圍堰管樁難施打 “水刀”工藝巧解題
——新港高速公路雙柳長(zhǎng)江大橋北岸右幅主塔承臺(tái)封底建設(shè)實(shí)錄

■文/圖｜許豹

2023年1月20日，主墩圍堰首根鋼管樁施打，圖為上游承臺(tái)圍堰西北角。

何為“水刀”工藝？簡(jiǎn)言之，就是通過在鋼管樁頭安裝噴射高壓水柱切割地層達(dá)到成樁的工藝。面對(duì)圍堰管樁進(jìn)尺難問題，中交第二航務(wù)工程局有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中交二航局”）在由湖北交通投資集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“湖北交投集團(tuán)”）投資建設(shè)的新港高速公路雙柳長(zhǎng)江大橋及接線工程項(xiàng)目施工中，創(chuàng)新應(yīng)用“水刀”工藝，確保項(xiàng)目部在預(yù)定工期內(nèi)完成北岸主塔右幅承臺(tái)圍堰施工，為后續(xù)施工有條不紊地進(jìn)行打下了良好基礎(chǔ)。

3月15日清晨5時(shí)，中交二航局雙柳長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目總工程師陳誠(chéng)被邀請(qǐng)到主墩工區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，與建設(shè)者們共同見證最后一根圍堰鋼管樁的施打過程。只見操作員操作135噸履帶吊將鋼管樁調(diào)整到指定位置并控制好垂直度后，按下啟動(dòng)鍵，振動(dòng)錘開始“咚咚”作響，其強(qiáng)大的激振力使人在50米外都能清晰感受到大地在“顫抖”。此時(shí)，只見20多米長(zhǎng)的圍堰鋼管樁像“筷子插進(jìn)豆腐塊”一樣，平穩(wěn)地被施打到位，半個(gè)小時(shí)后便“消失”在了地面以下，這標(biāo)志著項(xiàng)目主墩承臺(tái)圍堰管樁成功合龍。

“成功合龍的背后承載了我們每個(gè)人付出的汗水，從一開始圍堰管樁一根都打不進(jìn)去，到每天艱難地施打2至4組，再到高峰期每天施打8至11組，一路走來，我們成功攻破了在黏土層、粉砂層地質(zhì)條件下的鋼管樁施打難題！”主墩工區(qū)經(jīng)理呂雙江激動(dòng)地介紹說，攻破這一難題的關(guān)鍵技術(shù)在于項(xiàng)目部采取的“水刀”工藝上。而這一工藝應(yīng)用的背后還承載著一個(gè)有趣的故事。

武漢新港高速公路雙柳長(zhǎng)江大橋及接線工程項(xiàng)目位于武漢市東部，路線全長(zhǎng)35.04公里。項(xiàng)目由湖北交投集團(tuán)投資建設(shè)，起點(diǎn)與已建S5武英高速相接，跨越長(zhǎng)江后，終點(diǎn)與黃鄂高速相接。由中交二航局承建的工程為XGTJ-3標(biāo)段，主要實(shí)施內(nèi)容包括：主橋北岸錨碇、北岸主塔、下游側(cè)纜索系統(tǒng)、北段鋼箱梁（含跨中梁段）及主橋附屬結(jié)構(gòu)。武漢雙柳長(zhǎng)江大橋是目前長(zhǎng)江上最寬的鋼箱梁懸索橋，主跨為1430米，于2023年初完成主墩樁基施工后，立即進(jìn)入承臺(tái)建設(shè)階段，首當(dāng)其沖的便是承臺(tái)圍堰施工。大橋承臺(tái)采用分離式矩形承臺(tái)，共分兩幅，單幅承臺(tái)長(zhǎng)35.5米、寬29米、高8米。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，單個(gè)承臺(tái)共需99根鋼管樁與99根鋼板樁通過鎖扣連接并施打成一個(gè)閉環(huán)矩形方可達(dá)到承臺(tái)支護(hù)、開挖要求。這些管樁都要穿過黏土層、砂層才能在地下完全“站穩(wěn)腳跟”。

然而，“水刀”工藝并非項(xiàng)目之初的第一選擇。根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)勘探報(bào)告，承臺(tái)圍堰鋼管樁施工區(qū)域從上到下分別是種植土、淤泥質(zhì)土、“粉土+泥質(zhì)粉砂”，并沒有特別堅(jiān)硬的巖層。針對(duì)這么低強(qiáng)度的地質(zhì)情況，項(xiàng)目部信心滿滿，并依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)比選，制定了振動(dòng)錘在管樁頂部直接施打，由導(dǎo)向架進(jìn)行管樁垂直度控制的施工方案。然而，在施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“事與愿違”的情況。

“呂經(jīng)理，這振動(dòng)錘都快打冒煙了咋還打不下去？”現(xiàn)場(chǎng)人員在施工中發(fā)現(xiàn)，鋼管樁穿越種植土和淤泥質(zhì)粉土地質(zhì)時(shí)能夠平穩(wěn)下沉，但當(dāng)管樁進(jìn)尺到13米至15米左右時(shí)，剩余的8米至9米卻無法正常進(jìn)尺，即使將振動(dòng)錘開到最大，半小時(shí)也進(jìn)不了幾公分。這一情況立刻傳到了呂雙江耳中。“是不是遇到硬茬兒了，下面是不是有大石頭？”“來回插拔管樁再施打試試看？”“是不是我們選型的振動(dòng)錘型號(hào)小了？”現(xiàn)場(chǎng)人員經(jīng)過采取換樁位施打、來回插拔施打等一系列措施后，發(fā)現(xiàn)情況依然存在，項(xiàng)目部的每個(gè)人都露出了一臉茫然的表情。大家意識(shí)到，這一情況屬于共性問題。通過對(duì)比地質(zhì)報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員分析發(fā)現(xiàn)，管樁之所以施打不下去全都是因?yàn)槭强ㄔ谀噘|(zhì)粉砂層的這個(gè)區(qū)間。

水刀引孔

“泥質(zhì)粉砂層又不是很硬，為什么就是打不進(jìn)去呢，不應(yīng)該啊！”這種情況呂雙江從未遇到過，依照他積累的施工經(jīng)驗(yàn)，或遇見非常硬的地質(zhì)情況直接引孔打樁，或遇到軟基振動(dòng)錘直接施打到位。于是，他及時(shí)向陳誠(chéng)作了匯報(bào)。得知這一情況后，陳誠(chéng)立即趕赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步了解情況，隨后召集項(xiàng)目部技術(shù)管理團(tuán)隊(duì)與湖北交投集團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)組織召開了專題會(huì)。經(jīng)過分析討論，最終大家一致認(rèn)為：這種泥質(zhì)粉砂層似泥非泥，似砂非砂，可塑性強(qiáng)且流動(dòng)性差。圍堰鋼管樁基樁頭進(jìn)入比較密實(shí)的泥質(zhì)粉砂層后，振動(dòng)錘激振越強(qiáng)，泥質(zhì)粉砂層就越密實(shí)。該泥質(zhì)粉砂層雖強(qiáng)度不高，卻是有彈性的板結(jié)體，鋼管樁頭要想突破這一板結(jié)體，不僅要面臨越振越密實(shí)所帶來的摩阻力增大情況，還要面臨大部分激振力被這一板結(jié)體彈性結(jié)構(gòu)抵消的情況，就像“一根筷子插在一塊質(zhì)地堅(jiān)硬且有反彈力的橡皮或橡膠上”。

找到了原因，又該如何解決呢？會(huì)后，大家依據(jù)引孔打樁的思路制定了兩種引孔方法：一種是使用旋挖鉆鉆孔，再將鋼管樁施打進(jìn)去，但大量取土工作會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工造成很大影響，且施工成本高；另一種是使用螺旋鉆鉆孔，可以提前破除土層硬度減少施打阻力，但成孔功效慢，經(jīng)與施工方溝通后發(fā)現(xiàn)，螺旋鉆最多只能保持15米鉆孔深度的垂直精準(zhǔn)度。這兩種方法均存在各自優(yōu)缺點(diǎn)，使得陳誠(chéng)有了更多的考量。

上游承臺(tái)第一層澆筑

圍堰增設(shè)水刀引孔設(shè)備

“有心者天助之，當(dāng)你為某件事情苦思冥想時(shí)，上天會(huì)不經(jīng)意地給你暗示。”陳誠(chéng)笑著說道。會(huì)后第二天，陳誠(chéng)用過晚餐后去往現(xiàn)場(chǎng)檢查施工情況，當(dāng)行至項(xiàng)目部駐地時(shí)，幾名職工的孩子正在停車棚側(cè)面的一堆沙子上玩耍，其中一個(gè)小男孩拿著礦泉水瓶往沙子上噴水。當(dāng)看到水柱從礦泉水瓶蓋小孔中噴射而出，立刻將沙堆沖出一個(gè)洞時(shí)，陳誠(chéng)腦中閃現(xiàn)一道靈光，“既然水柱能沖開沙堆，那高壓水柱能否沖開鋼管樁前端的砂層”？于是，他急忙跑到洗車機(jī)旁，順手拿起高壓水槍對(duì)著沒有硬化的裸土地面進(jìn)行沖刷，裸土地面經(jīng)高壓水柱作用立刻被沖出一個(gè)十幾公分深的大洞。此時(shí)，陳誠(chéng)心里已經(jīng)有了底。

“我們不妨試一試‘水刀’工藝。”陳誠(chéng)對(duì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)介紹，“水刀”工藝即通過高壓噴頭噴水柱沖擊切割泥質(zhì)粉砂層，高壓水刀面對(duì)強(qiáng)度較高的巖層或土層可能功效不高，但是對(duì)這種強(qiáng)度不高且有彈性的泥質(zhì)粉砂層肯定會(huì)有出奇的效果。樁基前端通過噴射水柱把泥質(zhì)粉砂層沖開，這樣就可以大大減小鋼管樁與土層間的摩擦力，沖散的泥質(zhì)粉砂范圍不宜板結(jié)，從而避免了該區(qū)域泥質(zhì)粉砂層的整體反彈，可大大提高圍堰鋼管樁的施工效率。

一經(jīng)說明，陳誠(chéng)的這個(gè)想法便立即得到廣泛認(rèn)同。經(jīng)湖北交投集團(tuán)的技術(shù)指引與項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)的水壓公式測(cè)算與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終采用高壓水泵、Φ30mm無縫鋼管與十字刀頭制成了一個(gè)能高壓噴水的系統(tǒng)。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高施工效率且使管樁下沉均勻，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在鋼管樁兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置了兩道水刀管線，配合振動(dòng)錘同步使用。

安裝水刀后隨著增壓泵的開啟，立起的鋼管樁遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去就像火箭發(fā)射般，底部噴射出的水柱如同火箭尾焰。經(jīng)過測(cè)試，“水刀”工藝輕而易舉地沖開了砂層，確保了鋼管樁施打到位，徹底解決了鋼管樁進(jìn)尺難題。通過觀察，起初該工藝日均成樁功效達(dá)到3組至4組，但這顯然無法滿足進(jìn)度要求，于是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)便從提升振動(dòng)錘激振力方向找準(zhǔn)突破口，對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化。在選型振動(dòng)錘時(shí)，原始方案考量的DZJ-120型振動(dòng)錘功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到要求，在經(jīng)過成本與效率選擇后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)分別采用了3臺(tái)型號(hào)為DZJ-150、DZJ-180、DZJ-240的振動(dòng)錘進(jìn)行圍堰管樁的施打作業(yè)，進(jìn)一步加快了圍堰管樁施打速度，峰值時(shí)每天可施打8組至11組，大大節(jié)約了施工時(shí)間。經(jīng)過日夜雙班施工，項(xiàng)目部在預(yù)定工期內(nèi)完成承臺(tái)圍堰施工，在這場(chǎng)與長(zhǎng)江水位的賽跑中取得了階段性勝利。

5月5日6時(shí)，主墩工區(qū)高聳著的3臺(tái)天泵，以及建設(shè)者們?cè)趪叱信_(tái)內(nèi)鋼筋上來回忙碌的身影，在朝霞映射下交相輝映。北塔上游右幅正在澆筑第二層4118立方米混凝土，待這層混凝土澆筑完成意味著主橋施工將正式進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)節(jié)段，同時(shí)宣告項(xiàng)目部與長(zhǎng)江水位斗爭(zhēng)的正式勝利。“陳總，若非我們采用了‘水刀’工藝解決了泥質(zhì)粉砂層鋼管樁難以進(jìn)尺的問題，加快了鋼圍堰施打進(jìn)度，主塔承臺(tái)第二層混凝澆筑恐怕還要滯后大半個(gè)月。”聽著呂雙江真摯的話語，陳誠(chéng)望著正在沖洗路面的水車尾部噴出的高壓水柱笑而不語。

隨著上游承臺(tái)第二層混凝土的澆筑，至5月中旬，下游承臺(tái)也已全面完成承臺(tái)澆筑任務(wù)。目前，雙柳長(zhǎng)江大橋各項(xiàng)生產(chǎn)工作正有條不紊地進(jìn)行著，待大橋建成后，將進(jìn)一步增強(qiáng)武漢市過江通道供給能力，也將帶動(dòng)鄂州市華容區(qū)及葛店開發(fā)區(qū)的經(jīng)濟(jì)騰飛，有效推動(dòng)武漢都市圈一體化進(jìn)程，為沿線區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供重要支撐，對(duì)武漢都市圈乃至長(zhǎng)江中游城市群建設(shè)具有重要意義。

主墩圍堰區(qū)域補(bǔ)勘，進(jìn)一步獲取地層參數(shù)。