围堰管桩难施打 “水刀”工艺巧解题——新港高速公路双柳长江大桥北岸右幅主塔承台封底建设实录

■文/图｜许豹

2023年1月20日，主墩围堰首根钢管桩施打，图为上游承台围堰西北角。

何为“水刀”工艺？简言之，就是通过在钢管桩头安装喷射高压水柱切割地层达到成桩的工艺。面对围堰管桩进尺难问题，中交第二航务工程局有限公司（以下简称“中交二航局”）在由湖北交通投资集团有限公司（以下简称“湖北交投集团”）投资建设的新港高速公路双柳长江大桥及接线工程项目施工中，创新应用“水刀”工艺，确保项目部在预定工期内完成北岸主塔右幅承台围堰施工，为后续施工有条不紊地进行打下了良好基础。

3月15日清晨5时，中交二航局双柳长江大桥项目总工程师陈诚被邀请到主墩工区现场，与建设者们共同见证最后一根围堰钢管桩的施打过程。只见操作员操作135吨履带吊将钢管桩调整到指定位置并控制好垂直度后，按下启动键，振动锤开始“咚咚”作响，其强大的激振力使人在50米外都能清晰感受到大地在“颤抖”。此时，只见20多米长的围堰钢管桩像“筷子插进豆腐块”一样，平稳地被施打到位，半个小时后便“消失”在了地面以下，这标志着项目主墩承台围堰管桩成功合龙。

“成功合龙的背后承载了我们每个人付出的汗水，从一开始围堰管桩一根都打不进去，到每天艰难地施打2至4组，再到高峰期每天施打8至11组，一路走来，我们成功攻破了在黏土层、粉砂层地质条件下的钢管桩施打难题！”主墩工区经理吕双江激动地介绍说，攻破这一难题的关键技术在于项目部采取的“水刀”工艺上。而这一工艺应用的背后还承载着一个有趣的故事。

武汉新港高速公路双柳长江大桥及接线工程项目位于武汉市东部，路线全长35.04公里。项目由湖北交投集团投资建设，起点与已建S5武英高速相接，跨越长江后，终点与黄鄂高速相接。由中交二航局承建的工程为XGTJ-3标段，主要实施内容包括：主桥北岸锚碇、北岸主塔、下游侧缆索系统、北段钢箱梁（含跨中梁段）及主桥附属结构。武汉双柳长江大桥是目前长江上最宽的钢箱梁悬索桥，主跨为1430米，于2023年初完成主墩桩基施工后，立即进入承台建设阶段，首当其冲的便是承台围堰施工。大桥承台采用分离式矩形承台，共分两幅，单幅承台长35.5米、宽29米、高8米。根据设计要求，单个承台共需99根钢管桩与99根钢板桩通过锁扣连接并施打成一个闭环矩形方可达到承台支护、开挖要求。这些管桩都要穿过黏土层、砂层才能在地下完全“站稳脚跟”。

然而，“水刀”工艺并非项目之初的第一选择。根据项目地质勘探报告，承台围堰钢管桩施工区域从上到下分别是种植土、淤泥质土、“粉土+泥质粉砂”，并没有特别坚硬的岩层。针对这么低强度的地质情况，项目部信心满满，并依据施工经验比选，制定了振动锤在管桩顶部直接施打，由导向架进行管桩垂直度控制的施工方案。然而，在施工过程中，现场却出现了“事与愿违”的情况。

“吕经理，这振动锤都快打冒烟了咋还打不下去？”现场人员在施工中发现，钢管桩穿越种植土和淤泥质粉土地质时能够平稳下沉，但当管桩进尺到13米至15米左右时，剩余的8米至9米却无法正常进尺，即使将振动锤开到最大，半小时也进不了几公分。这一情况立刻传到了吕双江耳中。“是不是遇到硬茬儿了，下面是不是有大石头？”“来回插拔管桩再施打试试看？”“是不是我们选型的振动锤型号小了？”现场人员经过采取换桩位施打、来回插拔施打等一系列措施后，发现情况依然存在，项目部的每个人都露出了一脸茫然的表情。大家意识到，这一情况属于共性问题。通过对比地质报告，现场技术人员分析发现，管桩之所以施打不下去全都是因为是卡在泥质粉砂层的这个区间。

水刀引孔

“泥质粉砂层又不是很硬，为什么就是打不进去呢，不应该啊！”这种情况吕双江从未遇到过，依照他积累的施工经验，或遇见非常硬的地质情况直接引孔打桩，或遇到软基振动锤直接施打到位。于是，他及时向陈诚作了汇报。得知这一情况后，陈诚立即赶赴现场进一步了解情况，随后召集项目部技术管理团队与湖北交投集团技术团队组织召开了专题会。经过分析讨论，最终大家一致认为：这种泥质粉砂层似泥非泥，似砂非砂，可塑性强且流动性差。围堰钢管桩基桩头进入比较密实的泥质粉砂层后，振动锤激振越强，泥质粉砂层就越密实。该泥质粉砂层虽强度不高，却是有弹性的板结体，钢管桩头要想突破这一板结体，不仅要面临越振越密实所带来的摩阻力增大情况，还要面临大部分激振力被这一板结体弹性结构抵消的情况，就像“一根筷子插在一块质地坚硬且有反弹力的橡皮或橡胶上”。

找到了原因，又该如何解决呢？会后，大家依据引孔打桩的思路制定了两种引孔方法：一种是使用旋挖钻钻孔，再将钢管桩施打进去，但大量取土工作会对现场施工造成很大影响，且施工成本高；另一种是使用螺旋钻钻孔，可以提前破除土层硬度减少施打阻力，但成孔功效慢，经与施工方沟通后发现，螺旋钻最多只能保持15米钻孔深度的垂直精准度。这两种方法均存在各自优缺点，使得陈诚有了更多的考量。

上游承台第一层浇筑

围堰增设水刀引孔设备

“有心者天助之，当你为某件事情苦思冥想时，上天会不经意地给你暗示。”陈诚笑着说道。会后第二天，陈诚用过晚餐后去往现场检查施工情况，当行至项目部驻地时，几名职工的孩子正在停车棚侧面的一堆沙子上玩耍，其中一个小男孩拿着矿泉水瓶往沙子上喷水。当看到水柱从矿泉水瓶盖小孔中喷射而出，立刻将沙堆冲出一个洞时，陈诚脑中闪现一道灵光，“既然水柱能冲开沙堆，那高压水柱能否冲开钢管桩前端的砂层”？于是，他急忙跑到洗车机旁，顺手拿起高压水枪对着没有硬化的裸土地面进行冲刷，裸土地面经高压水柱作用立刻被冲出一个十几公分深的大洞。此时，陈诚心里已经有了底。

“我们不妨试一试‘水刀’工艺。”陈诚对技术团队介绍，“水刀”工艺即通过高压喷头喷水柱冲击切割泥质粉砂层，高压水刀面对强度较高的岩层或土层可能功效不高，但是对这种强度不高且有弹性的泥质粉砂层肯定会有出奇的效果。桩基前端通过喷射水柱把泥质粉砂层冲开，这样就可以大大减小钢管桩与土层间的摩擦力，冲散的泥质粉砂范围不宜板结，从而避免了该区域泥质粉砂层的整体反弹，可大大提高围堰钢管桩的施工效率。

一经说明，陈诚的这个想法便立即得到广泛认同。经湖北交投集团的技术指引与项目技术团队的水压公式测算与现场试验，最终采用高压水泵、Φ30mm无缝钢管与十字刀头制成了一个能高压喷水的系统。同时，为了进一步提高施工效率且使管桩下沉均匀，项目团队在钢管桩两侧对称设置了两道水刀管线，配合振动锤同步使用。

安装水刀后随着增压泵的开启，立起的钢管桩远远看去就像火箭发射般，底部喷射出的水柱如同火箭尾焰。经过测试，“水刀”工艺轻而易举地冲开了砂层，确保了钢管桩施打到位，彻底解决了钢管桩进尺难题。通过观察，起初该工艺日均成桩功效达到3组至4组，但这显然无法满足进度要求，于是项目团队便从提升振动锤激振力方向找准突破口，对工艺进行优化。在选型振动锤时，原始方案考量的DZJ-120型振动锤功率远远无法达到要求，在经过成本与效率选择后，项目团队分别采用了3台型号为DZJ-150、DZJ-180、DZJ-240的振动锤进行围堰管桩的施打作业，进一步加快了围堰管桩施打速度，峰值时每天可施打8组至11组，大大节约了施工时间。经过日夜双班施工，项目部在预定工期内完成承台围堰施工，在这场与长江水位的赛跑中取得了阶段性胜利。

5月5日6时，主墩工区高耸着的3台天泵，以及建设者们在围堰承台内钢筋上来回忙碌的身影，在朝霞映射下交相辉映。北塔上游右幅正在浇筑第二层4118立方米混凝土，待这层混凝土浇筑完成意味着主桥施工将正式进入上部结构节段，同时宣告项目部与长江水位斗争的正式胜利。“陈总，若非我们采用了‘水刀’工艺解决了泥质粉砂层钢管桩难以进尺的问题，加快了钢围堰施打进度，主塔承台第二层混凝浇筑恐怕还要滞后大半个月。”听着吕双江真挚的话语，陈诚望着正在冲洗路面的水车尾部喷出的高压水柱笑而不语。

随着上游承台第二层混凝土的浇筑，至5月中旬，下游承台也已全面完成承台浇筑任务。目前，双柳长江大桥各项生产工作正有条不紊地进行着，待大桥建成后，将进一步增强武汉市过江通道供给能力，也将带动鄂州市华容区及葛店开发区的经济腾飞，有效推动武汉都市圈一体化进程，为沿线区域经济社会发展提供重要支撑，对武汉都市圈乃至长江中游城市群建设具有重要意义。

主墩围堰区域补勘，进一步获取地层参数。