深水裸岩栈桥及钻孔平台钢管桩生根技术研究

赖以良 童长坤

（中交一公局厦门工程有限公司，厦门 361000）

0 引言

目前跨江跨海桥梁建设项目较多，钢栈桥及钢平台应用广泛。水深、流速急的水域地段且覆盖层较浅或无覆盖层的河床，钢管桩无法深入河床，不能满足管桩贯入度的要求。对于该类型复杂的地质条件，不仅需要保证栈桥的整体稳定，确保使用安全，还要解决基础施工不稳，易于晃动的弊端，因而是栈桥及钢平台设计施工中需要重点解决的问题。为此，本文结合观音峡嘉陵江特大桥搭设钢栈桥的实例，对引孔栽桩锚固桩、冲孔锚固桩、锚杆锚固桩等3 种钢管桩生根方式进行了分析。

1 工程概况

观音峡嘉陵江特大桥位于嘉陵江下游观音峡出口处，上距草街航电枢纽坝址约17.4km，距嘉陵江河口里程约52.1km，跨越Ⅲ级航道嘉陵江；桥位处水面宽枯水期最窄135m，洪水期可达255m；嘉陵江通航最高水位201m（56 高程），设计最低通航水位172.7m；桥位与水流方向夹角15.4°，成桥后通航孔净宽150m。

观音峡嘉陵江特大桥左线桥长1070.5m，右线桥长1260.5m，主桥为（124+235+124）m 预应力混凝土连续刚构桥。主墩高94m，墩身为双肢薄壁空心墩，下部29m 为三箱薄壁结构，上部65m 为薄壁结构；承台高5m，每个主墩桩基9 根，直径为3m，桩长30m。

观音峡嘉陵江特大桥主墩位置嘉陵江水位在173～175m 左右；左幅9#墩枯水期位于岸边裸岩上，地面标高为180m 左右，桩顶标高177.3m；右幅14#墩枯水期位于水中裸岩中，河床面标高为166m～175m，水下裸岩为倾斜面裸岩，角度为43.2°，桩基顶标高为168.9m。

通过历年的桥位轴段面流速进行统计，得知，20 年一遇洪水时段最大流速可达到5.43m/s，历史记录最大遇洪水位214.00m（黄海高程），20 年一遇最高洪水位199.32m（黄海高程），10 年一遇最高洪水位196.73m（黄海高程），5 年一遇最高洪水位194.09m（黄海高程）；常年水位174.2m（黄海高程）。嘉陵江洪水主要发生在汛期5～10 月。

观音峡嘉陵江特大桥施工期间需搭设钢栈桥进行施工，由于地处河床浅覆盖层或裸露基岩区域，钢管桩无法深入河床，嵌岩难度大，钢管桩基础稳定性差，无法满足栈桥钢管桩承载及抗倾覆的要求。此外，受地形地质等自然条件影响，嘉陵江汛期水位高，受漂浮物影响大，对栈桥钢管桩生根技术要求更高。因此项目开工前，需对钢管桩生根的方法进行调查和分析，以寻找适用于本项目的最佳生根方法。

2 钢管桩生根的技术

2.1 引孔栽桩锚固桩

结合其他工程相似地质施工经验，可采用引孔栽桩灌砼法加固。灌砼法的原理为对钢管桩无法打入的岩层进行水中引孔，引孔深度不小于设计值，然后插入钢管桩至孔底，并与岩层面完全接触，对插入完成的孔进行水下灌砼，并满足钢管桩的承载力及抗倾覆要求。

施工平台一般由两艘平板舶拼装在一起，以实现移动施工，如图1 所示。旋挖钻搭设在平板舶上，并行驶至指定位置。平板舶上共设置4 个卷扬机，每个平板舶共设置2 个，互成90°夹角进行布置。通过运输船舶来下霍尔锚，用霍尔锚固定4 根钢丝绳的末端，然后经4 台卷扬机来实现平台位置稳定和克服旋挖机工作时对船舶产生的扭矩。卷扬机的电源由船上发电机提供。

图1 引孔工作施工平台

采用旋挖钻进行引孔，孔径大小为120cm，入岩不小于5m，然后灌注混凝土，灌至河床顶以上。引孔施工过程中，需仔细核对现场地质并观察引孔入岩的情况，确保引孔长度为入岩层后的深度，入岩不小于5m，如图2 所示。旋挖钻钻头下放至河床顶后开始钻进，根据钻取的渣样和钻孔的功效，判定是否有覆盖层和入岩深度，并记录旋挖钻钻头下放的深度。

图2 引孔栽桩示意图

根据实际地形地质情况，覆盖层厚度如果小于2m，可直接引孔施工，引孔深度应确保入岩5m 的要求。引孔完成后，直接利用履带吊将钢管桩插入孔内，利用履带吊和汽车泵对钢管桩灌注水下混凝土。将料斗调运至钢护筒顶口，用导管将砼灌至钢护筒内，需将砼灌至河床顶以上，灌砼方量根据引孔深度及覆盖层厚度确定。灌砼完成后，采用履带吊配合DZL-90 振动打桩锤将钢管桩夹起，缓缓提高2m，此时钢管桩内的砼落入引孔的孔内，振动插打、下沉钢管桩。在插打过程中应注意调整钢管桩的垂直度，直至将钢管桩底口落入岩层，引孔灌砼法如图3 所示。

图3 引孔栽桩无覆盖层灌砼法施工

2.2 冲孔锚固桩

栈桥为板凳桩形式，可在栈桥上下游两侧各增加一根Φ1000mm 的钢管桩，采用冲孔锚固。在钢管桩内冲孔，然后再进行钢筋混凝土锚桩施工，并使钢管桩与基岩形成一体，确保整体的稳定，实现锚桩与栈桥、平台的牢固联接。

在栈桥桥面板安装完成后，在桥面板上放置冲击钻，采用冲击钻进行管内钻孔，利用Φ800mm 钻头进行管内钻进，进入岩层5m 以上，安装钢筋笼，然后灌注混凝土。钢管内混凝土高度4m（即混凝土灌注高度至少为9 米），钢筋笼直径为0.8m，钢筋笼净保护层为5cm，钢筋笼长为9 米。冲击钻钻孔施工平台如图4 所示，淸孔后下放钢筋笼如图5 所示，冲孔锚固桩及孔内钢筋笼如图6 所示。

图4 冲击钻钻孔施工平台

图5 淸孔后下放钢筋笼

图6 冲孔锚固桩及孔内钢筋笼示意图

2.3 锚杆锚固桩

在河床薄覆盖层或裸露基岩区域，钢管桩无法深入河床，嵌岩难度大，钢管桩基础稳定性差，可采用直接插打钢管桩+锚杆锚固的方案。钢管桩通过锚杆与河床进行固结，以抵抗水平力及倾覆对桩产生的上拔力。

根据栈桥标高，在临时钢管桩上安装下横梁，拆除导向架，接长导向贝雷，进行临时冲孔平台搭设。临时平台的贝雷必须与已安装的上一跨贝雷连接，至少安装两组。锚杆锚固桩施工平台如图7 所示。利用型钢定位架定位，利用振动锤进行钢管桩振动插打，记录钢管桩每分钟振动插打的贯入度，当每分钟的贯入度少于5cm 时停止振动插打。考虑到斜坡地形的不稳定性以及斜坡上冲孔容易偏孔，冲孔过程中外侧可能会塌孔，因此采用埋植钢筋的方法进行桩底锚固，同时设置双排桩以增强稳定性。钢管桩振动插打完成后进行平联施工，然后搭设临时钻孔平台钻孔，钻孔深度为河床基岩以下5m，钻孔直径为Φ11cm。钻孔完成后，将一根9m 的Φ32 钢筋栽植入基岩5m 内，然后对小钢管进行孔内注浆，再在钢管桩内浇筑C30 水下混凝土，灌注深度为4m，使外露的钢筋与钢管连接成整体。锚固桩施工如图8 所示，锚杆锚固桩如图9 所示。

图7 锚杆锚固桩施工平台

图8 锚固桩施工

图9 锚杆锚固桩

该方法解决了水下基岩面上钢管桩基础很难打入岩层足够的深度以及斜坡上冲击钻难以钻进的难题，通过相对较小的施工量将复杂的水下基岩面上钢管桩基础施工相对简单化，保证了钢管桩基础的质量。

3 钢管桩生根技术的选定

引孔栽桩锚固桩、冲孔锚固桩、锚杆锚固桩三种施工方法均有效解决了斜坡地段冲孔困难、河床裸露钢管桩难以生根锚固、钢管桩稳定性难以保证的难题，但钢管桩基础锚固深度需根据地层岩性进行计算，纵桥向单根钢管桩的制动力，横桥向单根钢管桩的最大水平推力为流水压力+贝雷梁及桥面系风阻力，采用等值梁法对横桥向锚固深度简化计算，计算出适用于本项目的锚固深度。

由于受嘉陵江汛期的影响，观音峡嘉陵江特大桥需在5 月前完成墩柱出水任务。此外，墩柱施工标高需高于汛期时水位标高，因此工期非常紧。综上分析，考虑到引孔栽桩锚固桩方法能快速搭设栈桥，因此该项目最终决定选用引孔栽桩锚固桩方法。

4 结束语

综上所述，观音峡嘉陵江特大桥施工期间需搭设钢栈桥进行施工，由于地处河床浅覆盖层或裸露基岩区域，钢管桩无法深入河床，嵌岩难度大，钢管桩基础稳定性差，无法满足栈桥钢管桩承载及抗倾覆的要求。经过对引孔栽桩锚固桩、冲孔锚固桩、锚杆锚固桩等3种方法进行比较分析，结合观音峡嘉陵江特大桥施工任务方面的要求，最终决定选用引孔栽桩锚固桩方法，并对在深水、急流、裸露基岩等复杂地质条件下搭设栈桥及钻孔平台提供了宝贵的经验。