裸岩深水桩基础施工方案设计及分析

王 俊（中铁二局第五工程有限公司，四川 德阳618000）

1 引言

在大跨度桥梁施工过程中，大型深水基础成为桥梁施工的重点和难点[1]，桥梁深水基础所处的深水环境对其设计和施工方面都有影响，工作平台设计时应综合考虑环境的特性，由于在深水环境中桥梁深水基础所受的水平力比陆上和浅水环境中要大得多，同时，深水基础属于水下隐蔽工程，在设计和施工时，必须综合考虑水的流速、深度等因素[2,3]。桥梁深水基础以高桩承台为主，深水桩基的施工方案需要根据桩基础结构、附近水域情况、墩位离岸距离，墩位处水下地形、覆盖层厚度和土层性质、基岩埋深及表面状况，水深及水位变幅、水流速度和流态、施工期通航要求等方面来选择确定[4,5]。在高桩深水桩基础施工中，桩址处河床面覆盖层很薄，甚至岩基层面裸露是常遇到的难题[6]。

2 工程简介

2.1 工程概况

京福铁路闵赣Ⅷ标古田溪特大桥位于福建省宁德市古田县和福州市闽清县交界处，主要跨越古田溪而设，中心里程DK744+044 跨越古田溪。桥跨布置为5-32m 简支箱梁+1-(60+100+100+60)m 连续梁+2-32m 简支箱梁+1-24m 简支箱梁。

其中7#墩为连续梁主墩，墩高50m，位于古田溪库区中央，施工水深最大约43m，基础设18 根ф2.8m 的钻孔桩，成梅花形布置，为50m的等桩长，最小嵌岩深度为7m；承台顶面高程与设计最高水位基本一致，承台水平为八边形，最大结构尺寸为（20.7×32×6）m。

7#墩大部分没有覆盖层，直接进入强风化石英砂岩，下伏弱风化石英砂岩，仅局部有1.5m左右淤泥覆盖层，下面也是强风化石英砂岩和弱风化石英砂岩。其余墩地质依次为第四系冲洪积相淤泥，坡残积层粉质黏土，下伏侏罗系上统长林组石英砂岩。

根据现场实测各墩水下地形数据显示，7#墩位处水下地形极为不平整，纵向地形高差在5m左右，横向地形高差在6m 左右间。其余墩位于两岸山坡，东岸较陡峻，西岸较缓。

汛期，保持库区水位在61m 左右。非汛期控制库区水位不高于65.0m（正常高水位）。施工水位（正常蓄水位）65.0m。河床底标高在21m～28m 之间，极不平整。

2.2 工程重点及难点

1）水文地质条件复杂，库区施工水深达43m，水位落差最大可达10.4m，水位变化频繁且无规律，水中墩深水基础施工难度极大。

2）河床面覆盖层较薄甚至无覆盖层，钢护筒、钢管桩插打困难，水下稳定性差，水上钻孔平台施工难度大。

3）水深较深，钻孔桩平台施工方案的选择为本工程的重点。

3 施工方案设计

7 号桥墩钻孔平台结构采用“在河床底设置固脚钢围堰并通过封底混凝土对钢护筒进行定位、由钢护筒支撑、贝雷梁和型钢作平台上部结构”的总体设计方案；钻孔平台施工采用“在桥墩位设置浮式平台和水上浮式龙门吊机作临时施工平台；固脚钢围堰在陆上分部加工、水上原位组拼、利用浮龙门整体下放、封底混凝土分区灌注；钢护筒陆上分节加工、现场采用浮龙门逐根下放，50 吨浮吊配合人工安装贝雷梁和型钢作平台上部结构”的总体施工方案。

施工时利用已搭好的浮式平台进行精确的水下地形测量，采用水下地形测量数据指导加工固脚钢围堰，浮龙门整体下固脚钢围堰，以浮式平台为依托设置钢护筒的定位和导向架，用浮吊配合浮龙门下钢护筒，接着分区浇筑水下混凝土进行封底固住钢护筒下口，再利用浮吊在固定好的钢护筒上搭设钻孔桩平台，冲击钻机钻孔成桩，桩基完成后拆除钻机平台即可施工承台。

钻井平台的设计本着有限面积使用最大化，平台施工安排合理化，在满足施工需要的前提下节约材料以达经济的目的；为便于平台安装、拆卸，平台设计形成模块化、标准化；利用各桩位的钢护筒作为平台的基础，钢护筒顶部采用槽钢连接，平台采用花纹钢板、工字钢、贝雷梁、牛腿支撑等搭建，平台顶利用用4 根钢索锚于岸上，具体如下：

平台主要设计参数如下：

1）固脚钢围堰：32m×20.7m×3m；

2）钢护筒：18 根Φ3100×30mm 钢管，平均长度=43m；顶部连接采用[20a 槽钢；

3）封底混凝土：C20

4）钻机平台尺寸：35.6m×23.7m

5）钻机平台主要采用材料：6mm 花纹钢板、I28a 工字钢、贝雷梁、牛腿支撑。

6）钻井平台顶利用用4 根钢索锚在岸上，钢索拉力为20t。

钻井平台设计图如图1 所示。

图1 钻井平台布置图

4 7 号墩深水基础施工

1）水下地形测量

为保证固脚钢围堰下放后能够与河床面最大限度的吻合，在固脚钢围堰设计前应对7#墩承台范围内的河床面地形做测量，测量范围为25m×32m，墩设计承台中心为准进行平面定位，按50cm 间距一个测点成网格形式进行水下地形测量。

2）固脚钢围堰设计

围堰设计外形尺寸为32.3m×21m，距钢护筒净空尺寸不小于574mm。围堰顶设计标高根据地形情况设置为+29.50m 和+25m，护筒位置处河床底面地形最高处标高为27.232m，距围堰顶设计标高为2.268m，考虑封底混凝土表面浮浆层影响，混凝土最小高度按3m 设计。

围堰内横桥方向设计三道1m宽的的主桁架。纵向布置33 道1.5 ～2m 高，宽4.5m 次桁架。

3）固脚钢围堰加工及组拼

固脚钢围堰分块在东岸钢结构加工厂加工，根据现场起重能力和道路运输条件综合考虑，分块长度不大于9m，高度不大于5m；钢围堰组拼在水中浮式平台上进行，为方便固脚钢围堰的下放， 钢围堰拼装平台和浮式龙门合为一个操作平台，即浮式龙门安装在拼装平台上；固脚钢围堰在浮式平台上分块拼装完成后，浮式龙门整体起吊钢围堰，拆除拼装平台即可下放。浮龙门平面尺寸为45m×39.2m，采用28 节标准舟节作浮体拼组而成，拼组拼装平台时浮体中间加设两条条舟体。钢围堰组拼前在浮式平台上放出围堰四周壁板边线，主桁架、次桁架、隔舱板、预放钢护筒位置，检查钢围堰各构件安装是否与浮体或龙门冲突。为避免过多的水中作业，减小钢围堰拼装风险，以及加快钢围堰拼装进度，钢围堰在码头附近进行拼装。

4）浮式龙门及浮式平台定位

浮龙门及固脚钢围堰拼装平台组拼完成后，利用300 马力的机动舟托运浮式平台及浮式龙门至7#墩，利用全站仪测定浮式平台位置初定位，然后利用浮式平台四角的锚机收绳机收放锚绳调对浮式平台进行锚固，并精确定位。

5）固脚钢围堰下放、基脚支垫及着床

根据起吊系统配置情况，钢围堰不能一次下放到位，根据浮式龙门的起重条件，钢围堰分3次下放到位。固脚围堰基脚临近河床面时，潜水员下水对围堰四周基脚进行探摸和摄影，探摸方向从一个方面向另外一个方向按照钢围堰分块壁板编号依次探摸，记录好每块壁板底部与河床面之间的高差，探摸及摄影完成之后，对所有数据进行汇总，让探讨围堰基脚支垫高度及支垫位置。

支垫及封堵材料采用蛇皮袋内装粗砂和水泥，两者的混合比例按照1:1 混合，每袋混合物重量控制在100kg 以内，支垫采用分层堆码的形式。

6)钢护筒施工方案

7#墩钢护筒共计18 根，平均每根长45m，总长810m，总重1253.9t，钢护筒所有顶面标高控制在+65.5m，钢护筒分三个区进行下放，封底混凝土按照三个区进行灌注。

固脚钢围堰下放完成之后先搭设钢护筒下放平台，在下放平台上安装导向架，100t 浮吊配合浮式龙门依次下放一区钢护筒，然后对一区进行水下混凝土灌注，待一区封底混凝土达到一定强度后，下放二区钢护筒及封底，待二区封底混凝土达到一定强度后，下放三区钢护筒及封底。

7）钻孔桩施工

7#墩共有18 根直径2.8m 的钻孔灌注桩，桩基嵌入弱风化凝灰岩约15m，采用6 台液压反循环冲击钻机钻进，3 个循环施工完成。为防止后期孔桩开钻时钻机震动对先期灌注的桩基混凝土尚未达到强度前的影响，需将先期灌注混凝土的桩基钢护筒与钻机平台暂时断开，所以钻机的布置和桩孔的开钻顺序应进行科学周密的规划，既不能影响钻机的正常施工，又能保证钻机平台的稳定和较小的变形。

5 结语

采用浮式平台和浮式龙门吊拼装和下放固脚钢围堰、下放并固定钢护筒，在固脚钢围堰内浇筑封底混凝土，形成钢护筒支撑系统，解决了钢管在裸岩基础上无法下沉及定位的问题；钻井平台利用钢护筒作为支撑，利用贝雷梁及纵横向型钢钢等搭设，钻井平台满足桩基础钻孔施工的需要；对钢护筒支撑体系进行有限元分析，钢护筒支撑系统满足施工过程中的强度、刚度及抗倾覆要求；通过准确设计和施工工艺创新，安全、快速的完成了裸岩深水桩基础钻孔平台的修建，保证了施工过程安全有序地进行；深水中桩基施工方法多样，经常受地形、设备、工期、资金等诸多因素的影响，施工时应根据具体情况，选择经济、合理、科学的施工工艺。

[1]刘爱林. 宁安铁路安庆长江大桥主塔墩深水基础施工技术[J]. 铁道标准设计，2012(2):73-77.

[2]苗冰.海口特大桥深水基础施工技术[J]. 华东公路,2010(5):75-77.

[3]史聪慧.天兴洲长江大桥北汊水中墩基础综合施工技术[J].世界桥梁，2007(2):9-11.

[4]丁峰,白炳东,管义军. 苏通大桥南主塔墩钻孔平台施工关键技术[J].桥梁建设,2005(4):55-58.

[5]苗国良，江五四. 嘉绍跨江大桥(南侧)主航道桥桥塔墩钻孔钢平台设计与施工[J]. 世界桥梁，2010(1):20-23.

[6]叶绍其. 海上深水裸岩基础钻孔平台设计与施工[J].桥梁建设,2009(3):59-62.