钱塘江强涌潮抛石区钢管桩冲击引孔沉桩施工技术

吕建伟 李胜辉 王国庆

（1.杭州市交通运输发展保障中心，浙江 杭州 310030；2.浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310051）

随着国家“十三五”规划和“一带一路”战略的提出，以及《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》方案的实施，“设施互联互通”成为了“一带一路”建设合作的五大重点领域之一。作为“一带一路”等战略的基础保障设施之一，大型桥梁建设在国家基础设施建设的浪潮下又迎来了新时代。钢栈桥作为桥梁建设中的先行者，由于受工期及环境等因素影响，往往需要在短期内贯通。但跨江跨河桥梁往往受限于堤坝的保护需求及堤岸抛石区的影响，钢管桩沉桩施工难度较大、进度缓慢，尤其是受强涌潮等不利因素叠加的钱塘江区域。因此，如何安全、高效地施沉强涌潮河段抛石区钢管桩成为了一个新的课题。

一、工程概况

沪杭甬改建工程钱塘江大桥栈桥位于浙江省杭州市钱塘江二桥下游70m处，栈桥全长1143m，跨径9m～12m，五跨一联。基础采用φ820mm钢管桩，钢管桩入土深度22m～28m。栈桥由85t履带吊配合DZ90型振动锤，采用钓鱼法从两岸江堤往江中逐跨搭设，栈桥两头与两岸江堤道路顺接，抛石区栈桥结构如图1所示，江堤外80m～100m区域为堤坝抛石区。

二、自然条件

（一）水文条件

钱塘江杭州段受潮汐影响，属不规则半日潮区，每天有两次涨落，历史平均涨潮时间1小时32分，落潮时间10小时53分。据水文站资料，其中最高潮位9.94m，最低潮位3.87m，潮起潮落对涉江施工影响较大。

图1 抛石区栈桥结构示意图

强涌潮作为钱塘江河口一种特有水文现象，涌潮行进速度一般约4m/s～6m/s，潮涌高度约1m。水位骤升的同时，流速亦从落潮方向反转成涨潮方向，随之流速剧增，俗称“快水”，一般持续20min左右。涌潮期间，沿江建筑物所承受的潮涌压力为60kPa。

（二）地质条件

根据地勘报告，靠江堤侧2跨～3跨范围内为江堤混凝土护坦，采用C25钢筋混凝土结构，厚度40cm～50cm。护坦至江心80m～100m范围内，抛掷有大量护脚抛石。抛石粒径多为0.5m～1.5m，少量抛石粒径大于2m，抛石厚度约为3m～8m。另因栈桥上游120m范围内连续修建钱塘江二桥、钱塘江铁路桥及钱塘江高铁新桥3座大桥，其在修建过程中也均在桥墩位置抛掷大量抛石及建筑残留物。

三、前期处理方案

图2 冲击引孔沉桩施工工艺流程

图3 临时平台桩位与设计栈桥桩位关系示意图

栈桥搭设前期，按照常规抛石区打设方法选用了抛石直接挖除法和桩尖加强法两种处理方案。其中抛石直接挖除法采用小型挖掘机直接清理桩位处抛石，但受钱塘江江堤保护要求，开挖范围很难把握，无法保证江堤安全。同时由于钱塘江强涌潮的影响，设备开挖作业时间短、风险大。桩尖加强法则采用了两种方案：一种是直接在钢管桩端部增设一圈18mm厚、30cm长的加强箍；另一种是制作圆锥形桩尖，内部灌注C30混凝土加强。但经过前期实践，这两种桩尖加强方案均无法穿透抛石层。

四、冲击引孔沉桩施工技术

（一）工艺流程

冲击引孔沉桩施工工艺流程如图2所示。

（二）钻孔临时平台搭设

临时平台桩位与设计栈桥桩位关系如图3所示，钻孔临时平台结构除钢管桩桩位及入土深度外，其余与设计栈桥结构一致。其中临时墩钢管桩桩位考虑到冲孔需要比设计桩位靠前3m，入土深度以打设至抛石层顶面为准。如覆盖层小于4m，单排钢管桩无法独立站立，则采用双排墩“板凳桩”形式。临时平台贝雷架设及桥面板铺装时需提前预留设计桩位冲孔所需空间。

（三）冲击引孔施工

1.钢护筒埋设

栈桥设计管桩桩径为φ820mm，选用直径φ1000mm,壁厚δ=10mm钢管桩作为冲击作业平台的钢护筒。钢护筒的埋设采用DZ90型振动锤打设，钢护筒首次打设深度至抛石层顶面。为抵御潮涌影响，需临时固定钢护筒上口与钢平台。冲击过程中，需保持钢护筒持续跟进至穿越抛石层，以防石块堵塞孔道。

2.冲击引孔

冲击引孔施工如图4所示。冲击引孔根据设计桩径选用CKJ10型冲击钻，锤头外径85cm，锤头重量2.5t。开始冲孔时，应低锤(小冲程)密击，冲程为0.4m～0.6m，并及时加黏土完成泥浆护壁，泥浆相对密度需控制在1.10～1.20左右。待锤头至抛石面层开始加快速度、加大冲程，将锤提高至2.0m以上转为正常连续冲击。在造孔时，需采用捞渣桶捞渣法及时将孔内残渣排出，避免因孔内残渣过多出现埋钻现象。

3.钢管桩沉桩

孔位抛石层穿透后，直接由85t履带吊起吊栈桥钢管桩下放至钢护筒内，调整钢管桩桩位及垂直度，然后由DZ90型振动锤振动沉桩至设计深度。

4.灌注砂卵石挤密

灌注砂卵石挤密示意图如图5所示。待钢管桩打设至设计深度后，对钢管桩进行灌注砂石挤密处理，即在钢管桩与护筒间空隙内灌注天然1cm～2cm的砂卵石，填筑高度高出抛石层面50cm。然后将钢管桩拔高2m～3m，再徐徐震动下放至底部震动5min左右，增加砂卵石与钢管桩内壁之间的摩阻力，通过挤密的砂石与土层结构连接提高栈桥的整体稳定性。

图4 冲击引孔施工示意图

图5 灌注砂卵石挤密示意图

5.受力体系转换

待设计桩位打设完成后，完成桩头处理及体系转换，施工步骤如下：（1）测量切割钢管承重梁的位置，将承重梁侧面吊入钢管桩缺口内，并焊接牛腿及缺口连接板；（2）在设计桩位钢管桩顶部安装20t千斤顶，栈桥上部结构的自重全部由千斤顶承受；（3）切割临时平台钢管桩，使其顶部承重梁不受力，由汽车吊从侧面吊出；（4）千斤顶卸载，使栈桥的贝雷梁落在设计墩位的承重梁上，恢复桥面系。

6.钻孔临时平台拆除

由25t汽车吊拆除临时墩位置的桥面系，并拔出临时墩位钢管桩、承重梁及连接系等，恢复桥面系。

五、结语

受钱塘江堤坝保护要求及强涌潮河段等不利条件的影响，抛石区钢管桩在传统直接开挖法与桩尖加强法无法打设的情况下，采用冲击引孔施工技术顺利解决了抛石区沉桩难题。在抛石厚度3m～8m的情况下，平均处理时间约每天一根。