深水裸巖棧橋及鉆孔平臺鋼管樁生根技術研究

賴以良 童長坤

（中交一公局廈門工程有限公司，廈門 361000）

0 引言

目前跨江跨海橋梁建設項目較多，鋼棧橋及鋼平臺應用廣泛。水深、流速急的水域地段且覆蓋層較淺或無覆蓋層的河床，鋼管樁無法深入河床，不能滿足管樁貫入度的要求。對于該類型復雜的地質條件，不僅需要保證棧橋的整體穩定，確保使用安全，還要解決基礎施工不穩，易于晃動的弊端，因而是棧橋及鋼平臺設計施工中需要重點解決的問題。為此，本文結合觀音峽嘉陵江特大橋搭設鋼棧橋的實例，對引孔栽樁錨固樁、沖孔錨固樁、錨桿錨固樁等3 種鋼管樁生根方式進行了分析。

1 工程概況

觀音峽嘉陵江特大橋位于嘉陵江下游觀音峽出口處，上距草街航電樞紐壩址約17.4km，距嘉陵江河口里程約52.1km，跨越Ⅲ級航道嘉陵江；橋位處水面寬枯水期最窄135m，洪水期可達255m；嘉陵江通航最高水位201m（56 高程），設計最低通航水位172.7m；橋位與水流方向夾角15.4°，成橋后通航孔凈寬150m。

觀音峽嘉陵江特大橋左線橋長1070.5m，右線橋長1260.5m，主橋為（124+235+124）m 預應力混凝土連續剛構橋。主墩高94m，墩身為雙肢薄壁空心墩，下部29m 為三箱薄壁結構，上部65m 為薄壁結構；承臺高5m，每個主墩樁基9 根，直徑為3m，樁長30m。

觀音峽嘉陵江特大橋主墩位置嘉陵江水位在173～175m 左右；左幅9#墩枯水期位于岸邊裸巖上，地面標高為180m 左右，樁頂標高177.3m；右幅14#墩枯水期位于水中裸巖中，河床面標高為166m～175m，水下裸巖為傾斜面裸巖，角度為43.2°，樁基頂標高為168.9m。

通過歷年的橋位軸段面流速進行統計，得知，20 年一遇洪水時段最大流速可達到5.43m/s，歷史記錄最大遇洪水位214.00m（黃海高程），20 年一遇最高洪水位199.32m（黃海高程），10 年一遇最高洪水位196.73m（黃海高程），5 年一遇最高洪水位194.09m（黃海高程）；常年水位174.2m（黃海高程）。嘉陵江洪水主要發生在汛期5～10 月。

觀音峽嘉陵江特大橋施工期間需搭設鋼棧橋進行施工，由于地處河床淺覆蓋層或裸露基巖區域，鋼管樁無法深入河床，嵌巖難度大，鋼管樁基礎穩定性差，無法滿足棧橋鋼管樁承載及抗傾覆的要求。此外，受地形地質等自然條件影響，嘉陵江汛期水位高，受漂浮物影響大，對棧橋鋼管樁生根技術要求更高。因此項目開工前，需對鋼管樁生根的方法進行調查和分析，以尋找適用于本項目的最佳生根方法。

2 鋼管樁生根的技術

2.1 引孔栽樁錨固樁

結合其他工程相似地質施工經驗，可采用引孔栽樁灌砼法加固。灌砼法的原理為對鋼管樁無法打入的巖層進行水中引孔，引孔深度不小于設計值，然后插入鋼管樁至孔底，并與巖層面完全接觸，對插入完成的孔進行水下灌砼，并滿足鋼管樁的承載力及抗傾覆要求。

施工平臺一般由兩艘平板舶拼裝在一起，以實現移動施工，如圖1 所示。旋挖鉆搭設在平板舶上，并行駛至指定位置。平板舶上共設置4 個卷揚機，每個平板舶共設置2 個，互成90°夾角進行布置。通過運輸船舶來下霍爾錨，用霍爾錨固定4 根鋼絲繩的末端，然后經4 臺卷揚機來實現平臺位置穩定和克服旋挖機工作時對船舶產生的扭矩。卷揚機的電源由船上發電機提供。

圖1 引孔工作施工平臺

采用旋挖鉆進行引孔，孔徑大小為120cm，入巖不小于5m，然后灌注混凝土，灌至河床頂以上。引孔施工過程中，需仔細核對現場地質并觀察引孔入巖的情況，確保引孔長度為入巖層后的深度，入巖不小于5m，如圖2 所示。旋挖鉆鉆頭下放至河床頂后開始鉆進，根據鉆取的渣樣和鉆孔的功效，判定是否有覆蓋層和入巖深度，并記錄旋挖鉆鉆頭下放的深度。

圖2 引孔栽樁示意圖

根據實際地形地質情況，覆蓋層厚度如果小于2m，可直接引孔施工，引孔深度應確保入巖5m 的要求。引孔完成后，直接利用履帶吊將鋼管樁插入孔內，利用履帶吊和汽車泵對鋼管樁灌注水下混凝土。將料斗調運至鋼護筒頂口，用導管將砼灌至鋼護筒內，需將砼灌至河床頂以上，灌砼方量根據引孔深度及覆蓋層厚度確定。灌砼完成后，采用履帶吊配合DZL-90 振動打樁錘將鋼管樁夾起，緩緩提高2m，此時鋼管樁內的砼落入引孔的孔內，振動插打、下沉鋼管樁。在插打過程中應注意調整鋼管樁的垂直度，直至將鋼管樁底口落入巖層，引孔灌砼法如圖3 所示。

圖3 引孔栽樁無覆蓋層灌砼法施工

2.2 沖孔錨固樁

棧橋為板凳樁形式，可在棧橋上下游兩側各增加一根Φ1000mm 的鋼管樁，采用沖孔錨固。在鋼管樁內沖孔，然后再進行鋼筋混凝土錨樁施工，并使鋼管樁與基巖形成一體，確保整體的穩定，實現錨樁與棧橋、平臺的牢固聯接。

在棧橋橋面板安裝完成后，在橋面板上放置沖擊鉆，采用沖擊鉆進行管內鉆孔，利用Φ800mm 鉆頭進行管內鉆進，進入巖層5m 以上，安裝鋼筋籠，然后灌注混凝土。鋼管內混凝土高度4m（即混凝土灌注高度至少為9 米），鋼筋籠直徑為0.8m，鋼筋籠凈保護層為5cm，鋼筋籠長為9 米。沖擊鉆鉆孔施工平臺如圖4 所示，淸孔后下放鋼筋籠如圖5 所示，沖孔錨固樁及孔內鋼筋籠如圖6 所示。

圖4 沖擊鉆鉆孔施工平臺

圖5 淸孔后下放鋼筋籠

圖6 沖孔錨固樁及孔內鋼筋籠示意圖

2.3 錨桿錨固樁

在河床薄覆蓋層或裸露基巖區域，鋼管樁無法深入河床，嵌巖難度大，鋼管樁基礎穩定性差，可采用直接插打鋼管樁+錨桿錨固的方案。鋼管樁通過錨桿與河床進行固結，以抵抗水平力及傾覆對樁產生的上拔力。

根據棧橋標高，在臨時鋼管樁上安裝下橫梁，拆除導向架，接長導向貝雷，進行臨時沖孔平臺搭設。臨時平臺的貝雷必須與已安裝的上一跨貝雷連接，至少安裝兩組。錨桿錨固樁施工平臺如圖7 所示。利用型鋼定位架定位，利用振動錘進行鋼管樁振動插打，記錄鋼管樁每分鐘振動插打的貫入度，當每分鐘的貫入度少于5cm 時停止振動插打?？紤]到斜坡地形的不穩定性以及斜坡上沖孔容易偏孔，沖孔過程中外側可能會塌孔，因此采用埋植鋼筋的方法進行樁底錨固，同時設置雙排樁以增強穩定性。鋼管樁振動插打完成后進行平聯施工，然后搭設臨時鉆孔平臺鉆孔，鉆孔深度為河床基巖以下5m，鉆孔直徑為Φ11cm。鉆孔完成后，將一根9m 的Φ32 鋼筋栽植入基巖5m 內，然后對小鋼管進行孔內注漿，再在鋼管樁內澆筑C30 水下混凝土，灌注深度為4m，使外露的鋼筋與鋼管連接成整體。錨固樁施工如圖8 所示，錨桿錨固樁如圖9 所示。

圖7 錨桿錨固樁施工平臺

圖8 錨固樁施工

圖9 錨桿錨固樁

該方法解決了水下基巖面上鋼管樁基礎很難打入巖層足夠的深度以及斜坡上沖擊鉆難以鉆進的難題，通過相對較小的施工量將復雜的水下基巖面上鋼管樁基礎施工相對簡單化，保證了鋼管樁基礎的質量。

3 鋼管樁生根技術的選定

引孔栽樁錨固樁、沖孔錨固樁、錨桿錨固樁三種施工方法均有效解決了斜坡地段沖孔困難、河床裸露鋼管樁難以生根錨固、鋼管樁穩定性難以保證的難題，但鋼管樁基礎錨固深度需根據地層巖性進行計算，縱橋向單根鋼管樁的制動力，橫橋向單根鋼管樁的最大水平推力為流水壓力+貝雷梁及橋面系風阻力，采用等值梁法對橫橋向錨固深度簡化計算，計算出適用于本項目的錨固深度。

由于受嘉陵江汛期的影響，觀音峽嘉陵江特大橋需在5 月前完成墩柱出水任務。此外，墩柱施工標高需高于汛期時水位標高，因此工期非常緊。綜上分析，考慮到引孔栽樁錨固樁方法能快速搭設棧橋，因此該項目最終決定選用引孔栽樁錨固樁方法。

4 結束語

綜上所述，觀音峽嘉陵江特大橋施工期間需搭設鋼棧橋進行施工，由于地處河床淺覆蓋層或裸露基巖區域，鋼管樁無法深入河床，嵌巖難度大，鋼管樁基礎穩定性差，無法滿足棧橋鋼管樁承載及抗傾覆的要求。經過對引孔栽樁錨固樁、沖孔錨固樁、錨桿錨固樁等3種方法進行比較分析，結合觀音峽嘉陵江特大橋施工任務方面的要求，最終決定選用引孔栽樁錨固樁方法，并對在深水、急流、裸露基巖等復雜地質條件下搭設棧橋及鉆孔平臺提供了寶貴的經驗。