混凝土预制块抛填区水中桩钢平台与旋挖钻施工技术的应用

刘 琪

（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

0 前言

跨河、跨海大桥的施工技术已经相当成熟，越来越多的应用在现代的桥梁建设中，但在水中施工过程中，由于水底情况不明确，加之在后期防洪以及其他人类活动时难免抛填其他杂物于河道中，尤其在极易泛滥的河道中施工，大多为坚硬物体，如大体积混凝土预制块、各类建筑垃圾等。由于大量的坚硬不明物体的原因造成水中桩基施工极其困难，尤其是抛填坚硬物数量较多、分布密集、堆积厚度过高的情况下，出现施工平台无法搭设和循环钻将无法钻进，且冲击钻破碎冲击需要花费大量的时间，功效极其低下。在此情况下通过各项指标比选，选用钢平台、采用大功率旋挖钻施工，最终能攻克施工难题，极大的降低钻进时间、提高工作效率，具有广阔的应用价值。

1 工程概况

N-8公路是孟加拉首都地区通往孟西南部地区的唯一干线通道，是泛亚公路网在孟境内的重要部分，也是“孟中印缅经济走廊”的重要组成部分。北起孟加拉首都达卡市，横跨博多河，南至库尔纳市附近。

Arial Khan桥项目主要施工内容为：新建10×45m双线跨河大桥466.48m/1座，主桥墩位置与既有桥一致，引桥段的道路升级、加宽路面等，线路总长 666.5m。桥梁基础采用桩基础，桥台桩径1.2m，其他墩位桩径1.5m，最大桩长入土50m（自施工平台67m）。左右线联合高桩承台，最大砼方量862.5m³，桥墩为左右幅分离矩形墩，截面尺寸1.5×5m，最高9.1m，45mT梁为先简支后连续。

1#墩位处共设计18根，全部为水中桩，分3排布置，每排6根，桩间距4.5m，桩基直径为1.5m，设计桩长54.0m，全部采用永久钢护筒，批复钢护筒长度18.4m（设计桩顶以下）。

1.1 地理位置及周围环境

项目横跨Arial Khan河，周边为冲击平原，地势低平，地下水位较高。根据现有的地质资料推测，0～4m灰色松散的粉砂层，4～37m为灰色粉砂夹泥、松散～密实，37～54m淤泥质粉砂层 中密～密实，54～74m灰色粉砂密实。

该项目区域属于孟加拉国地震分区地图第二区，地震动峰值至加速度为 0.2（孟加拉国国家建筑规范，BNBC2006）。

既有桥梁为2007年建成，为双向二车道10×45m跨河桥。既有桥自东向西布置，分别为0#桥台、1～9#桥墩及10#桥台共10跨简支梁构成。

1.2 工程区地质及水文特征情况

⑴气象

孟加拉属热带，有夏季季风期，并且周期性地出现具有破坏性的旋风。从 3月至6月中旬，湿度大，白天最高气温达40℃以上。其后，从6月中旬至10月是夏季季风期。湿度仍然很大，但是气温却相对较低而且天气一般为多云。在从11月中旬至次年2月的凉爽季节，天气晴朗干燥而且相当适宜。在12月至1月这一整段期间，夜晚凉爽，气温降至10℃以下。

⑵水文

Arial khan河枯水期水流平稳，河面宽约180米，水面标高约为0.958m，旱季最大水深约15m,雨季最大水深约20m。雨季水位上涨约5米。河床底部为饱和粉土和粉细砂组成。

2 技术方案设计与工艺

2.1 水下地质情况勘探

设计资料及施工图纸均无地下特殊地质情况的描述，开工前组织地质勘探期间，钻探无法掘进。立即安排潜水员进行水下查明情况，经查看原河道防护混凝土预制块护坡底部已延伸至1#墩位处，并且护坡表面堆积大量混凝土预制块，混凝土预制块堆积高程在-5.0m以下，并在附近河道随处可见大量的建筑垃圾。

项目部立即展开走访附近村民调查以及向当地河流治理与研究院进行收集该段河道所有的防护治理施工等方案和措施，经调查主要有如下活动对该段河道的影响。

（1）新建Arial Khan河大桥临近既有桥梁，由于本地区对环保、水保工作无具体要求，加之环水保观念淡薄，在既有桥施工过程中，大量建筑垃圾直接向河中倾倒，如废弃混凝土、红砖、栈桥及承台底模施工时大量遗落的型钢、钢模板等。

（2）2009年当地政府组织对河岸东西两侧进行了加固处理，具体做法为平铺一层0.3m×0.3m×0.3m混凝土预制块进行防护，机械刷坡后，采用人工自0#桥台底部至1#桥台之间铺设C25混凝土预制块。混凝土预制块之间规则密集布置，无多余空隙，并且底部平铺一层土工布。

（3）2012年雨季期间，Arial Khan河出现泛滥，既有桥0#桥台上游面临决堤危险，当地政府组织临时防护，主要对河岸两侧进行抛掷C25混凝土预制块，尺寸主要为0.3m×0.3m×0.3m和0.5m×0.5m×0.5m等形式，采用小型货船运输，人工抛掷。根据河道研究院提供的混凝土预制块数量进行推算，堆积的混凝土预制块高度在3.0～5.0m之间。

2.2 方案初步设计与实践

经对收集的资料的分析和人工水下勘探，需要解决如何在混凝土预制块区水上搭设施工平台、如何解决桩基施工钢护筒打设的难题，以及确保钢护筒满足入土深度防止出现钻孔桩踏空和泥浆外漏，并在施工结束后河道内已防护的混凝土预制块需要重新抛填至原位置，为此进行了如下方案设想和实践。

（1）采用长臂挖掘机配合人工打捞，桩位处混凝土预制块全部清除，再进行护筒搭设和施做钢平台和施工。在实践过程中由于混凝土预制块全部在水下，采用25m长臂挖掘机打捞时，操作手无法知晓水下情况，平均每天打捞约200块混凝土预制块，效率十分低下。经测算1#墩位处混凝土预制块全部打捞预计需要10个月时间，在经过7天的挖掘机打捞后，停止该方案。

（2）采用人工配合吊车打捞，桩位处混凝土预制块全部清除，再进行护筒搭设，施做钢平台进行施工。潜水员在水下将混凝土预制块装在钢筋笼中，吊车负责调至岸边。根据打捞结果，平均每天打捞月400块混凝土预制块，经测算1#墩位处混凝土预制块全部打捞预计需要 5个月时间。并且潜水员在水下作业，吊车在水上作业，安全风险极大，在经10天打捞后停止该方案。

（3）原栈桥与钢平台设计方案为采用永久钢护筒为基础，施做钢平台，但在混凝土预制块堆积区施工永久钢护筒，则无法穿过混凝土预制块堆积层，更无法入土，无法进行钢平台搭设和桩基施工。

（4）采用钢管桩做支撑，施做钢平台，在钢平台上打设永久钢护筒，永久钢护筒采用振动锤打入，旋挖钻钻孔与钢护筒打入交叉施工，最终完成钢护筒打入深度以满足钻孔桩施工的要求。由于孟加拉物资材料短缺，钢管桩无储备，预计采购需要20天时间，钢平台及桩基使用预计共需要70天时间，总工期预计需要3个月时间。

2.3 确定技术方案与重要工序施工工艺

经比选，现场一直确定1#墩位处桩基施工采用钢管桩形成“板凳桩”平台，采用250kw 旋挖钻进行水中施工。具体方案及工艺 如下：

（1）钢平台尺寸为30m×16m（长×宽），顶标高4.0m（水面标高目前0.5m），所有钢材均为Q345型钢材，采用E6013级电焊条。

（2）采用φ630mm，d=12mm钢管作为钢平台桩基础，共4排布置，每排7根，共28根。钢管桩最大长度按穿过混凝土预制块层后12m控制。钢管桩顶标高确定为3.05m。钢管桩采用振动下沉的方式施工，75t履带吊配合75t振动锤施工。经施工统计共有 6根钢管桩施工时穿成功穿透混凝土预制块覆盖区，入土长度分别为11.5m、9.6m、10.8m、9.6m，其他钢管桩未能穿透混凝土预制块层，形成“板凳桩”的形式。钢管桩之间采用20#槽钢做水平连接及剪刀连接以增加“板凳桩”钢平台的抗倾覆稳定性。

（3）双拼I45工字钢做主梁搭设在钢管桩顶部，沿平台宽方向布置，在主梁顶部搭设I45工字钢分布梁，间距1.0m/根，共14根，工字钢主梁和分布梁接触点全部采用焊接连接方式。在桩基位置做适当调整，以不影响钢护筒施工为原则。钢平台面板采用平铺25#槽钢，面板槽钢之间净间距为50mm，与分布梁焊接牢靠。

（4）桩基施工永久钢护筒采用振动锤打入，当遇见整体性好的混凝土预制块时出现无法打入的情况时，立即停止永久钢护筒打入，改用旋挖钻钻进，在钻进破碎护筒内及底部以下 0.5～1.0m混凝土预制块时停止钻进，改用接长永久钢护筒，采用振动锤不断打入，反复采用旋挖钻破碎混凝土预制块与接长打入钢护筒施工多次施工，直至永久钢护筒完成穿过混凝土预制块覆盖层。以2-3#桩为例，钢护筒第一次打入至高程-6.6m时遇混凝土预制块无法打入，便停止继续打入，改用旋挖钻进行钻进，旋挖钻钻进破碎护筒内及护筒底板混凝土预制块至高程-7.5m后停止，改用接长钢护筒采用振动锤继续打入钢护筒，打入至高程-8.1m时再次出现无法打入的情况，便再次使用旋挖钻破碎护筒内及底部混凝土预制块，旋挖钻钻进破碎混凝土预制块至高程-8.9m时停止，改用接长钢护筒采用振动锤再次打入钢护筒。采用以上方案反复施工 4次成功穿透混凝土预制块层。在施工时需要注意，在破碎护筒内及底部混凝土预制块时每次掘进长度不得大于1.0m，防止周围混凝土预制块出现坍塌，造成钢管桩底部出现悬空。

（5）然后将永久钢护筒接长至设计长度，一次性打入至设计深度，按《孟加拉N-8公路Arial Khan大桥项目施工组织设计》由旋挖钻进行钻孔桩施工。

（6）该根桩施工结束后，将永久钢护筒与钢平台连接，以增加钢平台的稳定性，然后展开下一根桩基钢护筒打入和钻孔桩施工。

（7）施工期间履带吊和旋挖钻同时在钢平台工作，防止由于“板凳桩”钢平台出现倾覆的安全风险。

3 小结

水中桩基施工，尤其是在有抛填物等不良地质情况下，施做钢平台存在诸多困难，并且由于钢护筒无法打入土内，桩基施工时则泥浆大量外流，形不成内外压力差无法起到泥浆护臂的作用。通过采用钢管桩施做钢平台（板凳桩形式），采用大功率旋挖钻在桩位处破碎混凝土预制块等坚硬物，再进行钢护筒交叉施工，最终完成桩基施工，同时还加快了施工速度，1#墩桩基钢平台及桩基共用68天全部完成（其中平台搭设用时29天，钢护筒及桩基施工39天），形成了时间效益，同时积累了复杂地质桩基施工的大量施工数据和施工经验。在施工中没有出现一例安全、质量事故，施工结束后，经声波检测，全部桩基合格。对今后类似工程起到了很好的示范和鉴定作用，具有广泛的应用前景和推广价值。