利用躉船改造成打樁船進行大直徑鋼管斜樁施工

中鐵二十四局集團上海鐵建工程有限公司 上海 200070

1 工程概況

滬昆鐵路園泄涇特大橋改造工程位于上海市松江區境內的園泄涇河段。河面寬度約130 m，常年流水，水深約11 m。新建橋梁主跨為2～64 m單線下承式栓焊鋼桁梁。其中主跨主墩為水中墩，采用重力式圓端形橋墩，墩高4.0 m，墩身順橋向厚度3.6 m，橫橋向寬度18.0 m。基礎采用Φ1.2 m鋼管樁，共15 根：其中直樁1 根、長56.2 m，斜樁14 根、長56.78 m、斜度為1∶7（約8.13°）。主墩上下游各一個防撞墩，防撞墩采用Φ609 mm鋼管樁，樁長35 m，每個墩5 根樁，均為斜樁、斜度1∶7，鋼管樁基礎布置如圖1所示。

圖1 主墩及防撞墩鋼管樁基礎布置

2 方案比選

新建滬昆鐵路園泄涇特大橋位于既有滬昆鐵路園泄涇大橋以及滬杭高速公路園泄涇大橋之間，由于2 座橋的凈高僅5 m左右，大型打樁船根本無法駛入（“洋山號”打樁船樁架高88 m，海力801號打樁船樁架高（86+16）m，黃浦江大橋改造打樁船樁架高38 m）。根據既有工程經驗，此時鋼管樁打樁可以采用方法主要有2 種，其一，在園泄涇河中搭設支架進行打樁；其二，采用改造打樁船進行施工。

水中搭設支架打樁是在園泄涇河中修建水中固定平臺，用以安裝打樁設備以進行鋼管斜樁的施工。具體可以先制作小型的浮動平臺，用以安裝小型鉆機，采用地質鉆機鉆孔安放鋼管形成平臺支撐樁，并采用縱橫型鋼及剪刀支架連接成整體結構，從而形成固定平臺，進而進行鋼管斜樁的打樁施工。該方案具有鋼管樁打樁施工條件好、精度易控制的優點。但由于本橋水中墩（34#墩）順橋向厚度3.6 m，橫橋向寬度18.0 m，另外上下游各一個防撞墩，如果采用該種方案，水中固定平臺的平面尺寸需最少為5.5 m×36.0 m，這樣需消耗大量的建造和后期拆除費用，且推廣應用價值不高。

在改造打樁船方面，既有工程多采用改造駁船為打樁船，由于打樁架要架設在船底，因此整個打樁架必須放置在船頭或船尾，鋼管樁從船頭或船尾外下水（圖2）。由于本工程鋼管樁較長，最長的為56.78 m，即使分4～5 節壓入，樁架的高度也要有近30 m，再加上鋼管樁和振動錘的質量以及沉樁動力荷載，為了保持平衡，樁架另一側需放置較大的配重以使打樁船保持平衡。相比之下，躉船是停泊所用的船只，船底完全為平底，打樁架可放置在船身任意位置，鋼管樁可通過在船底上開洞的方式壓入而不影響船體的整體穩定，這樣就可以大大減少打樁船的改造費用。

綜上所述，考慮到水中搭支架費用高、工期長，普通駁船改造為打樁船改造費用較高，本工程最終通過改造躉船為打樁船來實現鋼管樁的沉樁施工。

圖2 常用駁船改造打樁船

3 關鍵施工技術

3.1 打樁船改造組裝

根據工程施工技術特點及現場調研情況，最終選定將型號為DJU95A-H的液壓打樁架配備D128柴油打樁錘，將其安裝至11.8 m×22 m的躉船上來進行水中大直徑鋼管樁施工。打樁船在園泄涇南岸進行拼裝，躉船靠在二級防汛墻邊，在二級防汛墻上采用50 t履帶吊吊裝配件配合進行改造組裝施工。

現場設備組裝流程為：陸上組裝履帶吊→打樁船鋪設錨機→用履帶吊將打樁架組裝→打樁架立起→吊掛柴油錘及樁帽。打樁船拼裝位置示意如圖3所示，現場拼裝情況如圖4所示。

3.2 鋼管加工

根據工程現場施工機具及現場自然情況，鋼管樁采用在鋼結構廠內進行分節段加工，第1節～第4節分別為長16 m、12.4 m、12.37 m、16 m。每根鋼管樁最下節上端不開坡口，上邊3 節下端均開45°坡口，且設內襯套管，寬度100 mm，如圖5所示。加工完成后由陸路運輸至施工現場。

3.3 沉樁[1-3]

當樁位和傾斜角均符合要求時，即進行鋼管樁的沉樁施工。沉樁時，先打開抱樁器，使鋼管樁在重力作用下自動插樁，并復測樁位。在沉樁過程中，隨時對樁位及傾斜度進行跟蹤測量，并根據實際情況，采取措施確保樁位和傾斜度符合要求。為確保樁位精度，在施工過程中要嚴格控制下節樁的傾斜度，確保樁身傾斜度偏差不超過0.5%。

開始沉樁時憑其自身重力先沉樁，待樁身有足夠的穩定性后再采用正常錘擊沉樁。錘、樁帽和樁在沉樁時應在一條直線上，以免偏擊和蹩勁沉樁。在沉樁過程中，為糾正偏位，只能微調船位和龍口，以免過大的調整而將樁蹩斷、蹩裂。漲落潮時，應隨潮水的漲、落適時調松或調緊纜繩，以保持船位不變，并防止個別錨纜受力過大。沉樁應連續，不要中途停錘，以免土壤恢復而增加其對沉樁的阻力。

在沉樁過程中，若出現貫入度異常、樁身突然下降、過大傾斜、移位等現象，應立即停錘檢查，待原因查出并采用應對措施后再繼續沉樁。

圖3 打樁船拼裝位置示意

圖4 打樁船現場拼裝

圖5 鋼管樁節段下端加工

3.4 打樁船的精確定位

3.4.1 平面及高程精度控制

鋼管樁沉樁施工時，利用1 臺全站儀進行沉樁定位控制，測量組根據打樁船的大小尺寸，相對于樁下沉中心的位置，在中心的四面做了4 個控制點（A、B、C、D），通過控制這4 個控制點的坐標來控制沉樁中心坐標及船的水平轉角（圖6）。沉樁時根據打樁船的船首方向確定觀測點的位置，當船首對南岸時，觀測點設在南岸，當船首對北岸時，觀測點設在北岸。

圖6 打樁船上樁位控制點平面布置

由于本工程施工河段水位受潮汐變化影響明顯，為了精確控制樁位坐標，樁基施工前先與地方海事部門聯系，取得了施工區域內前兩年全年的潮汐變化數據，并在現場進行了一周的實際潮位測量。

在現場放樣的時候，在每次施工或放樣前均再次測量船頂面標高，以確定放樣點的標高，利用事先編制好的程序計算出船面上樁中心的坐標和4 個控制點的坐標，計算時根據潮汐的變化情況及打樁船定位精度情況，預估一定的高程變化量，通過調整4 個控制點中的2 個，最終達到精確控制樁中心坐標。

鋼管樁沉樁過程中，利用架設在岸邊的水準儀對沉樁時的貫入度和樁頂標高進行控制。

3.4.2 傾斜度控制

為了控制斜樁打樁時傾斜角度的精度，并結合拋錨固定樁機穩固性差的因素考慮，現場在施工區域內插打8套鋼管樁作為打樁船錨固用樁。每套錨樁由3 根長26 m、Φ609 mm的鋼管樁組成，鋼管樁成正三角形排列（間隔1 m），鋼管樁之間采用10#槽鋼焊接連接牢固形成一個整體。同時在打樁船上安裝6 臺錨機，并在施工現場另外存放了1 臺備用，根據施工情況與鋼管樁連接定位，以保證施工過程中船體的穩定。

3.5 接樁[4,5]

鋼管樁接頭采用現場CO2氣體保護焊 （圖7），上節鋼管樁接頭預先在加工廠內加工成45°坡口。焊接時首先按要求裝配好內襯環，并在內襯環根部進行對稱點焊，然后吊裝上節鋼管樁并對接。焊接時，把整條焊縫深度分為4 層，用2 臺焊機進行對稱施焊。焊接完成后，對焊縫及熱影響區進行超聲波探傷檢測，確保焊接質量（圖8）。鋼管樁現場拼接焊接時需做好防風和防雨工作。焊接中遇到大風或下雨時，用彩條布將鋼管樁四周和上部圍住，防止樁身受潮和強風影響焊接質量。

圖7 現場接樁

圖8 現場探傷檢測

4 結語

通過改造躉船為打樁船進行水中大直徑鋼管樁斜樁施工，在取得較好的經濟效益的同時，滿足本工程施工精度高的特點，形成了一整套施工工藝，可以推廣應用到類似工程中。