基于水中浮式平臺的深水裸露基巖鋼棧橋施工技術

摘要：基于水中浮式平臺對鋼管樁進行植樁，有效解決了卵石及裸巖河床中鋼棧橋施工難題，確保了橋梁的穩(wěn)定性和便利性。浮式平臺結構簡單，浮體結構由標準節(jié)組成，可以快速的安裝和拆卸，施工便捷。鋼護筒通過在定位架設置上、下層調(diào)節(jié)結構，能夠對鋼護筒的水平位置和豎向傾角進行精確調(diào)整，提高了鋼護筒施工精度。浮式平臺在水中可以快速移動，節(jié)省了移動樁機的時間，顯著提高了施工效率。植樁可以確保棧橋承載力和穩(wěn)定性，確保在棧橋上安全地進行施工。

關鍵詞：浮式平臺;鋼管樁;定位;植樁

0" "引言

跨江大橋的修建有兩種臨時措施方式，即鋼棧橋運輸措施、船舶運輸措施[1]。在水域內(nèi)搭設鋼棧橋施工中，除受所處流域的復雜地質、水深、急流等自然因素的影響外，還受到施工復雜程度、運營期間荷載以及棧橋拆除等因素的制約，如何在水中搭設鋼棧橋和保持其穩(wěn)定性是施工的重難點。

目前，針對卵石及裸巖條件下鋼棧橋施工，一般采用復合樁基或者固定法將鉆機停放在臨時棧橋上進行植樁。這些方法能滿足基礎承載能力要求、滿足樁基礎與河床的有效錨固，但是樁機移動緩慢，施工工期較長[2]。針對鋼棧橋施工，本文提出基于水中浮式平臺對鋼管樁進行植樁，有效解決了卵石及裸巖河床中鋼棧橋施工的難題，確保了橋梁的穩(wěn)定性和便利性，具有施工速度快、施工成本低、施工效果好、安全可靠等特點，也為今后類似棧橋施工提供了參考。

1" "工程概況

龍麗溫高速公路文成至瑞安段第1標段起自文成縣樟臺，與規(guī)劃的國高網(wǎng)溧陽至寧德高速公路浙江景寧至文成段順接，標尾與龍麗溫高速公路文成至瑞安段第2標段相接，本標段起止點樁號為K81+400-K88+000， 路線長度6.6km。峃口大橋為本標段的橋梁，峃口大橋位于大峃隧道至九溪隧道之間跨越飛云江，橋位地質上分布漂石、夾卵石，厚約40.3m，下伏基巖為凝灰?guī)r，巖質較為新鮮堅硬，基巖面起伏大，文成臺處分布有崩坡積體，厚度約1～2m不等。

2" "技術原理

可拆卸浮式平臺的原理是利用標準節(jié)段，快速組裝成穩(wěn)定的平臺。其依靠水的浮力，承受豎向荷載，屬于剛性浮體。浮式平臺主要由浮箱拼接而成，在浮箱上面安放樁機，解決了棧橋植樁加固、下放鋼護筒等水上作業(yè)面問題。待浮箱整體拼裝完成后，再通過浮吊船對拼裝完的主橋進行起吊，待起吊至一定高度后，再通過浮吊船的自身動力和浮吊船錨纜進行浮吊船的移位，直至移位到達設計橋位處。

通過釋放浮吊的起吊鋼絲繩進行就位。利用在水下拋錨的方式來對浮箱前后端進行固定，防止浮式平臺傾斜。在進行鉆孔作業(yè)時，平臺與鋼護筒之間不能聯(lián)系，而各個鋼護筒必須經(jīng)過水下連接系組成一個剛性整體，以提高鋼護筒的穩(wěn)定性[3]。

3" "關鍵施工流程

3.1" "浮式鉆孔平臺拼裝

在橋位附近有平緩的岸灘，浮箱式平臺可采用岸上拼裝、滑道入水方法下水。選擇水流較慢、平緩的岸灘平整硬化平臺拼裝場地，橫河向安置軌道和滑道（平臺順河向拼裝），一般在每個浮箱的長度范圍安裝2根軌道。

在滑道上測量出平臺和鉆孔樁相對位置的輪廓線，在浮箱靠河側設置臨時擋塊。用起重機將浮箱對位吊放到滑道上并分組依次聯(lián)接，然后在兩組浮箱上安裝連接系和承重分配梁、面板等構成平臺[4]。在滑道頂部安裝卷揚機，用卷揚機上的鋼絲繩拴住平臺，收緊鋼絲繩使平臺脫離擋塊，然后拆除擋塊、在卷揚機牽引下緩慢滑入水中。

在碼頭上將浮箱拼裝成兩組，分別吊放入水，一組靠碼頭固定，另一組用船拖離碼頭至相對設計位置，臨時拋錨固定。然后依次將聯(lián)接系、沉重分配梁、面板吊到浮箱上安裝形成平臺。最后，將鉆機等施工設備從碼頭上吊放到平臺上[5]。浮式平臺拼接完成下水如圖1所示。浮式平臺定位如圖2所示。

3.2" "浮式鉆孔平臺定位

3.2.1" "浮式鉆孔平臺運輸就位

根據(jù)水的流速和平臺大小，配置足夠功率的一主兩副共3艘拖輪。主拖輪位于平臺上游，用兩根鋼纜連接在平臺前端的將軍柱上拖拽平臺前進。兩艘副拖輪分別掛靠在平臺后部側面，控制平臺行進的方向。

浮運前要充分調(diào)查氣象、水文資料，選擇風力小于四級、流速正常、無雨的白天進行，向有關航道管理部門辦好封鎖航道手續(xù)，并在上、下游安排巡邏船只進行護航，以保證安全。大致拖運到橋墩位置時，測量平臺位置，將測量數(shù)據(jù)反饋到指揮中心，由指揮中心調(diào)度拖輪調(diào)整平臺基本就位，然后臨時拋錨固定[6]。

3.2.2" "浮式鉆孔平臺的定位錨碇系統(tǒng)施工

平臺浮運就位、臨時拋錨固定后，運輸錨碇和錨纜繩的船只和浮吊行使到拋錨位置，將帶錨纜繩的錨碇沉放到河床，放纜到平臺，將錨纜尾端固定在平臺絞車上。主錨拋錨采用4根25mΦ48mm鋼絲繩按4點起吊，鋼絲繩頭穿過混凝土錨上吊耳，通過Φ60mm鋼棒進行錨固。鋼棒長100cm，一端焊有耳板與25m長Φ16mm鋼絲繩相連，以便混凝土錨沉放到位后提繩解鉤。

如河床覆蓋層是非硬質巖，則在平臺四角焊制定位耳環(huán)，從耳環(huán)中插入定位鋼管樁，并用振動錘將其打入河床。打入時保證其垂直度小于1%。耳環(huán)采用比鋼管樁直徑大5cm、長50cm的鋼管制作，使其既能固定平臺的相對位置，又不妨礙平臺隨著水位漲落而上下浮動。定位錨碇系統(tǒng)如圖3所示。

3.3" "鉆孔鋼護筒安裝

3.3.1" "平臺上鋼護筒定位架安裝

用L100角鋼制作成2m高、內(nèi)徑比鋼護筒外徑大10mm的定位架。將定位架設計成上下層主梁長短不一的結構，讓定位架可倒扣懸掛使用。同時，在定位架上下兩層主梁上均設置四個方向的10t千斤頂，用于現(xiàn)場調(diào)位，以解決漲落潮水域需使用測量儀器反復跟蹤測量的問題。安裝時保證定位架的垂直度不大于0.5%。鋼護筒定位架安裝如圖4所示。

3.3.2" "鋼護筒吊插

鋼護筒進場后先組織進場驗收，然后采用浮吊進行吊裝。吊裝過程中，水平起吊至豎直起吊的工況轉化由專用吊具系統(tǒng)完成。該吊具系統(tǒng)需要滿足吊裝強度要求及豎直轉動要求。鋼護筒下放時，通過安放在設計位置的導向架實現(xiàn)定位。根據(jù)施工實際條件，留置可調(diào)置空間，上、下兩層導向凈高度應能確保鋼護筒垂直度在規(guī)范要求以內(nèi)。

導向架應設有定位箱、止推箱、鋼輪等精確定位結構，以方便鋼護筒的定位及下放工作。整根鋼護筒一般較重、較長，不能一次吊起，需要邊吊插邊分段接長。鋼護筒接長時，先將已插入的節(jié)段吊掛在平臺上，然后將接長段吊來對位焊接。根據(jù)橋址區(qū)地質、水文條件，來確定鋼護筒設計入巖深度。

樁位處有覆蓋層時，優(yōu)先采用二次插打工藝進行護筒插打施工，即首先采用液壓振動錘進行初次插打定位，再采用液壓沖擊錘將護筒插打入基巖。鋼護筒最好能打入基巖，如覆蓋層較厚、鋼護筒打入困難，可采用在樁內(nèi)射水、吸泥或抓碴等方法輔助下沉。鋼護筒插打，應保證鋼護筒穿過透水、易坍塌、易涌砂等不良地層，嵌入穩(wěn)定地層，以確保后期鉆進成孔及樁基混凝土灌注施工質量。鋼護筒插打作業(yè)如圖5所示。

3.3.3" "鋼護筒與河床間的連接

對于河床覆蓋層較薄、基巖為硬質巖的情況，鋼護筒不能打入河床穩(wěn)定，則要采取一定措施使鋼護筒和河床連接，以保證鉆孔施工時鋼護筒穩(wěn)固和不漏漿。用10mm鋼板焊制一個高1.5m，且比樁身直徑大2m的鋼筒作為定位圈。浮式平臺樁位處預留孔比定位圈小，因此定位圈不能從平臺預留孔處直接放下。采用一個浮箱，將定位圈吊放到浮箱上并臨時固定，拖拉浮箱至孔位處固定。將鋼護筒沿平臺預留孔處放下，其下端伸入定位圈內(nèi)1.0m，用鋼板將定位圈與鋼護筒焊接成整體。

為避免水流沖刷水下封底混凝土，影響封底質量，在定位圈上口與鋼護筒之間的空隙，用3mm 薄鋼板焊接封閉。再向鋼護筒連同定位圈下放到河床面。鋼護筒下沉至河床面后，將上口臨時固定在浮式平臺上，潛水工從護筒內(nèi)下水配合，用汲泥機清除定位圈內(nèi)的雜物，確保孔底干凈。然后用混凝土墊塊和砂袋堵塞定位圈四周的空隙，下導管，進行封底混凝土的灌注，封底混凝土高度以混凝土進入鋼護筒內(nèi) 1.5m 控制。

封底完成后，拆除吊點，解除鋼護筒上口的臨時固定，避免因水位變化引起浮式平臺位移，而使封底混凝土與巖面接合部開裂、漏水，導致鉆孔樁施工困難。待全部鋼護筒下沉定位完成后，將鋼護筒用槽鋼牢固焊接成一個穩(wěn)定的整體，并將鋼護筒割短，使之脫離平臺。

3.4" "鋼護筒接長與樁間連接撐施工

待樁基礎施工完成后，將漏出水面或平臺的鋼護筒進行接長。利用小型船作為工作平臺對管樁進行接長。采用小型船或吊掛平臺作為施工平臺，作業(yè)人員測量鋼管樁之間凈距，然后對剪刀撐水平桿及斜桿進行下料。安裝時，先水平桿后斜桿。利用起重機吊起桿件移至指定位置，水平桿件兩端各站一名作業(yè)人員，移到設計位置對其進行焊接。水平桿件安裝完成后安裝斜桿，斜桿安裝步驟與水平桿件相同。拼裝成型后的鋼棧橋如圖6所示。

4" "質量控制措施

管樁入土深度以設計高程和貫入度進行雙控，如樁基礎地質與地勘報告相差較大，應及時和設計位聯(lián)系，以聯(lián)系單進行重新確認。沉樁過程中，鋼管樁插打的精度要求如下：樁位偏差小于20mm，傾斜度小于1%，若偏位和傾斜過大，應糾正或拔起重新插打。鋼護筒定位系統(tǒng)應保證定位架的垂直度不大于0.5%。插打鋼護筒時，將樁吊起平穩(wěn)地徐徐落入水中（依靠樁的重力作用，保證樁軸垂直），靠樁和錘的質量切入土中一定深度，以后再開啟振動下沉。沉樁過程中，如發(fā)現(xiàn)樁軸傾斜度超過控制范圍過大，應立即將樁拔起重新錘打，以保證施工質量。

5" "結語

針對鋼棧橋施工，本文提出基于水中浮式平臺對鋼管樁進行植樁，有效解決了卵石及裸巖河床中鋼棧橋施工的難題，確保了橋梁的穩(wěn)定性和便利性，具有施工速度快、施工成本低、施工效果好、安全可靠等特點。

峃口大橋施工時采用搭設鋼棧橋作為施工通道，基于水中浮式平臺對鋼管樁進行植樁，有效解決了卵石及裸巖河床中鋼棧橋施工難題，確保了橋梁的穩(wěn)定性和便利性，確保在棧橋上安全地進行施工。鋼護筒通過在定位架設置上、下調(diào)節(jié)結構，能夠對鋼護筒的水平位置和豎向傾角進行精確調(diào)整，提高了鋼護筒施工精度。浮式平臺在水中可以快速移動，節(jié)省了移動樁機的時間，提高了施工效率。由卷揚機、滑道、鋼絲繩、系纜柱、調(diào)節(jié)裝置組成的定位系統(tǒng)，解決了圍堰系統(tǒng)易走錨和不利荷載組合產(chǎn)生的滑動、傾覆和擺動，實現(xiàn)了浮式鉆孔平臺的精確定位，提高了企業(yè)在裸巖地區(qū)鋼棧橋的施工水平，節(jié)約了施工成本。

參考文獻

[1] 凌杰，劉源，侯明君，等.新型連岸浮式棧橋的運動響應對比分析[J].機械工程師，2017（8）：29-30+37.

[2] 苗玉基，陳徐均.復雜地形條件下浮式棧橋運動響應的頻域分析[J].中國造船，2017，58（2）：108-117.

[3] 王志東，付佳，李洋，等.波浪中柔性連接浮式棧橋運動響應分析[J].解放軍理工大學學報（自然科學版），2016，17（2）：133-139.

[4] 趙晶.淺海浮式棧橋錨碇系統(tǒng)布鏈方式比較[J].山東交通學院學報，2018，26（3）：57-63.

[5] 陳劍文，王志東，付佳，等.淺水中浮式棧橋單浮箱系泊系統(tǒng)及運動響應特性[J].艦船科學技術，2015，37（5）：42-46.

[6] 穆智軍.通航河道可提升鋼棧橋施工綜合技術研究[J].珠江水運，2021（14）：86-87.