嘉紹跨江大橋φ 4.1 m大直徑鋼護筒施工技術

黃 煒

1 工程簡介

1.1 工程概況

嘉紹跨江大橋全長10.137 km,是嘉興—紹興公路通道跨越天然屏障錢塘江的控制性工程。大橋北起海寧尖山圍墾區,跨越杭州灣水域,直達上虞96丘圍墾區,采用雙向八車道高速公路標準。北岸水中區引橋下部結構采用單樁獨柱結構形式,有φ 3.8 m鉆孔樁130根。鋼護筒內徑4.1 m,底標高-35.0 m,頂標高+10.5 m,長度 45.5 m,總重 133.2 t。

1.2 工程地質及水文

根據地質勘探報告,一般地段鋼護筒周圍的覆蓋層主要為粉土、粉砂、淤泥質粉質黏土等,在淤泥質粉質黏土中存在極具層里的薄粉砂夾層。橋址位于錢塘江河口尖山河段,受潮流和徑流共同作用,潮流動力條件強,且比較復雜,河床沖淤劇烈。潮流為非正規半日淺海潮流,水流屬往復流,但不對稱性較明顯。最高潮位+5.45 m,平均潮位+4.02 m,最低潮位-3.15 m,最大潮差8.59 m,平均潮差6.44 m,流速 3.7 m/s～7.5 m/s。

2 工程難點

1)鋼護筒下端12.0 m和頂口2.0 m采用壁厚32 mm,Q345C鋼,鋼板強度及厚度對卷板設備提出較高的要求;2)單節護筒重量達到50 t左右,最大長度達18 m,對運輸車輛及運輸線路要求非常高;3)橋址處位于強涌流河段,潮水流速大,且大部分地段在退潮后為裸露的灘涂,無法采用浮吊輔助下沉,對起重設備要求非常高;4)單樁獨柱結構形式對護筒平面位置及傾斜度要求非常高,平面位置偏差不得超過50 mm,傾斜度偏差不得超過1/300,若施沉過程中發生偏位或傾斜,糾偏將非常困難;5)淤泥質粉質黏土中存在極具層里構造的薄粉砂夾層,對鋼護筒插打影響非常大。

3 鋼護筒分節

1)根據地質資料及鉆孔平臺和主棧橋鋼管樁插打的經驗,第一次下沉護筒底標高控制在-16.0 m左右。平臺頂標高+10.0 m,焊接操作高度1.50 m,則下節護筒總長為27.50 m。2)27.50 m長鋼護筒,重約82.75 t,運輸、起吊、翻身等均非常困難,也存在極大的安全風險,故采用(13.5+14.0)m的組合形式。3)綜合考慮吊機起吊能力、運輸能力、轉彎半徑、河床標高、沖刷情況等各項因素,鋼護筒分為3節:底節13.5 m(δ=32 mm,Q345C,12.0 m;δ=27 mm,Q235C,1.5 m)、中節 14.0 m(δ=27 mm,Q235C,14.0 m)、頂節 18.0 m(δ=27 mm,Q235C,16.0 m;δ=32 mm,Q345C,2.0 m)。

4 鋼護筒制作

1)為保證對接質量,鋼護筒接口處均采用機械加工的方法開V形坡口,取焊縫坡口角度α,則環焊縫等厚板材α=15°+10°,不等厚環焊縫對接時 α=22.5°+10°,縱向焊縫 α=15°+(0°～ 10°),坡口邊緣加工光潔度及尺寸應滿足規范相關要求。2)鋼護筒由短節拼焊成吊裝節,各短節鋼護筒的縱向焊縫錯開布設,間距不小于 1 610 mm(1/8周長)。3)為減小下沉過程中的阻力,增加護筒底口剛度,在鋼護筒底節底口外側加焊20 mm厚鋼板,鋼板高500 mm。護筒底口及加焊鋼板均開坡口,便于切割土體下沉,尖腳朝外可防止刃腳向護筒內側變形。

5 鋼護筒運輸

為防止鋼護筒在運輸過程中出現失圓、變形等現象,在運輸上設置專門的運輸胎架,同時分別在鋼護筒的上、下口及中間位置采用兩根[20焊接十字支撐,以增強鋼護筒抵抗變形的能力。

6 定位導向架

為確保施沉精度,在鉆孔平臺上設置雙層定位導向架,頂層固定在平臺承重梁上,設置標高+10.0 m,底層固結在平臺支撐樁上,設置標高+3.5 m,兩層間距6.5 m,均采用螺旋式可調節結構(定位導向架尺寸以mm計)。

7 鋼護筒施沉

7.1 設備選擇

7.1.1 起重設備

1)考慮底節鋼護筒臨時掛在鉆孔平臺承重梁上,待與中節鋼護筒對接完成后,一并下插,則此時吊機的最小起吊能力不小于82.75 t。2)在第一次施沉到位對接第三節鋼護筒時,在考慮φ 4.1 m鋼護筒半徑和主臂寬度的情況下,履帶吊機的有效吊高不得小于18.0 m(第三節鋼護筒長度)+1.5 m(焊接操作高度)+2.0 m(預留長度)=21.5 m。3)根據鉆孔平臺設計圖紙,在進行鋼護筒吊裝作業時,所能達到的最小吊距為8.5 m。4)綜合考慮上述三方面的因素,鋼護筒起吊選用中聯重工QUY160履帶吊機,主臂長度38.0 m。5)為防止翻身過程中鋼護筒變形,采用160 t履帶吊作為主起重吊機,于護筒頂口兩點吊裝,100 t履帶吊機作為護筒翻身用輔助吊機,于護筒底部單點吊裝。

7.1.2 下沉設備

振動錘應按其激振力P和鋼護筒下沉時樁周土體對護筒的動摩擦阻力R進行選擇。

其中,LK為護筒在不同土層中的入土深度;U為護筒外周長;fk為液化后不同土層的動摩阻力。

根據相關資料計算得出:最大動摩阻力R=686 t,鋼護筒和錘重約 188 t,故需要激振力為686-188=498 t,2臺APE400型液壓振動錘并聯進行插打。

7.2 下沉施工

1)測量放線定好鋼護筒中心線,調整導向架螺旋限位,確保鋼護筒平面位置及垂直度符合要求。2)分別采用160 t,100 t履帶吊機,同時起吊頂部吊點和底部吊點,使鋼護筒離開棧橋面約2 m,然后起升頂部吊點,底部吊點不動,使鋼護筒由平臥變為斜吊,慢慢起吊到90°后,拆除底部吊點,割除護筒內十字支撐和底部吊耳,垂直起吊護筒入孔。3)底節13.5 m鋼護筒吊裝入孔后,通過焊接在護筒側面的掛耳掛在鉆孔平臺承重梁上,然后吊裝中節14.0 m鋼護筒與底節對接。4)鋼護筒對接時,在底節護筒頂端焊接定位擋塊,起吊中節鋼護筒,松鉤下落,使之與底節護筒對位,調整護筒傾斜度和接頭錯縫,滿足要求后由3名～4名焊工分段焊接,現場焊接采用二氧化碳氣體保護焊。5)待中節與底節對接完成,焊縫經現場檢測符合設計要求后,用160 t履帶吊將兩節護筒徐徐提起0.5 m,割除臨時掛耳,仍通過兩個方向相互垂直的全站儀重新校正平面位置和垂直度,并通過導向架螺旋限位精確定位。再將護筒緩緩插入河床中,直至自重下入土穩定,摘除吊鉤。6)160 t履帶吊機起吊振動錘和液壓夾持器以及油管,安放振動錘時要對中,將液壓夾持器和護筒壁夾緊,再次檢查護筒平面位置和傾斜度,若平面位置偏差和傾斜度滿足要求時,開動打樁錘,先進行點振下沉,確保鋼護筒穩定入土,然后再連續施振下沉。當護筒頂端距平臺頂面約1.5 m高時,停止下沉,將打樁錘和液壓夾持器吊離護筒。7)采用同樣的方法起吊、對接、下沉頂節鋼護筒至設計標高。8)施沉過程中,相互垂直的兩臺全站儀跟蹤觀測鋼護筒的平面位置和傾斜度,若偏差度超出設計和工藝要求,須迅速用對講機通知平臺上作業人員停止施振,采取措施重新調整到位再繼續振動下沉。9)振動的持續時間不超過10 min～15 min,防止時間過長振動錘部件過熱造成損壞。

8 施工注意事項

1)底節與中節鋼護筒精確對位時應選擇有利的潮位進行,一般選擇高平潮,防止造成鋼護筒平面位置或垂直度偏大。2)施沉作業應連續進行,一氣呵成,過程中的停頓時間應盡可能短,尤其應控制護筒焊接作業時間,以防止停頓時間過長使周圍土壤恢復,再次液化困難。3)由于護筒對接作業時間長,必須考慮陰雨及大風天氣對施工的影響,護筒吊裝及對接作業時應選擇良好天氣,同時采取有效措施,確保施工安全。4)當鋼護筒遇到緊密堅硬地層時不再下沉,或下沉極慢;振幅增大,甚至跳動;當振動錘達到最大功率鋼護筒仍不能繼續下沉,說明阻力已大到無法使鋼護筒振動下沉,此時必須采取吸泥措施以降低護筒內的土塞效應。

[1] 交通部第一公路工程總公司.橋涵[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 凌治平,易經武.基礎工程[M].北京:人民交通出版社,1996.

[3] 李志堅.林村大橋鉆孔樁基礎的施工技術[J].山西建筑,2008,34(1):331-332.