深水陡坡裸巖大直徑超長鋼護筒埋設關鍵技術

朱 銘,易 魯

（中交第二航務工程局有限公司,湖北 武漢 430000）

0 引言

深水大型鋼護筒通常采用大型起重船整體或分節下放+振動錘沉設到位，但面臨無大型起重船的庫內施工，起重設備比較受限，針對無覆蓋層地質振動錘液化能力較差，無法將大直徑鋼護筒插釘至預期深度。

該文依托某PPP項目特大橋主墩樁基鋼護筒施工為背景，深入分析和總結了深水陡坡大直徑超長鋼護筒埋設施工中，從設備選型到實施過程最后到實施效果的全過程施工技術，成功解決了橋位處深水、陡坡、巖面無覆蓋層等不利條件下的鋼護筒施工。

1 工程概況

1.1 工程簡介

該項目線路全長4.15 km，主橋為雙塔雙索面半漂浮體系鋼混組合梁斜拉橋，全長1 187 m[4×30 m鋼板組合梁+（60+160+500+160+60）m鋼混組合梁斜拉橋+4×30 m鋼板組合梁]。大橋跨越某水庫，其中6#主墩位于水庫區內，橋位處最大水深48 m，且為深水陡坡裸巖地質。橋型布置圖見圖1。

圖1 特大橋橋型布置圖（m）

主墩為整體式承臺，承臺布置24根直徑2.8 m的鉆孔灌注樁，樁長為66.0~73.0 m，持力層為中風化砂質板巖，巖層強度為42~52 MPa，樁基采用C35水下混凝土。

1.2 地質水文條件

主墩位于某水庫水下一小山體的斜坡面上，離岸約120 m，水深23~45 m，河床標高從+126.20~+139.30 m起伏變化，坡面平面坡度約35°，局部達到近45°。且橋位處表面為3~13.3 m的全風化砂質板巖，下層為完整性較差的強風化巖層。

該水庫汛期為每年的4月1日至9月30日，300年一遇流速小于1 m/s，高低水位差約18 m，基礎沖刷深度小于1 m。橋位處2017—2019年最低水位為+147.91，最高水位為+167.94。該水庫汛期控制水位見表1。

表1 水庫汛期控制水位

1.3 鋼護筒設計及加工

主墩樁基鋼護筒內徑按大于設計樁徑20 cm考慮[3]，壁厚21 mm，型號選定為Φ3 100×21 mm，護筒頂標高與鉆孔平臺頂面齊平，底標高按入巖3.0 m[4]控制，單樁鋼護筒長度根據各樁位處的實際巖面標高確定，鋼護筒長度為36~54 m不等。最大重量為84 t。受運輸、起重設備限制，鋼護筒采用加工廠內成品鋼板分節卷制，接長至10 m分段，通過水運轉至施工現場分節安裝。

2 鋼護筒施工起重設備選型

庫區內大型船舶資源匱乏，無起重船資源，且外界水路不通，如采用大型起重船只能引進拼裝式起重船。針對鋼護筒設備選型進行了詳細調研和對比：

2.1 龍門吊下放鋼護筒工藝

平均3個接頭，每個接頭按1 d計算，鋼護筒初打+護筒內沖孔3 m并澆筑混凝土按4 d計算，一個循環共7 d，安排6個作業面同步作業，即需一個月；第一輪鋼護筒施工完成后即可安排第一輪鉆孔樁施工，即7 d后即可開鉆。

2.2 300 t起重船下放鋼護筒工藝

護筒在后場接長，現場整根吊裝，鋼護筒內沖孔3 m并澆筑混凝土按4 d，第一批鋼護筒施工完成時間需要5 d，即5 d后可以開鉆。鋼護筒下放設備必選見表2。

表2 鋼護筒下放設備比選

綜合可知：300 t起重船費用高，且沒有明顯的工期優勢，因此選用90 t龍門吊安裝鋼護筒。

3 護筒埋設施工

3.1 總體施工工藝流程

由于鋼護筒最大長度為54 m，重量為86 t。鋼護筒的埋設必須做到精準定位，入巖錨固才能確保樁基施工安全可靠，通過技術調研，制定了以下整套鋼護筒錨固的施工工藝[1]。鋼護筒錨固工藝圖見圖2。

圖2 鋼護筒錨固工藝圖

3.2 樁位處河床找平

主墩樁位處坡度變化在2∶1~3∶2之間，護筒底口河床面最大高差達4.5 m，為確保鋼護筒下放后不發生傾斜、滑移等問題，需預先對樁位處陡坡巖面進行找平，現場采用沖擊鉆對河床進行反復沖鑿，找平區域中心線應比鋼護筒大10 cm以上。施工過程中，觀察沖擊錘自由下落時鉆頭是否平穩，類似于正常鉆進過程，并采用測繩對巖面鑿平的效果進行檢查，現場通過實測出鉆孔平臺頂至河床面的深度，樁位處巖面標高高差按5 cm以內控制，確保鋼護筒下放底口平穩。

3.3 導向架安裝

主墩鋼護筒導向裝置采用型鋼焊接組成的“井”字形雙層框式導向架，層間距約為3.4 m，導向架內口尺寸比鋼護筒外徑大10 cm以上。上層導向框架設置在鉆孔平臺的頂部，以保證護筒安放后的整體穩定性。下層導向框架設置在鉆孔平臺的頂層平聯上，導向架采用履帶吊安裝，安裝時測量進行精確放樣，導向架四周安裝可調節調位裝置，使鋼護筒在下放過程精確定位。導向架安裝見圖3。

圖3 現場導向架

3.4 鋼護筒運輸

鋼護筒管節由平板車從加工場運至臨時斜坡碼頭裝船。管節運至6#墩平臺處后，采用90 t履帶吊將管節從駁船上吊運至鉆孔平臺，將管節沿鉆孔平臺長邊方向擺放。

為防止鋼護筒節段在吊裝及運輸過程中發生變形，在每節鋼護筒管節兩端距離頂、底口各0.5 m處設置米字形內支撐，內支撐由[10焊接而成。

3.5 鋼護筒下放

按照鋼護筒管節的接長順序，采用90 t履帶吊配合90 t龍門吊吊裝各管節，最后龍門吊將鋼護筒管節吊運至樁位處，底口與導向裝置對中后進行下放。

當管節下放至頂口高出鉆孔平臺頂面1 m左右時，停止下放，在管節外壁對稱焊接4個型鋼牛腿，將型鋼牛腿臨時擱置在上層導向框上，并拆除頂口內支撐。上下管節對接時，通過導向裝置進行初步對接，測量復核管節的垂直度，調整上下管節順直度及相對位置，滿足要求后進行對接環縫的焊接。

管節對接完成后，繼續進行下放，重復上述操作直至鋼護筒接長至設計長度。龍門吊起吊整根鋼護筒，調整鋼護筒中心位置，確認位置準確后，在頂層限位架上測量出鋼護筒的“東西南北”4個邊點坐標，在護筒下放過程中通過4點坐標及吊錘法調直其平面位置及垂直度，滿足要求后在坐標點外焊接限位板，然后采用吊錘的方法，測出下層的限位點，并焊接限位裝置。鋼護筒平面位置及精度調節裝置見圖4。

圖4 鋼護筒平面位置及精度調節裝置圖

3.6 鋼護筒初振

為確保大直徑超長鋼護筒接長下放在至河床后有一定自穩能力，保證后續沖孔施工質量，在鋼護筒平面位置和垂直度滿足要求后，在鋼護筒頂部設置YZ-300型液壓振動錘進行初次入巖下沉施工，使鋼護筒進入全風化巖層并穩固鋼護筒底口[2]。

3.7 鋼護筒內沖孔跟進

鋼護筒初振入巖后安裝JK-15沖擊鉆機，沖擊鉆配備直徑3.02 m的鉆頭。根據類似工程實際經驗，直徑3.02 m的鉆頭所成樁孔直徑可達3.15 m以上，大于鋼護筒外徑。

由于表層為全風化砂質板巖，且鉆進深度不大，鋼護筒此時主要起導向作用，因此采用清水鉆工藝[5]。鉆孔開始時采用小沖程進行沖擊，鉆進深度出護筒后再加大沖程，鉆進過程中及時采用氣舉反循環進行清渣，護筒內鉆孔深度按3 m控制[2]。

實際施工中，孔壁局部不圓順，鋼護筒在自重作用下未有效自動下沉跟進的情況，在護筒頂口采用液壓振動錘輔助下沉跟進，直至鋼護筒嵌入巖層2.5 m以上（以護筒范圍內原巖面找平后最低點起算）。為確保后續澆筑的錨固混凝土能夠與樁底巖層有效結合并封堵鋼護筒與孔壁之間的縫隙，達到鋼護筒底口錨固和封堵的雙重效果，鋼護筒跟進至底口距離孔底50 cm左右，停止護筒下沉作業，最后復測鋼護筒的平面位置與垂直度，在護筒頂口焊接型鋼與平臺進行固結。

3.8 鋼護筒錨固

鋼護筒下放到位后，采用氣舉反循環清孔，在鋼護筒內下放安裝水密性試驗合格的混凝土澆筑導管，并在導管內安裝止水塞，然后在導管頂部安裝8 m3大集料斗，并配置2臺9 m3罐車進行樁底水下C25錨固混凝土首封施工[3]。

首封完成后，繼續進行錨固混凝土澆筑直至高度達到3 m，使混凝土充分填充鋼護筒與基巖之間的孔隙，將鋼護筒錨固在巖層中，完成鋼護筒的埋設工作。

4 實施效果

主墩共計24根樁基。鋼護筒埋設完成后，護筒垂直度、平面偏位均滿足規范及施工要求。樁基成孔過程中，鋼護筒狀態穩定，未發生漏漿事故，樁基完工后經第三方檢測均為Ⅰ類樁基，施工效果良好。

5 結語

主墩位于庫區，樁位區水深最高達45 m，施工區域為陡坡裸巖地形，鋼護筒施工難度大，且受柘溪大壩限制，無起重船資源。

事先采用沖擊鉆機對護筒區河床面進行找平，再利用90 t龍門吊及導向架分節安裝、接高并下放鋼護筒至河床面。沖擊鉆機在鋼護筒內進行沖孔作業，振動錘將鋼護筒跟進至巖面以下3 m后澆筑錨固混凝土，成功解決了庫區深水陡坡裸巖大直徑超長鋼護筒下放及防漏漿施工難題，施工效果良好，可為類似工程施工提供參考。