陡坡硬巖河床上U形鎖扣鋼管復(fù)合樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

摘要 文章主要針對半陸半水陡坡硬巖河床上及臨近營運(yùn)中高速的深水承臺(tái)施工的特點(diǎn)和難點(diǎn)，以長深擴(kuò)建T6標(biāo)為例，該項(xiàng)目東江特大橋2#墩承臺(tái)處于此種環(huán)境下，采用U形鎖扣鋼管復(fù)合樁圍堰進(jìn)行施工，詳細(xì)闡述了圍堰的工藝原理、施工步驟及施工控制要點(diǎn)。施工結(jié)果表明，采用U形鎖扣鋼管復(fù)合樁圍堰施工技術(shù)，順利解決了圍堰穩(wěn)定性不佳、漏水等問題，保證了營運(yùn)高速的安全。

關(guān)鍵詞 陡坡；硬巖；鎖扣鋼管；復(fù)合樁；圍堰

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0167-03

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展，結(jié)合通航、防洪等要求的提升，越來越多的大型橋梁承臺(tái)在跨越大河、湖泊時(shí)埋置于河床面以下。一般采用圍堰進(jìn)行深水基礎(chǔ)施工，當(dāng)圍堰在半陸半水河床中時(shí)，因巖層堅(jiān)硬且強(qiáng)度高，圍堰的生根、錨固、穩(wěn)定固定、止水等施工難度大。針對陡坡硬巖河床上及臨近營運(yùn)中高速主墩樁基及承臺(tái)的深水施工的特點(diǎn)和難點(diǎn)，闡述了一種陡坡硬巖河床上U形鎖扣鋼管復(fù)合樁圍堰施工的關(guān)鍵技術(shù)，以期為類似工程提供參考。

1 概況

擬擴(kuò)建東江特大橋采用左側(cè)分離加寬方式，設(shè)計(jì)中

心樁號為K3577+755.427，設(shè)計(jì)起訖樁號為K3577+355.177

～K3578+154.877，橋梁全長799.7 m。該標(biāo)段擴(kuò)建東江特大橋新橋設(shè)置在舊橋左側(cè)（上游側(cè)）1 m外，新橋比舊橋高，最大高程為10.3 m。2#墩為半陸半水墩，墩位位于斜巖陡坡上，承臺(tái)埋置于硬巖下6～11 m，水下為砂質(zhì)黏性土～全風(fēng)化花崗巖～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖～中風(fēng)化花崗巖～微風(fēng)化花崗巖。如圖1所示：

陡坡硬巖河床上U形鎖扣鋼管復(fù)合樁圍堰施工是將鎖扣鋼管樁支護(hù)與樁基施工兩種工藝進(jìn)行融合運(yùn)用，充分發(fā)揮樁基抗滑錨固作用、工藝成熟施工速度快，PLC鎖扣鋼管止水效果好、止水堵漏方便易操作，安全質(zhì)量易控，經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)勢[1]。

2 鎖扣鋼管復(fù)合樁工藝原理

2.1 PLC鎖扣鋼管樁組成

PLC鎖扣鋼管樁作為硬巖質(zhì)及水中基坑支護(hù)。PLC鎖扣鋼管樁主鋼管采用螺旋鋼管。鎖扣采用鋼板樁鎖扣，其一側(cè)翼緣與主體鋼管雙面滿焊連接。PLC鎖扣通常成180°角，部分需轉(zhuǎn)角位置，可根據(jù)需要調(diào)整PLC鎖扣夾角。

2.2 混凝土復(fù)合樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

混凝土樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由水下混凝土、鋼筋籠等組成?；炷翗痘A(chǔ)長度主要根據(jù)鎖扣鋼管底標(biāo)高及圍堰開挖底標(biāo)高進(jìn)行確定。根據(jù)圍堰受力內(nèi)撐要求，以及鎖扣鋼管直徑確定混凝土樁基礎(chǔ)直徑。Φ820 mmδ10 mm鎖扣鋼管應(yīng)搭配Φ700 mm的混凝土樁基礎(chǔ)。

2.3 圍堰鋼圍檁結(jié)構(gòu)

圍堰鋼圍檁采用內(nèi)支撐，主要由H60型鋼、錨固錨桿、錨固混凝土梁、預(yù)埋鋼板等組成。如圖2、圖3所示：

3 "施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程圖

工藝流程如圖4所示：

3.2 工藝步驟

3.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工便道：根據(jù)2#墩承臺(tái)邊坡要求重新規(guī)劃施工便道，利用邊坡平臺(tái)作為寬約10 m的便道，以滿足履帶吊或汽車吊安裝塔吊的需要。

（2）根據(jù)樁基施工及平臺(tái)搭設(shè)，確定河床面及巖面的標(biāo)高。按最高水位進(jìn)行鎖扣鋼管樁圍堰試打、抽水、開挖及拆除等進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

（3）支撐系統(tǒng)材料加工。承臺(tái)圍堰支撐系統(tǒng)材料采用型鋼等，并提前30 d完成加工。

3.2.2 導(dǎo)向安裝

根據(jù)鋼圍堰的平面尺寸，利用平臺(tái)護(hù)筒上焊接型鋼牛腿，然后在牛腿上設(shè)置型鋼作為導(dǎo)向裝置。施工過程中利用定位卡確保定位準(zhǔn)確，在施工中需反復(fù)校核鋼管樁位置和垂直度。安裝導(dǎo)向架時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）采用全站儀和水平儀控制和調(diào)整導(dǎo)梁位置。（2）導(dǎo)梁的高度要適宜，應(yīng)有利于控制鋼管樁的施工。（3）導(dǎo)梁不能隨著鋼管樁的打設(shè)而出現(xiàn)下沉和變形。（4）導(dǎo)梁的位置應(yīng)盡量垂直，并不得與鋼管樁發(fā)生碰撞。

3.2.3 鎖扣鋼管樁插打至巖面

導(dǎo)向架安裝完成后，開始進(jìn)行鎖扣鋼管樁的插打，鋼管樁插打應(yīng)采用75 t履帶吊配合90 kW振動(dòng)錘進(jìn)行。在鋼管樁插打完成、復(fù)合樁鉆孔施工前，應(yīng)將導(dǎo)向架和鋼護(hù)筒進(jìn)行固定。

3.2.4 復(fù)合樁施工

鋼管樁首插至巖面后，樁底位于強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖層，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，此處的最高巖石強(qiáng)度為140 MPa，無法利用振動(dòng)錘將沉樁振動(dòng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。鋼管樁底部巖層采用潛孔錘（首選）或旋挖鉆進(jìn)行底部引孔，引孔至圍堰底設(shè)計(jì)標(biāo)高。采用鐵刷對護(hù)筒內(nèi)壁最下端1.5 m進(jìn)行清掃。將鋼管樁重新下放鋼筋籠（搭接護(hù)筒1.5 m）及澆筑混凝土（搭接護(hù)筒1.5 m），嚴(yán)禁小于1.5 m的搭接。

3.2.5 平臺(tái)拆除及邊坡修整

當(dāng)鋼管樁混凝土澆筑完成后，即可開始平臺(tái)拆除工作，利用履帶吊配合人工對鉆孔平臺(tái)自上而下進(jìn)行拆除。拆除順序如下：拆除面板槽鋼及分配梁工字鋼—吊移貝雷架—切割拆除原平臺(tái)平聯(lián)及鋼護(hù)筒。拆除過程中應(yīng)派專人全程旁站，設(shè)立吊裝警示區(qū)，確保作業(yè)安全進(jìn)行。

3.2.6 承臺(tái)開挖

完成平臺(tái)拆除后，從標(biāo)高開始按照1∶1.5進(jìn)行放坡，并在標(biāo)高處修筑平臺(tái)；挖機(jī)通過便道開至平臺(tái)，并進(jìn)入圍堰范圍內(nèi)，按照由遠(yuǎn)及近的順序進(jìn)行底部巖石鑿除。完成底部巖石鑿除后，通過片石墊高返回平臺(tái)，隨即更換為長臂挖機(jī)將底部傳遞的片石進(jìn)行清除。

（1）旋挖鉆掏空四周

對于堅(jiān)硬花崗巖，應(yīng)保證承臺(tái)開挖鑿巖的進(jìn)度，經(jīng)討論研究采用旋挖鉆與劈裂機(jī)鑿巖相結(jié)合的工藝進(jìn)行承臺(tái)硬巖的開挖。該工藝能夠發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行取長補(bǔ)短，通過旋挖鉆在承臺(tái)周邊對整塊巖石打孔，將承臺(tái)周邊產(chǎn)生臨空面以達(dá)到破壞巖石的整體性，使承臺(tái)范圍內(nèi)巖石與周邊孤石分割開來。

旋挖鉆主要由傳扭結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)組成。其中，傳扭結(jié)構(gòu)連接鉆桿和旋挖鉆頭裝置，傳遞回轉(zhuǎn)切削及回拉拉力；氣動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊作用，給沖擊鉆頭提供軸向動(dòng)力，鉆孔自上而下逐層施工深入，鉆孔的速度、風(fēng)壓、推進(jìn)根據(jù)鉆機(jī)的性能，結(jié)合底層實(shí)際情況進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止鉆孔扭曲和變徑、造成塌孔或其他事故。為防止相鄰潛孔間串孔，首批應(yīng)采用跳鉆。

（2）承臺(tái)劈裂機(jī)施工

利用普通風(fēng)槍鉆孔，在孔內(nèi)插入劈裂機(jī)的楔形塊組件—劈裂槍，啟動(dòng)液壓泵站，液壓泵站工作產(chǎn)生高壓，驅(qū)動(dòng)劈裂機(jī)楔形塊組件的中間楔塊向前運(yùn)動(dòng)，將反向楔塊兩邊撐開，以產(chǎn)生巨大分裂力；此分裂力由巖石內(nèi)部向外，破壞巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，巖石在此分裂力作用下將巖體分裂開來；然后使用破碎錘將分裂開的巖石解體，最后將碎石運(yùn)出施工現(xiàn)場。

劈裂產(chǎn)生的一些相對較大的石塊，則采用炮錘式挖掘機(jī)破碎至合適大小。清理的順序應(yīng)自上而下，破碎出來的巖石采用挖掘機(jī)進(jìn)行接力式挖掘，使用挖機(jī)裝車運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)堆放。在清理過程中應(yīng)注意安全，防止巖石墜落砸傷人員及機(jī)械。

3.2.7 圍檁及支撐安裝

圍堰上下共設(shè)置二層鋼圍檁及內(nèi)支撐，第一層采用H60型鋼做鋼圍檁。

在標(biāo)高的靠邊坡處進(jìn)行開槽，清理邊坡松散巖壁，隨即安裝10 cm×10 cm的鋼筋網(wǎng)并進(jìn)行20 cm的混凝土澆筑，同時(shí)在圍檁與邊坡接觸位置提前預(yù)埋鋼板，保證后續(xù)圈梁與邊坡間布置對稱，安裝穩(wěn)固。在標(biāo)高2處安裝第二道內(nèi)撐前，同樣完成此步驟。

鋼圍檁及內(nèi)支撐安裝工序流程：拆除剩余鋼平臺(tái)、邊坡開挖—抽水至第二層內(nèi)支撐下50 cm—鑿除巖石—安裝第二層內(nèi)支撐—抽水至第一層內(nèi)支撐下50 cm—鑿除巖石—安裝第一層內(nèi)支撐。

3.2.8 圍堰堵漏

待復(fù)合樁完成、平臺(tái)拆除，并將邊坡開挖至巖面以下后，若復(fù)合樁間隙存在漏水的情況，則需進(jìn)行二次注漿堵漏，注漿位置為圍堰外側(cè)漏水的管樁間。

3.2.9 圍堰拆除

組合鋼管樁圍堰的拆除施工流程為先分次灌水拆除內(nèi)支撐及圍檁，再拆除組合鋼管樁[2]。

4 結(jié)語

該文以鎖扣鋼管復(fù)合樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，順利解決了基坑整體穩(wěn)定性不佳、接縫處漏水、施工后周邊承臺(tái)圍堰不均勻沉降等影響舊橋運(yùn)營高速的橋梁安全問題，大大縮減了施工工期，減少了現(xiàn)場施工作業(yè)量并降低了對周邊橋梁基礎(chǔ)、高邊坡及城市景觀綠道的影響，保證運(yùn)營高速公路的正常通行，有效地降低了施工過程中對高速公路的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]秦尚進(jìn)，陳雨，劉魯魯，等.PC工法組合樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2021（14）：60-61.

[2]律建華.鎖扣鋼管樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2023（11）：139-142.