平潭海峡大桥深水浅覆盖层桩基施工技术

'平潭海峡大桥深水浅覆盖层桩基施工技术中交集团第二航务工程局四分公司孙立军[摘要]本文着重介绍了处于水深超过32m、覆盖层只有1m多厚的复杂海况条件下的平潭海峡大桥引桥墩-15#墩的钻孔桩基础施工技术，本工程创新的采用了步步为营的悬臂推进方式，低成本的解决了深水浅覆盖层处桩基施工的难题。关键词：平潭海峡大桥深水浅覆盖层钻孔桩施工平潭海峡大桥位于福州市，横跨海坛海峡，西起福清侧小山东，东至平潭岛娘宫，桥梁全长3510m，为渔溪至平潭高速公路的过海通道。引桥标准跨距50m；上部结构均为等截面预应力混凝土连续箱梁结构，下部结构为现浇墩身，带圆端的矩形承台，钻孔灌注桩基础。为了避免恶劣海况环境影响并且减少设备的投入，采用了全栈桥施工。栈桥宽7.0m，底部为钢管桩基础、上部结构为横梁、贝雷架和分配梁、次梁及面层结构。引桥部位的15#墩采用的6根直径2.5m的钻孔桩。具体如图1所示。图115#墩总体结构图平潭海峡大桥所处海域自然条件复杂、恶劣。实测最高潮位+4.23m，实测最低潮位-3.67m，潮差很大。桥区季风比较明显，风力可达10级，7~8级风居多，可施工天数不足1/2。桥位区每年6-9月台风多发，年平均台风影响次数：3.5次，实测最大风速：39.0m/s。桥区的海浪影响也很大。15#墩附近地质情况非常特殊，最大水深超过32m。覆盖层浅，只有1米多厚，下部为碎块状凝灰熔岩以及弱风化凝灰岩，岩面倾斜角度近20°，钻孔桩施工平台的钢管桩以及钢护筒等无法直接打入并稳固。与其相邻的14#、16#桥墩所处位置，地质情况相对较好。平潭海峡大桥深水浅覆盖层桩基施工技术就是为了解决这一施工难题而创新出来的。1.类似工程的施工方法目前，在处于水中且基岩裸露的地质部位进行桥墩基础施工，国内已有类似工程实例。主要 采用的方法有两种：一种是海上可升降施工平台施工法（如图2所示），另一种是整体式钢管架施工法（如图3所示）。封底混凝土围板图2海上可升降施工平台图3整体导管架施工法第一种施工方法即采用海上可升降施工平台的方法，是目前针对水中且基岩裸露的部位进行桥墩基础施工的比较快捷有效的一种施工方法。此种施工方法在浙江省嵊泗列岛的三礁港大桥成功应用。海上可升降施工平台具有四个液压支腿，可以在完成定位以后，将支腿插入海底覆盖层，并顶起船体，形成施工平台。然后，以海上升降平台为基础搭建桥墩钻孔施工平台。但是，海上可升降施工平台最大施工水深不能超过26m，而且对施工现场的风浪有要求。只对于这一个桥墩施工进行改造，成本太大，不太现实。另外，设备需调遣以及使用费用也很高高。此施工方法不可行。第二种施工方法即整体式钢管架施工法，是将搭建施工平台所需的钢管桩、钢护筒以及平连等材料在岸上采用焊接的方式进行整体预制。按照测量的桥墩处海底高程，在钢管架底部设置一定高度的封底混凝土围板。然后将钢管架整体吊装就位，再利用水下混凝土对整体钢管架底部进行封底，从而达到稳固钢管架的目的。稳固完成后，在钢管架顶部架设钻机进行钻孔施工。此种施工方法在金塘跨海大桥成功应用。由于15#墩基岩倾斜度很大（近20°），且桥墩平面面积相对于水深来讲很小，整体式钢管架抗倾覆能力不能保证，难以满足恶劣海况条件下的长期钻孔桩施工。整体钢管架自重很重，需采用500吨以上的大型浮吊，同样存在单次成本过高问题。水下封底混凝土施工，不易控制。故此，此种方法不适合本工程。2.工艺创新：步步为营、悬臂推进施工法根据本工程的地质、海况以及全桥的总体施工工艺，最后决定以桥墩北侧栈桥（如图4所示）为依托进行钻孔平台的搭建施工。但是处于15号墩范围的栈桥桩基，也同样存在不能打入并稳定的施工难题。解决了栈桥桩基的施工难题，采用同样的方法也就可以解决桥墩的基础的施工难题。为此，我们进行工艺创新。采取减小钢管桩间距，先悬臂，再简支冲孔锚固工艺，简称：步步为营、悬臂推进施工法。也就是说以14#、16#平台为起始端向15#墩逐步推进直至栈桥合拢。再以栈桥为起始平台，悬臂搭建15#钻孔平台。 图4栈桥及钻孔平台设计布置图在岩面裸露的水中实现钢管桩的锚固，只有采取冲孔、灌注混凝土的方式。首先固定好钢管桩，在钢管桩上面架设轻型冲击钻机，在钢管桩内冲孔。然后在孔内下放钢筋笼并灌注水下混凝土达到将钢管桩锚固于海底岩层的目的。此过程与钻孔灌注桩工艺基本相同。其锚固深度按照边界条件计算决定。本工程锚固深度按照不小于3倍桩径控制（钢管桩直径1.5m）。给钢管桩提供稳桩支撑以及为冲孔钻机提供施工平台就要靠架设悬臂梁来实现，即以已有稳固平台为基础架设悬臂梁。因为悬臂梁的稳定性比较差，特别是采用贝雷架悬臂梁，更易产生水平摇摆的现象。故此，需要对悬臂梁进行水平联系加强以及尽可能的缩短悬臂长度。尽可能的降低悬臂梁上的荷载。例如：选择重量很轻的小型冲击钻进行钻孔施工。为此，在原设计的基础上增加了钢管桩的数量（如图5所示）。增加了22~25#四根钢管桩桩，去掉了11#钢管桩。图5变更后的桩基布置图3.创新工艺施工步骤3.11~4#、5~8#钢管桩锚固施工根据地质报告显示，图5中所示的钢管桩1~4#、5~8#钢管桩可以满足单桩稳定要求。但是栈桥形成后，不能抵抗台风等大的风浪。其它钢管桩均不能满足单桩稳定要求。故此，1~4#、5~8#钢管桩采用打桩船进行沉桩作业。完成后立即进行夹桩，使钢管桩稳定。然后，焊接钢管平连 。在1~4#钢管桩以及14#墩平台上，架设贝雷梁（如图6所示）。在贝雷架上架设冲击钻，依次对1~4#进行冲孔施工。架设贝雷梁时，要注意原设置在钢管桩顶部的承重横梁以及贝雷梁均要避开钢管桩顶部，以免影响钻头的下放。可以采用在钢管桩侧面焊接牛腿，在牛腿上放置横梁的方式来实现（如图7所示）。另外在钻孔时一定要注意，不能连续钻孔施工。因为冲击钻的震动力比较大，会带动平台晃动，从而影响其它桩基。故此，当完成一根桩的浇注混凝土锚固施工后，应等待48小时后，再进行下一根钢管桩的钻孔施工。特别是第一根和第二根钢管桩施工必须严格控制间隔时间。5~8#钢管桩锚固施工与1~4#钢管桩锚固施工相同。图61~4#钢管桩施工平面布置图图7承重横梁的放置方式3.222#~25#钢管桩锚固施工将施工1~4#钢管桩的贝雷梁接长。在悬臂的贝雷梁下方设置两根导向定位梁，用于沉放22#、23#钢管桩的定位。钢管桩采用振动锤施振。由于覆盖层很薄，加之岩面倾斜很大，故此必须控制振动锤的力度。防止钢管桩下端卷边以及滑移。然后在22#、23#钢管桩的侧面，导向定位梁的下面焊接牛腿，形成与图7所示承重梁相同的结构。当冲孔锚固施工完成后，导向梁就完全转变成了承重梁。将贝雷梁恢复至设计状态（见图9）。24#、25#钢管桩的施工完全相同。图822、23#钢管桩施工平面布置图3.39#~13#钢管桩锚固施工22#~25#钢管桩锚固施工完成后，栈桥中间的跨距只剩下了30m宽的空当。为了节省时间，改用简支梁作为钢管桩的稳定支撑以及钻机的工作平台。简支梁采用33m加强型贝雷梁制作。以简支贝雷梁为基础施工9~13#钢管桩。其定位、下沉、锚固工艺同22#桩。 图99~13#钢管桩施工平面布置图3.415#墩钢平台搭建施工15#墩钢平台搭建施工主要分为钢管桩锚固施工以及钢护筒锚固施工。钢管桩锚固施工采用已搭建好的栈桥为起始平台，架设悬臂梁进行施工。施工完的钢管桩立即用平连与栈桥钢管桩相连形成稳固的平台。这样逐步悬臂推进完成整个平台钢管桩的锚固施工。利用锚固好的钢管桩，搭建钻孔施工平台。以钻孔施工平台为基础进行钢护筒沉放。架设大型冲击钻机，进行桩孔桩施工。因为钢护筒的入土深度非常有限，故此，当钻孔深度超过钢护筒底口6m以上后，将钢护筒接长，利用振动锤将钢护筒跟进下沉。钢护筒与周围基岩的缝隙采用水下灌注水泥砂浆的方式填充，以确保钻孔桩顺利完成。4.小结利用步步为营、悬臂推进施工法非常顺利的解决了平潭海峡大桥15＃墩深水浅覆盖层基础施工的难题。避开了大潮差、大风浪等不利自然条件的影响。低成本的完成了栈桥以及钻孔平台的搭建任务。栈桥以及15#墩平台完成后，还没有进行钻孔桩施工时，就经受了一次台风正面袭击，栈桥以及平台没有受到任何损伤。作者：孙立军（1973年3月）男高级工程师。1998毕业于重庆交通学院桥梁工程系桥梁工程专业。现任中交二航局平潭海峡大桥项目部总工公司名称：中交集团第二航务工程局有限公司第四工程分公司公司地址：安徽省芜湖市港湾路17号中交二航局四公司邮编：241000联系地址：福建省平潭县娘宫金井码头中交二航局平潭海峡大桥项目部邮编：350401电话：15806099200'