偏心振搗搭設(shè)鋼架平臺的應(yīng)用

方華美，陳 良

(浙江江南春建設(shè)集團(tuán)有限公司，杭州 311243)

1 工程概況

瑞安濱江防洪堤四期工程施工1標(biāo)位于飛云江北岸錦湖街道小橫山村和進(jìn)星村，全長947m，樁號為1+488～2+435。

堤防基礎(chǔ)采用C30鋼筋混凝土灌注樁和水泥攪拌樁地基處理，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)單元底板樁基平面布置圖，沿堤軸線共設(shè)置三排灌注樁。其中外側(cè)1排分摩擦樁A樁長40.0m、間距2.4m、樁徑800mm，B樁長28.0m、間距2.4m、樁徑800mm，嵌巖樁樁端入持力層0.8m，600mm鋼筋混凝土嵌縫樁長10.15m、間距1.2m;內(nèi)側(cè)2排鋼筋混凝土灌注樁長40m、間距6m、樁徑800mm。水泥攪拌樁樁徑600mm，橫向共9排，間距1.25m，縱向間距1.60m，梅花形布置。C30鋼筋混凝土底板下共6排水泥攪拌樁在水上施工平臺上完成，為保證灌注樁機(jī)具能夠24h連續(xù)不間斷施工，灌注樁需采用水上搭設(shè)樁機(jī)平臺方式組織施工。

2 工藝特點(diǎn)及工藝原理

該工藝主要利用偏心振搗器的偏心振搗原理，輔助手動葫蘆配合施工，投入成本低，施工工具簡單，操作簡易，見效快，代替了以往船上挖機(jī)壓打鋼管搭設(shè)鋼架平臺的施工，加快了鋼架平臺的搭設(shè)進(jìn)度，節(jié)省了成本，減少了安全隱患。

根據(jù)偏心振搗器的偏心振動原理，振動器中心安裝的具有偏心質(zhì)量的轉(zhuǎn)軸在高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生離心力，其通過軸承傳遞給振動平板，從而使振動棒產(chǎn)生圓周振動。偏心振搗器是一臺具有振動功能的電動機(jī)，在其底面安裝了特制的底板，工作時底板下鋼圓筒附著在鋼管上，振搗器產(chǎn)生的振動波通過底板鋼圓筒傳遞給鋼管，從而使鋼管下沉。

3 施工工藝流程及結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 施工工藝流程

施工鋼架平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計→施工準(zhǔn)備→測量放線→鋼管制作及運(yùn)輸→構(gòu)筑臨時操作平臺→鋼管立柱插入施工→3T手動葫蘆輔助下沉→偏心振搗器偏心振搗下沉就位→連接上部縱橫桿件(14號槽鋼和工字鋼)→連接下部縱橫水平桿件(5.0號槽鋼)→設(shè)置剪力撐(5.0號槽鋼)→循環(huán)施工。

3.2 施工鋼架平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼平臺排架屬于臨時性施工平臺，僅用作樁基施工，豎向主要承受樁機(jī)、鋼筋籠及施工人員自重等荷載，水平主要承受風(fēng)、浪荷載，施工平臺結(jié)構(gòu)僅作豎向承載力分析，不考慮水平力風(fēng)浪的作用。

3.2.1 平臺結(jié)構(gòu)承載力和穩(wěn)定計算

因鋼平臺承受著上部樁機(jī)的自重荷載和樁機(jī)施工的動力荷載，故需對鋼平臺插入土層的承載力進(jìn)行驗算;為了防止平臺主要構(gòu)件受力后失穩(wěn)，需要對平臺的主要桿件進(jìn)行驗算。以下按XY-3回旋鉆機(jī)施工和嵌巖樁采用CZ20沖擊鉆機(jī)施工兩種工況進(jìn)行分析。

3.2.1.1 設(shè)備重力參數(shù)

a.回旋鉆機(jī):回旋鉆機(jī)樁機(jī)底盤尺寸為4500mm×2000mm(L×W)，樁機(jī)自重為45kN，包括鉆桿與鉆頭(或?qū)Ч?以及灌注混凝土?xí)r提灌產(chǎn)生的摩阻力，鋼筋籠自重約10.6kN(暫按摩擦樁40m鋼筋籠重量考慮)，考慮鉆機(jī)鉆孔時對施工平臺振動作用，動力放大系數(shù)取1.2。

回旋鉆機(jī)每臺樁機(jī)施工作用總荷載計算:F=(45+10.6)×1.2=66.72kN。

b.沖擊鉆機(jī):樁機(jī)自重40kN(包括沖錘)，沖錘向上拔力15kN，鋼筋籠自重約11.1kN(按嵌巖樁鋼筋籠重量考慮)，考慮鉆機(jī)鉆孔時對施工平臺振動作用，動力放大系數(shù)取1.2。

回旋鉆機(jī)每臺樁機(jī)施工作用總荷載計算:F=(40+15+11.1)×1.2=79.32kN．

根據(jù)以上分析，沖擊鉆機(jī)施工荷載大于回旋鉆機(jī)施工荷載，承載力、穩(wěn)定性分析均按沖擊鉆機(jī)施工荷載進(jìn)行計算。

3.2.1.2 鋼管樁承載力計算

鉆機(jī)工作重量是通過底盤傳給移動滾筒，再由移動滾筒傳給工字鋼，然后由工字鋼傳給鋼管立柱，最后由立柱傳給地基。根據(jù)一般最大間距布置原則，按最不利的工況進(jìn)行計算，縱向最大間距暫定2.5m，橫向最大間距暫定2.5m，每臺鉆機(jī)共有4個移動滾筒，每根滾筒長5.0m，故鋼梁受力后直接傳給鋼管立柱，一臺鉆機(jī)中主要承受豎向的鋼管根數(shù)N=2×3=6根。按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)程》(JGJ 94—2008)樁基豎向承載力計算要求，安全系數(shù)K取2，故單根鋼管承載力為79.32×2/6=26.44kN。鋼管立柱單根樁長約10～12m，插入灘面約4～6m，立柱打入地層為淤泥層、淤泥質(zhì)黏土夾粉砂層，鋼管單根立柱豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)程》(JGJ 94—2008)鋼管樁計算，淤泥層的極限側(cè)阻力Qsik按18kPa取值，淤泥質(zhì)黏土夾粉砂層的極限側(cè)阻力Qsik按25kPa取值，按最不利情況插入灘面深度為4m時進(jìn)行極限承載力的驗算，具體如下:

Quk=Qsk+Qpk=3.14×0.114×(18×3+25×1)+0=28.27kN

Quk=28.27kN＞F/n=26.44kN(承載力滿足要求)

3.2.2 平臺鋼結(jié)構(gòu)計算

暫取最大間距2.5m，因樁機(jī)整體底盤尺寸為4.5m×2.0m(L×W)，底盤作用于鋼梁上的荷載基本包括兩種最不利工況形式，工字鋼與槽鋼和鋼管連接均采用焊接形式，工字鋼按照單跨固定梁進(jìn)行計算，經(jīng)驗算，樁機(jī)作用在14號工字鋼上，其強(qiáng)度、剛度均滿足要求。

4 施工工藝操作要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備及測量放樣

對施工組織設(shè)計中的施工人員、施工機(jī)械設(shè)備及物資材料等進(jìn)行組織調(diào)遣，搭建臨時設(shè)施，做好前期施工準(zhǔn)備工作。根據(jù)業(yè)主提供的坐標(biāo)點(diǎn)及高程控制點(diǎn)，按設(shè)計圖紙要求進(jìn)行測量放樣，設(shè)置施工測量控制網(wǎng)點(diǎn)，符合要求后進(jìn)行邊線樣樁定位，報監(jiān)理工程師復(fù)核無誤后組織施工。在搭設(shè)鋼架平臺前，先進(jìn)行鉆孔灌注樁的定位放樣，之后進(jìn)行鋼架平臺的定位放樣，可避免鋼管立柱搭設(shè)在鉆孔灌注樁的孔位位置。

4.2 鋼管立柱制作及運(yùn)輸

在平整好的施工場地內(nèi)進(jìn)行鋼管立柱的制作(見圖1)，采用φ114空心鋼管，底部用圓鐵片焊接好，避免淤泥進(jìn)入空心鋼管，以利于鋼管的拔除，在離底部約2.5～3m的距離用“50×50”的30mm鐵片垂直鋼管焊接。采用φ20的螺紋鋼四角與鋼管斜接對焊牢固，增加鋼管立柱對土層的接觸面，增加鋼管立柱的承載力。制作完畢后，用改裝的雙膠輪車運(yùn)輸至鋼架搭設(shè)場地。

圖1 鋼管立柱制作

4.3 鋼管立柱插入施工

待鋼管立柱運(yùn)輸至搭設(shè)場地后，開始進(jìn)行鋼管立柱的插入施工(見圖2)。首先沿平臺外側(cè)設(shè)計高程焊接14號槽鋼伸出平臺至立柱插入位置，為確保施工安全，在槽鋼上鋪設(shè)跳板，防止人員施工時墜入江河中;然后2～3人聯(lián)合將鋼管立柱扶起沿平臺外側(cè)徐徐下放，用φ14圓鋼做一個U形彎鉤套牢鋼管立柱(防止鋼管立柱失控墜江以及確保鋼管立柱的垂直度)，待鋼管立柱入土后自然下沉至土層中。

圖2 鋼管立柱插入

4.4 手動3T葫蘆輔助下沉

待鋼管立柱自然下沉至土層中后，由于鋼管立柱距離平臺面較高，無法直接采用偏心振搗器進(jìn)行振搗下沉，故采用手動3T葫蘆輔助下沉，用φ20螺紋鋼制作一個勾形工具，上端勾住鋼管立柱頂部，下端套牢手動3T葫蘆進(jìn)行下沉。

4.5 偏心振搗器偏心振搗下沉就位

手動3T葫蘆輔助下沉后，進(jìn)行偏心振搗器偏心振搗下沉(見圖3、圖4)。偏心振搗器一般采用中頻式(83～133HZ、5000～8000次/min)，產(chǎn)生的激振力一般在5kN以上，確保鋼管立柱的入土承載力不小于20kN，且立柱插入土層要大于4.0m。將改裝的偏心振搗器套牢鋼管立柱的頂部，開動機(jī)器，振動器中心安裝的具有偏心質(zhì)量的轉(zhuǎn)軸在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，通過軸承傳遞給振動平板，進(jìn)而傳遞給平板下的鋼管立柱。3T手動葫蘆拉牢偏心振搗器，防止偏心振搗器失控并保證力量傳遞，從而使鋼管立柱徐徐下沉，直至設(shè)計高程為止。

圖3 手動3T葫蘆輔助下沉

圖4 偏心振搗器偏心振搗下沉就位

4.6 連接縱橫桿件及剪刀撐

鋼管立柱入土完成后，進(jìn)行上部縱橫桿件(14號槽鋼和工字鋼)、下部縱橫水平桿件(5.0號槽鋼)以及剪力撐(5.0號槽鋼)的連接施工，主要是為了加強(qiáng)鋼架平臺的整體性，防止局部失穩(wěn)造成鋼架平臺的倒塌。一段鋼架平臺搭設(shè)完成后，循環(huán)施工，直至完成整個鋼架平臺架設(shè)。

4.7 鋼架平臺拆除施工

4.7.1 鋼架平臺拆除順序

鉆孔灌注樁完成施工后，需要拆除鋼架平臺，其拆除順序如下:

設(shè)備及工器具撤除→剪力撐拆除→下部縱橫拉接角鋼拆除→上部縱橫拉接槽鋼和工字鋼部分拆除→鋼管立柱拆除→槽鋼和工字鋼橫梁全部拆除→下一鋼平臺搭設(shè)部位修整并進(jìn)行搭設(shè)。

4.7.2 樁機(jī)鋼平臺拆除施工

樁機(jī)鋼平臺拆除施工和搭設(shè)順序正好相反，先撤除上部所有設(shè)備和工器具、部分施工跳板、剪力撐、下部縱橫拉接角鋼、上部縱橫焊接在立柱上的槽鋼和工字鋼的焊點(diǎn)，然后拔出鋼管立柱，最后拆除全部上部槽鋼和工字鋼。所有焊點(diǎn)均采用氣割的方法進(jìn)行拆除，施工時要有專人負(fù)責(zé)指揮，要按照順序分片分部位進(jìn)行拆除，防止在拆除過程中造成重大安全事故。

5 質(zhì)量控制要點(diǎn)

a.平臺豎向鋼管樁打設(shè)前對灌注樁孔位預(yù)放樣，使平臺承載樁不影響灌注樁施工，避免承載鋼管樁二次移動影響平臺整體穩(wěn)定。

b.平臺搭設(shè)過程中經(jīng)常檢查，以保證鋼管樁的入土深度及垂直度，樁位偏差必須控制在D/6～D/4中間范圍內(nèi)，樁的垂直度允差小于1%。

c.在打樁時，如感到鋼管樁入土無明顯持力時，應(yīng)向現(xiàn)場技術(shù)人員及時匯報，根據(jù)設(shè)計圖，在地面標(biāo)定鋼管的預(yù)定打設(shè)位置，并經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行打樁。

d.焊接質(zhì)量必須嚴(yán)格檢查，發(fā)現(xiàn)脫焊、漏焊或焊縫不飽滿的現(xiàn)象，立即進(jìn)行補(bǔ)焊。

e.平臺使用過程中應(yīng)經(jīng)常檢查鋼管樁的完好程度及鋼管樁間的連接牢固程度，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行修補(bǔ)。

f.定期做好平臺的沉降位移觀測，分析觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時加固。

6 安全施工要點(diǎn)控制

a.樁機(jī)平臺和施工便道上部設(shè)置安全護(hù)欄，護(hù)欄高度不小于1.0m，底部設(shè)置踢腳桿，上部設(shè)置兩道水平桿，護(hù)欄側(cè)面采用密目安全網(wǎng)進(jìn)行封閉。

b.樁機(jī)架設(shè)在平臺上部，根據(jù)樁機(jī)施工要求鋪設(shè)木跳板，木跳板規(guī)格采用3000mm×2500mm×50mm松木，所有木跳板不得使用有硬傷或腐爛的松木。鋪設(shè)木跳板時兩端都要用14號鐵絲綁扎鋼梁，如果樁機(jī)移動需要拆除時，必須經(jīng)過專職安全員同意方可拆除，樁機(jī)要及時恢復(fù)綁牢。鋪設(shè)的跳板不得留有空頭板。

c.因平臺全部采用鋼結(jié)構(gòu)，故施工用電的主電纜必須按照要求架空設(shè)置，且應(yīng)符合施工用電規(guī)范要求。

d.平臺搭設(shè)操作人員，必須要穿好防護(hù)服和軟底鞋，并且穿救生衣、系安全帶，方可進(jìn)行現(xiàn)場操作施工。

7 結(jié)語

采用偏心振搗搭設(shè)鋼架平臺，投入成本低，施工工具簡單，操作簡易，見效快，代替了以往船上挖機(jī)壓打鋼管搭設(shè)鋼架平臺的施工，加快了鋼架平臺的搭設(shè)進(jìn)度，減少了安全隱患，避免了在海上、內(nèi)河中船只施工安全事故的發(fā)生。適用于水利堤防、沿海圍墾、內(nèi)河閘站等水上鉆孔灌注樁為淤泥層、淤泥質(zhì)黏土夾粉砂層等地質(zhì)條件。