0 引言

　　公路桥梁建设的迅速发展带动跨海桥梁工程数量的不断增加，助推预制架设技术的不断提高^[1]。三门湾大桥及接线工程40m预制箱梁架设采用2台650t跨度52m、吊具高度41m的双轮轨式提梁机提升上桥^[2,3],1 300t架桥机及其配套运梁台车运梁^[4]。因提梁机一侧柔性支腿紧邻的河道挡墙抗滑移未达到设计要求，挡土功能丧失，致使已施工PHC桩连同改河挡墙产生不同程度位移，经过原因分析及方案比选，确定利用钻孔桩单双排交错方式进行加固处理。但加固处理后的柔性支腿基础因抵抗改河挡墙处的土体下滑力而产生56mm水平位移，这与刚性支腿基础位置处无水平位移形成偏距，导致轨道不平行且跨度持续增大，易出现提梁机行走不同步、啃轨现象，进而产生失稳风险。为此利用提梁机跨度范围内的现浇支架桩基础作为锚固承台，经扶臂、系梁将两侧支腿走道基础与承台、承台与承台连成整体，提高了走道基础安全性，取得了较好的工程应用效果。

　　1 工程概况

　　1.1 工程简介

　　三门湾大桥及接线工程40m箱梁预制场位于明港枢纽主线桥K90+080南侧，预制箱梁在明港枢纽主线桥第12,13联处通过跨双幅桥墩提梁机提升上桥，提梁机走道基础长183m，其中柔性支腿走道基础紧邻改河挡墙，且提梁机拼装拆除场地也位于该区域;刚性支腿走道基础紧邻预制梁场内施工便道。

　　原提梁机走道基础均采用倒T形条形基础+直径0.5m PHC桩^[5]。倒T形条形基础梁高1.4m，底板宽2.6m、高0.7m，顶板宽1.6m、高0.7m。单条走道基础下方横向布置2根PHC桩，中心距1.6m;纵向间距因一刚一柔支腿^[6]反力不同有所差异，其中柔性支腿走道基础(改河侧) PHC桩纵向间距为3.5m，刚性支腿走道基础PHC桩纵向间距为3.0m。PHC桩平均桩长约40m，桩端均要求进入圆砾层(见图1)。

　　

　　图1 提梁机走道基础布置(单位:m)  

　　 

　　1.2 改河侧PHC桩位置偏移

　　改河侧挡墙为梯形截面，高3.9m，材料为浆砌块石;下部基础为0.5m厚C20混凝土+0.3m厚干砌片石+6m长松木桩，松木桩直径14cm，按间距0.9m呈正方形布置;墙背后按1∶1.5放坡开挖并回填宕渣和表层土，如图2所示。该侧提梁机走道基础PHC桩设计时按挡墙满足挡土要求考虑，但PHC桩施工完成开挖条形基础时，发现改河侧挡墙整体向河内偏移，最大偏移量65cm，如图3所示。由于挡土作用损失较大，导致柔性支腿走道基础102根PHC桩均有不同程度的纵向及横向位移，最大偏移量为95cm，如图4所示。

　　经研究分析，产生PHC桩偏移的主要原因为:(1)该区域地质从上往下依次为粉质黏土、淤泥、淤泥质黏土、圆砾、粉质黏土、强风化晶屑凝灰岩、中风化晶屑凝灰岩，其中淤泥及淤泥质黏土层厚约30m，属于海相软土，导致改河挡墙实际承载力与设计相比更低，极易因荷载堆积或地层扰动而破坏土体平衡产生位移;(2)改河侧提梁机柔性支腿走道基础位于老河河道回填土区域，且因主桥钻孔桩施工遗留有泥浆池、循环池等设施，虽然对回填区域采取了宕渣土填筑，泥浆池、循环池等对泥浆和钻渣进行了换填处理，但施工沉降仍比较活跃，在工序间隔较短情况下进行后续PHC桩施工，极易打破土体平衡;(3)宁波地区长期处于阴雨天气，场内施工条件较差，条形基础基坑开挖后的土体不能及时出运，且走道基础外边缘距改河河岸挡墙3～7.5m(台州—宁波方向逐渐变大)，静压植桩设备距离挡墙位置较近，进而导致改河挡墙背后填土在下滑力作用下向河内发生偏移。

　　

　　图2 改河挡墙布置(单位:m)  

　　 

　　

　　图3 挡墙位移  

　　 

　　

　　图4 PHC桩位移  

　　 

　　2 改河侧走道基础加固方案研究

　　因提梁机柔性支腿PHC桩发生偏移时，刚性支腿条形基础已施工完毕，为保证设备后期使用安全，须对柔性支腿下基础采取加固处理。

　　2.1 PHC桩加固

　　经计算分析，桩位偏移在0.2m以内的PHC桩仍能发挥作用，若在偏位>0.2m的桩间加设PHC桩，可利用部分已施工PHC桩，降低成本，同时两侧走道基础均为PHC桩，桩基沉降趋于相同;但无论采用静压机植桩^[7]还是打桩机振动锤击，距离改河挡墙较近，仍存在新增桩基偏位波及已施工桩基，造成位移增大风险，故此方案不可行。

　　2.2 钻孔桩加固

　　将已插打直径0.5m PHC桩作为河道挡墙背后土体支护及走道基础地基挤密措施，新增钻孔桩作为条基基础，钻孔桩布置采取单双排方式，其中双桩采用直径1.0m钻孔桩，单桩采用直径1.2m钻孔桩;条形基础采取矩形截面。对单双排桩布置间距进行方案比选，如表1所示。

　　在控制桩顶水平位移基本相同的情况下，方案2成本投入较低，故选取方案2为实施方案，即钻孔桩单双排交替布置，纵向桩距7.0m，如图5所示。

　　3 改河侧钻孔桩加固设计

　　3.1 计算假定

　　提梁机走道计算模型为支承于钻孔桩上的多跨连续梁，不考虑梁下土体的弹性支撑作用(作为安全储备)。

　　  

　　表1 单双排钻孔桩方案比选 

　　 

　　 

　　

　　表1 单双排钻孔桩方案比选

　　1)滑动面位置因现场挡墙发生较大位移，故不考虑挡墙对背后土体支撑作用。

　　2)土弹簧模拟钻孔桩与桩侧土体间的作用采用m法模拟^[8]。

　　3)土压力传递路径不考虑挡墙顶以下5m(至河床以下1.7m)范围内土对桩基的被动支撑作用。双桩时主动土压力由后排桩承受，通过桩顶刚性梁及桩间土传递至前排桩^[9]。

　　4)土压力计算坑底标高以上主动土压力按朗肯理论计算，而坑底标高及以下主动土压力按矩形分布模式^[10]。

　　3.2 荷载取值

　　3.2.1 650t提梁机轮组荷载

　　提梁机自重700t，单片箱梁最大质量1 262.3t，考虑提梁偏载及工作状态下风荷载作用。提梁机单侧轮组按双轨计算，则前轮组荷载为555k N，后轮组荷载为514k N。

　　

　　图5 柔性支腿走道基础加固示意(单位:m)  

　　 

　　3.2.2 滑坡下滑力对钻孔桩的横向推力

　　1)滑动面确定由于提梁机基础旁土体有整体向河侧滑移的趋势，故钻孔桩施工完成后须承受土体滑移的下滑力。下滑力计算时考虑条形基础施工引起的20k Pa超载。如图6所示，滑动面2为最不利滑动面。

　　

　　图6 土体滑动面(单位:m)  

　　 

　　2)下滑力计算滑动面2范围内土体自上而下为1.2m厚粉质黏土、11.8m厚淤泥、17.8m厚淤泥质粉质黏土。其中，粉质黏土内摩擦角为8.6°，黏聚力为30k Pa;淤泥内摩擦角为8°，黏聚力为9k Pa;淤泥质粉质黏土内摩擦角为10°，黏聚力为15k Pa。计算时偏安全考虑，均按淤泥参数取值。采用条分法对土体下滑力进行计算，如图7所示。钻孔桩基础旁第4块滑体的下滑力最大，其值为80k N。下滑力计算长度取纵向桩距7m，则单根钻孔桩承受的下滑力为560k N，下滑力以倒三角荷载加载到钻孔桩上。

　　

　　图7 下滑力计算简图  

　　 

　　3.3 钻孔桩参数

　　1)钻孔桩桩体混凝土强度等级为C35，采用HRB400钢筋，主筋及加强筋直径25mm，箍筋直径10mm，按分段配筋设计，要求桩端进入强风化晶屑泥灰岩≥1.5m。

　　2)直径1.0m钻孔桩桩长60m，桩顶以下0～20m采用2825钢筋，箍筋间距100mm;20～40m采用1425钢筋，箍筋间距200mm;40～60m为素混凝土。

　　3)直径1.2m钻孔桩桩长60m,0～20m采用2825钢筋，箍筋间距100mm;20～40m采用1425钢筋，箍筋间距200mm;40～60m为素混凝土。

　　3.4 计算工况

　　1)工况1钻孔桩施工完成后，浇筑上部条形基础。

　　2)工况2提梁机基础施工完成，现场进行提梁作业。

　　3.5 计算结果

　　工况1时，直径1.2m及1.0m钻孔桩均为悬臂桩结构;工况2时，提梁机在基础上行走，直径1.2m及1.0m钻孔桩承受提梁机荷载和土体下滑力共同作用。桩体水平位移按m法计算，计算结果如表2所示。

　　  

　　表2 钻孔桩计算结果 

　　 

　　 

　　

　　表2 钻孔桩计算结果

　　4 提梁机走道基础加固原因分析

　　4.1 两侧走道基础沉降不一致

　　原提梁机走道设计中，刚、柔性支腿基础均采用PHC桩，因桩型选择、入土深度、地层条件等基本一致，提梁过程中两侧基础沉降同步发生，运营一段时间后，两侧基础沉降基本稳定，轨道高程差较小。

　　改河侧提梁机走道加固后，刚性支腿基础采用PHC桩，柔性支腿基础采用钻孔桩，因桩型选择、入土深度等存在一定差异，运营一段时间后，可能产生两侧基础沉降不一致的现象。分析研究2种情况:(1)走道条形基础在外力作用下产生下挠;(2)走道桩基变形，主要包含桩基自身压缩变形和桩端以下存在软弱下卧层时产生压缩沉降。

　　钻孔桩桩端进入强风化晶屑凝灰岩层，其下为中风化晶屑凝灰岩层，不存在软弱下卧层沉降问题，仅考虑走道条形基础外力作用下下挠及桩身压缩。其中，下挠变形最大值为3mm，桩身压缩变形较大值发生在直径1.0m钻孔桩上，其最大压缩变形值为8.4mm，故提梁机柔性支腿基础最大弹性变形为11.4mm。

　　PHC桩桩端进入圆砾层，考虑到其下方为粉质黏土层，须考虑其走道条形基础外力作用下的下挠、桩基自身压缩及桩端以下软弱下卧层压缩沉降的共同影响。其中，下挠变形最大值为1mm，桩身压缩变形最大值为5mm，软弱下卧层最大压缩变形值为27.5mm，故提梁机刚性支腿基础最大变形为33.5mm，弹性变形为6mm。

　　提梁机两侧走道桩基础因刚度不同，导致最大沉降差值为22.1mm。考虑软弱下卧层压缩变形是在较长时间内完成的，同时提梁机设计时考虑50mm的基础沉降差，故两侧走道基础沉降不一致为非控制因素，可通过定期监测及钢轨抄垫等措施进行预防及调整。

　　4.2 横向力产生的水平位移

　　提梁机工作状态时产生横向水平力的原因为:(1)工作状态风荷载;(2)提梁机起升系统工作状态横向制动力。因柔性支腿顶部与提梁机主梁为铰接连接，吊重状态可忽略因构造原因产生的横向水平力。非工作状态风荷载作用时提梁机拉设缆风绳，水平力由锚碇承担，也无须考虑水平力对走道基础的影响。

　　刚性支腿基础在横向水平力作用下产生的最大变形为2.9mm，柔性支腿基础为0.9mm。故横向水平力对基础水平位移影响较小，为非控制性因素。

　　4.3 不平衡土压力产生的水平位移

　　因改河侧挡墙挡土作用降低，导致柔性支腿基础产生不平衡主动土压力，进而使柔性支腿走道基础在施工完成后产生最大56mm横向水平位移，虽然满足提梁机设计时柔性支腿侧跨度方向偏位<100mm的要求，但因刚性支腿基础横向水平位移为0，故提梁机工作状态存在跨度方向偏位加大进而导致设备失稳风险，此为控制因素，需进一步采取措施进行加固处理。

　　5 提梁机走道基础加固设计

　　5.1 设计方案比选

　　考虑柔性支腿基础附近设置锚固桩或与主线桥第12,13联现浇支架钢管桩基础连接等方式进行设计比选，如图8所示，计算结果如表3所示。

　　可见，方案4能有效控制提梁机整体走道水平位移，故选取方案4进行整体走道基础加固处理。

　　5.2 设计实施方案

　　为进一步提高提梁机走道基础安全系数，提高其抗侧能力，减小运营过程中走道水平位移，保证软土地质条件下提梁机运营安全，在原提梁机走道间设置锚桩，利用系梁、扶臂将两侧走道连接成整体。此外，锚固桩设计时与第12,13联部分支架基础合并考虑，将走道附近位置的墩梁式支架打入桩基础改为钻孔桩基础，以减小打入桩施工过程中对钻孔桩的干扰。

　　整体锚固系统由钻孔桩、锚桩承台、系梁、扶臂等结构组成。

　　

　　图8 4种设计方案比选  

　　 

　　刚性支腿走道基础处设置5组锚固桩，另设3组其他类型锚点。每组锚固桩由4根直径1.0m钻孔桩组成，走道通过529×8/600×10钢管扶臂与锚固桩承台连接;靠近主线桥12联左幅的Z36,Z37号墩处利用搬运机横移走道设置2组锚点;靠近宁波侧刚性支腿走道基础端部设置1组锚点，采用600×10钢管扶臂。

　　柔性支腿走道基础处设置5组锚固桩，另设3组其他类型锚点。每组锚固桩由4根1.0m钻孔桩组成，走道通过529×8钢管扶臂与锚固桩承台连接;靠近主线桥第12联右幅的Y39号墩处利用提梁机拼装，采用500t履带式起重机，基础设置2组锚点，此锚点与搬运机横移走道连接;靠近宁波侧柔性支腿走道基础端部设置1组锚点，采用600×10钢管扶臂连接。

　　锚固桩承台间通过系梁连接，系梁为钢筋混凝土结构，截面尺寸为1.0m×1.0m，如图9所示。

　　6 提梁机走道基础加固施工

　　6.1 改河挡墙位移观测点设置

　　在每根钻孔桩对应挡墙位置顶部植入16钢筋，用红油漆标记。测点设置完成及钻孔桩施工过程中持续观测地表、挡墙及护筒位置变化情况，并记录原始数据。

　　6.2 试桩、钻孔桩施工

　　选择台州方向第1排双根桩远离挡墙侧的钻孔桩进行试桩。

　　对已插打PHC桩进行截桩，桩顶标高保持一致;然后在PHC桩桩顶布置横向分配梁，用于钻机摆放就位。

　　双钻孔桩施工时，在远离分配梁悬臂端的PHC桩桩顶安装抱箍并与分配梁焊接;另一根PHC桩内设置水平限位装置(见图10a)。

　　单钻孔桩施工时，在PHC桩顶安装分配梁并在桩内焊接限位装置。若PHC桩桩位偏差>30cm，用抱箍代替限位装置并与分配梁焊接(见图10b)。

　　钻孔采用泥浆护壁成孔。钢筋笼下放、钻机移位及混凝土泵送采用100t履带式起重机和汽车泵在位于改河侧20m外进行。

　　试桩结束后，地表及挡墙变形无明显变化时继续施工剩余钻孔桩及锚固桩基础。

　　6.3 基坑开挖及护壁施工

　　基坑开挖选用长臂挖掘机进行，基底做10cm混凝土垫层，坑壁做1∶1～1∶2护坡。要求距离边坡顶≥5m处设置截水沟，条形基础底部间距5m布置直径75mm PVC排水管，改河挡墙与基坑交界处间距10m布置直径100mm排水孔，利用抽水泵将坑内积水排至河内。

　　  

　　表3 提梁机整体走道基础加固设计方案比选 

　　 

　　 

　　

　　表3 提梁机整体走道基础加固设计方案比选

　　

　　图9 提梁机走道基础加固平面(单位:m)  

　　 

　　

　　图1 0 钻机平面布置(单位:m)  

　　 

　　6.4 走道条形基础、锚桩承台、扶臂及系梁施工

　　具体施工流程为:素土夯实→10cm厚碎石垫层铺筑→钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→扶臂预埋件埋设→扶臂安装→钢轨铺设。

　　7 提梁机走道基础位移监测

　　基础施工期间监测频率为7d一次，提梁机运营期间10～15d一次，提梁机拼装及拆除期间1d一次。在提梁机运行的2年间对提梁机刚、柔性支腿走道基础位移及沉降进行持续监测，累计位移及沉降值如图11所示。柔性支腿走道基础向改河侧累计最大位移14mm，累计沉降2mm;刚性支腿走道基础向预制梁场侧累计最大位移2mm，累计沉降3mm，取得了较好的控制效果。

　　8 结语

　　1)重型提梁机走道基础位于深厚软土地质且一侧走道基础紧邻已丧失部分挡土能力的改河挡墙时，选择钻孔桩基础能较好地控制软基水平偏位及沉降。

　　

　　图1 1 基础累计位移及沉降曲线  

　　 

　　2)通过与现浇支架基础共用钻孔锚固桩承台，将提梁机刚、柔性支腿经扶臂、系梁连接成整体，既能降低后续现浇支架搭设时机械设备荷载产生的地基偏位，又能提高提梁机整体走道基础的抗滑移能力，保证提梁机运营安全。