城市高架橋鋼管樁快速施工技術

張 杲

1. 同濟大學 上海 200092；2. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 研究背景

傳統的城市高架橋采用支架現澆的施工方式，對周邊的環境和既有交通的影響很大，已不能滿足上海這座國際化大都市對于綠色施工的要求。基于此，裝配式橋梁施工技術應運而生，該施工技術不僅高效，而且可以大大降低施工過程對周邊環境的影響，實現真正的低影響施工。

裝配式技術符合“創新、協調、綠色、共享、開放”的理念，適應上海現代化國際大都市的防治污染、緩解交通擁堵和文明施工的要求。在上海迎來橋梁裝配式施工發展契機的時代，樁基作為橋梁施工的重要組成部分，目前通常采用的樁型及施工工藝，與裝配式橋梁綠色、環保的理念卻不相匹配。

目前城市高架橋梁基礎樁基多采用鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁的施工效率較低，并且鉆孔樁施工產生的泥漿、噪聲等污染較大，不利于文明施工；這與預制裝配式高架橋快速、高效、低影響的特點并不匹配。而鋼管樁具有承載力高、擠土效應低、土層擾動小、施工速度快、對周邊環境影響小等優勢[1-6]，這些優勢與預制裝配式高架橋的特點相匹配，因此對于城市高架橋鋼管樁快速施工技術的研究方興未艾。

2 工程概況

2.1 工程簡介

S3公路先期實施段新建工程位于上海市浦東新區，北起S20，南至周鄧公路，全長約3.1 km。本工程作為迪士尼配套工程，擬為迪士尼開園后極端高峰客流提供必要的疏解通道。

本標段為S3X-2標，從秀浦路北側到周鄧公路南側，對應主線樁號為K3＋157.9～K4＋886。主線高架標準橋寬25.5 m，采用預制簡支變連續預應力小箱梁，4～5跨一聯；下部結構采用φ700 mm鋼管樁，樁長45～53 m，全長共有鋼管樁樁基516根；承臺采用鋼筋混凝土現澆形式，厚2.2 m；中墩立柱采用雙柱式，邊墩單柱式，立柱截面尺寸1.8 m×1.8 m（圖1）。

圖1 鋼管樁基礎設計

2.2 工程特點

2.2.1 ?施工周期短、任務重

上海迪士尼于2016年6月16日開園，本工程隨后進行招標，招標文件要求主線高架需在2016年底前完成通車，主線全長1.728 km，建設周期不到6個月時間，相比于傳統的橋梁建設，本工程的建設周期僅為傳統建設周期的1/4。

2.2.2 ?施工過程不影響既有軌交16號線正常運行

設計主線高架緊鄰既有軌交16號線，最小距離僅13 m。本工程需在不影響軌交16號線正常運營的前提下快速地完成樁基施工任務。

3 施工方案

由于工期緊，任務重，且施工范圍距離現有軌交16號線較近，若采用傳統的施工方式進行施工，工期目標不能完成，同時對現有軌道交通可能產生危害。因此項目部技術部門經過研究，最終決定選用ICE-RF70型免共振液壓振動錘配合壓樁導向架進行鋼管樁的快速施工，不僅滿足了工期需求，同時避免了對現有軌交16號線的運營安全產生影響。

ICE-70RF免共振液壓振動錘是目前世界上最大的液壓免共振錘。它無共振，振動頻率超高，轉速達到2 000 r/min，可配合使用起吊能力大于80 t的起重機。可在密集城市中振動受限制的區域快速施工長60 m以上鋼管樁。相比于靜壓樁機，可更好地保護周邊建筑不受影響，節省工作時間和施工成本。

相比于低頻電動錘，高頻液壓振動錘幾乎不會引起土壤共振，土塞和擠土效應遠低于一般錘擊樁，振動錘噪聲低且保持恒量。鑒于以上優點，其較適合本工程的具體情況，因此本工程選用ICE-RF70型免共振液壓振動錘進行施工（圖2）。

圖2 ICE-70RF免共振液壓振動錘

傳統的鋼管樁施工多采用履帶式導向方式進行鋼管樁的喂樁和接樁，這樣既浪費時間又無法保證鋼管樁的垂直度，因此經研究，本工程設計出鋼管樁壓樁導向架配合高效振動樁錘進行鋼管樁的施工。通過壓樁導向架的輔助，將喂樁、接樁、壓樁等原本連續進行的工序拆分，通過在不同工作面展開上述工序，以科學的流水作業安排施工，從而達到節約時間、快速施工的目的。

4 導向架設計

導向架根據城市高架橋群樁基礎以承臺為模塊且樁位設計相同這一特點進行設計，考慮到鋼管樁長度、放置穩定性、施工機械性能等因素，導向架設計高度為10 m，開孔按樁位設計設置，采用鋼框架、混凝土配重底座并設計垂直度輔助設施（圖3、圖4）。

圖3 導向架設計立面示意

圖4 導向架框架設計流程

5 鋼管樁打設施工方法

5.1 鋼管樁施工流程

施工場地地基處理→導向架安裝及定位→吊機、樁錘進場調試→鋼管樁進場→第1節鋼管樁喂樁→壓樁至導向架頂部→滑動上部橫梁、讓出樁錘空間→壓樁至導向架底面→復位導向架橫梁→第2節鋼管樁喂樁→焊接→第2節鋼管樁壓至導向架頂部→滑動上部橫梁、讓出樁錘空間→壓樁至設計標高→移動導向架至下一個承臺

5.2 鋼管樁精確定位

根據設計及樁錘性能，液壓樁錘僅能將鋼管樁送至地面以上800 mm左右，將地面開挖至鋼管樁承臺墊層的底面標高處，導向架底座在此標高處組裝，同時確保開挖面平整。

通過測量放線確定樁位，將導向架底座分3塊吊裝至相應位置，并相互拼接；上部鋼結構架體進行整體吊裝。在導向架底板及頂部定位孔安裝定位導向輪，確保喂樁時鋼管樁的定位精確（圖5）。

圖5 導向架定位導向輪

5.3 鋼管樁流水施工

準備2套鋼管樁導向架，分別置于2個經開挖并做好整平工作的待施工承臺處。根據履帶吊行走范圍做好地基加強，將鋼管樁堆放在2個承臺中間不影響履帶吊行走的區域，振動錘動力站置于合適的位置，確保振動錘在施工過程中可以在2個承臺上進行壓樁，喂樁采用80 t履帶吊，壓樁采用250 t履帶吊。

具體施工流程如下：

首先由80 t履帶吊進行1#承臺第1節鋼管樁的喂樁→1#承臺喂樁結束后，由250 t履帶吊吊起的振動錘進行1#承臺第1節鋼管樁的打樁施工，同時由80 t履帶吊進行2#承臺第1節鋼管樁的喂樁→待1#承臺第1節鋼管樁完成打樁后，由80 t履帶吊進行1#承臺第2節鋼管樁的喂樁并且同步開始1#承臺鋼管樁的焊接，同時由250 t履帶吊吊起的振動錘進行2#承臺第1節鋼管樁的打樁施工→待2#承臺第1節鋼管樁打樁完成后，由80 t履帶吊進行2#承臺第2節鋼管樁的喂樁并同步開始2#承臺鋼管樁的焊接→待1#承臺第2節鋼管樁焊接并冷卻以后，由250 t履帶吊吊起的振動錘進行1#承臺第2節鋼管樁的打樁工作→待2#承臺第2節鋼管樁焊接并冷卻以后，由250 t履帶吊吊起的振動錘進行2#承臺第2節鋼管樁的打樁工作，同時1#承臺的導向架可進行拆卸轉移工作

通過上述多工作面的展開，可以有效地減少機械與人員的停滯時間，提高整體的施工效率。

5.4 控制要點

沉樁時，樁錘、替打段和樁身宜保持在同一軸線上，替打段保持平整；剛開始振動沉樁時，開最低能量擋，待樁有明顯貫入度后，再加大能量繼續沉樁。在沉樁過程中，若出現貫入度異常、樁身突然下降等現象，應立即停錘檢查[7-9]。

技術人員實時觀測打樁的貫入度、入土深度并進行同步記錄。鋼管樁的第1根鋼管樁壓樁完畢后，進行檢查驗收，各項指標滿足設計及有關規范要求后，再進行其余鋼管樁的施工。

5.5 注意事項

1）施工前承臺周圍履帶吊行走區域需進行地基處理，滿足80 t履帶吊行走要求。

2）安裝導向架底座前做好承臺基坑排水措施，防止坑底泡水，引起導向架傾斜。

3）沉樁前對導向架、樁錘、動力機械等主要設備部件進行檢查。振動錘中心與鋼管樁中心保持一致，開始以小的振動力，逐步增大，一次完成沉樁作業，作業過程中盡量不停頓、少停頓，避免土的阻力恢復，保證沉樁順利進行。

4）沉樁前對導向輪進行檢查，防止導向輪卡死影響鋼管樁施工垂直度。

5）在鋼管樁施工過程中，采用便攜式測斜儀進行垂直度的測量，并用全站儀進行復核。

6）移動導向架時應將上部滑移裝置進行固定，防止移動過程中滑移裝置沖軌脫離；移動時將底座與主體框架連接螺栓松開，主體框架整體由履帶吊吊起放置到下一個即將施工的承臺附近，然后底座分3塊移動到下一個施工的承臺。

6 實施效果

通過設計定位導向架，使得鋼管樁施工可以實現批量喂樁、批量焊接及連續壓樁，同時提高了鋼管樁施工的垂直度。再經過合理的工序安排以及科學的管理，從而大大提高了鋼管樁的施工效率。

在本工程的施工過程中，最快每天可完成24根鋼管樁施工。傳統施工方式下一根鋼管樁成樁需3～4 h，而采用該快速施工流程施工平均每根樁僅需1 h，相比之下該快速施工流程提升效率3～4倍，大大縮短了施工時間，取得了良好的社會和經濟效益。

7 結語

1）利用壓樁導向架進行鋼管樁的施工，滿足鋼管樁精度和垂直度的要求，同時滿足快速施工的要求。

2）導向架可重復利用，節約了材料。

3）此鋼管樁施工方法，在實際中運用熟練，安全可靠，施工效率高，對以后類似城市高架鋼管樁基礎施工有一定的借鑒意義。