深水樁基鋼管樁鉆孔平臺設計與施工

梅瑞泰

（深圳市地鐵集團有限公司 深圳 518026）

1 工程概況

1.1 橋型簡介

北江特大橋是國道主干線廣州繞城公路西二環南段的重、難點工程和關鍵控制性工程，跨越北江主航道，按高速公路標準設計。主跨設計為75 m＋136m＋75m預應力混凝土連續剛構，雙向8車道，半幅橋面寬20.25m。梁部采用單箱雙室斷面，主墩采用單箱雙室形薄壁空心墩，主墩承臺為整體式高樁承臺，承臺頂標高＋4.0m，承臺設計尺寸為39.75m（長）×10m（寬）×4m（高），每個主墩基礎采用12根直徑250cm鉆孔灌注樁，設計樁頂標高為±0.0，設計樁長分別為84，86，88m。

1.2 地質條件

23號、24號主墩處地質比較復雜，河床底標高約為－21.5m，河床下地層結構自上而下為：細砂層厚約5m，圓礫層厚約5.5m，卵石層厚約3.5m，強風化凝灰質角礫巖厚約2m，向下60m全部為弱風化凝灰質角礫巖和微風化凝灰質角礫巖軟硬交錯夾層，且巖面嚴重傾斜。

1.3 水文特征

大橋跨越北江東平水道（III級航道），過往船只頻繁，施工期間不得斷航，施工區域江面寬約530m，水深約26m，每日潮水兩漲兩落。枯水季節北江水位在＋0.5～2.5m，汛期水位在＋5.0 m左右，江水流速在1.1～1.4m／s左右。本區域6～9月為汛期，北江水位受西江水位和粵北地區強降雨影響，最高洪水位可達8m以上。2005年6月中下旬，北江發生了超百年一遇的特大洪水，橋位處最高洪水位達到9.15m。

大直徑超長鉆孔樁和大體積高樁承臺的施工是主墩基礎施工關鍵技術，也是全橋施工的重中之重，而深水河流中進行鉆孔樁及承臺施工首先要解決好施工平臺問題。

2 鉆孔平臺方案比選

根據現場施工條件及工程本身特點，鉆孔樁施工平臺擬訂了3種方案進行比選，見表1。

表1 主墩樁基礎施工平臺方案比選

經過方案比選，結合現場水文及地質情況，確定采用方案一，搭設鋼管樁施工平臺進行樁基礎及鋼套箱施工。由于本橋除2個主墩外，另有8個墩也位于水中，根據總體施工安排，決定先施工主墩樁基礎，其余水中墩分階段逐步進行施工。通過合理安排施工順序，充分周轉利用平臺材料，提高平臺材料的重復利用率，降低施工成本。

3 鋼管樁平臺設計

3.1 鋼管樁平臺總體結構形式

鉆孔平臺主要由鋼管樁、貝雷梁和各類型鋼組成。采用3排7列21根直徑800mm×壁厚8 mm鋼管樁做支撐，每排鋼管樁頂安放貝雷梁，貝雷梁上按鉆孔樁位分布承重工字鋼，平臺頂面鋪設5cm厚木板，平臺四周焊接欄桿。各鋼管樁之間通過焊接型鋼形成橫拉及剪刀撐，以保證平臺的整體穩定。鉆孔平臺上懸掛警示標志和警示燈，警示過往船只注意航行安全。主墩平臺平面尺寸為48m×14m，為平臺鉆機提供足夠大的工作面。

3.2 設計要點

（1）根據實際地質情況及施工安排，決定采用沖擊鉆進行樁基礎施工。

（2）橫向鋼管樁（3排）之間的跨徑最好為貝雷梁節數的倍數（如6，9，12m），將貝雷梁節點放在鋼管樁頂，以提高支點的抗剪能力，如果貝雷梁節點不在鋼管樁頂處，則應在鋼管樁頂的貝雷梁處增加豎向桿件［1］。

（3）平臺的設計除完全滿足鉆孔樁施工外，還要充分考慮到之后的承臺鋼套箱施工，使施工平臺一次搭設完成，避免重復施工。

3.3 主要設計參數

（1）施工水位。根據設計資料和水文資料，本河段處施工水位3～5月份20年一遇最高水位為＋3.8m。

（2）鉆孔平臺施工荷載。每個主墩12根直徑2.5m樁，6臺大功率沖擊鉆機，根據平臺上鉆機數量和重量、平臺自重和其他臨時施工荷載（包括鉆機沖擊荷載）計算，每根鋼管樁承受豎向荷載Pmax＝311.4kN。

（3）沖刷計算。根據設計資料，主墩處最大沖刷深度為2～3.5m，局部沖刷深度為3～5m。

（4）鋼管樁打入河床深度。鋼管樁底要求打入河床局部沖刷線以下至少3m，同時根據河床地質情況按摩擦樁計算鋼管樁的支撐力，滿足平臺豎向荷載、水平荷載和穩定性要求。

（5）主墩處地質情況。根據設計資料，細砂層極限摩阻力按τ＝35kPa計算，圓礫層極限摩阻力按τ＝150kPa計算，卵石層極限摩阻力按τ＝160kPa計算，圓礫（礫石）層極限承載力按σR＝5 000kPa計算。實際計算過程中，按最不利情況，按細砂和圓礫層考慮，僅按摩擦樁計算，不考慮樁尖承載力［2］。

3.4 鉆孔平臺主要受力檢算

為保證鉆孔平臺的施工安全，按每個平臺6臺鉆機同時施工時的最大荷載和最不利的臨時荷載情況下，對鋼管樁的承載力、貝雷梁的剛度、平臺承重工字鋼的強度和剛度及平臺的整體穩定性進行檢算（沖擊系數按1.3考慮），檢算采用簡化結構方式計算，檢算結果最大應力強度σmax＝15.65MPa，檢算結果均符合要求［3］。

4 鋼管樁平臺施工

4.1 主要施工機械

根據平臺設計構造及地質水文情況，選用的施工主要機械設備見表2。

表2 鉆孔樁施工平臺主要施工機械表

4.2 施工工藝

鉆孔平臺搭設順序為：打樁船拋錨定位→送樁、打樁→抄平鋼管樁→放置工字鋼枕梁→安放貝雷梁→分布平臺承重工字鋼→鋪設木板、焊接欄桿→鉆孔樁施工。

4.3 鋼管樁打設施工

根據施工安排，23號、24號主墩平臺鋼管樁采用2種方式施打，其中23號平臺鋼管樁采用打樁船施打，24號平臺鋼管樁用浮吊吊振動錘施打。

打樁時，利用兩臺經緯儀用偏角法進行鋼管樁定位，2臺經緯儀的視線夾角盡量接近90°，從2個方向控制定位，同時以鋼管樁切線方向及鋼管樁入水點作為控制點，控制鋼管樁的平面位置和垂直度，保證精確度。

打樁時，按從上游往下游方向依次進行，打樁船和浮吊在第一次拋錨定位時一次將錨拋設到位，避免后續打樁時重新拋錨，節省施工時間。打樁長度按設計打入河床深度和實際貫入度來控制。最終停打按貫入度小于3～5cm／［10錘（擊）］控制［4］。

鋼管樁施打后進行鋼管樁頂抄平，按平臺設計高程反算出鋼管樁頂的標高，將多余鋼管樁割除或進行接長。鋼管樁頂抄平后，在頂部焊接1m×1m×1cm鋼板，然后在縱向（3根）7排鋼管樁頂焊接2I25a枕梁。枕梁上放3組單層雙排貝雷梁，貝雷梁事先在河岸組裝好，減少水上作業和縮短施工時間。為加強貝雷梁的整體穩定性，3組貝雷梁之間加設幾道槽鋼剪刀撐。貝雷梁架設并加固好后，在貝雷梁頂鋪布設I45a承重梁，工字鋼頂鋪設5cm厚木板。平臺四周焊接欄桿和懸掛安全標志和警示燈［5］。

打樁時注意事項：

（1）鋼管樁采用兩點雙吊鉤法起吊，鋼管樁由水平變為豎直方向，樁尖下放至河床，依自重入土一部分使樁稍稍固定，樁頂進行套錘帽（或振動錘夾樁）。

（2）打樁時，剛開始由于樁尖在砂層，摩擦力小，樁下沉快，貫入度大，宜輕擊慢打，待入土一定深度樁身穩定后，逐漸增大錘擊能量。

（3）打樁過程中2臺經緯儀全程跟蹤，密切觀察鋼管樁的中心位置和垂直度。

（4）打樁過程中做好打樁記錄，根據動力公式計算出最終停打貫入度，打樁過程中如果樁身突然傾斜或回彈嚴重，應及時停打，探明原因再繼續施工，以免樁位偏差或發生斷樁。

（5）鋼管樁施打時，宜連續下沉，不可中途停頓過久，以免土的摩阻力恢復，繼續下沉困難。

（6）若鋼管樁長度不足需要在水上接長時，第一次施打鋼管樁長度宜控制為打入河床一定深度以保證鋼管樁穩定，上端高度為工作船靠近鋼管樁時利于對接接長。

（7）鋼管樁施打后立即與旁邊鋼管樁用槽鋼連接，使平臺縱橫向鋼管樁之間互相連接形成一個桁架，以利于平臺的穩固。

5 安全防護措施

（1）樁基礎鋼護筒之間縱橫向相互連接。樁基鋼護筒與平臺沒有連接，避免平臺的振動力傳遞到鋼護筒，對護筒產生不利。鋼護筒下放完成后，縱橫向護筒之間用I25a相連，將所有鋼護筒連成一個整體，有利于鋼護筒抵抗水流的作用（鉆孔時，鋼護筒的振動很小，彼此之間不會互相影響）。護筒連接I25a在平臺承重I45a下面，離開2cm左右，在平臺發生輕微沉降時，鋼護筒可以作為支撐。

（2）增設防撞設施（主要針對施工船只對貝雷梁的碰撞）。由于水中鉆孔樁施工有大量的浮吊及船只作業，船只在停靠平臺時會碰撞到貝雷梁，使貝雷梁發生橫向變形，影響貝雷梁的承重。為避免船只撞擊貝雷梁，從平臺頂承重I45a處焊接豎向槽鋼，槽鋼最下端要低于最低水位時的船舷高度。這樣在船只停靠平臺時，船舷只碰上槽鋼，不會撞擊貝雷梁。

（3）河床防沖刷防護。由于鋼護筒直徑較大（2.8m），在鋼護筒迎水面處的河床面層會出現局部沖刷，削弱鋼護筒迎水面的覆蓋層，容易導致漏漿及穿孔事故。因此，選擇在河水流速較小時，對整個平臺底部河床拋填袋裝砂石、袋裝C15混凝土等，拋填厚度1m，拋填范圍按平臺每邊加寬2m考慮，減少河床的沖刷，增加平臺及鋼護筒的整體穩定。

6 抗洪渡汛加固措施

（1）對施工鋼平臺本身進行全面加固，保證工字鋼、貝雷梁與鋼管樁之間連接牢固。

（2）將所有鋼護筒用雙拼I25a工字鋼焊連成整體。

（3）在平臺上下游分別拋設2個混凝土重力錨，錨錠尺寸為2m×2m×1.5m。

（4）在平臺靠上游方向增設安全防護樁和導流裝置，以抵抗上游洪水漂浮物對平臺的沖擊。

（5）用編織袋裝砂，拋到施工平臺鋼管樁底部填高2m，以減少洪水對河床的沖刷。

7 結語

實踐證明，北江特大橋水中樁基采用鋼管樁鉆孔施工平臺，完全滿足承重要求，滿足樁基鉆孔及后續的承臺鋼套箱施工生產需要，具有重量輕，承受能力高，搭設、拆卸快速方便，安全可靠，可進行重復作業等優點，是深水樁基礎施工的理想工作平臺，為類似條件下的深水施工積累了經驗。

［1］GB50017－2003鋼結構設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.

［2］JTGD60－2004公路橋涵設計通用規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］周水興，何兆益.路橋施工計算手冊［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［4］JTJ041－2000公路橋涵施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［5］蒲水山.懷新高速公路某大橋水中樁基工作平臺搭設施工技術［J］.交通科技，2005（6）：48－50.