆孔作業(yè)。在取孔過(guò)程中，根據(jù)設(shè)置在動(dòng)力設(shè)備上壓力表的壓力變化情況，判斷是否完成取孔作業(yè)。

圖2 水下鉆孔

（7）芯樣吊移。待混凝土板全部鉆穿后，潛水員于水下在芯塊中間鉆孔固定起吊螺栓，再由簡(jiǎn)易吊車(chē)將芯塊吊出。起吊應(yīng)緩慢進(jìn)行，防止芯樣卡住，必要時(shí)由潛水員利用撬棍在水下配合完成。

（8）下一個(gè)孔作業(yè)。解開(kāi)定位銷(xiāo)，將鉆機(jī)底盤(pán)與前一個(gè)孔位處的水下支架分離，再將其與下一個(gè)孔位處的支架采用定位銷(xiāo)連接，經(jīng)潛水員確認(rèn)無(wú)誤后，開(kāi)始鉆取下個(gè)孔。

（9）下一排孔作業(yè)。在該排取孔作業(yè)全部完成后，潛水員拆除水下支架，利用簡(jiǎn)易吊車(chē)將水下支架吊放至挖泥船上，重復(fù)上述步驟，再開(kāi)始下一排取孔作業(yè)。

3 施工要點(diǎn)

（1）清淤。該工程河床上覆蓋厚0.5～1 m的淤泥，不僅影響施工作業(yè)，淤泥回流還可能危及潛水員人身安全，因此必須先清理河床上淤泥，要確保在淤泥回流后，不影響后續(xù)施工及潛水員安全的前提下，將淤泥清理寬度控制在6～10 m之間。

（2）GPS定位技術(shù)。根據(jù)施工需要，在取孔過(guò)程中，先后需要兩次定位，一次復(fù)測(cè)。采用GPS定位技術(shù)不僅可以保證精度，而且可以更加方便高效。利用GPS可調(diào)對(duì)中桿，特別適合水上水下施工放樣作業(yè)。

（3）水下整排孔位一次性定位技術(shù)。對(duì)于一排孔位，采用水下定位支架做到一次定位，大大減少了排樁獨(dú)立定位過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)誤差，在提高成樁單樁精確度的同時(shí)，有效減少了單排樁內(nèi)樁基之間的相對(duì)位置誤差，有利于后期管樁插打和主承重橫梁的安裝，對(duì)控制鋼管樁軸心受壓偏差有顯著的效果。

（4）液壓空芯鉆水下取孔。該工藝采用液壓空芯鉆水下取孔，一次性成孔，鉆孔過(guò)程中，潛水員浮出水面，鉆機(jī)由水面上液壓站提供動(dòng)力，自動(dòng)完成水下取孔作業(yè)，功效高，同時(shí)大幅減少潛水員水下作業(yè)時(shí)間，降低了水下作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 特殊情況處理

（1）河床混凝土完整性差。本工程采用液壓鉆機(jī)一次成孔，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆機(jī)所承受的各向反力需達(dá)到大致均衡，鉆機(jī)方可順利鉆進(jìn)。若遇河床混凝土完整性不好，破碎比較嚴(yán)重的情況，該工藝可能不適用，需要根據(jù)實(shí)際情況重新制定方案，如小鉆頭（孔徑為8～10 cm）排孔取孔法。

（2）河底淤泥流動(dòng)性大。施工過(guò)程中，對(duì)于淤泥流動(dòng)大，很難通過(guò)挖掘機(jī)進(jìn)行清淤的位置，可采用大功率泥漿泵放置河床底進(jìn)行吸泥，將吸出的泥漿存放于岸邊泥漿池，最后由泥漿車(chē)進(jìn)行外運(yùn)處理。

5 禁止作業(yè)情況

水下鉆孔過(guò)程中水是施工的主要影響因素，在通航頻繁、流急、水亂的河段施工安全較難保障。

（1）河道水位大幅上漲。施工過(guò)程中，遇到河道水位大幅上漲，導(dǎo)致挖泥船清淤困難，清淤后不能滿(mǎn)足潛水員作業(yè)需要。此時(shí)，必須等待水位下降到合適水位后，徹底對(duì)河床清淤后再進(jìn)行作業(yè)，不得強(qiáng)令潛水人員冒險(xiǎn)作業(yè)。

（2）河道水流過(guò)大。施工過(guò)程中，河道水流過(guò)大，危及潛水人員作業(yè)安全。此時(shí)，只能等待水流降低后再進(jìn)行作業(yè)。

（3）靠近航道作業(yè)，有船只通過(guò)時(shí)。當(dāng)取孔作業(yè)靠近航道，有條件的情況下，申請(qǐng)封閉航道施工。無(wú)條件時(shí)，利用無(wú)船只通過(guò)時(shí)間段進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)船只通過(guò)時(shí)，不得作業(yè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

該工藝與其他工藝相比，具備工藝簡(jiǎn)單、不破壞孔位周邊河床底板、成孔速度快、成本低、對(duì)水體污染小、不影響河道通航等優(yōu)點(diǎn)，主要難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確在河床上測(cè)放出相應(yīng)孔位，以保證后續(xù)鋼管樁施工精度。項(xiàng)目技術(shù)人員采用型鋼定位支架進(jìn)行輔助定位，有效解決了水下定位難這一問(wèn)題，為鋼便橋樁基插打創(chuàng)造了有利條件。在興梅路建設(shè)工程跨秦淮新河臨時(shí)鋼便橋建成前后，梅山鐵礦礦井涌水情況均無(wú)明顯變化。