固定導向架高精度沉樁技術的研發(fā)與應用

張鐵軍，徐波，史虎彬（中交一航局第一工程有限公司，天津　300456）

固定導向架高精度沉樁技術的研發(fā)與應用

張鐵軍，徐波，史虎彬
（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

摘要：針對外海橋梁樁基施工，研發(fā)一套具有固定基礎的平臺導向架。該導向架在沉樁過程中不受風浪影響，能夠對鋼管樁樁位和樁身垂直度進行實時監(jiān)測并通過液壓抱樁臂進行調(diào)整。沉樁結果表明，滿足設計樁位偏位不大于10 cm，樁身綜合垂直度不大于1/400的要求。該工藝具有在沉樁過程中不受外海風浪影響的特點，并能在沉樁過程中隨時進行糾偏。

關鍵詞：固定導向架；外海；高精度；沉樁；振動錘；糾偏

1　工程概況

港珠澳大橋CB03合同段總長8.67 km，非通航孔共有68個橋墩，每個橋墩基礎由6根鋼管復合樁組成，橋墩為埋置式墩臺[1-2]。為保證橋墩質(zhì)量，采用整體預制整體安裝的施工工藝，墩臺預留孔與鋼管樁之間間隙僅為10 cm，精度高，難度大。

由于埋置式墩臺預留孔與鋼管樁之間間隙僅為10 cm，沉樁偏位過大或者垂直度不滿足要求會給墩臺安裝和灌注樁施工帶來很大困難。不大于10 cm的沉樁偏位和不高于1/400的垂直度是常規(guī)打樁船施工無法達到的。根據(jù)地勘資料顯示，地層變化較大，沙層厚薄不均，并存在夾層，樁在自沉過程中極易出現(xiàn)溜樁、跑樁等對樁位和樁身垂直度造成嚴重影響的情況[2]。外海施工風浪較大，給高精度沉樁工作提出更高的要求。

為確保預制墩臺的預留孔順利套入6根樁基礎，達到墩臺安裝垂直度h/3 000的精度要求，通過大量施工前期研究論證，研發(fā)一套適用于外海施工的固定導向架沉樁施工工藝。

2　固定導向架組成

2.1支撐樁

在工程樁的周圍打設6根支撐樁，作為導向系統(tǒng)的支撐結構。支撐樁橫橋向布置3排，間距20.2 m，順橋向布置2排，間距16.2 m。

2.2鋼抱箍

抱箍托架是安放在支撐樁上部，臨時支承并調(diào)平固定平臺用的裝置。鋼抱箍分兩瓣加工，使用12個8.8s級高強螺栓連接成整體，鋼抱箍與鋼管樁之間設置橡膠帶，通過橡膠帶與鋼管樁之間的摩擦抱緊鋼管樁。鋼抱箍可重復使用，高強螺栓只可使用1次。

2.3固定平臺

平臺采用雙主梁平面框架結構，外緣尺寸為24 m伊20 m。主梁使用0.8 m伊0.6 m箱梁形結構，在支撐樁處形成方格，套入支撐樁后支承在鋼抱箍的平板上，并用加強板與樁焊接，以此作為上部導向架支撐、調(diào)節(jié)的操作平臺，同時將6根支撐樁連為整體，保證在風浪、水流作用下的穩(wěn)定。

2.4導向架

導向架為立體框架結構，平面尺寸為17.6 m伊13.6 m，高12.9 m。導向架頂面和底面為上下2層平臺，其桿件布置相同，在工程樁處形成方格，以便設置液壓抱樁器。

主梁采用0.6 m伊0.4 m箱型梁，上下2層平臺的外框用12根立柱連接支撐，立柱為箱梁結構，斷面尺寸為0.4 m伊0.4 m[3]。導向架的4個側立面通過腰梁及斜撐連接成空間框架，導向架立面圖見圖1。

圖1 導向架立面圖Fig.1　Guide frame elevation

3　固定導向架沉樁系統(tǒng)的應用

3.1施工流程

采用固定導向架沉樁的施工流程如圖2所示。

3.2船機設備

3.2.1浮吊選型

支撐樁定位船及固定平臺導向架安裝船為中交一航局700 t全旋轉“天威號”起重船，打樁船為1 600 t浮吊“起重27號”，最大吊高95 m，最大跨距43 m，能夠滿足最重103.6 t，最長78.1 m的鋼管樁沉樁要求。

3.2.2錘組選型

對68個墩位逐墩進行沉樁阻力計算分析，初打采用2臺APE400液壓振動錘聯(lián)動振沉[4-5]，當液壓振動錘初打不能振沉至設計標高時，采用MHU800S液壓沖擊錘復打至設計標高。

3.3施工過程

3.3.1打設支撐樁

圖2 施工流程圖Fig.2　Construction flow chart

支撐樁共設3個吊點，鋼管樁立樁后，副鉤配合主鉤吊起呈直立狀態(tài)的鋼管樁移樁進入定位船上已開啟的液壓抱樁器內(nèi)，閉合液壓抱樁器，鋼管樁自沉。自沉結束后，副鉤吊起放置在定位船上的液壓振動錘，使用2伊APE400雙錘聯(lián)動液壓振動錘組振沉至標高。

3.3.2安裝固定平臺及導向架

首先在支撐樁上統(tǒng)一使用水準管確定標高，按照測出的標高將鋼抱箍安裝至指定位置。

用“起重27號”起吊固定平臺吊放在鋼抱箍上，實測固定平臺方格框架與各支撐樁的間隙，相應加工連接加勁板，再施焊將固定平臺與支撐樁連接固定為一體。

固定平臺與鋼管樁形成整體后，采用GNSS靜態(tài)測量方法，在固定平臺上精確測放導向架安裝線，在平臺主梁的直角邊上根據(jù)安裝線焊接限位鋼板，將所有導向架上液壓抱樁器調(diào)整為閉合狀態(tài)后，“天威號”起吊導向架安放到固定平臺上。

根據(jù)放置在固定平臺上的限位鋼板精確控制導向架的安裝位置，控制標準為垂直度偏差不大于1/2 000，平面位置偏差不大于10 mm。調(diào)整結束后，將導向架和固定平臺焊接固定，從而使支撐樁、固定平臺與導向架形成牢固的整體空間框架結構。

3.3.3導向架在沉樁過程中應用

“起重27號”將鋼管樁起吊立樁后，將樁插入導向架的方格內(nèi)，關閉液壓抱樁器，根據(jù)測量人員測量數(shù)據(jù)調(diào)整抱樁臂，使樁身處于鉛垂狀態(tài)下自沉。

單根樁自沉完畢后，使用上下層液壓抱樁臂臨時抱緊鋼管樁限位，“起重27號”副鉤吊起APE-400振動錘，在導向架抱樁臂的限位狀態(tài)下振沉，同時使用架設在平臺上的全站儀對鋼管樁垂直度進行實時監(jiān)測，根據(jù)測量數(shù)據(jù)實時調(diào)整液壓抱樁臂開合角度與位置以調(diào)整樁身垂直度。振沉過程中，實時監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)樁身垂直度偏差過大時，采取延長留振時間、交替上拔和振沉等方式，使樁周邊土體液化，確保鋼管樁垂直下沉。振沉過程中遇到地質(zhì)較硬，振動錘振沉困難情況，則停錘并移開振動錘組，更換“天威號”吊持MHU800S液壓沖擊錘復打至設計標高（圖3）。

圖3 振沉完的鋼管樁Fig.3　Vibration of steel pipe pile

3.4沉樁精度分析

使用固定導向架高精度沉樁技術進行了首件31號墩的鋼管樁沉樁，對未振沉到位的鋼管樁在導向架拆除后使用液壓沖擊錘復打至設計標高。沉樁完畢后對已復打至設計標高的鋼管樁進行測量，測量數(shù)據(jù)如表1。

表1 樁位偏差及樁身垂直度匯總Table 1　Summary of pile position deviation and pile verticality

根據(jù)表1可以看出，6根樁設計樁位處的偏差和樁身垂直度均滿足設計要求。

4　結語

固定導向架高精度沉樁技術的研發(fā)與應用在港珠澳大橋鋼管樁基礎施工中取得了成功，通過設置固定平臺，減小了風浪對沉樁的影響，成功驗證了外海高精度沉樁的可能性和可操作性，為今后類似工程提供了相關的經(jīng)驗積累，也為今后外海樁基施工提供了一種新的思路。

參考文獻：

[1]中交公路規(guī)劃設計院有限公司聯(lián)合體.港珠澳大橋主體工程橋梁DB01標段施工圖設計[R].2012. CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.,Joint Venture.Construction drawing design of DB01 section of main bridge project in the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2012.

[2]張連江，孫建波，徐波.移動導向架高精度沉樁技術在外海橋梁工程中的應用[J].中國港灣建設，2015，35（6）：46-50. ZHANG Lian-jiang,SUN Jian-bo,XU Bo.Application of moving guide frame method for high precision pile-sinking in offshore bridge engineering[J].China Harbour Engineering,2015，35（6）: 46-50.

[3]中交天津港灣設計院有限公司.工程樁沉樁導向架與固定支撐平臺結構計算書[R].2012. CCCC Tianjin Harbor Design Institute Co.,Ltd.Engineering pile guide frame and fixed platform structure calculation[R].2012.

[4]中交第一航務工程局有限公司.大直徑鋼圓筒振動下沉設備及工藝的研究與應用[R].2002. CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Study and application of vibratory sinking equipment and technology for steel cylinder with large diameter[R].2002.

[5]范期錦.多臺大型液壓振動錘聯(lián)動工作的同步性問題[J].中國港灣建設，2003（2）：1-4，25. FAN Qi-jin.Synchronization of large hydraulic vibrators when wor king together[J].China Harbour Engineering,2003(2):1-4,25.

E-mail：xuxu12223@163.com

中圖分類號：U655.55；U445.55

文獻標志碼：B

文章編號：2095-7874（2016）01-0059-04

doi：10.7640/zggwjs201601014

收稿日期：2015-06-24修回日期：2015-07-25

基金項目：國家科技支撐計劃項目港珠澳大橋跨海集群工程建設關鍵技術研究與示范（2011BAG07B00）

作者簡介：張鐵軍（1969— ），男，天津市人，高級工程師，總工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。

Development and application of high precision sinking pile technology of fixed guide frame

ZHANG Tie-jun，XU Bo，SHI Hu-bin
（No.1 Eng.Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

Abstract：Based on the bridge pile foundation construction in open seas,we developed a set of platform guide frame with a fixed base,the guide frame is not affected by the wind and waves in the process of sinking pile,it can monitor steel pipe pile position and pile verticality in real-time,and adjustment through hydraulic arm.The sinking pile results show that the steel pipe pile can meet the requirements of pile design deviation is not more than 10 cm and pile comprehensive vertical is less than 1/400.This technology is not affected by open seas wind and waves,and rectifying at any time during the process of sinking pile.

Key words：fixed guiding frame;open seas;high precision;sinking pile;vibration hammer;rectifying