圍堰管樁難施打 “水刀”工藝巧解題
——新港高速公路雙柳長江大橋北岸右幅主塔承臺封底建設實錄

■文/圖｜許豹

2023年1月20日，主墩圍堰首根鋼管樁施打，圖為上游承臺圍堰西北角。

何為“水刀”工藝？簡言之，就是通過在鋼管樁頭安裝噴射高壓水柱切割地層達到成樁的工藝。面對圍堰管樁進尺難問題，中交第二航務工程局有限公司（以下簡稱“中交二航局”）在由湖北交通投資集團有限公司（以下簡稱“湖北交投集團”）投資建設的新港高速公路雙柳長江大橋及接線工程項目施工中，創新應用“水刀”工藝，確保項目部在預定工期內完成北岸主塔右幅承臺圍堰施工，為后續施工有條不紊地進行打下了良好基礎。

3月15日清晨5時，中交二航局雙柳長江大橋項目總工程師陳誠被邀請到主墩工區現場，與建設者們共同見證最后一根圍堰鋼管樁的施打過程。只見操作員操作135噸履帶吊將鋼管樁調整到指定位置并控制好垂直度后，按下啟動鍵，振動錘開始“咚咚”作響，其強大的激振力使人在50米外都能清晰感受到大地在“顫抖”。此時，只見20多米長的圍堰鋼管樁像“筷子插進豆腐塊”一樣，平穩地被施打到位，半個小時后便“消失”在了地面以下，這標志著項目主墩承臺圍堰管樁成功合龍。

“成功合龍的背后承載了我們每個人付出的汗水，從一開始圍堰管樁一根都打不進去，到每天艱難地施打2至4組，再到高峰期每天施打8至11組，一路走來，我們成功攻破了在黏土層、粉砂層地質條件下的鋼管樁施打難題！”主墩工區經理呂雙江激動地介紹說，攻破這一難題的關鍵技術在于項目部采取的“水刀”工藝上。而這一工藝應用的背后還承載著一個有趣的故事。

武漢新港高速公路雙柳長江大橋及接線工程項目位于武漢市東部，路線全長35.04公里。項目由湖北交投集團投資建設，起點與已建S5武英高速相接，跨越長江后，終點與黃鄂高速相接。由中交二航局承建的工程為XGTJ-3標段，主要實施內容包括：主橋北岸錨碇、北岸主塔、下游側纜索系統、北段鋼箱梁（含跨中梁段）及主橋附屬結構。武漢雙柳長江大橋是目前長江上最寬的鋼箱梁懸索橋，主跨為1430米，于2023年初完成主墩樁基施工后，立即進入承臺建設階段，首當其沖的便是承臺圍堰施工。大橋承臺采用分離式矩形承臺，共分兩幅，單幅承臺長35.5米、寬29米、高8米。根據設計要求，單個承臺共需99根鋼管樁與99根鋼板樁通過鎖扣連接并施打成一個閉環矩形方可達到承臺支護、開挖要求。這些管樁都要穿過黏土層、砂層才能在地下完全“站穩腳跟”。

然而，“水刀”工藝并非項目之初的第一選擇。根據項目地質勘探報告，承臺圍堰鋼管樁施工區域從上到下分別是種植土、淤泥質土、“粉土+泥質粉砂”，并沒有特別堅硬的巖層。針對這么低強度的地質情況，項目部信心滿滿，并依據施工經驗比選，制定了振動錘在管樁頂部直接施打，由導向架進行管樁垂直度控制的施工方案。然而，在施工過程中，現場卻出現了“事與愿違”的情況。

“呂經理，這振動錘都快打冒煙了咋還打不下去？”現場人員在施工中發現，鋼管樁穿越種植土和淤泥質粉土地質時能夠平穩下沉，但當管樁進尺到13米至15米左右時，剩余的8米至9米卻無法正常進尺，即使將振動錘開到最大，半小時也進不了幾公分。這一情況立刻傳到了呂雙江耳中。“是不是遇到硬茬兒了，下面是不是有大石頭？”“來回插拔管樁再施打試試看？”“是不是我們選型的振動錘型號小了？”現場人員經過采取換樁位施打、來回插拔施打等一系列措施后，發現情況依然存在，項目部的每個人都露出了一臉茫然的表情。大家意識到，這一情況屬于共性問題。通過對比地質報告，現場技術人員分析發現，管樁之所以施打不下去全都是因為是卡在泥質粉砂層的這個區間。

水刀引孔

“泥質粉砂層又不是很硬，為什么就是打不進去呢，不應該啊！”這種情況呂雙江從未遇到過，依照他積累的施工經驗，或遇見非常硬的地質情況直接引孔打樁，或遇到軟基振動錘直接施打到位。于是，他及時向陳誠作了匯報。得知這一情況后，陳誠立即趕赴現場進一步了解情況，隨后召集項目部技術管理團隊與湖北交投集團技術團隊組織召開了專題會。經過分析討論，最終大家一致認為：這種泥質粉砂層似泥非泥，似砂非砂，可塑性強且流動性差。圍堰鋼管樁基樁頭進入比較密實的泥質粉砂層后，振動錘激振越強，泥質粉砂層就越密實。該泥質粉砂層雖強度不高，卻是有彈性的板結體，鋼管樁頭要想突破這一板結體，不僅要面臨越振越密實所帶來的摩阻力增大情況，還要面臨大部分激振力被這一板結體彈性結構抵消的情況，就像“一根筷子插在一塊質地堅硬且有反彈力的橡皮或橡膠上”。

找到了原因，又該如何解決呢？會后，大家依據引孔打樁的思路制定了兩種引孔方法：一種是使用旋挖鉆鉆孔，再將鋼管樁施打進去，但大量取土工作會對現場施工造成很大影響，且施工成本高；另一種是使用螺旋鉆鉆孔，可以提前破除土層硬度減少施打阻力，但成孔功效慢，經與施工方溝通后發現，螺旋鉆最多只能保持15米鉆孔深度的垂直精準度。這兩種方法均存在各自優缺點，使得陳誠有了更多的考量。

上游承臺第一層澆筑

圍堰增設水刀引孔設備

“有心者天助之，當你為某件事情苦思冥想時，上天會不經意地給你暗示。”陳誠笑著說道。會后第二天，陳誠用過晚餐后去往現場檢查施工情況，當行至項目部駐地時，幾名職工的孩子正在停車棚側面的一堆沙子上玩耍，其中一個小男孩拿著礦泉水瓶往沙子上噴水。當看到水柱從礦泉水瓶蓋小孔中噴射而出，立刻將沙堆沖出一個洞時，陳誠腦中閃現一道靈光，“既然水柱能沖開沙堆，那高壓水柱能否沖開鋼管樁前端的砂層”？于是，他急忙跑到洗車機旁，順手拿起高壓水槍對著沒有硬化的裸土地面進行沖刷，裸土地面經高壓水柱作用立刻被沖出一個十幾公分深的大洞。此時，陳誠心里已經有了底。

“我們不妨試一試‘水刀’工藝。”陳誠對技術團隊介紹，“水刀”工藝即通過高壓噴頭噴水柱沖擊切割泥質粉砂層，高壓水刀面對強度較高的巖層或土層可能功效不高，但是對這種強度不高且有彈性的泥質粉砂層肯定會有出奇的效果。樁基前端通過噴射水柱把泥質粉砂層沖開，這樣就可以大大減小鋼管樁與土層間的摩擦力，沖散的泥質粉砂范圍不宜板結，從而避免了該區域泥質粉砂層的整體反彈，可大大提高圍堰鋼管樁的施工效率。

一經說明，陳誠的這個想法便立即得到廣泛認同。經湖北交投集團的技術指引與項目技術團隊的水壓公式測算與現場試驗，最終采用高壓水泵、Φ30mm無縫鋼管與十字刀頭制成了一個能高壓噴水的系統。同時，為了進一步提高施工效率且使管樁下沉均勻，項目團隊在鋼管樁兩側對稱設置了兩道水刀管線，配合振動錘同步使用。

安裝水刀后隨著增壓泵的開啟，立起的鋼管樁遠遠看去就像火箭發射般，底部噴射出的水柱如同火箭尾焰。經過測試，“水刀”工藝輕而易舉地沖開了砂層，確保了鋼管樁施打到位，徹底解決了鋼管樁進尺難題。通過觀察，起初該工藝日均成樁功效達到3組至4組，但這顯然無法滿足進度要求，于是項目團隊便從提升振動錘激振力方向找準突破口，對工藝進行優化。在選型振動錘時，原始方案考量的DZJ-120型振動錘功率遠遠無法達到要求，在經過成本與效率選擇后，項目團隊分別采用了3臺型號為DZJ-150、DZJ-180、DZJ-240的振動錘進行圍堰管樁的施打作業，進一步加快了圍堰管樁施打速度，峰值時每天可施打8組至11組，大大節約了施工時間。經過日夜雙班施工，項目部在預定工期內完成承臺圍堰施工，在這場與長江水位的賽跑中取得了階段性勝利。

5月5日6時，主墩工區高聳著的3臺天泵，以及建設者們在圍堰承臺內鋼筋上來回忙碌的身影，在朝霞映射下交相輝映。北塔上游右幅正在澆筑第二層4118立方米混凝土，待這層混凝土澆筑完成意味著主橋施工將正式進入上部結構節段，同時宣告項目部與長江水位斗爭的正式勝利。“陳總，若非我們采用了‘水刀’工藝解決了泥質粉砂層鋼管樁難以進尺的問題，加快了鋼圍堰施打進度，主塔承臺第二層混凝澆筑恐怕還要滯后大半個月。”聽著呂雙江真摯的話語，陳誠望著正在沖洗路面的水車尾部噴出的高壓水柱笑而不語。

隨著上游承臺第二層混凝土的澆筑，至5月中旬，下游承臺也已全面完成承臺澆筑任務。目前，雙柳長江大橋各項生產工作正有條不紊地進行著，待大橋建成后，將進一步增強武漢市過江通道供給能力，也將帶動鄂州市華容區及葛店開發區的經濟騰飛，有效推動武漢都市圈一體化進程，為沿線區域經濟社會發展提供重要支撐，對武漢都市圈乃至長江中游城市群建設具有重要意義。

主墩圍堰區域補勘，進一步獲取地層參數。