1、1深水桩基固定钢平台的设计与施工摘要：本文根据渠江二桥深水桩基的施工实践，从技术可行性、经济性、可靠性等方面对筑岛施工和固定钢平台施工方案进行了比选，并重点介绍了深水桩基固定钢平台的设计及施工技术。 关键词：深水桩基；钢平台设计；钢管桩；施工技术 Abstract: based on the river two bridge deep water pile foundation construction practice, from the aspects of technical feasibility, economical efficiency, reliability and so o
2、n to build construction and steel platform construction scheme was carried on the comparison, and focus on deep water pile foundation of fixed steel platform design and construction technology. Key words: deep water pile foundation; Steel platform design; Steel pipe pile; The construction technology
3、. 中图分类号：U445.55+1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 工程概况 渠江二桥位于四川省达州市渠县城区，横跨渠江，全长 601.5m，其中主桥为钢管混凝土复合式拱桥，孔跨组合为 75m+206m+75m（主桥纵断2面图见图 1-1 所示） 。4#、5#主墩承台尺寸为（30.1215）m，承台下接顺桥向 4 排、横桥向 5 排共 20 根直径 2.5m 的钻孔灌注桩，桩间距顺桥向为 5.5m，横桥向 6.5m 或 6.3m。桩基按嵌岩桩设计，桩底嵌固在较完整的弱风化泥岩层内 20m 以上，采用冲击钻成孔。4#主墩桩基础为深水桩基础，桩长 36 米，桩顶标高 22
4、9.5 米，最大水深约为 5.5 米。据渠江水文资料，4#承台施工期为枯水期，施工水位为 231.0 米。 图 1-1 主桥纵断面图 桩基础施工方案的选定 4主墩处水深约 5.5m，常规的水中基础施工方法可分为：筑岛施工、土围堰施工、混凝土沉井施工、浮箱平台施工、钢平台施工等。综合工程实际情况，初步拟定采用筑岛施工和钢平台施工法，两者各有优劣，具体比较如下： 筑岛施工：工程成本低，较经济；桩基础护筒定位较容易，但在水流流速大且涨水频繁时，石笼、沙袋下沉定位难，上游对筑岛边坡冲刷大；后期大体积水中承台施工对岛的安全性影响较大；筑岛所需石土方约 4 万方，待基础完毕后，水中土石的清除有一定困难，阻
5、塞河道。 钢平台施工：钢管及型钢等材料投入大，工程成本高，但钢平台可以作为钢围堰的施工平台，钢围堰下沉时利用钻孔平台钢护筒及钢管桩作为定位装置，不需要定位船和导向船等大型设备，节省设备租赁费；钢平台整体稳定性好，不受水深和水流限制。 3另外，施工平台后期需用于承台、拱座施工临时场所；桥址处水位高程 231.0m，有记载的最高水位 255.5m，平均水位 234.25m，年平均流量 635.87m3/s，涨水频繁。按进度安排，承台、拱座施工时间长，横跨整个汛期，平台的实用性、强度、抗洪水能力为决定性因素，经过项目部多次组织技术交流会进行方案论证，综合考虑，4#主墩桩基础施工最终选用固定钢平台施工
6、方案。 水中钢管桩固定平台的设计 钢管桩平台设计原理及结构布置 图 4-1 钢管桩平台结构布置图（单位：cm） 钢平台设计原理 钢平台设计主要需考虑施工水位、承台尺寸及平台安全适用性等因素。根据设计提供的施工水位高程+231.0m，承台顶高程+234.5m，并考虑涨洪水因素，拟定钢管桩平台顶标高为 235.3m。依据承台平面尺寸和施工作业面需要，拟定钢平台尺寸为（44.934.8）m。考虑钢管桩桩端承载力达到 300kN 以上及稳定性要求，初步拟定采用 5298mm 钢管作为钢管桩，钢管桩入土深度 5m。 钢平台结构布置 4#承台墩位顺桥向每排设 7 根钢管，间距为 5.5m 或 5.9m；横
7、桥向每排设 8 根钢管，间距为 6m、6.3m 或 6.4m，共设 56 根钢管桩。钢管桩全部插打完成后，在钢管桩上铺设 2I40b 工字钢作为分配梁，分配梁上间4距 30cm 铺设 I25b 工字钢分布梁，分布梁上铺 10mm 厚钢板。钢管桩平台结构具体布置形式如图 4-1 所示。 荷载分析 平台在施工过程中主要承受钢平台自重，施工荷载（钻机、起重机或混凝土运输车） ，风荷载，水流力等。荷载情况见表 4-1。 表 4-1 钢平台受力情况分析 注：活载分项系数取 1.4，恒载分项系数取 1.2。 钢管桩受压极限承载力验算 钢管桩的承载能力由两个方面组成，一方面为单桩轴向受压容许承载力，另一方面
8、为钢管桩自身的承载能力，即钢管桩稳定性。前者取决于土体的性质、钢管桩桩径及打入土体深度，后者取决于钢管桩桩径、壁厚、自由长度。 钢管桩轴向受压承载力验算 查渠江二桥两阶段施工图设计之基础资料知：4#主墩处最大水深约为 5.5 米，地质情况如表 4-2 所示。 表 4-2 4#主墩处地质情况表 假定桩入土深度为 5m，根据建筑桩基技术规范式 5.3.7 计算确定钢管桩单桩竖向极限承载力：，U=1.66106m，A=0.01309m2 5式中：分别为土层极限侧阻力和极限端阻力；桩端土塞效应系数；桩端进入持力层深度；钢管桩外径；钢管桩内径。 钢平台结构总的重量：N 平台=5227.49kN（考虑钢管
9、桩自重） 8 台钻机总重：N 钻机=1760kN，产生的荷载由 32 根钢管桩直接承担。则单根钢管桩承受最不利的荷载为：N 单=189kNQuk=1332kN 安全系数 K=，故钢管桩的垂直承载力满足施工要求。 钢管桩稳定性验算： 钢管桩稳定性检算按压杆稳定进行计算。为偏于安全考虑，不认为钢管桩两端固结，而将钢管桩下端与砂卵石层视为铰接，上端固结进行计算，即压杆的长度系数 u 为 2。 钢管弹性模量：E=2.06105MPa（采用 Q235 钢材 5298mm 钢管） 。惯性矩：；压杆计算长度：（进入砂卵石层 5 米，管顶距河床 9.4米） ；惯性半径；长细比。 查钢结构设计手册得轴心受压构件
10、的稳定系数。 钢管受轴向压力：（未考虑钢管桩自重） 。 查公路施工手册得 Q235 钢材的容许应力为 170MPa。 ，故钢管桩满足稳定性要求。 钢平台主梁、分布梁的验算 2 根 I40b 横向主梁受力检算 计算结构形式采用简支梁偏于安全，计算跨径为 5.871m，考虑停放6起重机最不利荷载为起重机一单腿位于跨中时，按集中荷载 P=200kN 考虑，桥面、I25b 工字钢及 I40b 纵梁自重取 13kN/m。经检算，主梁强度及刚度满足受力要求。 10 根 I25b 工字钢纵向分布梁受力检算 计算跨径取为 5.371m，混凝土运输车设计活载 350kN，桥面及纵梁自重取 3kN/m，动荷系数取
11、 1.3。考虑混凝土运输车满载且最不利荷载为后轴承一个轮位于跨中时，按集中荷载考虑（后轴承重量占整车重量的80%） 。经检算，I25b 工字钢分布梁满足受力要求。 水中钢管桩固定平台的施工 工艺流程（见图 4-1） 图 5-1 水中钢平台施工工艺流程图 施工准备工作 4#墩进场便道采用钢栈桥，以 3#墩的土石岛边缘为起点，架设一条总长为 91.2m 的钢栈桥到达 4#墩施工区域。钢栈桥跨径布置为 165.7m跨。现栈桥区域为规划航道，渠江二桥施工期间封闭原航道并规划出临时航道。栈桥主要用于钻机、起重机等重型机械通过和各种材料运输。 钢管桩的插打施工 根据测量指令，调整导向架位置至满足偏斜率不大
12、于 1%且中心线偏位不大于 50mm 要求，先布置上游侧钢管位置，在完成上游侧钢管桩插打后，导向船向下游移动，使导向架位于下游侧钢管桩中心。用轮式起重7机起吊钢管桩，垂直放置入导向架内，经测量定位后缓慢下放，并在自重作用下入土稳定。检测钢管桩垂直度，满足规范要求后安装 120KW 振动锤，开始低档振动下沉，待钢管桩入土 34 米后即可改为高档振动下沉，直至第一节钢管桩露出水面的长度为 1.0m 左右时，停止振动，拆除振动锤。再用轮式起重机起吊第二节钢管桩，与第一节钢管对接，采用环焊缝接长钢管桩。焊接完成后，继续振动下沉至设计标高。 钢管桩固定平台的搭设 钢管桩打设完毕后，相邻钢管桩间用 220
13、a 设剪刀撑和 I25b 工字钢横撑连接为整体，保证结构的稳定性。 完成钢管桩间 I25b 工字钢横向联系后，用割炬沿测量确定的桩头标高线割除多余的钢管桩，并于管口开设用于横梁安装的槽口，槽口深度为 25cm。一排墩的两个钢管桩共设置 4 个槽口，要求槽口底面标高在同一水平面上，相对高差h2mm。槽口宽度为 2I40b 型钢翼缘宽度，并留置 10mm 的安装间隙。 用轮式起重机从运输船上起吊组拼好的桩顶 2I40b 横梁，放入安装槽口后，立即点焊固定以防止变位、倾覆。拆除吊点，继续进行横梁与钢管桩的焊接连接。每根横梁与钢管桩管口壁采用角焊缝满焊，并于横梁下正对工字钢肋板位置设置三角形加劲肋板。
14、肋板在加工场预制，现场用人工安装就位后与钢管壁、工字钢下翼缘采用双面连续角焊接缝焊接连接。 在桩顶 2I40b 工字钢主梁上放样出钢平台纵向分布梁 I25b 工字钢的安装位置，间距为 30cm，并作好标记。 8钢平台上部结构安装完成后进行钢平台桥面钢板铺装施工。钢板与I25b 纵梁焊接固定，两块钢板间留 2cm 空隙以方便施焊并做泄水用。 施工重点 （1）钢管桩底端 30cm 范围环向焊接一圈 10mm 厚钢板加强，钢管桩顶端振动桩锤液压钳锁夹处焊接一块 300300 钢板加厚，防止钢管受力变形后桩锤液压钳不易取出。 （2）沉桩时，采用控制桩尖设计标高和贯入度两个指标双控，以控制桩尖设计标高为
15、主。当桩尖已达设计标高，而最终 10 击的平均贯入度大于 5mm/击时，应继续锤击，使贯入度达到控制贯入度。贯入度已达到控制贯入度，而桩端入土深度未达到设计标高时，以连续震动 3 分钟而钢管不下沉或下沉很小即可停止插打（沉桩时采用 DZ-120 型振动锤，激振力 775KN，当连续振动 3 分钟钢管桩下沉量不超过 10mm 时，可以认为钢管桩轴向受压承载力能保证钢平台安全） 。 （3）每一根桩的下沉应连续，不可中途长时间停止，以免土的摩阻力恢复，难以继续下沉。每次振动的持续时间一般不宜超过 2min。振动持续时间过短，则土的结构未被破坏，过长则振动锤部件易遭破坏。 （4）沉桩过程中，若遇到贯入
16、度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹，桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停沉桩，分析原因，采取有效措施。 （5）钢管桩的接长是质量控制关键环节。将钢管对接处接口预作 45度的坡口处理。钢管桩接长采用等长环焊缝，要求熔透焊接，焊缝余高不小于 2mm。对接错边尺寸不大于 3mm。对于对接错边较大的，采用外包9加强板并施焊周边角焊缝进行加强处理 结语 综合考虑渠江二桥的水文、地质、通航、安全等因素，采取经济、合理及科学的方法对深水桩基施工平台进行方案比选，最终确定以钢管桩受力的固定钢平台。实践证明，采用该方案顺利完成了渠江二桥深水桩基的施工，期间经过了 5 次流量最大达 18000m3/秒、持续时间达 5 个月之久的洪水期，保证了全桥正常的施工进度。 参考文献 江正荣，朱国梁编著，简明施工计算手册。北京：中国建筑工业出版社，2002 白利军，浅谈水中桩基施工平台技术。科技信息，2008 年 14 期 钢结构设计手册编委会编著，钢结构设计手册。北京：中国建筑工业出版社，2003
