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有限公司 湖南 長沙 410005)

一、工程概況

長沙市岳麓區禾洲大橋施工項目，跨越河流為湘江支流，無通航要求。在上世紀末，該河道遭到非法采砂現象嚴重。現場實際施工情況發現擬鋼棧橋及鋼平臺在河中近80米的跨徑范圍內水下地質條件大部分為裸露巖床。根據地勘報告顯示，巖石層自上而下分為兩層：①強風化砂質泥巖：棕紅色，風化強烈，巖體結構風化破壞，巖芯呈土狀、碎塊狀，易碎，遇水易軟化，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。厚度：1.2m；鉆孔樁樁側土摩阻力qik=90Pa，地基土承載力[fa0]=300kPa。②中風化砂質泥巖：紅褐色，中等風化，巖體結構較完整，巖芯呈柱狀，遇水易軟化，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。天然狀態下單軸抗壓強度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寬的平臺及相關配套設施組成。支承鋼管樁按照摩擦樁設計，設計承重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往前推進鋼棧橋及鋼平臺的施工。在該段河床施工鋼管樁基礎時，必須將鋼管樁施打到位，杜絕管樁底部脫空現象發生，同時嚴格控制好導向架及管樁的平面位置，防止施打過程中管樁觸巖彈跳導致平面位置變化，管樁立好后，及時與周圍管樁焊接橫向支撐，適當的增加橫向支撐的道數，確保該根管樁的穩定性。

施工過程中需要密切關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立即停止作業，將人員機械及時撤離，確保施工安全。考慮到施工作業面的重疊影響，加固施工以一個平臺為作業段。當施工過一個平臺后，將加固作業的機械、材料調運至該平臺進行加固作業，原鋼棧橋作業人員繼續往前推進棧橋施工。

三、加固原理

通過澆筑混凝土進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、漂浮物沖擊力及風荷載對鋼管樁的傾覆力。

四、加固混凝土澆筑要求

(1)經主管部門審核，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高的影響，需要與設計單位溝通是否能相應調整地系梁頂標高；

(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備

1.清除基礎淤泥及薄層覆蓋物。施工前先用長臂挖機將圍堰內松散的覆蓋層清理干凈，薄弱覆蓋層采用吸泥機結合潛水員下水作業方式進行清除，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行。

2.水下安裝模板。按照澆筑混凝土設計尺寸，選取好模板規格，按照1.5×1.8m標準模板進行拼接。安裝前先在岸上進行試拼，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行拼裝。將拼裝好的模板通過吊車或者卷揚機進行下放到河床位置。并在模板對向設置對拉螺桿固結，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加固通過下放導管形式澆筑水下混凝土。經計算，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行。

2.設備場地平整，及混凝土運輸。根據現場實際情況，先對棧橋管樁進行加固。對于已經架設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行，平臺加固采取同樣的方式進行。混凝土澆筑前通知好拌合站做好材料的準備工作，在混凝土澆筑期間協調砼運輸車安全通行，確保混凝土連續澆筑。

3.導管安裝。為保證加固砼質量，加固砼導管采用直徑31cm鋼管(灌樁用導管)，采用多管多點同時澆筑的方法。在安裝導管前首先測量模板內基底至平臺頂的實際距離，以實際尺寸進行配管。安裝前導管應嚴格按水封砼施工要求進行水密試驗。并在平臺口設置平臺卡口保證導管距河床巖面底懸空10～15cm，導管間距對應鋼管樁間距，混凝土擴散半徑取4米(按橋規及以往經驗取值)。

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，為保證混凝土質量，在模板封堵之前需潛水員利用高壓水槍進行清理。采用導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，沿側模附近導管逐根測出初始深度，隨后測出該點標高，標高測量數據應實時記錄，同時匯報給現場澆筑指揮人員。

六、施工中應注意的問題

因鋼護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生位置偏離或傾斜，需經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計或規范要求。及時對巖面的管樁進行橫向型鋼加固，防止管樁基礎走位。清理干凈巖面，保障加固混凝土的澆筑效果。澆筑前用測錘確認加固范圍內的河床面情況，確保收盤混凝土澆筑時，導管處在該加固范圍內最低位置開始，盡量減少澆筑的混凝土遭水洗。

七、結語

本工程鋼管樁樁為整個鋼棧橋及鋼平臺的施工基礎，是施工進度計劃的第一主線任務。通過以上方法，成功的解決了本工程中鋼管樁在裸巖面穩定難題，還相應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步和發展而不斷被改進和變革著。作為未來的建設者，應該不斷的學習新的施工技術完善自己，并在此基礎上創造更先進的施工工藝，以上施工方法只為拋磚引玉，作為以后類似地質條件下水中基礎加固的參考經驗。