中马友谊大桥大直径钢管桩施工关键技术

程正祥,邱坦亮

(中交二航局第三工程有限公司,江苏 镇江 212000)



中马友谊大桥大直径钢管桩施工关键技术

程正祥,邱坦亮

(中交二航局第三工程有限公司,江苏 镇江 212000)

针对中马友谊大桥珊瑚礁上施打大直径钢管桩的问题，总结了在施工中的一些关键技术。首先介绍钢管桩的沉桩工艺及桩锤的选型，然后剖析在强涌浪、高水流海域复杂地质水文条件下桥梁平台大直径钢管桩施工难点，并提出解决方案。结果表明，在印度洋上施打钢管桩建桥方案是可行的。

中马友谊大桥；平台钢管桩；强涌浪高水流海域；溜桩

0 引言

中马友谊大桥是“一带一路”的重要组成部分，也是马尔代夫史上的第一座大桥。珊瑚礁地质上建桥实属世界首例。采用大型定位锚块替代常规海军锚的方法虽然可防止打桩船在珊瑚礁地质上发生走锚现象，但会降低打桩船打桩功效。中马友谊大桥的大型钢管桩直径3.6 m，长度约170 m，单桩重量150～180 t，选用“海力801”打桩船进行施工。由于单桩直径和单桩重量都超过了“海力801”打桩船的最大可施打桩径和起重量，故拆除其自有桩架和桩锤以提升其起重量，在船舷一侧加装固定导向架，采用先吊桩下放后吊锤施打的方案实施此打桩项目。对打桩过程中出现的钢管桩打入并贯穿珊瑚礁溶洞现象汲取经验并采取措施。

1 工程概况

本项目位于马尔代夫北马累环礁，跨Gaadhoo Koa 海峡，连接环礁上马累岛、机场岛及胡鲁马累岛这3个相邻的岛屿，是马尔代夫最重要的岛屿连接线工程。路线全长为 2.00 km，其中桥梁长度为1.39 km。桥梁跨径布置为 30 m×18跨(引桥)+(100 m×1跨+180 m×2跨+140 m×1跨+100 m×1跨+60 m×1跨)(主桥)+30 m×3跨(引桥)。主桥为6跨组合混合梁 V 型墩刚构桥，长760 m；引桥为 30 m 预应力混凝土 I 型梁桥，长 630 m；两侧接线长 610 m。

2 水文地质

本项目主桥19号～23号平台桩基础桩端持力层为角砾混合珊瑚砾块，桩侧土体主要包含了破碎程度不同的礁灰岩。珊瑚砾块块径2～6 cm不等，棱角碎石状，颗粒不均，分选性差，级配不良。礁灰岩性能为：乳白、灰白色，岩芯呈2～5 cm碎石、部分呈5～25 cm短柱、少量呈30～50 cm长柱状；骨架多为0.5～1.0 cm钙质生物碎屑、部分2.0～4.0 cm珊瑚砾石；多晶状方解石结晶，胶结较好；岩芯质感较坚硬，锤击声较脆、不宜碎。马尔代夫群岛四周均为开敞海域，工程区域潮汐为正规半日潮。本工程区域涨、落潮受海湾边界及地形控制。机场岛与马累岛之间的海峡通道内呈现往复流形态，涨潮时北马累环礁内的水流经海峡向SE(东南)流动，最后与马累岛南侧涨潮流汇合，受峡道较强水流影响，在机场岛南侧形成一个弱的回流区。落潮时流向相反，在机场岛SW(西南)近海形成顺时针的回流区。落潮时流向相反，在机场岛SW近海形成顺时针的回流区。根据潮流、泥沙数学模型研究成果，大潮涨落急潮流矢量图如图1所示。

3 技术特点与难点

(1)钢管桩尺寸大和重量大，吊装等存在困难。

(2)海况条件极度恶劣，钢管桩定位困难。其中局部风浪一般周期为3～8 s，涌浪周期为14～20 s。马累附近严重的灾害主要由涌浪造成。

(3)地质条件复杂，部分区域存在珊瑚礁溶洞。23号主墩处2处钻探孔位地质钻探揭示存在珊瑚礁溶洞，溶洞最大高度为4.4 m，且极有可能贯穿23号墩所有桩，这就意味着沉桩时会出现溜桩现象，给施工带来极大挑战。

4 主要施工技术

4.1 锤的选型

施工时采用德国的MENCK S550液压锤，最大锤击能量550 kJ，替打桩帽长3.5 m。沉桩发生溜桩时可以最大限度地避免钢管桩脱锤，为沉桩提供安全保障。液压锤性能参数见表1。

表1 液压锤性能参数

4.2 导向架设计

导向架由架体、拢口、调位机构等组成，作用是让钢管桩精确就位，对钢管桩的平面位置及垂直度起约束作用，保证在沉桩过程中不发生较大偏差。导向架焊接在全回旋浮吊的左舷，可节省一艘定位驳。抱桩器采用上下双层设计可最大限度地保持钢管桩的垂直度。由于施工海域海况恶劣，抱桩器上的千斤顶与钢滚轮要方便安装和拆卸，使得滚轴、千斤顶需要经常更换，损耗较大。导向架与抱桩器示意图如图2所示。

4.3 钢管桩沉桩

(1)23号～19号平台施工时靠近机场岛，海床有坡度，又是水流高流速区域，担心常规的100 kN海军锚抓力不够，因此在顺流向时采用预制大型锚块重量达200 t替代海军锚，确保施工时不发生走锚，但此方法会降低施工功效。在施工过程中逐步摸索和试验所知，100 kN海军锚可以满足“宁波海力801”打桩船施工所需抓力。只要控制好抛锚方向及角度，尽量把锚抛远以增加抓力。

(2)在起吊钢管桩前割除钢管桩内“米”字型支撑，并移除。钢管桩直径大，重量大，长途运输或长时间存放易变形与失圆，“米”字型支撑可防止钢管桩失圆与变形。

(3)钢管桩进入龙口前和沉桩完毕。检查导向架的各个部位包括各处焊缝、连接螺栓、液压系统、限位装置，如有损坏立即修复或更换。

(4)由于珊瑚礁内有溶洞，沉桩时会出现溜桩现象。在下桩到位后不急于解扣，等待0.5 h左右确认钢管桩稳定不下沉后再解除卸扣。反复起吊下放液压锤，利用液压锤的自重下压钢管桩，如钢管桩稳定不再下沉再开锤。沉桩时先用小能量锤击，同时主钩钢丝绳下松。钢丝绳松放要始终保持一定的自由长度；加上替打桩帽有3.5 m深度，可最大限度避免发生溜桩时液压锤脱离钢管桩事故。但实际施工过程中偶有溜桩深度大于3.5 m的情况发生。针对这种情况，研究了2种方案。

方案1：将主钩钢丝绳松放5～8 m，溜桩时锤跟随桩往下溜，溜桩停止后锤的冲力直接作用于桩上。但由于不能确定溶洞的深度，无法把握松放长度，而且在锤击初期，钢丝绳松放下来会与抱桩器发生缠绕或者主钩钩头撞击锤和抱桩器等状况。此方案不太理想，不宜采用。

方案2：拉紧。由于连续锤击过程中需要锤跟随桩顶往下，不能与桩顶脱离，而且现场有涌浪的作用使船上下起伏，因而根据经验和判断，主钩钢丝绳松放15～25 cm为宜。即便发生溜桩甚至液压锤脱离钢管桩，液压锤下落的高度只有15～25 cm，不会对起重臂造成很大的影响，但溶洞深度大于替打桩帽深度3.5 m时，会出现桩脱帽现象。考虑到钢管桩穿透溶洞后桩顶位置还在上层抱桩器上，所以桩脱帽也不会使桩位失控。待到穿过溶洞时再改用大能量锤击,钢管桩下沉到上抱桩器上方1.5 m左右处再打开上抱桩器，打到离下抱桩器上方1.5 m处再打开下抱桩器。

涌浪大时船体晃幅大，在沉桩时液压锤的油管和黄线容易与钩头或钢丝绳相互摩擦从而受损影响施工进度，所以吊装指挥人员要注意观察，通过调整副钩的高度来避免。

5 结语

文中采用大能量液压打桩锤，改造打桩船导向架，并通过实地试验证明了100 kN海军锚在珊瑚礁地质上的抓力能够满足大型船舶的锚泊定位，分析并总结了钢管桩打入珊瑚礁溶洞出现溜桩的一些经验。由此证明，该项目的辅助平台 Φ3.6 m钢管桩沉桩工艺选择是正确的，施工技术经受住了考验，为在长周期、高流速海域的桥梁施工积累了经验，同时也开创了珊瑚礁地质上施打钢管桩的先河，为类似海域和地质的工程施工提供经验和技术参考。

[1] 何承海，彭琳琳.嘉绍大桥4.1 m超大直径钢护筒施工关键技术[J].中国港湾建设，2015(1):55-58.

[2] 黄增财, 彭立志, 吴健. 海上超长大直径钢管桩基础施工技术[J].施工技术, 2005(s1):164-167.

[3] 钟凯. 论海上桩基工程施工工艺[J]. 中外建筑, 2015(8):162-164.

2017-02-17

程正祥(1975—)，男，工程师，从事船舶施工工作。

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