1、芜申运河特大桥深水裸岩钻孔桩平台施工关键技术应用研究邹文军 白伟华 王芮文摘要：本文以溧高高速公路芜申运河大桥的河流深水裸岩基面的地质特点，根据河道中水流、水深的具体情况，研究了在钻孔灌注桩施工中平台搭设的技术方案，并在方案的基础上分析了钻孔平台的施工关键技术，对其抗倾覆能力进行计算，得出该方案能够用于本项目施工，而且还可以推广应用的结论。Abstract：Based on the geological characteristics of the deep-water bare rock foundationof the Wushen Canal Bridge of Ligao expres
2、sway，according to the specificsituation of the water flow and depth in the river，this paper studies thetechnical scheme of the platform setting up in the construction of bored cast-in-place piles，and on the basis of the scheme，analyzes the keyconstruction technology of the drilling platform，calculat
3、es its anti-overturning ability，and draws the conclusion that the scheme can be used inthe construction of this project，and it can also be popularized.關键词：钻孔灌注桩;深水平台;裸岩基面;应用技术Key words：bored pile;deep-water platform;bare rock base;application technology中图分类号：U445.55+1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2020）15-01
4、69-020引言桥梁钻孔灌注桩施工是桥梁施工中常用的施工项目，然而，在桥梁跨越的河流和湖泊中，经常遇到水深深度较大的情况，这些深水桩基施工难度最大的就是如何进行钻孔平台的设计施工，为保证施工过程中的安全管理，这就要求施工平台具有足够的强度、刚度和整体稳定性。芜申运河特大桥，全长 1023.16m。大桥上部结构配跨为1220+730+67+86+67+330m;主桥为变截面三项预应力连续箱梁设计，跨度为67+86+67m，其他桥梁部分为孔径为 30m 的预应力箱梁和孔径为 20m 预应力空心板梁。其桩基础采用钻孔灌注桩，最深桩长达 70m。桥面采用双幅桥梁分离式的桥面板。本工程穿越复杂的地质区域
5、，施工难度大，地质条件和自然条件复杂，主要的问题是，第一，在主桥的桥位处，跨越河流的部分水流较急，流速较大，桩位处的水深度较大，且该处淤泥较深。第二，河流受每日潮汐影响较大。第三，本河道路段的河床存在裸露的基岩。1选择合理可行的施工技术方案本桥梁钻孔灌注桩桩长较深，在河床底部向下 3.6m 为基岩条件，基岩倾斜，河水深度较深，流速较急等施工特点，提出如下四种方案：采用钢壳混凝土做为底座，在底座上固定施工平台方案;在河床中抛入片石，形成石笼基座，在此基座上固定施工平台;采用预先成孔的岩石孔内嵌入钢管中，形成固定平台;用分体式钢管桩混凝土底座，在底座上搭设施工平台。针对方案，要求裸岩的表面一定要与
6、整体钢壳混凝土密贴。查阅图纸并委托有资质的检测单位对河床的岩石表面做了系统的检测，发现如下问题：水中墩 16#和 17#墩位置及附近基岩顶面非常大的凸鼓且不平整。在 17#墩位基岩顶面倾斜度最大处达到已经接近 45，该墩位六根钻孔桩之间的顶面高差相差较大，其中左幅 17-1 桩与最右幅 17-6 的高差达到 6.2m。柱墩与边墩的水位深度相差非常大，在常水位标高时，16#主墩桩位处水深度达27.3m，17#墩位处桩位水深度达 15.2m，高度差达到 12.1m，而实际上，两桥墩之间的距离只有 67m。水流变化较大，钢壳混凝土底座平台施工方案的实施存在困难。芜申运河在各个时间段内水流变化较大，汛
7、期水位高涨，流速剧增，秋冬季水流流速在 0.5-1.0m/s 左右，因此，方案实施起来困难重重，需要对原方案进行优化。根据不同水深度情况，在 16#墩桩位处，加设钢板围圈浇筑混凝土底座，然后施工钻孔平台。该方案先在桩位处向河床顶下沉钢护筒，然后在钢护筒的外缘加套比钢护筒直径大 40cm 的钢围圈，然后在钢围圈和钢护筒之间的环状区域内浇筑水下混凝土，用以保证钢护筒不产生滑移。如图 1 所示。在 17#墩位处，选择不同于 16#墩的施工平台设计方案。由于 17#墩墩位处，裸岩岩面倾角较大，如采用与 16#墩相同的平台方案则会发现钢围圈的着床无法实现，水下混凝土浇筑难度极大，钢护筒就位的难度也是非常
8、大的。因此根据 17#墩位的勘察情况，进分析比较，最后选择预先成孔后安设钢护筒的方案。该方案是在平台支撑位置，用冲击锤冲击裸岩，冲击直径为大于钢护筒的直径，冲击的深度为倾斜最低面以下 90cm，冲击孔完成后，将钢护筒安装在内部，然后在冲击孔的孔壁和钢护筒外缘之间组成的环形区域内浇筑水下混凝土，这样就实现了钢护筒的抗倾覆的能力。如图 2 所示。2施工技术措施及实施工序的关键点2.1 護筒-钢围圈水下砼底座钻孔桩施工平台工序关键点通过上述描述，我们知道，这一方案是先将钢护筒下沉到河床裸岩的合适位置，并确保水平无倾斜，再在钢护筒外侧套以钢围圈，然后在钢围圈和钢护筒之间围成的环形区域内浇筑水下混凝土，
9、这样，就可以把护筒牢牢地固定了。当然，钢围圈直径越大，内部的混凝土也越大，承受的荷载能力也越强，但是，在实际施工中，还要考虑桩群的布设平面，应留有一定的富余量。钢围圈究竟采用的直径多少，应该根据计算水平力的力值进行抗倾覆计算，用以确定钢围圈的高度，此间，还要考虑河道冲刷的影响和富余量。此方案的主要施工顺序为：拼装组成浮箱施工平台，然后抛锚在桥墩墩位处;焊接组装钢围圈，钢围圈采用3mm 厚钢板带，并在钢围圈内部设置钢筋龙骨，并焊接钢护筒下沉的导向定位钢筋杆件;把焊接好的钢围圈下沉并悬浮在操作平台上;在相应的地方安设护筒下沉的定位用导向架;逐节下沉钢护筒，直至到达河床的裸岩表面;下沉后的钢护筒垂直
10、度检测，然后沿着钢护筒外壁，通过导向定位措施，把钢围圈滑沉落在裸岩表面。然后专业潜水员下沉到钢护筒底部，用砂袋、土袋等封堵底部缝隙;在河道水位基本无变化以及水流平稳的时间段内，灌注钢护筒和钢围圈的封底混凝土和连接混凝土。在混凝土的强度未达到设计强度或者能承受外力之前，对钢护筒必须进行有效固定措施。当水的流速较大，且不稳定时，也可以先安设 2-3 只钢护筒，当这些钢护筒连接成一个整体以后，再进行下道工序（灌注水下混凝土等）施工;护筒-围圈平台基础施工完成后，在其上部搭设平台进行桩基的施工。2.2 预先打孔安设钢护筒施工平台技术这项方案首先在河床底部裸露岩石上用冲击锤冲击出一个孔洞，孔洞的直径要比
11、钢护筒直径大 60-90cm，然后，在浮平台上定位下沉安设钢护筒。最后在孔壁与钢护筒外壁形成的环形区域内浇筑水下混凝土。冲击孔的深度要根据具体情况确定。这项方案的主要施工顺序为：拼装组成浮箱施工平台，然后抛锚在桥墩墩位处;施工放样，准确定出钻孔的平面位置，安放冲击钻，根据设计直径的大小进行冲钻。在整个冲击过程中，应随时测量孔位，不得偏离;在浮平台上，设置护筒下沉的定位导向杆架，逐节、缓慢地将钢护筒下沉到预成孔底部;在河道水位基本无变化以及水流平稳的时间段内，灌注钢护筒和钢围圈的封底混凝土和连接混凝土。在混凝土的强度未达到设计强度或者能承受外力之前，对钢护筒必须进行有效固定措施。当水的流速较大，
12、且不稳定时，也可以先安设 2-3只钢护筒，当这些钢护筒连接成一个整体以后，再进行下道工序施工;当钢护筒底部的混凝土强度达到设计或者能承受水平荷载时，就可以进行钻孔桩施工了。固定平台设计为钢桁梁结构，与护筒连接牢固，确保抗倾覆能力。3平台技术措施的理论研究3.1 钢护筒的抗倾覆稳定性及形变理论分析在方案选择时，无论是预成孔法还是钢围圈法，如何保持钢护筒的稳定和增大其抗倾覆的能力就成为方案最关键的技术。现在以钢围圈技术为例，对其施工技术做分析。如图3 所示。很明显，钢护筒所受的倾覆力主要是水平荷载，这些力有河水流动的冲击作用、钢护筒由于倾斜产生的自重水平分力以及船只碰撞力，另外在施工钻孔过程中，也
13、会产生水平力，根据桥规的计算方法，得出该结构的抗倾覆安全系数为 2.7，满足规范要求和使用要求。3.2 钻孔平台的构造情况分析利用项目技术人员编制的自由空间杆件结构分析计算程序，对钢护筒、钢桁架以及各支承杆件组成的体系进行模拟验算。其中，忽略钢护筒底部的砼与基岩面的粘结力，计算时，假设为刚性杆件。计算外力取河水的冲击作用力、钢护筒及其上行架、杆件的自重、钻机自重以及冲击力、船只紧靠力、风力等。其中，水流的冲击力沿着钢护筒向下呈现倒三角形分布。通过验算，平台的抗弯刚度和挠曲稳定性均符合施工要求。4钻机选型及配套设备因水中钻孔尽量减少冲击和钻孔的震动，经过选择，采用机型尺寸小，重量轻的钻孔钻机，并
14、通过对提升卷扬机的技术改进，可以提起较重的钻头，选择合理的钻齿，提高了钻机钻进的速度。5结语由于河床裸岩钻孔灌注桩施工时，存在基面倾斜、岩性强度大等特点，从施工方案的选择和比较，到现场实施，平台基础的稳定性，平台本身的强度和稳定性都是施工控制的重点内容，本文通过方案比选，选择的施工平台技术有效，保证了施工质量和施工效率，对后续裸岩深水钻孔施工有较大的借鉴作用。参考文献：1王芮文，欧定福，曹妍.FMECA 技术在预制 PC 箱梁施工质量风险控制中的应用研究J.施工技术，2017（12）：87-92.2王芮文，欧定福，曹妍.测量系统分析技术在构件保护层厚度检测中的应用J.计测技术，2014（04）：22-26.3王芮文，曹妍，欧定福.关于水泥混凝土用粗集料压碎值技术标准的探讨J.公路交通技术，2019（08）：34-42.作者简介：邹文军（1986-），男，陕西定边人，中交二公局第三工程有限公司项目总工，工程师，主要研究方向为公路桥梁施工技术。
