臨洪河大橋18號(hào)～22號(hào)深水墩施工技術(shù)

鄔亞平

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

1 工程概況

310國道是江蘇省公路網(wǎng)中重要的“一橫”，是蘇北地區(qū)一條貫通東西的干線公路，是連云港市通往徐州及山東的交通要道，把連云港港口與其腹地區(qū)域工業(yè)區(qū)聯(lián)接起來。對道路沿線區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和連云港港口的建設(shè)具有極其重要的意義。

新建的臨洪河大橋位于臨洪閘下游170 m處，連續(xù)跨越翻水河和臨洪河，橋長約1 796 m，該橋是310國道宋跳立交至大酒壺段的控制工程。臨洪河大橋18號(hào)～22號(hào)墩位于翻水河河槽內(nèi)，下部結(jié)構(gòu)主墩采用鋼筋混凝土柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 施工方案

2.1 總體施工方案確定

臨洪河大橋18號(hào)～22號(hào)墩位于翻水河河槽內(nèi)，該河是連云港市的飲用水源，上游為自來水廠取水口，下游1 km處設(shè)有翻水閘。翻水河水深4.5 m，水面寬約170 m，常年水位變化小，宜采用筑島法施工。但是，翻水河在汛期有泄洪要求，作為飲用水源環(huán)保要求又高，因此連云港市水利、環(huán)保等部門不同意采用筑島施工方案。依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和我公司以往的施工經(jīng)驗(yàn)，本橋施工正處在汛期的特點(diǎn)，在滿足泄洪、環(huán)保等的前提下，盡量少壓縮過水?dāng)嗝妫瑳Q定采用固定平臺(tái)和套箱法施工，完成鉆孔樁、系梁和立柱蓋梁的施工。

主要施工順序?yàn)?搭設(shè)固定平臺(tái)和棧橋→插打鋼護(hù)筒→水上鉆孔樁施工→安裝套箱底板→套箱吊裝就位→水下混凝土封底→抽水→系梁施工→立柱和蓋梁施工→拆除套箱。

2.2 固定平臺(tái)搭設(shè)

2.2.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

平臺(tái)工作樁采用φ520 cm，δ=8 mm的鋼護(hù)筒，布置在系梁四角外側(cè)，共8根，單根長15 m，入土深度不少于9 m;工作樁橫橋向間距2×12 m，順橋向5 m，平臺(tái)用貝雷架和［28槽鋼組拼而成，如圖1所示。

2.2.2 工作樁的插打

1)在翻水河兩岸的灘地上，上下游100 m的位置各埋設(shè)一個(gè)混凝土地錨，共4個(gè)，每個(gè)地錨的自重不少于5 t，用于固定水上浮吊。

2)將50 t浮吊卷揚(yáng)機(jī)上的纜繩分別與4個(gè)地錨相連，通過放松和收緊錨繩調(diào)整打樁船位置，使其大致就位到平臺(tái)位置。

3)用浮吊的主鉤起吊震動(dòng)錘，副鉤起吊φ80鋼護(hù)筒，在空中進(jìn)行對接，用震動(dòng)錘的液壓夾卡住鋼護(hù)筒，并將鋼護(hù)筒下口沉到河床面，小船靠上去進(jìn)行測量定位，調(diào)整浮吊纜繩使之就位。

4)慢慢放松浮吊主鉤，在震動(dòng)錘和鋼護(hù)筒自重的作用下沉入河床約1 m，復(fù)測鋼護(hù)筒的中心位置和垂直度，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使中心偏差控制在±10 cm以內(nèi)，垂直度不大于1%。

5)啟動(dòng)震動(dòng)錘，使鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉，每下沉1 m，檢查鋼護(hù)筒垂直度，必要時(shí)用浮吊進(jìn)行調(diào)整，直至下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。如此往復(fù)，完成所有工作樁的插打。

2.2.3 平臺(tái)安裝

1)在完成1個(gè)墩工作樁的插打后，測量每根樁的樁頂標(biāo)高，在每根工作樁樁頂順橋向，并排設(shè)置2根Ⅰ20工字鋼，使工字鋼底標(biāo)高為:+3.5 m，并與工作樁焊接牢固。

2)每墩的8根工作樁，橫橋向分兩排，每排4根樁。每排樁頂用貝雷架作橫梁(8×3 m)，兩片貝雷架一組，橫向每隔3 m用45 cm支撐架連接;再在貝雷架頂鋪設(shè)［28槽鋼形成鉆孔平臺(tái)。

3)貝雷架與工作樁、貝雷架與［28槽鋼之間，用φ20 mm U形螺栓連接，以保證平臺(tái)穩(wěn)定、牢固，桿件之間不發(fā)生位移。

4)平臺(tái)面滿鋪松木板，用鈀釘固定;平臺(tái)四周設(shè)欄桿。

圖1 翻水河鉆孔樁施工固定式平臺(tái)布置圖

2.3 棧橋的搭設(shè)

翻水河18號(hào)～22號(hào)墩施工，主要大型機(jī)械設(shè)備、材料等均通過運(yùn)輸船，運(yùn)到墩位處，棧橋的主要功能是鋪設(shè)混凝土地泵輸送管道和行人，而且使用時(shí)間不長，因此棧橋的架設(shè)應(yīng)考慮在保證安全的前提下，以簡易為主。

布置為:翻水河全斷面拉通，設(shè)在橋梁的上游，跨度11孔×15 m。φ37.7×8 mm 鋼管作為基礎(chǔ)，每墩兩根，間距 1.8 m，長12 m;梁采用2片貝雷架，上鋪［12槽鋼和5 cm松木板，橋面凈寬2 m，兩側(cè)設(shè)欄桿。

2.4 鉆孔樁鋼護(hù)筒插打

1)鋼護(hù)筒的尺寸:φ170 cm，厚度σ=8 mm，長12 m。鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)下口標(biāo)高－5.8 m，入土4.5 m。為方便下階段鋼套箱施工，鋼護(hù)筒上口向下5.7 m處預(yù)埋型鋼牛腿。牛腿采用［16號(hào)槽鋼制作，按順橋向和橫橋向十字布置，在碼頭焊接安裝。

2)鋼護(hù)筒由工廠制作運(yùn)至碼頭，用運(yùn)輸船運(yùn)至墩位浮吊處起吊。

3)翻水河水流小，水流沖刷對鋼護(hù)筒插打基本沒影響，打鋼護(hù)筒時(shí)采用單層導(dǎo)向架，設(shè)置于平臺(tái)Ⅰ40工字鋼頂面。導(dǎo)向架由4根Ⅰ20工字鋼、4根導(dǎo)向木、U形螺栓等組成，Ⅰ20工字鋼與導(dǎo)向木用8號(hào)鐵絲綁扎，導(dǎo)向木與鋼護(hù)筒接觸面處制作成圓弧狀，使兩者緊密貼牢，見圖2。

圖2 導(dǎo)向架布置示意圖

4)導(dǎo)向架安裝前，在平臺(tái)的Ⅰ40工字鋼和貝雷架上，測量放出樁位中心的十字線。根據(jù)十字線安裝導(dǎo)向架，使導(dǎo)向架的中心與樁位中心重合。為保證鋼護(hù)筒能順利通過導(dǎo)向架的內(nèi)弧，內(nèi)弧直徑控制在171 cm～172 cm之間。

5)在鋼護(hù)筒上口，用φ20鋼筋兩側(cè)對稱焊起吊環(huán)。浮吊起吊鋼護(hù)筒，從導(dǎo)向架內(nèi)慢慢放下，使鋼護(hù)筒下口至河床面處，通過浮吊來調(diào)整鋼護(hù)筒的垂直度。調(diào)整導(dǎo)向架使導(dǎo)向木與鋼護(hù)筒之間密貼，慢慢放松浮吊鉤，使鋼護(hù)筒在自重作用下沉入河床土層，完成鋼護(hù)筒的定位。

6)用浮吊起吊震動(dòng)錘和樁帽，與鋼護(hù)筒對接。對接采取用鋼板將樁帽與鋼護(hù)筒焊接牢固的方法，完成后再次檢查垂直度、中心偏位、導(dǎo)向架安裝及各項(xiàng)設(shè)備完成的狀況。開動(dòng)震動(dòng)錘，使鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉，每下沉約1 m停錘檢查一次垂直度，直到下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。

7)鋼護(hù)筒下沉到位后，切除樁帽與鋼護(hù)筒的焊接鋼板，進(jìn)入下一樁的施工。每個(gè)墩4根樁鋼護(hù)筒插打完成后，在平臺(tái)面滿鋪舊枕木安設(shè)鉆機(jī)開始鉆孔樁施工。

2.5 鉆孔樁施工

2.5.1 鉆機(jī)就位

根據(jù)地質(zhì)情況和部分已完成的陸上鉆孔樁的施工經(jīng)驗(yàn)，決定采用沖擊鉆機(jī)成孔。鉆機(jī)由運(yùn)輸船運(yùn)到墩位處，水上浮吊吊裝就位。為確保受力安全，使鉆機(jī)前端鋼管位于雙排Ⅰ40工字鋼頂。

2.5.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

沖擊鉆機(jī)采用正循環(huán)系統(tǒng)，主要包括:泥漿回流槽、泥漿泵、泥漿管、沉淀池、儲(chǔ)漿池等。

根據(jù)18號(hào)～22號(hào)墩在翻水河中的位置，18號(hào)和22號(hào)墩均靠近翻水河兩岸，距離在15 m以內(nèi)，計(jì)劃將這兩個(gè)墩的泥漿池和沉淀池設(shè)置于岸上。泥漿管通過棧橋鋪設(shè)到樁位;泥漿回流槽用2根φ25 cm鋼管代替，即在鉆孔樁鋼護(hù)筒上口并排開兩個(gè)圓孔，φ25 cm鋼管與鋼護(hù)筒焊接牢固、密封，鋼管另一端伸入到泥漿池內(nèi)。鋼管從鋼護(hù)筒向泥漿池設(shè)不小于5%下坡，以利泥漿流動(dòng)。

位于河中的19號(hào)～21號(hào)墩鉆孔樁施工時(shí)，每墩側(cè)均設(shè)置1艘200 t泥漿船，將泥漿池設(shè)于船上，泥漿回流槽同樣用2根φ25 cm鋼管代替，鋼管口接入到泥漿船艙內(nèi)，鋼管與鋼護(hù)筒焊接密封牢固，防止泥漿外漏。完成一根樁的灌注后，及時(shí)將泥漿船開回到岸邊，用泥漿泵將泥漿抽入到泥漿專用運(yùn)輸車，運(yùn)到指定的泥漿存放處存放。

2.5.3 鉆孔

開鉆及整個(gè)鉆進(jìn)過程中，應(yīng)始終保持孔內(nèi)水位高出河水位不少于1.5 m，并低于護(hù)筒頂面0.3 m，以防溢出流入翻水河內(nèi)污染水源。開孔時(shí)，在鋼護(hù)筒內(nèi)沖擊成孔(護(hù)筒入土約4.5 m)，為保護(hù)鋼護(hù)筒不被沖錘擠，發(fā)生破環(huán)，必須采用小沖程，直到整個(gè)沖錘通過護(hù)筒，即孔深不小于15 m，該段沖程控制在0.3 m～0.5 m。入巖后，采用大沖程沖擊成孔，沖程一般為2 m左右。由于沖程加大，易形成擴(kuò)孔，沖錘直徑控制在1.46 m～1.48 m。在鉆孔過程中，經(jīng)常撈取鉆渣檢查，判定土質(zhì)變化情況，并詳細(xì)作好記錄。

2.5.4 檢孔

鉆進(jìn)過程中應(yīng)經(jīng)常用檢孔器檢孔，一般每鉆進(jìn)4 m～6 m，接近及通過易縮孔土層或更換鉆錐前，都必須檢孔。用新鑄或新焊補(bǔ)的鉆錐時(shí)，應(yīng)先檢孔到底后，才可放入新鉆錐鉆進(jìn)。

2.5.5 清孔

采用正循環(huán)換漿法清孔。在樁底標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)值后，立即進(jìn)行清孔，每樁的清孔時(shí)間不少于4 h。清孔時(shí)應(yīng)緩慢向孔內(nèi)注入清水，按每小時(shí)泥漿比重下降0.03控制。在吊入鋼筋骨架后，灌注水下混凝土之前，應(yīng)進(jìn)行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。二次清孔后泥漿性能要求:相對密度1.03～1.10，粘度17 Pa·s～20 Pa·s，膠體率大于95%，含砂率小于2%。

2.5.6 水下混凝土澆灌

使用φ250×4 mm游輪接頭灌注導(dǎo)管，單根長2.50 m，底管4 m，每套導(dǎo)管首次使用前必須做水密試驗(yàn)和抗拉試驗(yàn)，逐根檢查并進(jìn)行編號(hào)，合格后方能使用。導(dǎo)管下入長度按導(dǎo)管底口與孔底的距離能順利排出隔水球內(nèi)膽和混凝土為度，一般控制在30 cm～50 cm。下入孔內(nèi)的導(dǎo)管每根都要認(rèn)真仔細(xì)檢查，按編號(hào)順序逐根對接和測量每節(jié)導(dǎo)管長度，并做好記錄。要清除絲扣上浮渣，檢查“O”形密封圈是否完好，并在絲扣上重新涂黃油做進(jìn)一步密封，使導(dǎo)管連接牢固順直，接口嚴(yán)密，不漏泥漿。

為防止鋼筋骨架上浮，在鋼筋籠頂用鋼管支撐于鉆機(jī)架上。當(dāng)混凝土面上升到骨架底口4 m以上時(shí)，提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管底口高于骨架底部2 m以上，即可按正常速度灌注。

2.6 套箱安裝

在完成該墩所有鉆孔樁施工后，移除鉆孔設(shè)備，開始套箱施工。

1)套箱的設(shè)計(jì):套箱底板和側(cè)模為大型鋼模，左右幅分兩個(gè)獨(dú)立的套箱，底模在通過樁位處預(yù)留φ175 cm孔。套箱的底標(biāo)高為:0.3 m，頂面標(biāo)高為:3.5 m，高3.2 m;套箱尺寸為:9.5 m ×3.5 m。

2)套箱制作:套箱模板由工廠按設(shè)計(jì)尺寸分塊制作，碼頭用螺栓組拼成。

3)套箱在吊裝就位前，先測量在鋼護(hù)筒預(yù)埋好的型鋼牛腿的標(biāo)高，根據(jù)測得的每個(gè)牛腿的實(shí)際標(biāo)高，在對應(yīng)套箱底模的位置用厚度不同的鋼板進(jìn)行調(diào)整，確保套箱下沉就位后每個(gè)牛腿均能均勻受力，套箱底模在一個(gè)水平面上。套箱底模預(yù)留兩個(gè)φ175 cm孔的相互位置，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測量結(jié)果來設(shè)置;預(yù)留孔直徑比護(hù)筒直徑大5 cm，主要考慮鋼護(hù)筒有一定的傾斜度。

4)套箱總重約15 t，用50 t浮吊吊裝就位。吊運(yùn)時(shí)，先將浮吊停靠至碼頭，運(yùn)輸船靠在浮吊旁，浮吊吊起套箱后臨時(shí)放在運(yùn)輸船上，浮吊和運(yùn)輸船一起由機(jī)動(dòng)舟推至墩位，再起吊就位。

5)套箱就位后，檢查套箱各部位尺寸、結(jié)構(gòu)、螺栓等是否正確，套箱底預(yù)留孔與鋼護(hù)筒之間的孔隙，人工潛下水用木楔填塞，以防止封底混凝土從該縫隙漏漿。

2.7 套箱封底

套箱下沉到位后，利用鋼護(hù)筒及工字鋼搭設(shè)灌注水下混凝土用簡易作業(yè)平臺(tái)。因受鋼護(hù)筒布置影響，水下混凝土不能自由擴(kuò)散，故應(yīng)增加導(dǎo)管移動(dòng)次數(shù)，盡量使封底混凝土表面平整。根據(jù)計(jì)算，采用C25混凝土，封底厚度為50 cm。

2.8 系梁施工

鑿除樁頭混凝土→樁基檢測→軸線放樣→綁扎鋼筋→系梁立模→立柱鋼筋預(yù)埋→驗(yàn)收→承臺(tái)澆混凝土→養(yǎng)護(hù)→拆模。套箱及系梁見圖3。

圖3 翻水河系梁施工示意圖

2.9 拆除

在完成所有下部構(gòu)造施工后，拆除套箱模板和平臺(tái)。

3 環(huán)境保護(hù)措施

1)島上施工人員進(jìn)行教育培訓(xùn)，不得向河內(nèi)亂扔雜物，不得在河內(nèi)方便、洗澡等。

2)施工產(chǎn)生的廢漿、廢碴等不得排入翻水河，必須全部排入到泥漿船內(nèi)，運(yùn)至岸上統(tǒng)一存放。

3)水上施工機(jī)械必須完好，不得有漏油等現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

4)積極主動(dòng)保護(hù)河內(nèi)動(dòng)、植物，保持生態(tài)平衡。

5)設(shè)專人與當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門聯(lián)系，結(jié)合施工的實(shí)際情況、國家和政府有關(guān)環(huán)境保護(hù)方面的法令規(guī)定，制定環(huán)境保護(hù)和文明施工措施，經(jīng)常進(jìn)行有關(guān)環(huán)境保護(hù)和文明施工的宣傳教育工作，提高全員的環(huán)保意識(shí)。

6)工程完工后，恢復(fù)河灘場地原貌，進(jìn)行清理，做到退場干凈，不留任何影響環(huán)境的隱患。

7)盡量減少夜間施工及夜間運(yùn)輸，減少施工噪聲，保證沿線居民的正常生活秩序。

4 施工效果評價(jià)

采用固定平臺(tái)和套箱法施工，在保證安全和質(zhì)量的前提下，既能保證泄洪要求，又能減少施工污染，保證翻水河的水質(zhì)，同時(shí)滿足了水利部門和環(huán)保部門的要求。

［1］ 鄭志光，趙發(fā)亮，徐建富.浮式平臺(tái)深水大直徑鉆孔樁施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.世界橋梁，2010(3):16-18，35.

［2］ 范公俊，賈延權(quán)，王艷紅.幾種圍堰施工技術(shù)在連云港灘涂區(qū)的應(yīng)用［J］.水利水電科技進(jìn)展，2011(1):62-65.

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