湘江裸露巖面鋼棧橋及鋼平臺管樁加固施工工藝

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限公司 湖南 長沙 410005)

一、工程概況

長沙市岳麓區(qū)禾洲大橋施工項目，跨越河流為湘江支流，無通航要求。在上世紀(jì)末，該河道遭到非法采砂現(xiàn)象嚴(yán)重。現(xiàn)場實際施工情況發(fā)現(xiàn)擬鋼棧橋及鋼平臺在河中近80米的跨徑范圍內(nèi)水下地質(zhì)條件大部分為裸露巖床。根據(jù)地勘報告顯示，巖石層自上而下分為兩層：①強風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：棕紅色，風(fēng)化強烈，巖體結(jié)構(gòu)風(fēng)化破壞，巖芯呈土狀、碎塊狀，易碎，遇水易軟化，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。厚度：1.2m；鉆孔樁樁側(cè)土摩阻力qik=90Pa，地基土承載力[fa0]=300kPa。②中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：紅褐色，中等風(fēng)化，巖體結(jié)構(gòu)較完整，巖芯呈柱狀，遇水易軟化，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。天然狀態(tài)下單軸抗壓強度1.36～6.88MPa，平均4.81MPa。厚度4.97m；

本工程鋼棧橋及作業(yè)平臺主要由1座272m長×6m寬的鋼棧橋和5個15m×13m寬的平臺及相關(guān)配套設(shè)施組成。支承鋼管樁按照摩擦樁設(shè)計，設(shè)計承重70T,管樁直徑Φ630mm，樁長15m，整個鋼棧橋及鋼平臺共有157根鋼管樁，其中鋼棧橋管樁97根，鋼平臺管樁60根。

二、裸露河床段施工

在巖層裸露河段繼續(xù)往前推進(jìn)鋼棧橋及鋼平臺的施工。在該段河床施工鋼管樁基礎(chǔ)時，必須將鋼管樁施打到位，杜絕管樁底部脫空現(xiàn)象發(fā)生，同時嚴(yán)格控制好導(dǎo)向架及管樁的平面位置，防止施打過程中管樁觸巖彈跳導(dǎo)致平面位置變化，管樁立好后，及時與周圍管樁焊接橫向支撐，適當(dāng)?shù)脑黾訖M向支撐的道數(shù)，確保該根管樁的穩(wěn)定性。

施工過程中需要密切關(guān)注施工河道水位及流速的變化，遇到水位急速上漲或者流速變化加大時應(yīng)立即停止作業(yè)，將人員機械及時撤離，確保施工安全。考慮到施工作業(yè)面的重疊影響，加固施工以一個平臺為作業(yè)段。當(dāng)施工過一個平臺后，將加固作業(yè)的機械、材料調(diào)運至該平臺進(jìn)行加固作業(yè)，原鋼棧橋作業(yè)人員繼續(xù)往前推進(jìn)棧橋施工。

三、加固原理

通過澆筑混凝土進(jìn)行鋼棧橋加固的原理是利用混凝土在水中的重力(扣除混凝土浮力)、巖面摩擦力及鋼棧橋及平臺的重力來抵抗上游水流、漂浮物沖擊力及風(fēng)荷載對鋼管樁的傾覆力。

四、加固混凝土澆筑要求

(1)經(jīng)主管部門審核，加固方案需要考慮到在該非通航河道可能存在的旅游船通行影響，鋼管樁底部混凝土高度不宜超過2米。若混凝土計算高度超過2米，則采取降低混凝土澆筑高度，增大底部面積的辦法加固；

(2)計算鋼管樁及鋼平臺底部加固的混凝土高度對地系梁頂標(biāo)高的影響，需要與設(shè)計單位溝通是否能相應(yīng)調(diào)整地系梁頂標(biāo)高；

(3)及時清理鋼管樁底部淤泥層至巖層面，鋼棧橋清理一組(兩根樁基為一組)，澆筑混凝土一組,考慮加固混凝土與巖面的摩擦力，精準(zhǔn)計算加固混凝土的摩擦力對鋼管樁及鋼平臺承載能力的影響；

五、鋼棧橋及鋼平臺加固施工流程

(一)加固混凝土澆筑前準(zhǔn)備

1.清除基礎(chǔ)淤泥及薄層覆蓋物。施工前先用長臂挖機將圍堰內(nèi)松散的覆蓋層清理干凈，薄弱覆蓋層采用吸泥機結(jié)合潛水員下水作業(yè)方式進(jìn)行清除，其作用是清除薄層的覆蓋物，增大混凝土加固體與河床巖面的摩阻力。采取清除一組，加固一組的方式逐一進(jìn)行。

2.水下安裝模板。按照澆筑混凝土設(shè)計尺寸，選取好模板規(guī)格，按照1.5×1.8m標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行拼接。安裝前先在岸上進(jìn)行試拼，確保各部位連接到位。然后在需要澆筑的管樁位置焊接牛腿，將模板吊裝到牛腿上進(jìn)行拼裝。將拼裝好的模板通過吊車或者卷揚機進(jìn)行下放到河床位置。并在模板對向設(shè)置對拉螺桿固結(jié)，模板下放到位后，將模板與加固的鋼管樁用Φ16鋼筋固定象。

(二)澆筑加固混凝土

1.概述。禾洲大橋鋼棧橋及平臺管樁基礎(chǔ)加固通過下放導(dǎo)管形式澆筑水下混凝土。經(jīng)計算，考慮到+35.0米水深水流沖擊的安全性影響。鋼棧橋沿橋向，單排加固墩澆筑深度為2米，加固長度8.47米，寬度3.63米。鋼平臺加固深度為2米，加固長度15.63米，寬度14.63米。采用一次性澆筑成型的方式進(jìn)行。

2.設(shè)備場地平整，及混凝土運輸。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，先對棧橋管樁進(jìn)行加固。對于已經(jīng)架設(shè)好橋面板的棧橋加固位置，采取先撤除橋面板加固后安裝橋面板的形式進(jìn)行，平臺加固采取同樣的方式進(jìn)行。混凝土澆筑前通知好拌合站做好材料的準(zhǔn)備工作，在混凝土澆筑期間協(xié)調(diào)砼運輸車安全通行，確保混凝土連續(xù)澆筑。

3.導(dǎo)管安裝。為保證加固砼質(zhì)量，加固砼導(dǎo)管采用直徑31cm鋼管(灌樁用導(dǎo)管)，采用多管多點同時澆筑的方法。在安裝導(dǎo)管前首先測量模板內(nèi)基底至平臺頂?shù)膶嶋H距離，以實際尺寸進(jìn)行配管。安裝前導(dǎo)管應(yīng)嚴(yán)格按水封砼施工要求進(jìn)行水密試驗。并在平臺口設(shè)置平臺卡口保證導(dǎo)管距河床巖面底懸空10～15cm，導(dǎo)管間距對應(yīng)鋼管樁間距，混凝土擴散半徑取4米(按橋規(guī)及以往經(jīng)驗取值)。

4.混凝土澆筑。由于鋼平臺加固模板下沉施工時間較長，鋼模板可能會有沉淀河泥或其他施工雜物，為保證混凝土質(zhì)量，在模板封堵之前需潛水員利用高壓水槍進(jìn)行清理。采用導(dǎo)管壓水澆筑加固混凝土。

使用測錘作為澆筑過程中測量的主要工具。混凝土澆筑前，沿側(cè)模附近導(dǎo)管逐根測出初始深度，隨后測出該點標(biāo)高，標(biāo)高測量數(shù)據(jù)應(yīng)實時記錄，同時匯報給現(xiàn)場澆筑指揮人員。

六、施工中應(yīng)注意的問題

因鋼護(hù)筒接觸泥巖后施打過程中會彈跳，為防止鋼管樁在施打過程中發(fā)生位置偏離或傾斜，需經(jīng)常檢查鋼管樁的位置和垂直度，確保樁位偏差和垂直度滿足設(shè)計或規(guī)范要求。及時對巖面的管樁進(jìn)行橫向型鋼加固，防止管樁基礎(chǔ)走位。清理干凈巖面，保障加固混凝土的澆筑效果。澆筑前用測錘確認(rèn)加固范圍內(nèi)的河床面情況，確保收盤混凝土澆筑時，導(dǎo)管處在該加固范圍內(nèi)最低位置開始，盡量減少澆筑的混凝土遭水洗。

七、結(jié)語

本工程鋼管樁樁為整個鋼棧橋及鋼平臺的施工基礎(chǔ)，是施工進(jìn)度計劃的第一主線任務(wù)。通過以上方法，成功的解決了本工程中鋼管樁在裸巖面穩(wěn)定難題，還相應(yīng)的縮短了鋼棧橋及鋼平臺的施工工期，保證了鋼棧橋及平臺的整體質(zhì)量。但上述方法對潛水員依賴性很大，在施工成本控制方面需要做周詳考慮。

鋼棧橋作為近代或未來幾十甚是上百年不可或缺的臨時施工平臺，也在隨著時代科技的進(jìn)步和發(fā)展而不斷被改進(jìn)和變革著。作為未來的建設(shè)者，應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)新的施工技術(shù)完善自己，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造更先進(jìn)的施工工藝，以上施工方法只為拋磚引玉，作為以后類似地質(zhì)條件下水中基礎(chǔ)加固的參考經(jīng)驗。