某大桥深水基础的施工

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中图分类号：U448文献标识码： A

工程概况

某铁路大桥位于深水中，河面宽300米，其中2#～8#桥墩位于深水中，水深6～13m。整个桥的钻孔桩基础的施工成了控制全桥工期的关键，经过比选，我们分别采用了钢管桩平台、浮式平台、钢套箱等方法施工钻孔桩基础，加快了施工进度，提前了合同工期21天。

二、钻孔桩施工方案的比选

旱地钻孔桩施工非常方便易行，平整场地后，钻机就可就位、开钻，水中钻孔桩施工要为钻机、搅拌机等提供一个作业场地，满足钻孔、灌注水下砼的需要，保证人员机具的安全。

1#墩、9#墩位于岸边，可以填土筑岛施工。2#、4#-8#墩采用钢管桩平台施工，2#、4#-8#墩位处河床覆盖层较厚，可达4m，有利于钢管桩的生根，且施工简单，平台稳定可靠，不受水位变化影响。3#墩位于主河槽处，河床冲刷严重，覆盖层较薄，钢管桩不能生根，水深较大，钢管桩太长也不稳定，不经济，故采用了浮式平台。承台的施工制作了钢套箱钢模板，悬吊在平台上或座在钢护筒耳座上。下面就分别对填土筑岛、钢管桩平台、浮式平台、水中钻孔桩施工、承台模板及支承、浮吊分别介绍。

三、填土筑岛施工1#、9#墩钻孔桩基础

1#、9#墩位于岸边，原设计为圆形挖井基础，基坑深11m，地下水位较高，渗水量较大，开挖放坡到河水深6m处，不能填筑围堰，从安全经济角度经施工单位申请，变更为钻孔桩基础。钻孔桩基础采用填土筑岛法施工。

填土范围经测量确定，推土机取土推送，高出水面部分反复碾压密实。钢护筒埋入河滩下2m，防止钻孔内泥浆或水下砼压力作用下把所填的土推入河中。

四、钢管桩平台的施工

钢管桩直径为80cm，用8mmA3钢板卷制而成，每节长1.8m左右，在岸上焊接接长。焊接后的钢管桩经检查焊接质量和垂直度后用船运至打入位置。

（一）钢管桩打入的深度由承载力来确定，顶面标面由桩顶标高和施工水位来确定。

1、由承载力确定钢管桩打入深度

由荷载分析，单根桩的最大荷载为15T。根据桥梁设计规范震动下沉桩承载力公式：

[P]=1/2（U∑αifili+λARα）

式中U=π×0.8=2.512m，α=0.7，f=50KPa， l=4m, R=2500 KPa，A=π×0.8×0.08m2，λ=1.1

代入上式得[P]=203.47KN=20T

安全系数K=[P]/P=20/15=1.33

钢管桩的打入深度达4m完全可满足竖向承载力的要求，振动锤的最大击振力达600KN，已能把钢管桩打至设计标高。

2、桩顶标高：

桩顶标高应根据施工水位来确定，施工水位加1.0m的安全高度作为桩顶标高。

（二）平台的结构

由打入河床的钢管桩作为基础，三根钢管桩一排，间距4.5m，共四排，桩顶割槽卧放50工字钢，作纵梁，横梁用50kg/m钢轨或20b工字钢，间距1.5m，上面用枕木作平台面，50工字钢和钢管桩之间焊接，纵横梁之间焊接，平台枕木和横梁用铁线拴牢。

（三）钢管桩平台施工

1、为了插打钢管桩，组拼了40T浮吊来吊振动锤和钢管桩。钢管桩在岸上卷制焊接后，用船运至施工地点，用浮吊悬挂的振动锤打入河床中。定位时先打中心钢管桩，由中线方向和拉钢尺定位或由交汇法定位，中心桩定位后再由中心桩控制其他的几根钢管桩。

2、钢管桩打入完毕后，把顶端取至设计标高，割槽，各槽要保证相对的水平，偏差在10mm之内，以保证各管桩和工字钢密贴，受力均匀。50工字钢用船运至施工墩位，用浮吊起吊就位，然后按设计构造焊接，20工字钢运至平台后可成束吊放，然后按设计尺寸布置和50工字钢焊靠，靠在钢护筒的工字钢对钢护筒起定位作用，其位置应距护筒边缘有5cm净空。

3、铺设的枕木应靠牢，钻机作业时不至移动。

4、平台面铺设完毕后，用浮吊吊放钢护筒就位，护筒横向位置已有定位20工字钢控制，纵向可由两根75角钢控制，在角钢、工字钢和钢护筒之间垫木板，在打钢护筒时起导向作用，打入钢护筒后拆除角钢，抽出木板。

五、浮式作业平台的施工

3#墩位处河床覆盖薄，水深达12米，钢管桩不能生根。经研究，采用了浮式作业平台。

1、浮式作业平台上的荷载与钢管桩平台上的荷载基本相同，利用两艘120T铁驳船作为承重结构，足够承受钻机等重量。

2、船舱宽4.8m，长10m，加上船头长两米，足够提供平台的宽度。

3、先在岸边，在船舱内搭设枕木垛，加固好以后在上面船向卧放一根通长的36工字钢，作为50工字钢的支点。

4、在36工字钢上布设4根15米长的50工字钢作为平台纵梁。

5、在50工字钢上用P50钢轨作为平台横梁。

6、在横梁上满铺Ⅱ类木枕作平台面。

7、把平台的纵横梁和枕木垛联接为一个整体。

8、平台拖运至3#墩就位，并抛锚，用钢丝绳稳固平台，利用4#平台的钢管桩和2#平台的钻孔桩作为锚桩。

9、在船头和船舱预压10T的砂袋，增加船体的稳定，可以调节船体的倾斜。

六、钻孔及灌注水下砼

1、该桥钻孔采用正循环旋转钻机（鼠笼式钻头）和冲击钻机（十字形钻头）钻孔作业。泥浆循环采用护筒作沉淀容器，护筒之间用泥浆槽连通。

泥浆槽和护筒开口标高由施工水位决定。

开钻前向钢护筒内填定量的粘土和清水，作为调配泥浆的原料。

2、钻孔中的问题和解决办法

①泥浆渗漏

泥浆作用是护壁，浮碴、泥浆渗漏易导致坍孔、钻碴浮不上来，钻孔无法进行。

漏浆主要原因：

a、钢护筒焊缝不严密。

b、护筒底部与河道之间渗漏。

针对以上原因，分别制定了以下措施：

（1）钢护筒采用双面焊，焊缝质量严格要求，发现不合格的焊缝重新补缝合格后方可打入。

（2）钢护筒打入Ⅲ级硬土不应小于1m。

（3）根据地质情况调配泥浆指标，尽量增大粘稠度，4号墩2号桩采用了水泥浆护壁。

（4）在护筒周围用水下砼加固河床，防止河床在孔内泥浆压力下被穿透。

（5）接长护筒，钻孔入岩1m后再接长钢护筒。

（6）降低孔内泥浆面标高，减少内外压力差。

通过以上几条措施，解决了河床覆盖层薄弱，护筒底岩层倾斜等情况造成的漏浆问题，保证了钻孔的进度。

②偏孔

由于河流地质情况复杂，往往一个钻孔内由于地质不一致，导致偏孔，首先在打钢护筒时应保证钢护筒的垂直度，钻机对位时钻杆的垂直度，钻孔过程中应经常检查孔位情况和钻机的位置及时调整钻机，假如是由于孔内地质软硬不均匀造成的偏孔，向孔内投入片石和粘土，反复冲击。钻头形状也是影响偏孔的原因，钻牙的倾斜角度适宜，并且要在一个平面上。

③卡钻

十字形钻头的冲击钻在钻进过程中，经常遇到卡住钻头的情况，主要原因有以下几点：

地质软硬不均，有探头石。

钻头转动不灵活，形成梅花孔。

措施：

回填硬度较大的片石冲击

整修钻头跳簧使之转动灵活

卡住后的钻头可采用小爆破使钻头松动后提起的办法

④掉钻头

捞起方法：

旋转钻头可用钢筋焊成一个漏斗状的钢筋笼，里面放入一个绳套，钢筋笼大头向下放入孔内，套住钻杆后，提起绳索即可捞起钻头。

若钻头在钢护筒范围内也可把泥浆抽干，人下去拴住钻头。

在钻头离孔口很深时，也可派潜水员下去，用钢丝绳拴住钻头，9-2#桩采取了这种办法。

承台的施工

水中承台施工，关键要保证底模有足够的强度、刚度和稳定性，保证施工的质量和安全。2#、3#承台的底模是用焊接在钢护筒上的来成出承托的，4#、5#、6#、7#、8#承台是用U形螺栓吊在平台上的50工字钢承托的。2#耳座上面搭设20工字钢作为横梁，上面铺设木板作底模，用组合钢模板作侧模。3#耳座上面也用20工字钢作横担，上面直接吊放钢套箱，4#-8#墩用16个U形螺栓把50工字钢吊在平台上，然后把钢套箱坐在上面，耳座的焊缝及U形螺栓都经过了强度检算。

模板拼装完毕后，绑扎承台钢筋网，调直桩头钢筋，绑扎箍筋，灌注砼时，吊车在平台上，垂直运输砼，砼搅拌机和砂石料设在三艘船上，砼浇注完毕后，达到70%强度后即可拆除模板。

钢套箱用8mm 钢板制做，侧模四块，用75角钢作后背带，间距40 cm,底模应根据实错测桩位挖孔，吊放后孔与桩钢护筒间要用铁板盖掩，防止漏浆。

八、浮吊

在深水桥的施工中，浮吊是经常用到的大型临时设施，针对大桥水上起重运输作业多的特点，我们自行组装了10T的浮吊。在打入钢管桩和钢护筒、拔桩、转移吊车、钻机等大型机具方面起到了非常重要的作用。

1、浮吊的组成：

浮吊主要是由12个中—60浮箱，3片单层20米长式军便梁、13.6米高83式军便墩及8台卷扬机等组成。

中-60浮箱长6米，宽3米，高2米，自重5吨。12米浮箱组拼成长24米，宽3米，高2米的整体。

铁路军便梁是全焊构架，销接组拼，我们组拼成长20米的扒杆，83式铁路军用桥墩主要是战时抢修临时性铁路桥墩，平时可用于铁路桥梁遭受自然灾害时的应急修复，新建铁路工程便桥桥墩，架梁临时支墩，组成简单起重设备，如吊车塔架、龙门扒杆等，在这次浮吊组拼中我们组拼了14m高的塔架。

扒杆的转动有一个5吨的卷扬机作用动力，起重大钩和两个付钩动力分别用一个5吨的卷扬机和两个3吨的卷扬机。在浮吊的四个角上用4个1吨的卷扬机作为起落钩的动力。浮吊上安装一个配电盘和配电柜，由水下电缆作电力线。

2、浮吊的拼装

浮箱的组拼在岸边码头浅水域进行，水深1m为宜。浮箱的接头螺栓联接后，再将联接板联结，完成此项工作后，即浮箱联结体固定在岸边，由汽车起重机配合人工安装塔架、揽风绳、起重臂、卷扬机、滑车 、铁锚。

拼装注意事项：

（1）、拼装作业人员必须穿救生衣才能下水作业。

（2）、滑车和卷扬机在浮箱上固定不得和浮箱焊接，钢丝绳的运动不得摩擦箱体和军便梁。

（3）、此塔架组拼后及时用风揽加固。

（4）、扒杆的转轴要经过计算。

3、浮吊的使用：

在全桥的施工过程中，浮吊的作用得到了充分的发挥。首先是水中墩的水上作业平台的施工，水上作业平台施工的关键步骤，也是第一步，就是插打钢管桩，钢管桩需要有足够的承载力，而且位置要准确，这就要求有足够的打桩力，且作好水上定位工作；我们在制作钢管桩时，在管外壁对称设置了两个吊耳，便于用浮吊两个附钩来调整钢管桩的垂直度和位置，另在振动桩锤上安装插口式桩帽，这样一个主钩两个附钩协调使用，就可将钢管桩送入桩帽，固定位置，用DZ90振动桩锤将钢管桩打入河床底的Ⅲ级硬土中，钢管桩为φ80cm壁厚为10mm的钢板自行卷制焊接而成。

在钢管桩的插打过程中为了使钢管桩准确定位，就要求浮吊本身在提升振动桩锤、钢管桩以及调整钢管桩垂直度时不能移位。这就通过浮吊四个角上的定位铁锚拉紧锚绳来进行。另外，每一个水上平台的打桩，铁锚锚定一次，就可将全部钢管桩打入，在打入一棵钢管桩时，可通过松紧四个锚绳在小范围内移动浮吊。钢护筒的插打也是同样进行。

其次，大量的水上转移钻机、吊机作业及其他水上起重作业也均由浮吊来完成。河道宽250米，而各个水上作业平台距离又较远，所以，水上转移机具起重作业量较大。钢管桩打完并割槽之后，架设I50工字钢及I20工字钢、铺设平台，也需要由水上浮吊吊起，由拖轮拖行。

再次是拔桩。拔桩是浮吊起重能力的最大体现。因为转移吊机、钻机，起重量最大为16T；而拔桩力却需要40T甚至更大，浮箱吃水深度最大，浮箱本身及浮箱接头处的受力也最大。

结束语：

大桥自当年8月开工到第二年年5月竣工，工期提前二十天，被评为优质工程，在整个施工过程中，多次受到业主的好评，取得了良好的经济、技术和社会效益，为我公司积累了深水桥的施工经验。