洪水期水上鋼平臺的穩(wěn)定處理及糾偏措施

裴浩浩

[中交三航第一工程（上海）有限公司，上海市 201315]

1 工程概況

柬埔寨磅湛省湄公河大橋處于柬埔寨磅湛省省會北側(cè)約30 km，屬于71C 公路的一部分。全橋布置為6×30+6×50+75+3×135+75+3×30，全橋長1 131 m（含6m 橋臺），每個主橋墩基礎(chǔ)采用10 根直徑2.0 m 鉆孔灌注樁，長度分別為89 m、101 m、102 m、103 m[1]，水上施工平臺所用的護(hù)筒是由18 mm鋼板卷制而成，直徑為2.3 m，長度為38～48 m。

2 背景介紹

2.1 原因分析

2018 年7 月，工程所在地湄公河水位持續(xù)上漲，加上上游老撾一水電站大壩發(fā)生潰壩，超50 億m3蓄水量泄入湄公河，導(dǎo)致水位暴漲，14#、15# 墩因樁基未澆混凝土，鋼平臺整體發(fā)生較大偏移，最大位移達(dá)1.65 m。

2.2 應(yīng)對措施

項目部針對突然的水災(zāi)，實施了以下應(yīng)對措施：

一是分4 步穩(wěn)定鋼平臺；

二是待洪水過后，逐根鋼護(hù)筒糾偏并加固，最終通過工字鋼使其連接成整體；

三是處理改善護(hù)筒周圍液化的土壤，保證鋼平臺的穩(wěn)定。

3 穩(wěn)定鋼平臺

在收到上游水電站潰壩消息后，為防止鋼平臺垮塌，采取了4 個應(yīng)急措施來穩(wěn)定鋼平臺。

3.1 焊接加固，增強(qiáng)施工平臺和各護(hù)筒的連接

對14#、15#鋼平臺進(jìn)行針對性的加固處理，對原有的鋼牛腿進(jìn)行補(bǔ)焊加固，并在護(hù)筒和鋼箱梁之間加焊鋼板（見圖1），鋼箱梁上拉下?lián)?，使施工平臺最大限度的形成整體結(jié)構(gòu)，以抵御洪峰的沖擊。

圖1 護(hù)筒、牛腿、箱梁間加焊鋼板

3.2 澆筑混凝土，穩(wěn)固鋼平臺

此時14#平臺的2 根樁基正在鉆孔，孔深為46 m、60 m，灌注混凝土到河床面標(biāo)高，加大護(hù)筒自重，并通過混凝土錨固，增加施工平臺的穩(wěn)固性；15# 平臺3根樁基正在鉆孔，其中2 根孔深113 m，即將成孔，選取最淺的樁基（孔深94 m）澆混凝土，澆筑時在河床底部位置放置一節(jié)12 m 長的鋼筋籠，加強(qiáng)其抗彎性能，確保平臺整體穩(wěn)定。

3.3 上游拋投錨塊，反向拉住鋼平臺

在偏位的2 個平臺上游100 m 處，各拋投自制20 t 混凝土錨塊2 個，利用固定在鋼平臺上的沖擊鉆機(jī)卷揚(yáng)機(jī)反拉，抵抗水流沖擊（見圖2），每天安排專人檢查平臺情況及錨固鋼絲繩的松緊情況，必要時通過卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行微調(diào)，既要保證鋼平臺被牢牢拉住，又要防止拉力太大而出現(xiàn)鋼絲繩損壞的情況發(fā)生。

圖2 卷揚(yáng)機(jī)反拉自制錨塊，抵抗水流沖擊

3.4 拋填砂袋，保護(hù)河床、穩(wěn)定鋼護(hù)筒

根據(jù)水位及水流速度，在偏位鋼平臺上游拋填袋裝砂、碎石等（見圖3），對偏位的施工平臺區(qū)域河床進(jìn)行保護(hù)，前后陸續(xù)投放約2.1 萬袋，利用砂袋沉入鋼平臺所在的河床部位，將該部位河床保護(hù)起來，減少水流的沖刷，避免泥沙大量流失，同時能起到穩(wěn)定鋼護(hù)筒的作用。

圖3 偏位鋼平臺上游拋投砂袋

以上幾個步驟的實施，使得在洪峰到來時施工平臺未再出現(xiàn)較大的位移，在接下來的8 月中下旬受到更高洪水沖擊時，施工平臺仍然穩(wěn)定。

4 鋼護(hù)筒糾偏

4.1 準(zhǔn)備工作

待雨季過去后，根據(jù)鋼平臺偏位情況，結(jié)合水流水位等條件，選擇從15# 墩鋼平臺開始，以15-8# 樁鋼護(hù)筒為首個對象糾偏。該墩鋼平臺標(biāo)高為+20 m，樁頂設(shè)計標(biāo)高為+9 m，施工時采用上下雙平臺結(jié)構(gòu)，在+12 m 處設(shè)置小平臺，各護(hù)筒間采用30# 工字鋼焊接，在低水位鉆孔時兼顧了孔內(nèi)壓力的問題，同時其整體的穩(wěn)定性也隨之增加。因此需要在水位下降到+12 m 以下，待底層小平臺露出水面，流速低于1.5 m/s，才能進(jìn)行鋼護(hù)筒的糾偏。

等待水位下降過程中，對鋼平臺樁位回填石塊和膨潤土沖鉆，鉆孔至鋼護(hù)筒底口下2 m 位置停止。

4.2 首根鋼護(hù)筒糾偏

（1）加長鋼護(hù)筒、解除上方平臺的限制

下層平臺露出水面后，用18 mm 鋼板卷制成直徑2.3 m 的鋼護(hù)筒，糾偏樁位15-8# 鋼護(hù)筒上方焊接護(hù)筒加高4 m，位于糾偏護(hù)筒上游相鄰位置的15-9# 鋼護(hù)筒加高2 m（見圖4），接縫處設(shè)加固鋼板，于15-8# 上游側(cè)和15-9# 下游側(cè)位置各焊接2個吊耳，用于拉力牽引。15-8# 樁位鋼護(hù)筒上的牛腿及上方鋼平臺周圍的工字鋼與加固鋼板在焊接完成后逐步切除，確保此護(hù)筒不與鋼平臺相連接，并根據(jù)偏移量切割平臺工字鋼及表面鋼板網(wǎng)，且保證此護(hù)筒具有足夠的距離能夠位移到設(shè)計樁位處（見圖5）。在切除鋼護(hù)筒周圍結(jié)構(gòu)前，確保鋼平臺的箱梁和鋼結(jié)構(gòu)已連接成整體，拆除后不影響其整體結(jié)構(gòu)平衡。

圖4 下層平臺露出水面,加長鋼護(hù)筒

圖5 解除護(hù)筒在上方平臺限制

（2）船機(jī)設(shè)備及人員就位

由2 艘起重船配合，將主吊起重1號（最大吊重100 t）停靠在糾偏施工平臺的下游，起重2號（最大吊重65 t）靠近在糾偏樁一側(cè)，配合糾偏，如圖6 所示。

圖6 護(hù)筒糾偏平面示意圖

（3）解除下層平臺連接，開始首根糾偏

人員設(shè)備就緒后，開始首根糾偏，具體過程如下：

a. 使用2 個10 t 手拉葫蘆掛在15-8# 和15-9#鋼護(hù)筒的吊耳上，拉緊導(dǎo)鏈；

b. 將小平臺上連接糾偏護(hù)筒的工字鋼切掉，釋放鋼護(hù)筒在小平臺的受力（見圖7），此時在手拉葫蘆的拉力下，糾偏護(hù)筒往上游有一個小幅度的回彈；

圖7 釋放鋼護(hù)筒在小平臺受力

c. 用起重1號將180 kW 振動錘吊放在鋼護(hù)筒上，調(diào)整好位置后慢慢夾緊鋼護(hù)筒，逐漸收緊手拉葫蘆，15-8# 鋼護(hù)筒慢慢被拉向上游側(cè)，當(dāng)鋼護(hù)筒位移速度變小時，停止收緊（見圖8）；

圖8 鋼護(hù)筒糾偏立面布置示意圖

d. 啟動180 kW 振動錘，先進(jìn)行小頻率試振，正常后再逐步提高振動頻率，此過程振動錘振頻控制在5～25 Hz，以免因為頻率過高，而造成糾偏護(hù)筒下沉無法正常糾偏，該過程隨著振動錘的振動使得糾偏護(hù)筒底部周圍的泥沙逐漸液化，護(hù)筒進(jìn)入河床的部分應(yīng)力逐漸釋放，使傾斜部分逐漸得到糾正，當(dāng)手拉葫蘆導(dǎo)鏈松動且鋼護(hù)筒不向上游偏移時，停止振動；

e. 測量糾正距離后，手拉葫蘆再次拉緊，打開振動錘，反復(fù)進(jìn)行上述步驟，直到鋼護(hù)筒中心與設(shè)計樁位中心距離在規(guī)范要求的50 mm 內(nèi)；

f. 再次啟動振動錘，提高振動頻率，把鋼護(hù)筒向下振動約2 m，以增強(qiáng)它的承載力；振動過程要由專業(yè)測量人員不斷復(fù)測糾偏護(hù)筒的位置與斜率，保證該樁位的準(zhǔn)確（見圖9）；

圖9 測量人員實時監(jiān)測，保證樁位準(zhǔn)確

g. 解除振動錘，靜置1 d，觀察此鋼護(hù)筒，沒有出現(xiàn)回彈量，表明該樁位鋼護(hù)筒已被成功糾正過來；

h. 將護(hù)筒與鋼箱梁之間重新焊接鋼板連接（見圖10），并恢復(fù)護(hù)筒四周的鋼平臺。

圖10 護(hù)筒與鋼箱梁重新焊接鋼板連接

4.3 其它鋼護(hù)筒糾偏

按上述15-8# 鋼護(hù)筒糾偏的步驟，從上游開始三根一組逐根糾偏（見圖11），并在糾偏完成后將三根護(hù)筒用工字鋼焊接成整體，剩下護(hù)筒按上游至下游順序依次糾偏，直至全部恢復(fù)至設(shè)計樁位，14# 平臺參考15# 平臺步驟糾偏。后續(xù)糾偏過程中根據(jù)情況，可邊振動邊收緊手拉葫蘆；考慮每個平臺上游有兩個錨碇塊，起重1# 有兩根抽芯纜，可以同時轉(zhuǎn)移反拉系統(tǒng)至兩根護(hù)筒上，加快糾偏效率（見圖12）；部分樁位亦可采用10 t 鉆頭輔助糾偏（見圖13），通過手動沖擊鉆卷揚(yáng)機(jī)控制鉆頭位置并配合10t 手拉葫蘆來調(diào)整輔助拉力的大?。豢可嫌蝹?cè)的鋼護(hù)筒糾偏時，先用40# 工字鋼將上游平臺焊接成一個整體，再通過上游焊接的吊耳反拉糾偏（見圖14）。

圖11 三根一組逐根糾偏

圖12 錨碇塊、起重1# 抽芯纜輔助糾偏示意圖

圖13 10 t 鉆頭輔助糾偏

圖14 靠上游側(cè)，通過40# 工字鋼焊接成整體后反拉糾偏

4.4 逐步加固鋼平臺，實現(xiàn)力的轉(zhuǎn)換

隨著后續(xù)糾偏工作的進(jìn)行，施工平臺的支撐由偏位的護(hù)筒逐漸轉(zhuǎn)移到糾正完成的鋼護(hù)筒上，完成整個平臺的糾偏作業(yè)后，將35# 工字鋼焊在鋼護(hù)筒上作為支撐牛腿（見圖15），恢復(fù)下層小平臺之間的連接，在糾偏后的護(hù)筒之間增加斜撐（見圖16），提高施工平臺的整體穩(wěn)定性。

圖15 將工字鋼焊在護(hù)筒上作為支撐牛腿

圖16 恢復(fù)下層小平臺并增加斜撐

5 液化土壤處理改善

土壤液化的三個必要條件，一是土壤必須由松散的固體顆粒沉積物組成；二是土壤中的地下水必須飽和；三是一定頻率的震動[2]。

本工程水下樁基地質(zhì)為純砂層，是細(xì)砂且地下水飽和，自身滿足前兩個條件，加上180 kW 振動錘的震動通過鋼護(hù)筒傳遞給接觸部分的土壤，模擬地震頻率使得土壤局部發(fā)生液化，再輔以外部拉力，使得鋼護(hù)筒成功被糾偏。

后期鉆孔接近護(hù)筒底口時，回填石塊、膨潤土后再鉆進(jìn)，石塊被10 t 沖擊鉆頭打成碎石擠密孔壁土壤，使護(hù)筒底口部位土壤中的水分排出，膨潤土調(diào)漿后形成的泥皮又保護(hù)了孔壁，必要時，通過加入水泥、火堿來改善孔內(nèi)泥漿的粘度和PH 值，使得鋼護(hù)筒接觸部位液化的土壤得以改善，充分保證了護(hù)筒的穩(wěn)定性，可以有效預(yù)防后續(xù)施工過程中鋼平臺下沉、傾斜等情況的發(fā)生。

6 結(jié) 語

在這場突如其來的洪水中，項目部采取有效措施，成功穩(wěn)住了主墩的幾處水上施工平臺，避免了較大損失；又根據(jù)土壤液化等原理，在不調(diào)用大型打樁船、不影響工期、保證后續(xù)施工安全的情況下，利用既有材料設(shè)備和人員，歷時一個月時間，順利完成了水上施工平臺20 根直徑2.3 m 鋼護(hù)筒的糾偏工作，并最終得到了業(yè)主和監(jiān)理單位的認(rèn)可，通過這一工程實踐經(jīng)驗為今后同類問題的處理提供了依據(jù)和參考。