深水中桩基船舶浮平台施工技术

深水中桩基船舶浮平台施工技术

李卫军

  （中铁五局集团第二工程有限责任公司 湖南 衡阳 421000）

摘　要：我国交通道路在发展过程中主要以公路为主，随着高速公路的发展，桥梁基础主要以桩基础为主，深水中桩基施工技术非常关键。文中结合G5京昆高速公路广绵段扩容工程中嘉陵江特大桥的实例，基于该工程的所处地理位置、工期、水文、地质等条件，对水中桩基施工的重难点做了详细阐述，对深水中桩基采用船舶平台施工做了深入技术总结。

关键词：嘉陵江特大桥   深水桩基   船舶浮平台  

一、引言

　　高速公路工程建设在我国持续高速发展，桥梁工程的占比也随着越来越高，跨越江河等水下基础工程也同步逐渐增多，在深水复杂地形的基础施工技术尤其重要。本文依托广绵高速公路嘉陵江特大桥工程，总结了深水中桩基船舶平台施工的关键技术，为今后深水中桥梁桩基础施工提供有效方法，对桥梁施工的工期、效益有重要影响，并确保桥梁施工、运营中质量及安全。

二、 工程概况

（一） 工程概况

嘉陵江特大桥全桥1555m，下部构造主要为桩基、薄壁空心墩、盖梁，上部构造主要为40m、50m预制T梁，主桥为95+180+95m连续刚构，其中主墩2#墩和3#墩为深水墩，桩顶标高为436m，主墩承台厚度为5m，单个主墩平面尺寸为1650×1650cm。单个主墩承台的桩基为9根φ250cm的钻孔灌注桩，桩基中心纵、横向间距625cm，采用旋挖桩施工，桩基础采用C30水下砼浇筑。

（二） 地形地貌、地质水文情况

1.地形地貌

桥梁跨嘉陵江，其中左岸斜坡坡向约160°，右岸30°；左岸整体坡度约10°，右岸339°。左岸坡表植被多为灌、乔木；右岸斜坡上多为基岩出露，覆盖层厚度小，零星生长乔木及灌木。

2. 地质情况

2#墩：0～5m为灰黄色粉砂，5～13.2m为青灰色砂岩、岩质较硬，13.2～ 18.8m为红棕色粉砂质泥岩、岩质较软，18.8～23.6m为青灰色砂岩、岩质较硬，23.6～40.0m为红棕色粉砂质泥岩、岩质较软。

3.水文情况

根据水文调查，每年的最高水位在9-10月份，最高水位为458m；每年最低水位在3-6月份，最低水位为442m，最大流速约为2.5m/s，通情况下水位可以控制在448m以下；7月-10月水位438m-458m；10月-次年3月水位将从458m降至438m三、施工重难点分析

（一）船舶浮平台自身牢固性要求高。

平台上材料、设备多，重量重，钻孔冲击力大，自身牢固性要求极高。

（二）船舶浮平台稳定性控制难。

船舶平台浮于水上，水流及钻机动载对船舶平台具有较大摆动性，平台稳定性控制难度大。

（三）钢护筒定位精度要求高。

2号墩位于陡岩上，桩基钢护筒水中长度最大约22m，因此对钢护筒的平面位置偏差以及钢护筒的倾斜度控制要求高。

四、 深水中桩基浮平台施工技术

（一）总体施工方法

该工程11月份开始施工，此时水位处于高位456m，并将持续约5个月水位较高。若采用栈桥施工桩基，现正处于水位较高时，水深17-22m，栈桥施工难度大，安全风险高。栈桥2月份搭设好后，水位开始下降，水位较低，钻机在栈桥上钻孔，摆动性太大，安全风险极高。所以综合考虑采用船舶平台施工2号墩，3号墩采用枯水季节填筑筑岛平台施工，这样既安全，又能节约成本，还能保证工期。

（二）浮平台桩基施工技术

1. 浮平台设计及安装

浮平台采用由2艘47.1m×9.5m的平板船（船体总吨位250.36t，满载吃水2.4m，空载吃水0.736m，载货量704t，含动力）和1艘41.8m×18.8m（10.8m+2*4m浮箱）的驳船拼装成型（船体总吨位385t，满载吃水1.2m，空载吃水0.5m，载货量300t，不含动力），拼装成型后外侧两艘平板船之间的净间距为18.8m，船顶甲板上旋挖钻工作区域（船头12m）按照间距50cm布置HN400×200型钢横向分配梁，非工作区域的11m按照1m的间距布置HN400×200型钢，型钢上面铺设间距为30cm的I18纵向分配梁，I18纵向分配梁上铺设厚度为1cm的钢板面板。

在船与船之间，船与浮箱之间，采用2m长的I22a工字钢加强焊接，布置间距为船头前12m布置间距为0.5m一道，后11m布置间距为1m一道。两侧大船在凹槽内，根据船内骨架，纵向1.5m布置一道HN400X200型钢立柱，横向根据骨架布置两根，柱脚斜面与凹槽基本吻合，并在型钢立柱上焊接HN400X200型钢纵梁，以增强稳定性，焊缝满足二级满焊，焊脚高度8mm。

采用抛锚将施工浮平台锚固，在施工浮平台上安装钢护筒打设导向架。通过引孔打设桩基钢护筒至设计标高，完成护筒安设。

2. 旋挖钻、履带吊就位：

平整临时码头，在距离码头20m位置处，打入两根∅630x10临时锚固桩，并采用∅24mm钢丝绳与船体连接，机械上船时船整体稳定可靠。平台靠稳后，先采用85t履带吊在浮平台船头吊放100t的1*1*1m混凝土预压块，同时将上船搭板按照旋挖钻履带间距吊装到位，并将两端卡牢固。全部就位后，再将580旋挖钻主机部分，通过上船搭板缓慢行驶到浮平台中心线上。旋挖钻在平台中间靠稳后，借助履带吊，将预压块卸下平台，并将旋挖钻继续往前行驶至平台前端，停靠稳定后，将履带吊行驶至平台尾部，以平衡旋挖钻重量。最后将旋挖钻其它部分通过履带吊一一吊上平台，进行组装。

3. 浮平台定位：

85t履带吊、XR580HD旋挖钻机、出渣箱等就位后，将浮平台移动至指定位置，在浮平台的上游、下游侧布置两艘定位抛锚船，与浮平台之间通过φ22mm钢丝绳连接，各定位抛锚船抛设5t霍尔锚，抛锚距离150m，采用φ22mm锚缆钢丝绳连接。若锚固好的浮平台遇到水位变化小于0.5m时，通过调整卷扬机的钢丝绳来调整浮平台位置；当水位变化大于0.5m时，应重新抛锚，调整浮平台位置。

4. 钢护筒定位

钢护筒允许偏差：平面位置偏差不大于8cm，竖直方向的倾斜度应不大于 0.5%。

浮平台定位完成后，利用85t 履带吊吊装第一节钢护筒至浮平台上的导向架内，在第一节钢护筒中部位置（距离护筒底口约5m）焊接3个环扣，并从环扣中穿φ16mm 钢丝绳分别与浮平台上游以及左右两侧定位船上的5t级慢速卷扬机连接，钢丝绳随钢护筒下放，第一节钢护筒下放到位后在护筒顶口位置焊接临时牛腿支撑在导向架上，第二节钢护筒与第一节通过锁扣紧密贴合后拧紧锁扣上的24#螺栓，然后焊接两节钢护筒接缝，拆除螺栓并补焊螺栓孔，割除第一节钢护筒顶口的临时牛腿，吊起第二节钢护筒顶口并下放到位，重复上述钢护筒对接工序依次将钢护筒对接直至第一节（底节）钢护筒底口接触河床。

（三）水中桩基础施工

1.施工放样

施工前用全站仪在钻孔平台上放出桩位中心点，并在钢护筒上标记出桩位中心。在施工过程中，为防止毁坏已放样好的桩位，可在放桩位时，将桩位引至平台上不受施工干扰的地方，每排桩中心线两侧各一个点，做出标记，同时做好复测工作。

2.钻机就位

桩基施工时，旋挖钻机行驶至浮平台桩位位置，通过护筒上定出的桩位中心线调整旋挖钻机在浮平台上的位置，将钻头的尖端正对桩位标注点。再用垂球及钻机仪表控制钻杆的垂直度和钻机机身的水平，并保证钻架上的起吊滑轮、钻杆中心及转盘中心在同一条铅垂线上。

3.造浆

泥浆是粘土和水的拌和物，由于其比重大，净水压力大，作用在孔桩孔壁形成一层泥皮，阻隔孔隙水渗流，保护孔壁免于坍塌，同时，泥浆还起悬浮钻渣的作用，使钻进正常进行。在钻孔平台上安放一个3m（宽）×7m（长）×2m（高）的泥浆箱，钻碴通过分离器分离至渣土船上运输至指定位置，泥浆回流至泥浆箱。在钻进过程中不断用试验仪器对泥浆的各项性能指标进行测试，根据泥浆性能和地层情况及时调整泥浆的浓度，必要时添加外加剂。

4.钻进

2#墩桩位共计9根桩基，应进行跳桩法施工，避免造成相邻桩扰动。

钻孔前在护筒顶面依照护筒壁上的护筒顶面中心标识的挂设十字线，然后对中钻头中心。钻头中心与护筒中心偏差不得大于5cm。成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程中磨损超标的钻头及时更换。旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度,通过电子控制和人工用垂球观察两种方式来保证钻杆的垂直度,从而保证成孔的垂直度。同时在每一次钻机提钻甩渣复位后检查钻头是否对中。在粘质土中钻进时，由于泥浆粘性大，易糊钻，采用中等转速、大泵量、稀泥浆钻进；在砂类土或软土层钻进时，易坍孔，宜控制进尺、轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进。

5.成孔检查

在钻机显示器显示孔底达到设计桩底标高后，停止钻进，在现场工程师在场的情况下，对孔位中心偏差、孔径、孔深、钻孔垂直度、孔底沉碴厚度等采用测量仪器、测绳、验孔器等工具进行全面检查，签字确认合格，进入下道工序。

6.清孔

成孔检查合格后立即采用换浆法进行清孔。旋挖钻机清孔一般用泥浆泵导管向孔底注入指标合格的泥浆，利用泥浆的粘度及对孔底的冲击把孔内砂、石等杂物清理至沉淀池，达到清孔的目的。

清孔安装导管时注意导管从桩孔中心垂直缓慢放入孔中，防止导管磕碰孔壁造成坍孔。清空过程中要注意保持孔内水头高度，防止塌孔，并随时测试泥浆指标，在泥浆指标合格后报现场工程师验收。

7.钢筋笼下放

钢筋笼下放采用85t履带吊，安装钢筋笼时，采用三点起吊。先将第一段钢筋笼对准孔位，垂直缓慢放入孔中，避免碰撞孔壁，利用钢筋笼顶端的架立筋暂时固定在桩架上。再将第二段钢筋笼吊起，钢筋笼按设计要求采用套筒连接接长；钢筋笼接长时，两钢筋笼必须保持垂直和对位良好。逐段安装至设计标高。

8.导管的连接

导管是灌注水下混凝土的重要工具，导管接头为卡口式双保险装置，（内径不小于325mm，壁厚10mm，分节长度为1-2-3m不等）。导管在使用前和使用一段时期后，除应对其规格、质量和拼接结构进行认真的检查外，还需进行导管水密性试验，合格后方能使用。

9.灌注

混凝土统一由项目部拌合站集中拌制，混凝土运输车运输，桩基础采用地泵泵送灌注，最远泵送距离约200m。2#墩桩基础首盘混凝土先通过地泵输送到料斗，待料斗中的方量达到首盘混凝土方量后，借助履带吊，拔出料斗塞，将首盘混凝土顺利灌注，并不间断的将整根桩灌注完毕。

9.1混凝土的运输时间应尽量缩短，以迅速、不间断为原则，防止在运输中产生离析。

9.2灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序，应特别注意，钻孔应经成孔质量检验合格后方可开始灌注工作。

9.3灌注前应将灌注机具如集料斗、溜槽、漏斗提前准备好，对孔底沉淀层厚度应进行测定。

9.4导管吊放时，应使位置居于孔中，轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋架和碰撞孔壁。

9.5水下砼的坍落度应控制在180~220mm，且有良好的和易性。砼拌和车运抵现场后，坍落度检查合格后，再进行浇灌。

9.6导管下口至孔底的距离控制在25~40cm，首批浇筑混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要。导管埋置深度不得小于1m，并不宜大于3m。

9.7灌注过程中，应采取措施防止杂物掉入孔中；导管提升时，应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，防止导管连接部位钩挂钢筋笼；混凝土浇筑速度应保持匀速，应随时核对混凝土的浇筑数量，以确定所测混凝土的浇筑高度是否正确；当导管内混凝土不满时，后续混凝土应控制浇筑速度，避免在导管内形成高压气囊造成导管密封破坏和飞物伤人；导管应缓慢提升和下降，避免在已浇筑混凝土中形成空洞或将顶层浮渣卷入；应经常测探孔内混凝土面高程，及时调整导管埋深，导管埋深宜控制在2~6m，最小埋深任何时候不得小于1m，当浇筑速度较快、导管较坚固并有足够的起重能力时，可适当加大埋深，但不宜超过8m。

9.8  在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，压力下降，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，相对密度增大。如在这种情况下出现混凝土顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，使灌注工作顺利进行，在拔出最后一节导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。

五、 结论

G5京昆高速公路嘉陵江特大桥，受亭子口水电站和雨季的影响、水位的不同变化、桩基施工时间等因素，2号墩桩基采用船舶浮平台施工。蓄水期水位高，洪水季节水流湍急，2号墩处于陡坡位置，浮平台稳定性控制难，深水钻孔定位要求高。本文对重难点进行了分析，并对深水桩基施工措施进行了深入总结，实现了深水中船舶浮平台施工2墩桩基，并在蓄水期墩身高出水面，确保了总体施工计划的实现，为今后深水中桩基船舶浮平台施工提供了有效的施工经验。

参考文献：

1、郭煜，刘晓阳，唐钰向. 浮式平台在千岛湖大桥钻孔桩施工中的应用[J] . 桥梁建设，2004,6：48-51.

2、盛振邦，刘应中.船舶原理[M] . 上海：上海交通大学出版社.2003.

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