浮式龙门法在某大桥钻孔桩施工中的应用

张 碧，孙立功，冯小勇

(1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000;2.中铁一局集团有限公司 第一工程公司，陕西 渭南 714000)

1 工程概况

某大桥位于南昌市外环快速路，是跨越赣江连接南昌与昌北城的重要桥梁，主桥上部结构为75 m+228 m+228 m+75 m中承式钢管混凝土系杆拱桥，该桥下部采用群桩、承台构造。主桥32#～34#墩均位于赣江主河道上，其河床覆盖层不足2 m，且河床泥质粉砂岩强度较高。

32#墩承台接24根 φ250 cm的钻孔桩，按嵌岩桩设计，梅花形布置，设计桩长29.826 m，入岩深度不小于20 m，常水位时设计桩顶水深不小于4 m，洪水期桩顶水深可达11 m。其群桩、承台结构如图1。

图1 32#墩桩基承台结构(高程:m;长度:cm)

2 施工方案比选

2.1 施工环境及水文地质条件

32#～34#墩位于主河道，过往船只频繁，施工期间不能断航。受捞砂船捞砂及河水冲刷的影响，其河床中粗砂覆盖层较薄，最厚处不足2.0 m;河床基岩表面崎岖不平，基岩强度高达10 MPa。赣江水流速度1～2 m/s，常水位时水深7.0 m左右，洪水期水深可达15.0 m以上。南昌市年最大降雨量2 356 mm，最小降雨量1 046 mm。每年3～6月份为梅雨季节，降雨量约占全年总降雨量的52%;7～9月份为台风季节，在台风影响下，常有大雨、暴雨，降雨量约占全年总降雨量的20% ～30%。

2.2 方案的比选

2.2.1 钢管桩平台方案

钢管桩平台，施工工艺简单，投入少，施工速度快。但由于河床中粗砂覆盖层较薄，河床基岩表面崎岖不平，基岩强度高，致使钢管无法插打进入岩层，不能形成稳定结构。

2.2.2 双壁钢围堰施工方案

采用大型双壁钢围堰，可充分利用钢围堰本身的自重，便于结构自身下沉过程中的稳定。但由于钢围堰结构尺寸较大，且河床基岩表面崎岖不平，钢围堰下沉至基岩时不稳定。同时，双壁钢围堰施工难度大、周期长、造价高。

2.2.3 浮式龙门法钻孔桩施工方案

在施工区域拼装浮式平台，平台上设置龙门。此方法的优点在于:① 施工平台不受水位变化的影响，在水位变化时仍可进行施工，保证施工工期;② 自身携带的龙门吊解决了施工时的吊装难题;③平台拼装可在码头进行，定位可在几小时之内完成，且锚及锚绳范围较小，不影响通航，施工安全可以得到保证;④ 浮式龙门的组成材料可循环利用，工程造价低。

经过以上三种方案的技术、经济比较，工程最终决定采用浮式龙门法钻孔桩施工方案进行施工。

3 浮式龙门钻孔桩施工工艺

3.1 浮式龙门的组拼

用四艘同规格平驳船停在码头，两两用桁架纵向连成整体，然后将连接好的驳船用桁架横向连成整体。考虑到承台的结构尺寸，两组驳船横向净间距确定为17 m，桁架形成28 m×80 m的矩形结构。同时，为便于给施工平台喂料，在平驳下游设计预留14.0 m长的喂料口。在连接好的驳船桁架上，铺设龙门轨道，并按照龙门设计图拼装龙门和水中作业平台，龙门净高16.0 m，净跨26 m，净吊重500 kN。为防止钻孔时内侧荷载过大，而形成船体向内倾斜的情况，在龙门外侧船舷上压载。浮式龙门如图2所示。

图2 浮式龙门布置(单位:cm)

3.2 抛锚定位及浮式龙门的就位

首先用全站仪配合，在施工区域上下游设计位置抛投锚碇。然后用两艘拖轮将浮式龙门拖出码头，移至施工区。在浮式龙门拖运前，申请水上交管部门配合。拖运时，对施工区上下游200 m范围内实行水上交通管制，进行短时封航。浮式龙门拖运就位后，应立即与设置好的锚碇连接收紧。然后，在测量人员的精密控制下，通过导链微调船位，使其与设计的位置偏差不大于5 cm。利用浮式龙门起吊制作好的钢护筒，在定位导向装置的疏导下，准确下沉。继而，用振动锤振打钢护筒，直至与岩层稳定咬合。用四台冲击钻对承台周边的八根边桩钻孔，部分入岩后，浇注混凝土，形成水上平台临时锚固桩，使整个浮式平台只能沿锚固桩上下浮动，不再出现水平位移。然后施工剩余十六根钻孔桩，钻进至设计高程后，采用高压混凝土输送泵浇注桩基混凝土，全部成桩后，用钻机清除八根临时锚桩，钻进至设计高程，并浇注混凝土。

4 施工难点及控制重点

4.1 电力问题

由于施工区域位于主河道内，电力问题成了施工中的首要问题。施工中通过设置水下电缆，与安置在岸边的变压器连接高压电，为施工提供电力。在浮式平台上安放了一台250 kW的发电机，当高压电停电时，保证施工的正常进行。

4.2 钢护筒下沉调整

由于水流速度快，钢护筒下沉时的位置调整是施工的难点之一。解决的方法为，在桁架上设置定位导向装置;钢护筒入水过程中，在护筒上游及两侧设置拉环，利用钢丝绳牵引，用来抵抗水流的冲击，调整护筒的垂直度，如图3。

图3 钢护筒下沉调整示意

4.3 浮式平台位置控制

由于风力和洪水涨落的波动，导致浮式平台位置发生变化是施工的另一难点。为确保其位置偏差不超出施工和规范要求。工程中采取以下措施:

1)在浮式平台上下游各抛设两个八字锚，保证浮式平台的位置。

2)首先完成外围的八根锚桩，确保浮式平台的相对位置。

3)考虑到洪水的影响，水位每升降1 m，锚绳长度变化10 cm。根据历史水位可知，施作锚桩时水位高程变化在3 m左右，其变化可由锚绳的伸缩来调节，不需要其它处理。锚桩完成后，浮式平台主要靠已成群桩来锚固，锚碇已不起主要作用。

4)通过计算及观察水中浮式平台的位置变化，并及时调整，作相应的施工记录，以确保施工质量和施工安全。

4.4 刃口处被压穿的问题

由于粗砂覆盖层较薄，河床基岩表面不平，基岩强度高，钢护筒无法深入岩层，刃口外侧无覆盖，钻孔及灌注混凝土时很容易造成刃口处被压穿。为防止上述情况，用桩锤反复振打加以处理，即在钻孔桩混凝土浇注前，再次用振动桩锤振动，使其咬合紧密，并在护筒高出水面0.5 m处切割一孔洞，使内外水压差保持大致相同。如图4。

图4 防止刃口处被压穿工程措施示意

4.5 其他工程措施

为保证施工环境，不污染赣江，在平台上设置两个泥浆循环池用于泥浆的沉淀。

桥位基岩中有泥质粉砂岩软化层，极易吸附钻头。工程中将废旧钢丝绳截成1 m一段，投入孔中，即可正常钻孔。

为保证清孔质量并加快清孔进度，减少清孔中产生漏渣等现象，工程中采用气举反循环进行清孔。

5 结束语

工程实践表明，采用浮式龙门平台方案，施工平台不受水位变化的影响，不影响通航;自身携带的龙门吊解决了施工中的吊装难题，且材料可以循环利用，工程造价低。同时，对供电问题、钢护筒下沉调整、浮式平台位置控制、刃口处被压穿等问题，采取的工程措施简便、实用，为覆盖层较薄、河床基岩强度较高的深水大孔径桩基施工提供了新的借鉴.

［1］钟振云.深水基础围堰施工方案比选［J］.铁道建筑，2009(2):6-8.

［2］李春廷.海中钻孔桩基础工作平台的设计与施工［J］.铁道建筑，2009(5):17-19.

［3］李少栋.水中长大钻孔桩施工技术［J］.铁道建筑技术，2009，52(10):45-48.

［4］林宗元.岩土工程治理手册［M］.北京:中国建筑出版社，2005.