越江隧道間隙的沉樁施工技術(shù)

楊曉鳳

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

通過建設(shè)黃浦江沿岸的貫通隧道，將原本不連續(xù)的黃浦江沿岸各區(qū)域進(jìn)行連通。針對在距離上下行盾構(gòu)隧道極近的間隙中施工鋼管樁的需求，采用高頻免共振振動錘進(jìn)行施工[1-4]，達(dá)到了較好的施工效果。由于現(xiàn)場無重型機(jī)械路面停放環(huán)境，其岸邊水位線較淺，采用吃水位較低的浮吊設(shè)備吊起高頻振動錘進(jìn)行施工，通過計(jì)算潮水位來安排每日的施工時段。

1 工程概況

本工程位于黃浦江邊，標(biāo)段沿線2.3 km范圍皆鄰近世博大道，周圍無居民小區(qū)，紅線區(qū)域內(nèi)無需保護(hù)管線。新建M2碼頭區(qū)域北側(cè)為黃浦江，南側(cè)為世博大道，西側(cè)為畝中山水園，東側(cè)為白蓮涇碼頭區(qū)域。世博棧橋施工區(qū)域地下有西藏南路隧道穿過，在地鐵的60 m影響區(qū)范圍內(nèi)，且無施工道路。白蓮涇碼頭區(qū)域西接M2碼頭區(qū)域，東接南碼頭標(biāo)段，原為1919年建成的美商大來碼頭，在1989年重建成為白蓮涇木材碼頭 ，背景工程開工前已經(jīng)運(yùn)營近30 a（圖1）。

圖1 背景工程施工范圍示意

2 施工難點(diǎn)

工程建設(shè)場地位于梅賽德斯-奔馳中心前沿碼頭及畝中山水園之間，其中重點(diǎn)關(guān)注的1#鋼管樁，位于兩個老舊窄碼頭中間。老碼頭約建成于30 a前，其上部結(jié)構(gòu)及樁經(jīng)檢測已基本無承載力。窄碼頭正下方有西藏南路隧道橫穿而過，設(shè)計(jì)樁位位于西藏南路隧道上下行盾構(gòu)隧道間，鋼管樁與兩盾構(gòu)最近距離均為5.43 m（圖2）。

圖2 世博棧橋1#墩樁位置示意

1）沉樁難度大，標(biāo)高難以控制。1#墩鋼管樁采用長50 m、壁厚18 mm的φ1.2 m大直徑鋼管樁，需要穿越的第⑦層粉細(xì)砂厚度達(dá)14 m，如此大的樁徑、如此深的沉樁深度，對設(shè)備性能要求極高，且標(biāo)高難以控制。

2）周邊環(huán)境的保護(hù)要求高。世博棧橋的樁徑大，樁入土深度深，周邊分布有重要的市政設(shè)施（西藏南路隧道、地鐵越江段），其中1#墩鋼管樁位于兩條隧道間，樁與隧道邊最小凈距僅5.43 m，環(huán)境保護(hù)要求非常高，對周邊環(huán)境的保護(hù)是項(xiàng)目實(shí)施的一個重、難點(diǎn)。

3）1#墩樁測量定位、垂直控制要求高。世博棧橋1#墩樁位于西藏南路兩隧道間，對樁定位要求高，且該樁位布置在黃浦江水域中，施工極易受潮水及場地限制影響，在沉樁時垂直控制要求極高。

4）陸地限載、水域施工要求高。世博棧橋連接奔馳文化中心碼頭及對岸碼頭，橋體為跨江，因老碼頭均無法承載且受西藏南路及地鐵隧道上方的地路面限載限制，無法進(jìn)行陸上吊裝（圖3）。沉樁如選用大型浮吊，錨鏈的設(shè)置對周邊航道的通航有影響，船吊的選型也是本工程的一個難點(diǎn)。

圖3 世博棧橋1#墩樁立面示意

根據(jù)現(xiàn)場施工條件、鋼管樁施工內(nèi)容，擬采用高頻免共振振動錘施工工藝進(jìn)行鋼管樁施工，該工藝適用于環(huán)境保護(hù)要求高的施工環(huán)境，且具有較大的能量，能使樁體進(jìn)入較深土層。因高頻振動錘自重在8 t以上，需由起吊機(jī)械配合使用，由于現(xiàn)場無重型機(jī)械路面停放環(huán)境，且岸邊水位線較淺，擬采用吃水位較低的浮吊設(shè)備吊起高頻振動錘進(jìn)行施工，通過計(jì)算潮水位來安排每日的施工時段。在施工前，需在江上搭設(shè)施工操作架，以方便對鋼管樁進(jìn)行焊接等施工。

3 方案確定

背景工程的鋼管樁施工主要需克服以下幾個難點(diǎn)：其一是施工場地條件差，樁位周圍及岸邊均無能停放樁基施工重型設(shè)備的場地；其二為環(huán)境保護(hù)要求高，鋼管樁在地下需從兩盾構(gòu)隧道間穿過，最近處距離盾構(gòu)5.43 m；其三為1.2 m直徑樁需深入⑦2層土14 m以上，樁基施工機(jī)械需提供較大沉樁能量。

通過多次施工論證會的討論，最終確定沉樁機(jī)械采用高頻免共振振動錘進(jìn)行鋼管樁的樁基施工。

高頻液壓式免共振振動樁機(jī)是一種快速、高效、污染少的環(huán)保型振動樁機(jī)，工作時利用液壓發(fā)動機(jī)帶動主動軸旋轉(zhuǎn)，由一組或多組偏心輪同向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生垂直方向上的激振力，強(qiáng)迫樁基振動，使得樁基的內(nèi)摩擦力減小、強(qiáng)度降低，從而使樁體快速沉入樁基中。液壓元件傳遞功率較為方便，噪聲較小。

由于振動樁錘是利用周期性的簡諧振動來完成作業(yè)的，而樁基的自振頻率一般都比樁錘的激振頻率低，所以，當(dāng)振動樁錘加速或減速通過該自振頻率區(qū)域時，將產(chǎn)生短時間共振，引起內(nèi)部的應(yīng)力集中，對錘體及樁身均可能產(chǎn)生一定的破壞。免共振錘通過相應(yīng)設(shè)計(jì)避免了共振的發(fā)生，從而避免了上述破壞的可能性。

因現(xiàn)場無可停放大型起重設(shè)備的場所，且考慮到施工場所靠近黃浦江，初步確定采用浮吊吊起液壓錘進(jìn)行樁基施工。經(jīng)過與多家浮吊公司進(jìn)行接觸并踏勘場地，現(xiàn)場水位在高水位時近岸處能有1.5～2.0 m，低水位時淤泥則直接裸露，每日約有4 h的高水位施工時間。通過現(xiàn)場水位測量及潮汐水位分析，確定需要160 t浮吊才能滿足液壓高頻免共振振動錘吊起鋼管樁施工的需求。鋼管樁由運(yùn)輸船進(jìn)行運(yùn)輸。

因樁位位于江域上方，需搭設(shè)施工便道及施工操作架，樁位放線在施工操作架上進(jìn)行，要求施工操作架在水流等環(huán)境荷載及人員行走等荷載條件下，不產(chǎn)生較大振動及位移。

4 施工工藝流程

前期根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，準(zhǔn)備工作包括：選擇沉樁用錘；沉樁分段制作詳圖的編制；根據(jù)樁位布置的位置關(guān)系確定吊距及吊重，選擇合理的浮吊作業(yè)船；查詢沉樁作業(yè)時的潮汛資料，調(diào)查作業(yè)時船的吃水標(biāo)高。

施工流程：搭設(shè)水上吊裝及焊接平臺，同時用于樁位的定位及復(fù)核→清除水下障礙物→安裝垂直度控制專用調(diào)整架→根據(jù)潮汛資料，調(diào)整作業(yè)時船的吃水標(biāo)高→浮吊船定位及錨定→運(yùn)輸船材料及機(jī)械的到位→定位測量→首節(jié)垂直度校正→沉樁→樁空腔內(nèi)填砂至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.1 搭設(shè)水上作業(yè)平臺

先用鋼管腳手架搭設(shè)過江施工通道，該通道僅限于施工人員行走，嚴(yán)禁搬運(yùn)施工材料。

利用原有碼頭平臺擱置500 mm×300 mm型鋼，在1#鋼管樁周圍搭設(shè)操作平臺（圖4），在樁邊鋪設(shè)鋼踏板作為施工通道和作業(yè)平臺。作業(yè)平臺安裝完成后，用GPS測量定位儀定出樁位中心，并在作業(yè)平臺上做好控制線，并經(jīng)監(jiān)理和業(yè)主的復(fù)核。操作平臺上通過鋼管樁的孔徑控制在1.5 m內(nèi)，對鋼管樁進(jìn)行初定位。

圖4 水上作業(yè)平臺布設(shè)示意

4.2 沉樁施工及校正就位

水上鋼平臺搭設(shè)完成，鋼管加工運(yùn)至現(xiàn)場后，浮吊船用拖駁運(yùn)送進(jìn)場，根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)置4組錨鏈，然后由浮吊吊起液壓高頻免共振振動錘進(jìn)行鋼管樁施工。

在鋼管樁進(jìn)場后，對每節(jié)樁對稱焊接2組吊耳。本浮吊船有主副吊鉤，通過吊耳吊起鋼管樁后由振動錘夾具夾起鋼管樁進(jìn)行沉樁施工。

將鋼管樁通過操作架定位孔，利用控制線及對浮吊臂的移動控制鋼管樁至精確樁位，并通過平面上正交的2臺經(jīng)緯儀來校正樁的垂直度，垂直度校正好后，開啟吊車卷揚(yáng)機(jī)，將樁徐徐插入土中。

樁入土后，開啟振動錘，邊下沉邊校正樁的垂直度，如有傾斜，將樁拉起，如此重復(fù)，保證垂直度后方可沉樁。下沉過程中需始終保證樁的垂直度，樁位中心偏差控制在20 mm以內(nèi)，垂直度保證在1/500之內(nèi)。

因鄰近隧道施工，施工過程中對隧道的施工影響段進(jìn)行變形監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來指導(dǎo)下一步的施工，保證近隧道施工的安全性。

5 結(jié)語

通過建設(shè)黃浦江沿岸貫通道，對越江隧道上下行盾構(gòu)隧道間隙處的沉樁的施工進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約樁長7.5 m的1#墩鋼管樁相應(yīng)材料及加工費(fèi)5.56萬元，同時因方案經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)約成本19.85萬元。本工程總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)可為日后類似項(xiàng)目的施工提供借鑒。