深中通道東人工島內(nèi)高速橋墩保護鋼管樁施工研究

劉坤，李云超，祝阿龍，侯禹辰，熊昊翔，尚世力，談颋

（1.中鐵隧道集團三處有限公司，廣東 深圳 518000；2.深中通道管理中心，廣東 中山528400 ；3.珠?？萍紝W院，廣東 珠海 519000；4.中山大學土木工程學院，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海），廣東 珠海 519082）

1 工程概況

人工島填筑施工對區(qū)域范圍內(nèi)的許多橋梁造成影響，深中通道東人工島內(nèi)的沿江高速橋中某些橋墩基礎在東人工島施工期間采用鋼管樁進行保護。本文以72 號橋墩基礎防護鋼管樁施工為例，研究該橋墩基礎的保護。

根據(jù)沿江高速地質(zhì)詳勘資料顯示，72 號橋墩區(qū)域水深約3.00 m。地層自上而下依次為淤泥層6.80 m，粉質(zhì)黏土1.90 m，全風化混合花崗巖637.00 m，強風化混合花崗巖96.00 m，以下為中風化混合花崗巖。鋼管樁底位于全風化花崗巖層，地質(zhì)剖面圖如圖1 所示。

圖1 工程所在位置地質(zhì)剖面

2 工程施工

2.1 施工流程及準備

鋼管樁廣泛使用在深水工程中，鋼管樁的施工難度大，需要根據(jù)不同的工程采用相應的施工方法[1-3]。本工程鋼管樁施工流程準備涉及的內(nèi)容有：導向架制作、導向架安裝、測量定位、沉管安裝、焊縫檢測等內(nèi)容。

根據(jù)工程當時現(xiàn)行規(guī)范JTS167-4—2012 《港口工程樁基規(guī)范》[4]要求“管節(jié)對口拼裝時，相鄰管節(jié)的焊縫錯開1/8 周長以上”，72 號橋墩保護鋼管樁周長為4.71 m，故接頭錯開長度為60 cm，根據(jù)橋下凈空、設備及吊車的情況，鋼管分為兩節(jié)，長度分別為13.50 m+6.00 m、12.90 m+6.60 m，施工時長節(jié)為底節(jié)。

2.2 鋼管樁施工

靜壓植樁施工分為兩個步驟：鋼管樁導向架施工和沉樁施工。

2.2.1 導向架安裝

鋼管樁導向架施工分為兩種。第一種為常規(guī)導向架，采用鋼管基礎加操作平臺的方式進行定位樁的施工，主要由鋼管基礎、導向梁、導向板組成；第二種導向架采用工裝方式進行施工，使導向架達到兼施工、安全、防風、可循環(huán)使用于一體綜合性多功能導向焊接防風操作平臺，進行大面積鋼管樁的施工，主要由固定端、導向梁、防風板組成，本導向架主要是將成品導向架固定在已經(jīng)施打鋼管樁上提供導向作用。

常規(guī)導向架安裝：首先進行船舶定位，鋼管樁定位樁導向架采用平板駁船施工，固定采用四角交叉錨纜；接著進行導向架基礎施工，定位樁導向架基礎采用400 mm×400 mm H 型鋼作為固定樁，使用船吊吊裝到位，插打固定樁時采用全站儀定位；最后進行導向梁和導向板的施工，固定樁插打完成后，在兩側(cè)安裝700 mm×500 mm 導向梁，間距1.70 m，導向梁標高為1.50 m，導向梁安裝完成后，安裝滑動導向板，固定好后用螺絲擰緊。

工裝式導向架施工。該項目安裝分為3 步：導向架加工、導向架吊裝和導向架固定。在工廠將導向架制作好，采用平板駁船進行吊裝作業(yè)，在吊裝過程中用全站儀進行定位，最后將導向架底座固定在前一根的鋼管樁上，利用鎖口將導向架牢牢地固定在鋼管樁上，利用懸挑部分進行導向。

2.2.2 沉樁施工

本項目起始樁為沿江高速橋72 號橋墩北側(cè)西端，樁號為72-1。施工船舶位于71 號墩與72 號墩之間，船舶垂直于橋墩中線方向。

鋼管樁施工分為兩部分：第一部分為定位樁施工，定位樁采用常規(guī)性導向架施工；第二部分為正式樁的施工，采用工裝式導向架施工。首先鋼管樁通過導向架靠自重沉入，當依靠自重無法繼續(xù)沉入時，使用EP270 免共振錘插打至設計標高。鋼管樁插打采用船吊加人工輔助的方式進行施工，導向架安裝完成后定位無誤后，開始進行鋼管樁沉樁作業(yè)。

1）定位樁施工。用平板接駁船的履帶吊將第一節(jié)鋼管樁吊至導向架位置，在施工過程中全程采用全站儀進行定位和糾偏。第一節(jié)鋼管樁沉入后，鋼管樁頂部高出導向架50～100 cm，將鋼管樁和導向架焊牢后，吊裝第二節(jié)鋼管樁，鋼管樁對接完成后，對接頭、垂直度檢驗合格后采用二氧化碳氣體保護焊進行人工焊接，焊接完成檢查合格后，通過導向板下放鋼管樁，前期鋼管樁依靠自身重力下沉，直到鋼管樁無法通過自重下沉，通過振動將鋼管樁插打至設計標高，后續(xù)的鋼管樁施工重復此施工步驟。

2）正式樁施工。將第一節(jié)鋼管樁吊至導向架位置，用全站儀進行定位和糾偏，第一節(jié)沉管樁完成后安裝內(nèi)襯環(huán)，將鋼管與導向架焊接固定牢固，接著吊裝第二節(jié)鋼管樁，對接完成后焊縫監(jiān)測合格繼續(xù)下放鋼管樁，前期鋼管樁依靠自身重力下沉，直到鋼管樁無法通過自重下沉，通過振動將鋼管樁插打至設計標高，后續(xù)的鋼管樁施工重復此施工步驟。施工現(xiàn)場情況見圖2。

圖2 正式樁施工

2.3 鋼管樁焊接

鋼管樁焊接采用豎向環(huán)形全自動焊接工藝+人工焊接輔助施工。豎向環(huán)形全自動焊接在管道相對固定的情況下，焊接小車帶動焊槍沿軌道圍繞管壁運動，從而實現(xiàn)豎向環(huán)形自動焊接。

3 數(shù)據(jù)采集及分析

3.1 監(jiān)測內(nèi)容及方案

本次項目的監(jiān)測內(nèi)容有：鋼管樁施工進度、橋墩水平位移和沉降、橋墩傾斜和振動監(jiān)測。鋼管樁施工進度采用人工記錄的辦法，記錄項目包括樁號、施工日期、開始和結(jié)束時間、進尺長度、累計深度、樁底標高和對應地層以及其他需要記錄的情況。橋墩水平位移、橋墩傾斜和振動監(jiān)測采用相關(guān)的自動化監(jiān)測設備自動監(jiān)測。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對施工各階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了詳細的采集和記錄。鋼管樁施工進度方面，鋼管樁施工第一節(jié)鋼管樁插打最長時間為80 min，最短時間為15 min，平均時間為32.15 min；每道焊縫焊接時間最長時間為200 min，最短時間為50 min，平均時間96.46 min；第二節(jié)鋼管樁插打最長時間為60 min，最短時間為10 min，平均時間為25.26 min。

施工期間對72 號橋墩進行了振動加速度監(jiān)測，以測定免共振錘打樁過程中對橋墩、承臺的振動影響。施工期間監(jiān)測到最大振動加速度為0.023g。

施工期間對橋墩的豎向位移、東西方向水平位移和南北方向的水平位移進行監(jiān)測，以測定免共振錘打樁過程中對橋墩、承臺的影響。橋墩變形監(jiān)測歷時曲線圖見圖3。

圖3 橋墩變形監(jiān)測歷時曲線圖

通過施工前后連續(xù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，在施工前的靜止狀態(tài)下各項監(jiān)測數(shù)據(jù)仍有±0.5 mm 幅度的波動，其除了受儀器本身的精度影響外還與氣象條件、橋面沖擊荷載的作用有關(guān)。施工期間沿江高速橋墩的東西向位移最大值為1.2 mm，南北向位移最大值為1.0 mm，小于設計值(±6mm)；沉降最大值為-1.6 mm，小于設計值（-10 mm），表明施工對橋墩臺穩(wěn)定性影響較小，安全可控。

4 結(jié)論

沿江高速保護鋼管樁施工嚴格按照審批的方案實施，綜合72 號橋墩保護鋼管樁施工情況，樁錘、打樁起吊船舶等設備選型、配置科學，施工工效高。沉樁施工方法合理，對本工程鋼管樁土質(zhì)條件、鋼管樁品種、斷面、沉入深度適應強。沉樁施工過程中沿江高速橋墩沉降、水平位移及傾斜監(jiān)測數(shù)據(jù)均未超過設計控制值，橋墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全。沿江高速保護鋼管樁典型施工方案總體可行，能確保施工安全、質(zhì)量及施工進度，施工過程安全可控，可為以后類似的工程施工提供參考。