深水大流速區樁基礎作業平臺技術研究

摘要 文章以工程案例為背景，梳理所應用的深水大流速區鉆孔灌注樁水上作業平臺相關工藝技術，介紹了案例樁基作業平臺構成、主要技術參數、施工操作以及相關監測控制等技術要點。實際測量與有限元模擬分析比較顯示，應用該技術所獲得的平臺功效狀態與有限元模擬結果吻合，表明該技術適合深水大流速區橋梁樁基礎作業應用。

關鍵詞 深水大流速；橋梁樁基；作業平臺；鋼管樁；技術研究

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

0 引言

浮動鉆孔作業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構成的水中漂浮系統，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、提高作業效率等應用優勢，但在穩定性和大流速區適用性上具有應用劣勢。水上固定鉆孔作業平臺是通過鋼管注巖樁或其他錨定系統構成的相對固定的為橋梁鉆孔灌注樁施工提供水上作業支持的平臺系統。固定平臺在穩定性和大流速區適用性上具有應用優勢。案例橋梁工程在深水大流速區的鉆孔灌注樁施工中，應用水上固定鉆孔作業平臺技術，圓滿完成了工程建設任務。這里結合工程應用，梳理介紹深水大流速區樁基礎作業平臺相關工藝技術，以為同類橋梁樁基水上施工應用提供技術參考。

1 案例簡介

案例是一座連續剛構混凝土預應力箱體梁橋，全長1 773 m，橋跨（31+49+144×3+86）m布置，橋寬12 m，雙向四車道。公路Ⅰ級荷載，設計時速40 km/h。場地抗震Ⅶ烈度，航道Ⅳ級。主墩2～5#基礎采取雙排樁并250～

280 cm徑變斷面鉆孔灌注樁設計，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；最深區域深度超過40 m；處于典型的深水大流速水上區域，橋梁樁基作業面臨考驗，為此，工程樁基作業采取了深水大流速區樁基作業平臺形式。

2 深水大流速區樁基作業平臺

深水大流速區樁基作業平臺由定位樁、鋼護筒、貝雷梁、連接系、樁頂分配梁以及橋面板構成，定位樁與鋼護筒結為一體，再輔以錨碇系統形成平臺水平維護結構。橋涵作業規范一般要求潮水期水上作業面要高于水面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，因此將平臺頂位標高定在+7.50 m，則樁頂定位標高應為+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的鋼筋混凝土預制橋面板，在安裝時直接裝配在貝雷梁的頂面，并通過預設件固定在貝雷梁上。鋼護筒將采用壁厚為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，以保證平臺的穩定性和抗扭能力。上下游各設置2個30 T鋼混凝土預制塊錨碇。結合承臺設計規格為18 m×11 m，以及每墩需采用6根樁，每個作業循環需要3臺鉆機的施工要求，案例施工平臺的最終規格確定為23.10 m×21.00 m。單個平臺主要鋼管材料及作業設備見表1～2所示[1]。

3 作業平臺施工操作要點

3.1 建立作業平臺工序

建立水上作業平臺的工序如圖1所示。

3.2 鋼管樁操作

3.2.1 鋼管樁運送

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輸到作業現場，然后再船運至樁位所在水域。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，加力環由厚度1.2 cm的鋼板焊接而成。

3.2.2 接高鋼管樁

鋼管樁的標準節長為12 m，上節底端需要預先剖口。在對接上下管節時，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，需要對焊接縫進行磨平處理，然后再加焊強化板。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量均應出廠材料齊全并符合設計要求。對于Q235B鋼材，建議采用E4315或E4316焊條。②焊縫強度須等強于母材，并且管柱縱橫焊縫需要達到水密標準。③縱向管柱彎曲矢高≤1 cm并且≤1/1 000管節長度。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注規格，以便作業過程中觀測和記錄。

（2）根據樁位設計，計算出每個定位樁的平面中心坐標，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，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，于中間分別拋設前進錨纜。浮吊沉樁操作時，則借助這6條錨纜實施樁位調節。

（4）吊船需要裝配導向架，導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向框內以后，給予臨時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，并進行調整。當符合要求后，整體下插鋼管樁，在插樁入河床時，須再次檢測調節樁體傾斜度及中心偏差，滿足設計要求后，快速插樁著床，否則須再次檢測調節樁體。在保證鋼管樁各項偏差符合要求的前提下，如果鋼管樁入土較淺，使用打樁錘進行打樁時，容易受到偏載或水平力的影響而導致鋼管樁傾斜。因此在開始打樁前先錘打2～3次，然后檢測并調整樁體傾斜度，然后再繼續增加打樁次數。當插樁達到3.00 m深度后，方允許連續沉樁。因為4#墩位水深流急，完成單樁打插后會無法自穩，因此在吊船上配置2套導向系統。作業時需將2根鋼管樁全部完成接高后，按順序連續完成打插，并及時連接成整體[2]。

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

（6）打樁按照上游至下游的順序進行，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，則應停止打樁，分析原因并采用其他輔助方法進行打插。此外禁止使用久震或強震等方式對樁造成損壞。在打樁工程中，應專人監測樁體打插垂直度，一旦發現傾斜現象，應立即給予糾偏。如果鋼管樁已經達到了設計標高，但是貫入度異常，那么就需要繼續沉樁。在現場操作中，應保證樁體打入深度，并適當根據設計貫入度調節樁底標高。

（8）鋼管樁的傾斜度應控制在1%以內，中心平均偏差≤5 cm。

3.3 平臺搭設要點

（1）完成鋼管樁打插、鋼護筒沉放以及錨樁施工后，應及時進行樁間聯結系的焊接，以增強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）裝配平聯貝雷梁連接系，以形成完整的施工平臺結構骨架。

（4）在平臺面上鋪設橋面板，構成鉆孔作業平臺。為便于錨碇系統的施工，此步驟可在完成錨碇施工后再進行。

3.4 錨碇系統施工

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

錨碇系統施工中，鋼混凝土錨拋置操作是一個重要技術環節。其要點如下：

（1）首先按照水平距離和水深計算出錨鏈長度以后，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）在陸上進行檢測后，調度調節拋錨船作業位置，使吊點處于預定拋錨位置之上，落錨至河床。當錨接近河床時，應對錨位進行復核，如果定位準確，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，應避免其轉動，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計方向緩慢后退，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。使用卷揚機收緊錨鏈或錨繩，并固定在固定支撐座上。

（6）在拋錨時，必須做好詳細記錄。需要記錄的內容包括錨及錨鏈、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系等，以備后續使用。同時，要在墩心船的馬口上應該用油漆標明錨號，以避免出現混亂。

（7）在施工過程中，應密切注意和調節作業船的錨索，以避免出現作業船碰撞或錨纜刮靠鋼管樁等問題。

3.5 平臺狀態監測

在施工過程中，需要檢測平臺技術狀態，并綜合考慮風力、水流等因素影響，及時作出操作判斷。平臺狀態監測一般以狀態變化速率和設計容許值作為主要控制指標。當出現以下情況之一時，應考慮報警處置：

（1）平臺水平移位速率持續幾天存在顯著加大。

（2）平臺水平移位累計值逼近容許值。

（3）任何一項應力測量逼近設計容許值。

（4）肉眼所見嚴重不正常現象，例如連接處產生撕裂、鋼管橫向聯系產生嚴重形變等。因此在進行平臺狀態監測時，需要根據具體情況進行綜合考慮，并根據報警標準及時作出判斷和處理。

為了保證重點布設、監測可靠、實用方便和經濟合理，案例工程選擇以平臺水平移位和沉降作為監測參數。由于施工工藝和通視情況的限制，難以直接檢測鋼護筒形變，因此通過監測貝雷梁上設置的監控點來反應和把握平臺工況狀態。基于現場通視條件，隨時調整監控點設置，并根據以下情況把握監控頻率：關鍵工序強化觀測，如鉆機開鉆、打入巖面、遇鉆孔傾斜面、破碎帶等，一般頻率以12 h/次為宜；如果持續獲得正常監測結果，則測量頻率可適當降低至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個工作日進行狀態觀測，實際測量與有限元模擬分析比較結果見表3所示。表3數據顯示，實際位置狀態與有限元模擬結果比較吻合，表明該深水大流速區樁基礎作業平臺的設計和實施操作符合設計要求[4]。

4 結語

該文基于工程背景，對深水大流速區鉆孔灌注樁水上作業平臺相關工藝技術進行了研究：論述了案例樁基作業平臺構成與主要技術參數；從平臺建立作業工序、鋼管樁操作、鋼管樁運送、平臺搭設、錨碇系統施工、平臺狀態監測等方面，闡述了深水大流速區樁基作業平臺施工操作工藝要點，并通過工程實際測量與有限元模擬分析比較結果，驗證了該平臺施工工藝的工程應用有效性。研究結果表明，該固定平臺技術具備足夠的剛度、強度和穩定性，在深水大流速區的鉆孔灌注樁施工中具有應用優勢。

參考文獻

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

[2]劉永策. 深水墩施工平臺結構分析及其施工技術研究[D]. 長沙：湖南大學， 2004.

[3]王希浩. 深水樁基礎施工平臺的結構分析與施工控制[D]. 天津：天津大學， 2008.

[4]曾樂飛. 水上大口徑鉆孔灌注樁施工平臺設計研究[D]. 武漢：華中科技大學， 2006.