中馬友誼大橋大直徑鋼管樁施工關鍵技術

程正祥,邱坦亮

(中交二航局第三工程有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

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中馬友誼大橋大直徑鋼管樁施工關鍵技術

程正祥,邱坦亮

(中交二航局第三工程有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

針對中馬友誼大橋珊瑚礁上施打大直徑鋼管樁的問題，總結了在施工中的一些關鍵技術。首先介紹鋼管樁的沉樁工藝及樁錘的選型，然后剖析在強涌浪、高水流海域復雜地質水文條件下橋梁平臺大直徑鋼管樁施工難點，并提出解決方案。結果表明，在印度洋上施打鋼管樁建橋方案是可行的。

中馬友誼大橋；平臺鋼管樁；強涌浪高水流海域；溜樁

0 引言

中馬友誼大橋是“一帶一路”的重要組成部分，也是馬爾代夫史上的第一座大橋。珊瑚礁地質上建橋實屬世界首例。采用大型定位錨塊替代常規(guī)海軍錨的方法雖然可防止打樁船在珊瑚礁地質上發(fā)生走錨現(xiàn)象，但會降低打樁船打樁功效。中馬友誼大橋的大型鋼管樁直徑3.6 m，長度約170 m，單樁重量150～180 t，選用“海力801”打樁船進行施工。由于單樁直徑和單樁重量都超過了“海力801”打樁船的最大可施打樁徑和起重量，故拆除其自有樁架和樁錘以提升其起重量，在船舷一側加裝固定導向架，采用先吊樁下放后吊錘施打的方案實施此打樁項目。對打樁過程中出現(xiàn)的鋼管樁打入并貫穿珊瑚礁溶洞現(xiàn)象汲取經(jīng)驗并采取措施。

1 工程概況

本項目位于馬爾代夫北馬累環(huán)礁，跨Gaadhoo Koa 海峽，連接環(huán)礁上馬累島、機場島及胡魯馬累島這3個相鄰的島嶼，是馬爾代夫最重要的島嶼連接線工程。路線全長為 2.00 km，其中橋梁長度為1.39 km。橋梁跨徑布置為 30 m×18跨(引橋)+(100 m×1跨+180 m×2跨+140 m×1跨+100 m×1跨+60 m×1跨)(主橋)+30 m×3跨(引橋)。主橋為6跨組合混合梁 V 型墩剛構橋，長760 m；引橋為 30 m 預應力混凝土 I 型梁橋，長 630 m；兩側接線長 610 m。

2 水文地質

本項目主橋19號～23號平臺樁基礎樁端持力層為角礫混合珊瑚礫塊，樁側土體主要包含了破碎程度不同的礁灰?guī)r。珊瑚礫塊塊徑2～6 cm不等，棱角碎石狀，顆粒不均，分選性差，級配不良。礁灰?guī)r性能為：乳白、灰白色，巖芯呈2～5 cm碎石、部分呈5～25 cm短柱、少量呈30～50 cm長柱狀；骨架多為0.5～1.0 cm鈣質生物碎屑、部分2.0～4.0 cm珊瑚礫石；多晶狀方解石結晶，膠結較好；巖芯質感較堅硬，錘擊聲較脆、不宜碎。馬爾代夫群島四周均為開敞海域，工程區(qū)域潮汐為正規(guī)半日潮。本工程區(qū)域漲、落潮受海灣邊界及地形控制。機場島與馬累島之間的海峽通道內呈現(xiàn)往復流形態(tài)，漲潮時北馬累環(huán)礁內的水流經(jīng)海峽向SE(東南)流動，最后與馬累島南側漲潮流匯合，受峽道較強水流影響，在機場島南側形成一個弱的回流區(qū)。落潮時流向相反，在機場島SW(西南)近海形成順時針的回流區(qū)。落潮時流向相反，在機場島SW近海形成順時針的回流區(qū)。根據(jù)潮流、泥沙數(shù)學模型研究成果，大潮漲落急潮流矢量圖如圖1所示。

3 技術特點與難點

(1)鋼管樁尺寸大和重量大，吊裝等存在困難。

(2)海況條件極度惡劣，鋼管樁定位困難。其中局部風浪一般周期為3～8 s，涌浪周期為14～20 s。馬累附近嚴重的災害主要由涌浪造成。

(3)地質條件復雜，部分區(qū)域存在珊瑚礁溶洞。23號主墩處2處鉆探孔位地質鉆探揭示存在珊瑚礁溶洞，溶洞最大高度為4.4 m，且極有可能貫穿23號墩所有樁，這就意味著沉樁時會出現(xiàn)溜樁現(xiàn)象，給施工帶來極大挑戰(zhàn)。

4 主要施工技術

4.1 錘的選型

施工時采用德國的MENCK S550液壓錘，最大錘擊能量550 kJ，替打樁帽長3.5 m。沉樁發(fā)生溜樁時可以最大限度地避免鋼管樁脫錘，為沉樁提供安全保障。液壓錘性能參數(shù)見表1。

表1 液壓錘性能參數(shù)

4.2 導向架設計

導向架由架體、攏口、調位機構等組成，作用是讓鋼管樁精確就位，對鋼管樁的平面位置及垂直度起約束作用，保證在沉樁過程中不發(fā)生較大偏差。導向架焊接在全回旋浮吊的左舷，可節(jié)省一艘定位駁。抱樁器采用上下雙層設計可最大限度地保持鋼管樁的垂直度。由于施工海域海況惡劣，抱樁器上的千斤頂與鋼滾輪要方便安裝和拆卸，使得滾軸、千斤頂需要經(jīng)常更換，損耗較大。導向架與抱樁器示意圖如圖2所示。

4.3 鋼管樁沉樁

(1)23號～19號平臺施工時靠近機場島，海床有坡度，又是水流高流速區(qū)域，擔心常規(guī)的100 kN海軍錨抓力不夠，因此在順流向時采用預制大型錨塊重量達200 t替代海軍錨，確保施工時不發(fā)生走錨，但此方法會降低施工功效。在施工過程中逐步摸索和試驗所知，100 kN海軍錨可以滿足“寧波海力801”打樁船施工所需抓力。只要控制好拋錨方向及角度，盡量把錨拋遠以增加抓力。

(2)在起吊鋼管樁前割除鋼管樁內“米”字型支撐，并移除。鋼管樁直徑大，重量大，長途運輸或長時間存放易變形與失圓，“米”字型支撐可防止鋼管樁失圓與變形。

(3)鋼管樁進入龍口前和沉樁完畢。檢查導向架的各個部位包括各處焊縫、連接螺栓、液壓系統(tǒng)、限位裝置，如有損壞立即修復或更換。

(4)由于珊瑚礁內有溶洞，沉樁時會出現(xiàn)溜樁現(xiàn)象。在下樁到位后不急于解扣，等待0.5 h左右確認鋼管樁穩(wěn)定不下沉后再解除卸扣。反復起吊下放液壓錘，利用液壓錘的自重下壓鋼管樁，如鋼管樁穩(wěn)定不再下沉再開錘。沉樁時先用小能量錘擊，同時主鉤鋼絲繩下松。鋼絲繩松放要始終保持一定的自由長度；加上替打樁帽有3.5 m深度，可最大限度避免發(fā)生溜樁時液壓錘脫離鋼管樁事故。但實際施工過程中偶有溜樁深度大于3.5 m的情況發(fā)生。針對這種情況，研究了2種方案。

方案1：將主鉤鋼絲繩松放5～8 m，溜樁時錘跟隨樁往下溜，溜樁停止后錘的沖力直接作用于樁上。但由于不能確定溶洞的深度，無法把握松放長度，而且在錘擊初期，鋼絲繩松放下來會與抱樁器發(fā)生纏繞或者主鉤鉤頭撞擊錘和抱樁器等狀況。此方案不太理想，不宜采用。

方案2：拉緊。由于連續(xù)錘擊過程中需要錘跟隨樁頂往下，不能與樁頂脫離，而且現(xiàn)場有涌浪的作用使船上下起伏，因而根據(jù)經(jīng)驗和判斷，主鉤鋼絲繩松放15～25 cm為宜。即便發(fā)生溜樁甚至液壓錘脫離鋼管樁，液壓錘下落的高度只有15～25 cm，不會對起重臂造成很大的影響，但溶洞深度大于替打樁帽深度3.5 m時，會出現(xiàn)樁脫帽現(xiàn)象。考慮到鋼管樁穿透溶洞后樁頂位置還在上層抱樁器上，所以樁脫帽也不會使樁位失控。待到穿過溶洞時再改用大能量錘擊,鋼管樁下沉到上抱樁器上方1.5 m左右處再打開上抱樁器，打到離下抱樁器上方1.5 m處再打開下抱樁器。

涌浪大時船體晃幅大，在沉樁時液壓錘的油管和黃線容易與鉤頭或鋼絲繩相互摩擦從而受損影響施工進度，所以吊裝指揮人員要注意觀察，通過調整副鉤的高度來避免。

5 結語

文中采用大能量液壓打樁錘，改造打樁船導向架，并通過實地試驗證明了100 kN海軍錨在珊瑚礁地質上的抓力能夠滿足大型船舶的錨泊定位，分析并總結了鋼管樁打入珊瑚礁溶洞出現(xiàn)溜樁的一些經(jīng)驗。由此證明，該項目的輔助平臺 Φ3.6 m鋼管樁沉樁工藝選擇是正確的，施工技術經(jīng)受住了考驗，為在長周期、高流速海域的橋梁施工積累了經(jīng)驗，同時也開創(chuàng)了珊瑚礁地質上施打鋼管樁的先河，為類似海域和地質的工程施工提供經(jīng)驗和技術參考。

[1] 何承海，彭琳琳.嘉紹大橋4.1 m超大直徑鋼護筒施工關鍵技術[J].中國港灣建設，2015(1):55-58.

[2] 黃增財, 彭立志, 吳健. 海上超長大直徑鋼管樁基礎施工技術[J].施工技術, 2005(s1):164-167.

[3] 鐘凱. 論海上樁基工程施工工藝[J]. 中外建筑, 2015(8):162-164.

2017-02-17

程正祥(1975—)，男，工程師，從事船舶施工工作。

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