深水陡坡裸巖大直徑超長鋼護筒埋設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

朱 銘,易 魯

（中交第二航務(wù)工程局有限公司,湖北 武漢 430000）

0 引言

深水大型鋼護筒通常采用大型起重船整體或分節(jié)下放+振動錘沉設(shè)到位，但面臨無大型起重船的庫內(nèi)施工，起重設(shè)備比較受限，針對無覆蓋層地質(zhì)振動錘液化能力較差，無法將大直徑鋼護筒插釘至預(yù)期深度。

該文依托某PPP項目特大橋主墩樁基鋼護筒施工為背景，深入分析和總結(jié)了深水陡坡大直徑超長鋼護筒埋設(shè)施工中，從設(shè)備選型到實施過程最后到實施效果的全過程施工技術(shù)，成功解決了橋位處深水、陡坡、巖面無覆蓋層等不利條件下的鋼護筒施工。

1 工程概況

1.1 工程簡介

該項目線路全長4.15 km，主橋為雙塔雙索面半漂浮體系鋼混組合梁斜拉橋，全長1 187 m[4×30 m鋼板組合梁+（60+160+500+160+60）m鋼混組合梁斜拉橋+4×30 m鋼板組合梁]。大橋跨越某水庫，其中6#主墩位于水庫區(qū)內(nèi)，橋位處最大水深48 m，且為深水陡坡裸巖地質(zhì)。橋型布置圖見圖1。

圖1 特大橋橋型布置圖（m）

主墩為整體式承臺，承臺布置24根直徑2.8 m的鉆孔灌注樁，樁長為66.0~73.0 m，持力層為中風化砂質(zhì)板巖，巖層強度為42~52 MPa，樁基采用C35水下混凝土。

1.2 地質(zhì)水文條件

主墩位于某水庫水下一小山體的斜坡面上，離岸約120 m，水深23~45 m，河床標高從+126.20~+139.30 m起伏變化，坡面平面坡度約35°，局部達到近45°。且橋位處表面為3~13.3 m的全風化砂質(zhì)板巖，下層為完整性較差的強風化巖層。

該水庫汛期為每年的4月1日至9月30日，300年一遇流速小于1 m/s，高低水位差約18 m，基礎(chǔ)沖刷深度小于1 m。橋位處2017—2019年最低水位為+147.91，最高水位為+167.94。該水庫汛期控制水位見表1。

表1 水庫汛期控制水位

1.3 鋼護筒設(shè)計及加工

主墩樁基鋼護筒內(nèi)徑按大于設(shè)計樁徑20 cm考慮[3]，壁厚21 mm，型號選定為Φ3 100×21 mm，護筒頂標高與鉆孔平臺頂面齊平，底標高按入巖3.0 m[4]控制，單樁鋼護筒長度根據(jù)各樁位處的實際巖面標高確定，鋼護筒長度為36~54 m不等。最大重量為84 t。受運輸、起重設(shè)備限制，鋼護筒采用加工廠內(nèi)成品鋼板分節(jié)卷制，接長至10 m分段，通過水運轉(zhuǎn)至施工現(xiàn)場分節(jié)安裝。

2 鋼護筒施工起重設(shè)備選型

庫區(qū)內(nèi)大型船舶資源匱乏，無起重船資源，且外界水路不通，如采用大型起重船只能引進拼裝式起重船。針對鋼護筒設(shè)備選型進行了詳細調(diào)研和對比：

2.1 龍門吊下放鋼護筒工藝

平均3個接頭，每個接頭按1 d計算，鋼護筒初打+護筒內(nèi)沖孔3 m并澆筑混凝土按4 d計算，一個循環(huán)共7 d，安排6個作業(yè)面同步作業(yè)，即需一個月；第一輪鋼護筒施工完成后即可安排第一輪鉆孔樁施工，即7 d后即可開鉆。

2.2 300 t起重船下放鋼護筒工藝

護筒在后場接長，現(xiàn)場整根吊裝，鋼護筒內(nèi)沖孔3 m并澆筑混凝土按4 d，第一批鋼護筒施工完成時間需要5 d，即5 d后可以開鉆。鋼護筒下放設(shè)備必選見表2。

表2 鋼護筒下放設(shè)備比選

綜合可知：300 t起重船費用高，且沒有明顯的工期優(yōu)勢，因此選用90 t龍門吊安裝鋼護筒。

3 護筒埋設(shè)施工

3.1 總體施工工藝流程

由于鋼護筒最大長度為54 m，重量為86 t。鋼護筒的埋設(shè)必須做到精準定位，入巖錨固才能確保樁基施工安全可靠，通過技術(shù)調(diào)研，制定了以下整套鋼護筒錨固的施工工藝[1]。鋼護筒錨固工藝圖見圖2。

圖2 鋼護筒錨固工藝圖

3.2 樁位處河床找平

主墩樁位處坡度變化在2∶1~3∶2之間，護筒底口河床面最大高差達4.5 m，為確保鋼護筒下放后不發(fā)生傾斜、滑移等問題，需預(yù)先對樁位處陡坡巖面進行找平，現(xiàn)場采用沖擊鉆對河床進行反復(fù)沖鑿，找平區(qū)域中心線應(yīng)比鋼護筒大10 cm以上。施工過程中，觀察沖擊錘自由下落時鉆頭是否平穩(wěn)，類似于正常鉆進過程，并采用測繩對巖面鑿平的效果進行檢查，現(xiàn)場通過實測出鉆孔平臺頂至河床面的深度，樁位處巖面標高高差按5 cm以內(nèi)控制，確保鋼護筒下放底口平穩(wěn)。

3.3 導(dǎo)向架安裝

主墩鋼護筒導(dǎo)向裝置采用型鋼焊接組成的“井”字形雙層框式導(dǎo)向架，層間距約為3.4 m，導(dǎo)向架內(nèi)口尺寸比鋼護筒外徑大10 cm以上。上層導(dǎo)向框架設(shè)置在鉆孔平臺的頂部，以保證護筒安放后的整體穩(wěn)定性。下層導(dǎo)向框架設(shè)置在鉆孔平臺的頂層平聯(lián)上，導(dǎo)向架采用履帶吊安裝，安裝時測量進行精確放樣，導(dǎo)向架四周安裝可調(diào)節(jié)調(diào)位裝置，使鋼護筒在下放過程精確定位。導(dǎo)向架安裝見圖3。

圖3 現(xiàn)場導(dǎo)向架

3.4 鋼護筒運輸

鋼護筒管節(jié)由平板車從加工場運至臨時斜坡碼頭裝船。管節(jié)運至6#墩平臺處后，采用90 t履帶吊將管節(jié)從駁船上吊運至鉆孔平臺，將管節(jié)沿鉆孔平臺長邊方向擺放。

為防止鋼護筒節(jié)段在吊裝及運輸過程中發(fā)生變形，在每節(jié)鋼護筒管節(jié)兩端距離頂、底口各0.5 m處設(shè)置米字形內(nèi)支撐，內(nèi)支撐由[10焊接而成。

3.5 鋼護筒下放

按照鋼護筒管節(jié)的接長順序，采用90 t履帶吊配合90 t龍門吊吊裝各管節(jié)，最后龍門吊將鋼護筒管節(jié)吊運至樁位處，底口與導(dǎo)向裝置對中后進行下放。

當管節(jié)下放至頂口高出鉆孔平臺頂面1 m左右時，停止下放，在管節(jié)外壁對稱焊接4個型鋼牛腿，將型鋼牛腿臨時擱置在上層導(dǎo)向框上，并拆除頂口內(nèi)支撐。上下管節(jié)對接時，通過導(dǎo)向裝置進行初步對接，測量復(fù)核管節(jié)的垂直度，調(diào)整上下管節(jié)順直度及相對位置，滿足要求后進行對接環(huán)縫的焊接。

管節(jié)對接完成后，繼續(xù)進行下放，重復(fù)上述操作直至鋼護筒接長至設(shè)計長度。龍門吊起吊整根鋼護筒，調(diào)整鋼護筒中心位置，確認位置準確后，在頂層限位架上測量出鋼護筒的“東西南北”4個邊點坐標，在護筒下放過程中通過4點坐標及吊錘法調(diào)直其平面位置及垂直度，滿足要求后在坐標點外焊接限位板，然后采用吊錘的方法，測出下層的限位點，并焊接限位裝置。鋼護筒平面位置及精度調(diào)節(jié)裝置見圖4。

圖4 鋼護筒平面位置及精度調(diào)節(jié)裝置圖

3.6 鋼護筒初振

為確保大直徑超長鋼護筒接長下放在至河床后有一定自穩(wěn)能力，保證后續(xù)沖孔施工質(zhì)量，在鋼護筒平面位置和垂直度滿足要求后，在鋼護筒頂部設(shè)置YZ-300型液壓振動錘進行初次入巖下沉施工，使鋼護筒進入全風化巖層并穩(wěn)固鋼護筒底口[2]。

3.7 鋼護筒內(nèi)沖孔跟進

鋼護筒初振入巖后安裝JK-15沖擊鉆機，沖擊鉆配備直徑3.02 m的鉆頭。根據(jù)類似工程實際經(jīng)驗，直徑3.02 m的鉆頭所成樁孔直徑可達3.15 m以上，大于鋼護筒外徑。

由于表層為全風化砂質(zhì)板巖，且鉆進深度不大，鋼護筒此時主要起導(dǎo)向作用，因此采用清水鉆工藝[5]。鉆孔開始時采用小沖程進行沖擊，鉆進深度出護筒后再加大沖程，鉆進過程中及時采用氣舉反循環(huán)進行清渣，護筒內(nèi)鉆孔深度按3 m控制[2]。

實際施工中，孔壁局部不圓順，鋼護筒在自重作用下未有效自動下沉跟進的情況，在護筒頂口采用液壓振動錘輔助下沉跟進，直至鋼護筒嵌入巖層2.5 m以上（以護筒范圍內(nèi)原巖面找平后最低點起算）。為確保后續(xù)澆筑的錨固混凝土能夠與樁底巖層有效結(jié)合并封堵鋼護筒與孔壁之間的縫隙，達到鋼護筒底口錨固和封堵的雙重效果，鋼護筒跟進至底口距離孔底50 cm左右，停止護筒下沉作業(yè)，最后復(fù)測鋼護筒的平面位置與垂直度，在護筒頂口焊接型鋼與平臺進行固結(jié)。

3.8 鋼護筒錨固

鋼護筒下放到位后，采用氣舉反循環(huán)清孔，在鋼護筒內(nèi)下放安裝水密性試驗合格的混凝土澆筑導(dǎo)管，并在導(dǎo)管內(nèi)安裝止水塞，然后在導(dǎo)管頂部安裝8 m3大集料斗，并配置2臺9 m3罐車進行樁底水下C25錨固混凝土首封施工[3]。

首封完成后，繼續(xù)進行錨固混凝土澆筑直至高度達到3 m，使混凝土充分填充鋼護筒與基巖之間的孔隙，將鋼護筒錨固在巖層中，完成鋼護筒的埋設(shè)工作。

4 實施效果

主墩共計24根樁基。鋼護筒埋設(shè)完成后，護筒垂直度、平面偏位均滿足規(guī)范及施工要求。樁基成孔過程中，鋼護筒狀態(tài)穩(wěn)定，未發(fā)生漏漿事故，樁基完工后經(jīng)第三方檢測均為Ⅰ類樁基，施工效果良好。

5 結(jié)語

主墩位于庫區(qū)，樁位區(qū)水深最高達45 m，施工區(qū)域為陡坡裸巖地形，鋼護筒施工難度大，且受柘溪大壩限制，無起重船資源。

事先采用沖擊鉆機對護筒區(qū)河床面進行找平，再利用90 t龍門吊及導(dǎo)向架分節(jié)安裝、接高并下放鋼護筒至河床面。沖擊鉆機在鋼護筒內(nèi)進行沖孔作業(yè)，振動錘將鋼護筒跟進至巖面以下3 m后澆筑錨固混凝土，成功解決了庫區(qū)深水陡坡裸巖大直徑超長鋼護筒下放及防漏漿施工難題，施工效果良好，可為類似工程施工提供參考。