混凝土預制塊拋填區水中樁鋼平臺與旋挖鉆施工技術的應用

劉 琪

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

0 前言

跨河、跨海大橋的施工技術已經相當成熟，越來越多的應用在現代的橋梁建設中，但在水中施工過程中，由于水底情況不明確，加之在后期防洪以及其他人類活動時難免拋填其他雜物于河道中，尤其在極易泛濫的河道中施工，大多為堅硬物體，如大體積混凝土預制塊、各類建筑垃圾等。由于大量的堅硬不明物體的原因造成水中樁基施工極其困難，尤其是拋填堅硬物數量較多、分布密集、堆積厚度過高的情況下，出現施工平臺無法搭設和循環鉆將無法鉆進，且沖擊鉆破碎沖擊需要花費大量的時間，功效極其低下。在此情況下通過各項指標比選，選用鋼平臺、采用大功率旋挖鉆施工，最終能攻克施工難題，極大的降低鉆進時間、提高工作效率，具有廣闊的應用價值。

1 工程概況

N-8公路是孟加拉首都地區通往孟西南部地區的唯一干線通道，是泛亞公路網在孟境內的重要部分，也是“孟中印緬經濟走廊”的重要組成部分。北起孟加拉首都達卡市，橫跨博多河，南至庫爾納市附近。

Arial Khan橋項目主要施工內容為：新建10×45m雙線跨河大橋466.48m/1座，主橋墩位置與既有橋一致，引橋段的道路升級、加寬路面等，線路總長 666.5m。橋梁基礎采用樁基礎，橋臺樁徑1.2m，其他墩位樁徑1.5m，最大樁長入土50m（自施工平臺67m）。左右線聯合高樁承臺，最大砼方量862.5m3，橋墩為左右幅分離矩形墩，截面尺寸1.5×5m，最高9.1m，45mT梁為先簡支后連續。

1#墩位處共設計18根，全部為水中樁，分3排布置，每排6根，樁間距4.5m，樁基直徑為1.5m，設計樁長54.0m，全部采用永久鋼護筒，批復鋼護筒長度18.4m（設計樁頂以下）。

1.1 地理位置及周圍環境

項目橫跨Arial Khan河，周邊為沖擊平原，地勢低平，地下水位較高。根據現有的地質資料推測，0～4m灰色松散的粉砂層，4～37m為灰色粉砂夾泥、松散～密實，37～54m淤泥質粉砂層 中密～密實，54～74m灰色粉砂密實。

該項目區域屬于孟加拉國地震分區地圖第二區，地震動峰值至加速度為 0.2（孟加拉國國家建筑規范，BNBC2006）。

既有橋梁為2007年建成，為雙向二車道10×45m跨河橋。既有橋自東向西布置，分別為0#橋臺、1～9#橋墩及10#橋臺共10跨簡支梁構成。

1.2 工程區地質及水文特征情況

⑴氣象

孟加拉屬熱帶，有夏季季風期，并且周期性地出現具有破壞性的旋風。從 3月至6月中旬，濕度大，白天最高氣溫達40℃以上。其后，從6月中旬至10月是夏季季風期。濕度仍然很大，但是氣溫卻相對較低而且天氣一般為多云。在從11月中旬至次年2月的涼爽季節，天氣晴朗干燥而且相當適宜。在12月至1月這一整段期間，夜晚涼爽，氣溫降至10℃以下。

⑵水文

Arial khan河枯水期水流平穩，河面寬約180米，水面標高約為0.958m，旱季最大水深約15m,雨季最大水深約20m。雨季水位上漲約5米。河床底部為飽和粉土和粉細砂組成。

2 技術方案設計與工藝

2.1 水下地質情況勘探

設計資料及施工圖紙均無地下特殊地質情況的描述，開工前組織地質勘探期間，鉆探無法掘進。立即安排潛水員進行水下查明情況，經查看原河道防護混凝土預制塊護坡底部已延伸至1#墩位處，并且護坡表面堆積大量混凝土預制塊，混凝土預制塊堆積高程在-5.0m以下，并在附近河道隨處可見大量的建筑垃圾。

項目部立即展開走訪附近村民調查以及向當地河流治理與研究院進行收集該段河道所有的防護治理施工等方案和措施，經調查主要有如下活動對該段河道的影響。

（1）新建Arial Khan河大橋臨近既有橋梁，由于本地區對環保、水保工作無具體要求，加之環水保觀念淡薄，在既有橋施工過程中，大量建筑垃圾直接向河中傾倒，如廢棄混凝土、紅磚、棧橋及承臺底模施工時大量遺落的型鋼、鋼模板等。

（2）2009年當地政府組織對河岸東西兩側進行了加固處理，具體做法為平鋪一層0.3m×0.3m×0.3m混凝土預制塊進行防護，機械刷坡后，采用人工自0#橋臺底部至1#橋臺之間鋪設C25混凝土預制塊。混凝土預制塊之間規則密集布置，無多余空隙，并且底部平鋪一層土工布。

（3）2012年雨季期間，Arial Khan河出現泛濫，既有橋0#橋臺上游面臨決堤危險，當地政府組織臨時防護，主要對河岸兩側進行拋擲C25混凝土預制塊，尺寸主要為0.3m×0.3m×0.3m和0.5m×0.5m×0.5m等形式，采用小型貨船運輸，人工拋擲。根據河道研究院提供的混凝土預制塊數量進行推算，堆積的混凝土預制塊高度在3.0～5.0m之間。

2.2 方案初步設計與實踐

經對收集的資料的分析和人工水下勘探，需要解決如何在混凝土預制塊區水上搭設施工平臺、如何解決樁基施工鋼護筒打設的難題，以及確保鋼護筒滿足入土深度防止出現鉆孔樁踏空和泥漿外漏，并在施工結束后河道內已防護的混凝土預制塊需要重新拋填至原位置，為此進行了如下方案設想和實踐。

（1）采用長臂挖掘機配合人工打撈，樁位處混凝土預制塊全部清除，再進行護筒搭設和施做鋼平臺和施工。在實踐過程中由于混凝土預制塊全部在水下，采用25m長臂挖掘機打撈時，操作手無法知曉水下情況，平均每天打撈約200塊混凝土預制塊，效率十分低下。經測算1#墩位處混凝土預制塊全部打撈預計需要10個月時間，在經過7天的挖掘機打撈后，停止該方案。

（2）采用人工配合吊車打撈，樁位處混凝土預制塊全部清除，再進行護筒搭設，施做鋼平臺進行施工。潛水員在水下將混凝土預制塊裝在鋼筋籠中，吊車負責調至岸邊。根據打撈結果，平均每天打撈月400塊混凝土預制塊，經測算1#墩位處混凝土預制塊全部打撈預計需要 5個月時間。并且潛水員在水下作業，吊車在水上作業，安全風險極大，在經10天打撈后停止該方案。

（3）原棧橋與鋼平臺設計方案為采用永久鋼護筒為基礎，施做鋼平臺，但在混凝土預制塊堆積區施工永久鋼護筒，則無法穿過混凝土預制塊堆積層，更無法入土，無法進行鋼平臺搭設和樁基施工。

（4）采用鋼管樁做支撐，施做鋼平臺，在鋼平臺上打設永久鋼護筒，永久鋼護筒采用振動錘打入，旋挖鉆鉆孔與鋼護筒打入交叉施工，最終完成鋼護筒打入深度以滿足鉆孔樁施工的要求。由于孟加拉物資材料短缺，鋼管樁無儲備，預計采購需要20天時間，鋼平臺及樁基使用預計共需要70天時間，總工期預計需要3個月時間。

2.3 確定技術方案與重要工序施工工藝

經比選，現場一直確定1#墩位處樁基施工采用鋼管樁形成“板凳樁”平臺，采用250kw 旋挖鉆進行水中施工。具體方案及工藝 如下：

（1）鋼平臺尺寸為30m×16m（長×寬），頂標高4.0m（水面標高目前0.5m），所有鋼材均為Q345型鋼材，采用E6013級電焊條。

（2）采用φ630mm，d=12mm鋼管作為鋼平臺樁基礎，共4排布置，每排7根，共28根。鋼管樁最大長度按穿過混凝土預制塊層后12m控制。鋼管樁頂標高確定為3.05m。鋼管樁采用振動下沉的方式施工，75t履帶吊配合75t振動錘施工。經施工統計共有 6根鋼管樁施工時穿成功穿透混凝土預制塊覆蓋區，入土長度分別為11.5m、9.6m、10.8m、9.6m，其他鋼管樁未能穿透混凝土預制塊層，形成“板凳樁”的形式。鋼管樁之間采用20#槽鋼做水平連接及剪刀連接以增加“板凳樁”鋼平臺的抗傾覆穩定性。

（3）雙拼I45工字鋼做主梁搭設在鋼管樁頂部，沿平臺寬方向布置，在主梁頂部搭設I45工字鋼分布梁，間距1.0m/根，共14根，工字鋼主梁和分布梁接觸點全部采用焊接連接方式。在樁基位置做適當調整，以不影響鋼護筒施工為原則。鋼平臺面板采用平鋪25#槽鋼，面板槽鋼之間凈間距為50mm，與分布梁焊接牢靠。

（4）樁基施工永久鋼護筒采用振動錘打入，當遇見整體性好的混凝土預制塊時出現無法打入的情況時，立即停止永久鋼護筒打入，改用旋挖鉆鉆進，在鉆進破碎護筒內及底部以下 0.5～1.0m混凝土預制塊時停止鉆進，改用接長永久鋼護筒，采用振動錘不斷打入，反復采用旋挖鉆破碎混凝土預制塊與接長打入鋼護筒施工多次施工，直至永久鋼護筒完成穿過混凝土預制塊覆蓋層。以2-3#樁為例，鋼護筒第一次打入至高程-6.6m時遇混凝土預制塊無法打入，便停止繼續打入，改用旋挖鉆進行鉆進，旋挖鉆鉆進破碎護筒內及護筒底板混凝土預制塊至高程-7.5m后停止，改用接長鋼護筒采用振動錘繼續打入鋼護筒，打入至高程-8.1m時再次出現無法打入的情況，便再次使用旋挖鉆破碎護筒內及底部混凝土預制塊，旋挖鉆鉆進破碎混凝土預制塊至高程-8.9m時停止，改用接長鋼護筒采用振動錘再次打入鋼護筒。采用以上方案反復施工 4次成功穿透混凝土預制塊層。在施工時需要注意，在破碎護筒內及底部混凝土預制塊時每次掘進長度不得大于1.0m，防止周圍混凝土預制塊出現坍塌，造成鋼管樁底部出現懸空。

（5）然后將永久鋼護筒接長至設計長度，一次性打入至設計深度，按《孟加拉N-8公路Arial Khan大橋項目施工組織設計》由旋挖鉆進行鉆孔樁施工。

（6）該根樁施工結束后，將永久鋼護筒與鋼平臺連接，以增加鋼平臺的穩定性，然后展開下一根樁基鋼護筒打入和鉆孔樁施工。

（7）施工期間履帶吊和旋挖鉆同時在鋼平臺工作，防止由于“板凳樁”鋼平臺出現傾覆的安全風險。

3 小結

水中樁基施工，尤其是在有拋填物等不良地質情況下，施做鋼平臺存在諸多困難，并且由于鋼護筒無法打入土內，樁基施工時則泥漿大量外流，形不成內外壓力差無法起到泥漿護臂的作用。通過采用鋼管樁施做鋼平臺（板凳樁形式），采用大功率旋挖鉆在樁位處破碎混凝土預制塊等堅硬物，再進行鋼護筒交叉施工，最終完成樁基施工，同時還加快了施工速度，1#墩樁基鋼平臺及樁基共用68天全部完成（其中平臺搭設用時29天，鋼護筒及樁基施工39天），形成了時間效益，同時積累了復雜地質樁基施工的大量施工數據和施工經驗。在施工中沒有出現一例安全、質量事故，施工結束后，經聲波檢測，全部樁基合格。對今后類似工程起到了很好的示范和鑒定作用，具有廣泛的應用前景和推廣價值。