深水大流速區(qū)樁基礎(chǔ)作業(yè)平臺技術(shù)研究

摘要 文章以工程案例為背景，梳理所應(yīng)用的深水大流速區(qū)鉆孔灌注樁水上作業(yè)平臺相關(guān)工藝技術(shù)，介紹了案例樁基作業(yè)平臺構(gòu)成、主要技術(shù)參數(shù)、施工操作以及相關(guān)監(jiān)測控制等技術(shù)要點(diǎn)。實(shí)際測量與有限元模擬分析比較顯示，應(yīng)用該技術(shù)所獲得的平臺功效狀態(tài)與有限元模擬結(jié)果吻合，表明該技術(shù)適合深水大流速區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)作業(yè)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 深水大流速；橋梁樁基；作業(yè)平臺；鋼管樁；技術(shù)研究

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）13-0072-03

0 引言

浮動鉆孔作業(yè)平臺通常借助工程浮箱或軍用浮力器材以及特定錨定或動力系統(tǒng)構(gòu)成的水中漂浮系統(tǒng)，以為橋梁鉆孔灌注樁水上施工提供平臺支持。浮動平臺具有適用范圍廣、可以自由移動、提高作業(yè)效率等應(yīng)用優(yōu)勢，但在穩(wěn)定性和大流速區(qū)適用性上具有應(yīng)用劣勢。水上固定鉆孔作業(yè)平臺是通過鋼管注巖樁或其他錨定系統(tǒng)構(gòu)成的相對固定的為橋梁鉆孔灌注樁施工提供水上作業(yè)支持的平臺系統(tǒng)。固定平臺在穩(wěn)定性和大流速區(qū)適用性上具有應(yīng)用優(yōu)勢。案例橋梁工程在深水大流速區(qū)的鉆孔灌注樁施工中，應(yīng)用水上固定鉆孔作業(yè)平臺技術(shù)，圓滿完成了工程建設(shè)任務(wù)。這里結(jié)合工程應(yīng)用，梳理介紹深水大流速區(qū)樁基礎(chǔ)作業(yè)平臺相關(guān)工藝技術(shù)，以為同類橋梁樁基水上施工應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 案例簡介

案例是一座連續(xù)剛構(gòu)混凝土預(yù)應(yīng)力箱體梁橋，全長1 773 m，橋跨（31+49+144×3+86）m布置，橋?qū)?2 m，雙向四車道。公路Ⅰ級荷載，設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h。場地抗震Ⅶ烈度，航道Ⅳ級。主墩2～5#基礎(chǔ)采取雙排樁并250～

280 cm徑變斷面鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)，樁體長度19～49 m不等。橋址位于兩山突出部的峽口上，突然水流收縮，江面狹窄，最大流量在32 000 m3/s左右；急落表面最大流速在1.19 m/s，平均流速在0.98 m/s；洪水期最大流速在

3.0 m/s，并且存在紊流和回流；最深區(qū)域深度超過40 m；處于典型的深水大流速水上區(qū)域，橋梁樁基作業(yè)面臨考驗(yàn)，為此，工程樁基作業(yè)采取了深水大流速區(qū)樁基作業(yè)平臺形式。

2 深水大流速區(qū)樁基作業(yè)平臺

深水大流速區(qū)樁基作業(yè)平臺由定位樁、鋼護(hù)筒、貝雷梁、連接系、樁頂分配梁以及橋面板構(gòu)成，定位樁與鋼護(hù)筒結(jié)為一體，再輔以錨碇系統(tǒng)形成平臺水平維護(hù)結(jié)構(gòu)。橋涵作業(yè)規(guī)范一般要求潮水期水上作業(yè)面要高于水面1.5～2.00 m，由于案例水域高潮水位為+5.50 m，低潮水位為+1.00 m，因此將平臺頂位標(biāo)高定在+7.50 m，則樁頂定位標(biāo)高應(yīng)為+5.33 m。定位樁將采用壁厚為1 cm、直徑為Φ1 200的鋼管樁，樁與樁之間將通過2[20a焊接桁架進(jìn)行連接，樁頂將配置2[45a的分配梁。采用厚度為20 cm的鋼筋混凝土預(yù)制橋面板，在安裝時(shí)直接裝配在貝雷梁的頂面，并通過預(yù)設(shè)件固定在貝雷梁上。鋼護(hù)筒將采用壁厚為1.6 cm、徑值為Φ280～300 cm的管樁，與鋼管樁及連接系之間相互連接，以保證平臺的穩(wěn)定性和抗扭能力。上下游各設(shè)置2個30 T鋼混凝土預(yù)制塊錨碇。結(jié)合承臺設(shè)計(jì)規(guī)格為18 m×11 m，以及每墩需采用6根樁，每個作業(yè)循環(huán)需要3臺鉆機(jī)的施工要求，案例施工平臺的最終規(guī)格確定為23.10 m×21.00 m。單個平臺主要鋼管材料及作業(yè)設(shè)備見表1～2所示[1]。

3 作業(yè)平臺施工操作要點(diǎn)

3.1 建立作業(yè)平臺工序

建立水上作業(yè)平臺的工序如圖1所示。

3.2 鋼管樁操作

3.2.1 鋼管樁運(yùn)送

該平臺采用Q235B螺旋鋼管作為鋼管樁，其直徑為1 200 mm。這些鋼管樁首先通過陸路運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場，然后再船運(yùn)至樁位所在水域。為了避免打插過程中鋼管下口卷曲形變，影響打插深度，特于鋼管樁下口配置加力環(huán)，加力環(huán)由厚度1.2 cm的鋼板焊接而成。

3.2.2 接高鋼管樁

鋼管樁的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長為12 m，上節(jié)底端需要預(yù)先剖口。在對接上下管節(jié)時(shí)，需要校正垂直度和直線度，并保持對口間隙為2 mm。對接接長后，需要對焊接縫進(jìn)行磨平處理，然后再加焊強(qiáng)化板。在焊接過程中，需要符合以下要求：①所使用的焊接材料的型號和質(zhì)量均應(yīng)出廠材料齊全并符合設(shè)計(jì)要求。對于Q235B鋼材，建議采用E4315或E4316焊條。②焊縫強(qiáng)度須等強(qiáng)于母材，并且管柱縱橫焊縫需要達(dá)到水密標(biāo)準(zhǔn)。③縱向管柱彎曲矢高≤1 cm并且≤1/1 000管節(jié)長度。④管端平整度≤0.2 cm。⑤接縫板邊錯位≤0.22 cm。⑥接頭的剖口誤差須在±5°以內(nèi)控制。⑦焊縫咬邊深度按≤0.05 cm控制。

3.2.3 鋼管樁打插

（1）在施工前，需要檢查所使用的機(jī)具是否性能良好，并檢查鋼絲纜等是否完好。在樁入土前，需要在樁上或樁架標(biāo)注規(guī)格，以便作業(yè)過程中觀測和記錄。

（2）根據(jù)樁位設(shè)計(jì)，計(jì)算出每個定位樁的平面中心坐標(biāo)，定位樁依次自上游向下游打插。

（3）80 t浮吊需要按沉樁順序定位拋錨。拋錨時(shí)，在浮吊的首尾，分別拋2條“八”字形錨纜，再在船首和船尾分別拋2條“八”字錨纜，于中間分別拋設(shè)前進(jìn)錨纜。浮吊沉樁操作時(shí)，則借助這6條錨纜實(shí)施樁位調(diào)節(jié)。

（4）吊船需要裝配導(dǎo)向架，導(dǎo)向架需要與甲板龍骨充分錨固。鋼管樁由浮吊起吊置放于導(dǎo)向框內(nèi)以后，給予臨時(shí)固定并開展接高操作。完成接高后，以儀器放出樁位中心線，然后吊放鋼管樁，期間檢測樁體傾斜度及中心偏差，并進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)符合要求后，整體下插鋼管樁，在插樁入河床時(shí)，須再次檢測調(diào)節(jié)樁體傾斜度及中心偏差，滿足設(shè)計(jì)要求后，快速插樁著床，否則須再次檢測調(diào)節(jié)樁體。在保證鋼管樁各項(xiàng)偏差符合要求的前提下，如果鋼管樁入土較淺，使用打樁錘進(jìn)行打樁時(shí)，容易受到偏載或水平力的影響而導(dǎo)致鋼管樁傾斜。因此在開始打樁前先錘打2～3次，然后檢測并調(diào)整樁體傾斜度，然后再繼續(xù)增加打樁次數(shù)。當(dāng)插樁達(dá)到3.00 m深度后，方允許連續(xù)沉樁。因?yàn)?#墩位水深流急，完成單樁打插后會無法自穩(wěn)，因此在吊船上配置2套導(dǎo)向系統(tǒng)。作業(yè)時(shí)需將2根鋼管樁全部完成接高后，按順序連續(xù)完成打插，并及時(shí)連接成整體[2]。

（5）平潮期或流速比較小的情況下，可選擇使用浮吊和DZJ90打樁錘進(jìn)行鋼管樁的打插。

（6）打樁按照上游至下游的順序進(jìn)行，并做好操作記錄。

（7）在鋼管樁打插的過程中，注意觀察貫入度。如果貫入度低于5 cm/錘，則應(yīng)停止打樁，分析原因并采用其他輔助方法進(jìn)行打插。此外禁止使用久震或強(qiáng)震等方式對樁造成損壞。在打樁工程中，應(yīng)專人監(jiān)測樁體打插垂直度，一旦發(fā)現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，應(yīng)立即給予糾偏。如果鋼管樁已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)高，但是貫入度異常，那么就需要繼續(xù)沉樁。在現(xiàn)場操作中，應(yīng)保證樁體打入深度，并適當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)貫入度調(diào)節(jié)樁底標(biāo)高。

（8）鋼管樁的傾斜度應(yīng)控制在1%以內(nèi)，中心平均偏差≤5 cm。

3.3 平臺搭設(shè)要點(diǎn)

（1）完成鋼管樁打插、鋼護(hù)筒沉放以及錨樁施工后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行樁間聯(lián)結(jié)系的焊接，以增強(qiáng)水中支承樁的抵抗水流和潮流沖擊力能力。

（2）使用80t浮吊裝配樁帽、貝雷梁和樁頂橫橋向分配梁。

（3）裝配平聯(lián)貝雷梁連接系，以形成完整的施工平臺結(jié)構(gòu)骨架。

（4）在平臺面上鋪設(shè)橋面板，構(gòu)成鉆孔作業(yè)平臺。為便于錨碇系統(tǒng)的施工，此步驟可在完成錨碇施工后再進(jìn)行。

3.4 錨碇系統(tǒng)施工

案例4#墩區(qū)域蓋覆層淺，流急水深，僅靠定位樁無法保證錨固整個平臺，維持平穩(wěn)。在風(fēng)力和水流力的作用下，平臺可能會發(fā)生不穩(wěn)定甚至傾斜。因此有必要配備錨碇系統(tǒng)以加強(qiáng)整個平臺的平穩(wěn)能力，滿足安全施工要求。

錨碇系統(tǒng)施工中，鋼混凝土錨拋置操作是一個重要技術(shù)環(huán)節(jié)。其要點(diǎn)如下：

（1）首先按照水平距離和水深計(jì)算出錨鏈長度以后，將“打梢”牢牢固定于拋錨船。

（2）然后將起吊鋼絲纜穿入鋼混凝土錨吊耳，并插入抽拔鋼絲纜的操作插銷，使用浮吊將錨吊起。

（3）在陸上進(jìn)行檢測后，調(diào)度調(diào)節(jié)拋錨船作業(yè)位置，使吊點(diǎn)處于預(yù)定拋錨位置之上，落錨至河床。當(dāng)錨接近河床時(shí)，應(yīng)對錨位進(jìn)行復(fù)核，如果定位準(zhǔn)確，則可以松開鉤子，并收緊插銷鋼絲纜，將銷抽出。在鋼混凝土錨松放時(shí)，應(yīng)避免其轉(zhuǎn)動，保證錨耳正對錨鏈走向。錨位垂直錨鏈方向的誤差須≤5.00 m，順錨鏈方向的誤差須≤10.00 m[3]。

（4）在拋錨到位后，拋錨船沿著錨繩和錨鏈的設(shè)計(jì)方向緩慢后退，逐漸松開錨繩和錨鏈的分段“打梢”，并用拖輪將錨繩和錨鏈拉直，直至到達(dá)墩心船旁。為了避免錨繩滑落江中，索繩末端一定要打好保險(xiǎn)梢并在系纜柱上固定好。

（5）錨鏈或錨繩過渡到墩心船，并通過馬口連接滑車組。使用卷揚(yáng)機(jī)收緊錨鏈或錨繩，并固定在固定支撐座上。

（6）在拋錨時(shí)，必須做好詳細(xì)記錄。需要記錄的內(nèi)容包括錨及錨鏈、錨繩的組成、長度、尺寸情況、先后順序、拋錨日期以及錨索交叉關(guān)系等，以備后續(xù)使用。同時(shí)，要在墩心船的馬口上應(yīng)該用油漆標(biāo)明錨號，以避免出現(xiàn)混亂。

（7）在施工過程中，應(yīng)密切注意和調(diào)節(jié)作業(yè)船的錨索，以避免出現(xiàn)作業(yè)船碰撞或錨纜刮靠鋼管樁等問題。

3.5 平臺狀態(tài)監(jiān)測

在施工過程中，需要檢測平臺技術(shù)狀態(tài)，并綜合考慮風(fēng)力、水流等因素影響，及時(shí)作出操作判斷。平臺狀態(tài)監(jiān)測一般以狀態(tài)變化速率和設(shè)計(jì)容許值作為主要控制指標(biāo)。當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，應(yīng)考慮報(bào)警處置：

（1）平臺水平移位速率持續(xù)幾天存在顯著加大。

（2）平臺水平移位累計(jì)值逼近容許值。

（3）任何一項(xiàng)應(yīng)力測量逼近設(shè)計(jì)容許值。

（4）肉眼所見嚴(yán)重不正?，F(xiàn)象，例如連接處產(chǎn)生撕裂、鋼管橫向聯(lián)系產(chǎn)生嚴(yán)重形變等。因此在進(jìn)行平臺狀態(tài)監(jiān)測時(shí)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合考慮，并根據(jù)報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)作出判斷和處理。

為了保證重點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測可靠、實(shí)用方便和經(jīng)濟(jì)合理，案例工程選擇以平臺水平移位和沉降作為監(jiān)測參數(shù)。由于施工工藝和通視情況的限制，難以直接檢測鋼護(hù)筒形變，因此通過監(jiān)測貝雷梁上設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)來反應(yīng)和把握平臺工況狀態(tài)?；诂F(xiàn)場通視條件，隨時(shí)調(diào)整監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置，并根據(jù)以下情況把握監(jiān)控頻率：關(guān)鍵工序強(qiáng)化觀測，如鉆機(jī)開鉆、打入巖面、遇鉆孔傾斜面、破碎帶等，一般頻率以12 h/次為宜；如果持續(xù)獲得正常監(jiān)測結(jié)果，則測量頻率可適當(dāng)降低至24 h/次。

案例4#墩平臺成型后，對施工平臺的1～4號樁分別取4個工作日進(jìn)行狀態(tài)觀測，實(shí)際測量與有限元模擬分析比較結(jié)果見表3所示。表3數(shù)據(jù)顯示，實(shí)際位置狀態(tài)與有限元模擬結(jié)果比較吻合，表明該深水大流速區(qū)樁基礎(chǔ)作業(yè)平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)施操作符合設(shè)計(jì)要求[4]。

4 結(jié)語

該文基于工程背景，對深水大流速區(qū)鉆孔灌注樁水上作業(yè)平臺相關(guān)工藝技術(shù)進(jìn)行了研究：論述了案例樁基作業(yè)平臺構(gòu)成與主要技術(shù)參數(shù)；從平臺建立作業(yè)工序、鋼管樁操作、鋼管樁運(yùn)送、平臺搭設(shè)、錨碇系統(tǒng)施工、平臺狀態(tài)監(jiān)測等方面，闡述了深水大流速區(qū)樁基作業(yè)平臺施工操作工藝要點(diǎn)，并通過工程實(shí)際測量與有限元模擬分析比較結(jié)果，驗(yàn)證了該平臺施工工藝的工程應(yīng)用有效性。研究結(jié)果表明，該固定平臺技術(shù)具備足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在深水大流速區(qū)的鉆孔灌注樁施工中具有應(yīng)用優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1]郭庭. 鉆孔施工平臺的穩(wěn)定性分析[D]. 武漢：華中科技大學(xué)， 2006.

[2]劉永策. 深水墩施工平臺結(jié)構(gòu)分析及其施工技術(shù)研究[D]. 長沙：湖南大學(xué)， 2004.

[3]王希浩. 深水樁基礎(chǔ)施工平臺的結(jié)構(gòu)分析與施工控制[D]. 天津：天津大學(xué)， 2008.

[4]曾樂飛. 水上大口徑鉆孔灌注樁施工平臺設(shè)計(jì)研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué)， 2006.