錢塘江強(qiáng)涌潮拋石區(qū)鋼管樁沖擊引孔沉樁施工技術(shù)

呂建偉 李勝輝 王國慶

（1.杭州市交通運(yùn)輸發(fā)展保障中心，浙江 杭州 310030；2.浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051）

隨著國家“十三五”規(guī)劃和“一帶一路”戰(zhàn)略的提出，以及《推動共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動》方案的實(shí)施，“設(shè)施互聯(lián)互通”成為了“一帶一路”建設(shè)合作的五大重點(diǎn)領(lǐng)域之一。作為“一帶一路”等戰(zhàn)略的基礎(chǔ)保障設(shè)施之一，大型橋梁建設(shè)在國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的浪潮下又迎來了新時(shí)代。鋼棧橋作為橋梁建設(shè)中的先行者，由于受工期及環(huán)境等因素影響，往往需要在短期內(nèi)貫通。但跨江跨河橋梁往往受限于堤壩的保護(hù)需求及堤岸拋石區(qū)的影響，鋼管樁沉樁施工難度較大、進(jìn)度緩慢，尤其是受強(qiáng)涌潮等不利因素疊加的錢塘江區(qū)域。因此，如何安全、高效地施沉強(qiáng)涌潮河段拋石區(qū)鋼管樁成為了一個(gè)新的課題。

一、工程概況

滬杭甬改建工程錢塘江大橋棧橋位于浙江省杭州市錢塘江二橋下游70m處，棧橋全長1143m，跨徑9m～12m，五跨一聯(lián)。基礎(chǔ)采用φ820mm鋼管樁，鋼管樁入土深度22m～28m。棧橋由85t履帶吊配合DZ90型振動錘，采用釣魚法從兩岸江堤往江中逐跨搭設(shè)，棧橋兩頭與兩岸江堤道路順接，拋石區(qū)棧橋結(jié)構(gòu)如圖1所示，江堤外80m～100m區(qū)域?yàn)榈虊螔伿瘏^(qū)。

二、自然條件

（一）水文條件

錢塘江杭州段受潮汐影響，屬不規(guī)則半日潮區(qū)，每天有兩次漲落，歷史平均漲潮時(shí)間1小時(shí)32分，落潮時(shí)間10小時(shí)53分。據(jù)水文站資料，其中最高潮位9.94m，最低潮位3.87m，潮起潮落對涉江施工影響較大。

圖1 拋石區(qū)棧橋結(jié)構(gòu)示意圖

強(qiáng)涌潮作為錢塘江河口一種特有水文現(xiàn)象，涌潮行進(jìn)速度一般約4m/s～6m/s，潮涌高度約1m。水位驟升的同時(shí)，流速亦從落潮方向反轉(zhuǎn)成漲潮方向，隨之流速劇增，俗稱“快水”，一般持續(xù)20min左右。涌潮期間，沿江建筑物所承受的潮涌壓力為60kPa。

（二）地質(zhì)條件

根據(jù)地勘報(bào)告，靠江堤側(cè)2跨～3跨范圍內(nèi)為江堤混凝土護(hù)坦，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度40cm～50cm。護(hù)坦至江心80m～100m范圍內(nèi)，拋擲有大量護(hù)腳拋石。拋石粒徑多為0.5m～1.5m，少量拋石粒徑大于2m，拋石厚度約為3m～8m。另因棧橋上游120m范圍內(nèi)連續(xù)修建錢塘江二橋、錢塘江鐵路橋及錢塘江高鐵新橋3座大橋，其在修建過程中也均在橋墩位置拋擲大量拋石及建筑殘留物。

三、前期處理方案

圖2 沖擊引孔沉樁施工工藝流程

圖3 臨時(shí)平臺樁位與設(shè)計(jì)棧橋樁位關(guān)系示意圖

棧橋搭設(shè)前期，按照常規(guī)拋石區(qū)打設(shè)方法選用了拋石直接挖除法和樁尖加強(qiáng)法兩種處理方案。其中拋石直接挖除法采用小型挖掘機(jī)直接清理樁位處拋石，但受錢塘江江堤保護(hù)要求，開挖范圍很難把握，無法保證江堤安全。同時(shí)由于錢塘江強(qiáng)涌潮的影響，設(shè)備開挖作業(yè)時(shí)間短、風(fēng)險(xiǎn)大。樁尖加強(qiáng)法則采用了兩種方案：一種是直接在鋼管樁端部增設(shè)一圈18mm厚、30cm長的加強(qiáng)箍；另一種是制作圓錐形樁尖，內(nèi)部灌注C30混凝土加強(qiáng)。但經(jīng)過前期實(shí)踐，這兩種樁尖加強(qiáng)方案均無法穿透拋石層。

四、沖擊引孔沉樁施工技術(shù)

（一）工藝流程

沖擊引孔沉樁施工工藝流程如圖2所示。

（二）鉆孔臨時(shí)平臺搭設(shè)

臨時(shí)平臺樁位與設(shè)計(jì)棧橋樁位關(guān)系如圖3所示，鉆孔臨時(shí)平臺結(jié)構(gòu)除鋼管樁樁位及入土深度外，其余與設(shè)計(jì)棧橋結(jié)構(gòu)一致。其中臨時(shí)墩鋼管樁樁位考慮到?jīng)_孔需要比設(shè)計(jì)樁位靠前3m，入土深度以打設(shè)至拋石層頂面為準(zhǔn)。如覆蓋層小于4m，單排鋼管樁無法獨(dú)立站立，則采用雙排墩“板凳樁”形式。臨時(shí)平臺貝雷架設(shè)及橋面板鋪裝時(shí)需提前預(yù)留設(shè)計(jì)樁位沖孔所需空間。

（三）沖擊引孔施工

1.鋼護(hù)筒埋設(shè)

棧橋設(shè)計(jì)管樁樁徑為φ820mm，選用直徑φ1000mm,壁厚δ=10mm鋼管樁作為沖擊作業(yè)平臺的鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒的埋設(shè)采用DZ90型振動錘打設(shè)，鋼護(hù)筒首次打設(shè)深度至拋石層頂面。為抵御潮涌影響，需臨時(shí)固定鋼護(hù)筒上口與鋼平臺。沖擊過程中，需保持鋼護(hù)筒持續(xù)跟進(jìn)至穿越拋石層，以防石塊堵塞孔道。

2.沖擊引孔

沖擊引孔施工如圖4所示。沖擊引孔根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑選用CKJ10型沖擊鉆，錘頭外徑85cm，錘頭重量2.5t。開始沖孔時(shí)，應(yīng)低錘(小沖程)密擊，沖程為0.4m～0.6m，并及時(shí)加黏土完成泥漿護(hù)壁，泥漿相對密度需控制在1.10～1.20左右。待錘頭至拋石面層開始加快速度、加大沖程，將錘提高至2.0m以上轉(zhuǎn)為正常連續(xù)沖擊。在造孔時(shí)，需采用撈渣桶撈渣法及時(shí)將孔內(nèi)殘?jiān)懦觯苊庖蚩變?nèi)殘?jiān)^多出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象。

3.鋼管樁沉樁

孔位拋石層穿透后，直接由85t履帶吊起吊棧橋鋼管樁下放至鋼護(hù)筒內(nèi)，調(diào)整鋼管樁樁位及垂直度，然后由DZ90型振動錘振動沉樁至設(shè)計(jì)深度。

4.灌注砂卵石擠密

灌注砂卵石擠密示意圖如圖5所示。待鋼管樁打設(shè)至設(shè)計(jì)深度后，對鋼管樁進(jìn)行灌注砂石擠密處理，即在鋼管樁與護(hù)筒間空隙內(nèi)灌注天然1cm～2cm的砂卵石，填筑高度高出拋石層面50cm。然后將鋼管樁拔高2m～3m，再徐徐震動下放至底部震動5min左右，增加砂卵石與鋼管樁內(nèi)壁之間的摩阻力，通過擠密的砂石與土層結(jié)構(gòu)連接提高棧橋的整體穩(wěn)定性。

圖4 沖擊引孔施工示意圖

圖5 灌注砂卵石擠密示意圖

5.受力體系轉(zhuǎn)換

待設(shè)計(jì)樁位打設(shè)完成后，完成樁頭處理及體系轉(zhuǎn)換，施工步驟如下：（1）測量切割鋼管承重梁的位置，將承重梁側(cè)面吊入鋼管樁缺口內(nèi)，并焊接牛腿及缺口連接板；（2）在設(shè)計(jì)樁位鋼管樁頂部安裝20t千斤頂，棧橋上部結(jié)構(gòu)的自重全部由千斤頂承受；（3）切割臨時(shí)平臺鋼管樁，使其頂部承重梁不受力，由汽車吊從側(cè)面吊出；（4）千斤頂卸載，使棧橋的貝雷梁落在設(shè)計(jì)墩位的承重梁上，恢復(fù)橋面系。

6.鉆孔臨時(shí)平臺拆除

由25t汽車吊拆除臨時(shí)墩位置的橋面系，并拔出臨時(shí)墩位鋼管樁、承重梁及連接系等，恢復(fù)橋面系。

五、結(jié)語

受錢塘江堤壩保護(hù)要求及強(qiáng)涌潮河段等不利條件的影響，拋石區(qū)鋼管樁在傳統(tǒng)直接開挖法與樁尖加強(qiáng)法無法打設(shè)的情況下，采用沖擊引孔施工技術(shù)順利解決了拋石區(qū)沉樁難題。在拋石厚度3m～8m的情況下，平均處理時(shí)間約每天一根。