浮动钻孔平台在三峡库区深水桩基施工中的应用

李澐珑 谢支钢 张家宇 杨明秀 吕 宁 黄贵明

（1.宜昌市夷陵区公路管理局 宜昌 443100；2.中铁十八局集团有限公司 天津 300220； 3.宜昌市虹源公路工程咨询监理有限公司 宜昌 443000）

1 工程概况

百岁溪大桥位于湖北省宜昌市夷陵区太平溪镇，在宜昌三峡大坝上游，距离三峡大坝直线距离仅7km，主要是跨越百岁溪河流。百岁溪大桥全长368.0m，设计桥型为95m＋170m＋95m连续刚构桥，桥梁全宽10.0m，行车道宽8.0m，两边各1.0m人行道系。

河流两岸均为自然斜坡，左岸地形坡度一般35°～45°，大桥所处地质基本无覆盖层，岩体为花岗岩，最小饱和单轴抗压强度不小于65MPa。

本桥主墩采用双薄壁形式，墩高39m，主墩承台尺寸为顺桥向12.4m，横桥向10.5m，承台高4m，主墩设置4根直径2.5m的钻孔桩，桩长37m。受库区水位影响，库区蓄水至最高水位175m时承台以上24m全部在水中，水位降至最低145m时承台以下全部在水中。库区水流速较小，洪水期与枯水期水位落差约30m。

本文主要就浮动钻孔平台在大桥主墩桩基施工中的应用进行介绍。

2 浮动钻孔平台设计

2.1 设计原理

浮动钻孔平台是利用水的浮力作为平台支撑反力来承受竖向施工荷载的一种刚性浮体作业平台，因受地形及水位变化影响选用浮式平台［1］。

2.2 结构构造

本桥浮动平台选用2艘500t驳船拼接而成，驳船上设置自制贝雷梁门吊以解决钢护筒安装、钻孔施工的起吊作业，提供水上施工作业面，见图1。平台通过设置水下及岸上锚固来承受水平荷载及因水平或竖向荷载引起的平台倾覆。

图1 浮平台平面布置图（单位：mm）

（1）浮体由2艘500t驳船组成，每艘驳船长43m，宽10.4m，型深2.25m，空载吃水0.25m，满载吃水1.95m。先在每艘驳船上焊接2条10 mm厚钢板带，宽40cm，长20m，再在钢板上焊接40b工字钢20m。安装6条贝雷梁架，每条宽50cm，高1.5m，长36m，贝雷梁与I40b工字钢采用U形卡槽连接，在贝雷架上铺设I20b工字钢或［20槽钢，间距1.5m，便于满铺竹跳板形成平面尺寸为36m×19m的工作平台，并在船头、船尾用I40b工字钢和槽钢按“X”或“K”形锁定，保证了平台的整体稳定性。同时，在中间留4个3.5m×3.5m方洞，以便下放和插打钢护筒，进行钻孔桩施工。

（2）门吊由贝雷梁拼接而成（见图2），在每艘船体钢板带中间（平台尺寸外缘点）立双排贝雷架，做门吊立柱（设加固基础），跨度15.5m，架高10.5m；平台横断面方向架设加强型贝雷梁2条，其跨度24m，在靠河中心方向设置悬挑贝雷梁，悬挑9m，采用三角形贝雷梁支撑，便于船运物质和施工机具直接起吊。经验算，起重能力达50t，吊高9m。

图2 门吊立面图（单位：mm）

（3）浮动平台锚碇系统由混凝土锚块、锚杆（岸上）、钢丝绳、马口、卷扬机等组成。锚锭分为主锚、岸锚及安全锚。锚碇系统由6个混凝土锚块和4个岸锚组成，每个混凝土锚块为4.1m3、约10t，岸上设置4台岸锚，其中2个为方向锚，另2个为安全锚，岸锚采用机械钻孔入岩，膨胀锚杆为直径30mm钢筋，深约3m；钢丝绳直径22 mm，长250m；8t可调速的卷扬机。主锚按4个方向8个锚绳固定，基本按“井”形布置，岸锚主要防治水位上涨幅度大时锚碇系统失稳而产生漂移。

2.3 施工检算内容

主要计算项目有平台承载力、平台偏载受力后的最大干舷高度、平台动力稳定性、平台摇摆性、平台连接杆件和门吊系统受力计算等，根据计算结果进行关键部位的加强处理，保证平台的结构稳定和施工安全。

2.4 锚锭系统检算

通过对浮动平台纵向动水压力、风对船体上构造物的（纵向）及风对贝雷梁、龙门立柱、龙门横梁、行走天车，以及船体等冲击力的计算，验算水上平台稳定性以及抗倾覆的能力［2］，从而检算卷扬机的持荷能力和钢丝绳的直径要求。

2.5 锚锭系统的调整方法

平台在某一水位就位后，锚锭系统形成，但由于水位变化，卷扬机松动钢丝绳，浮平台要位移，然后通过8个方向的卷扬机的松放，逐步调整浮平台的位置，以达到新的水位时浮动平台的准确就位。而采用这种办法，一边测量一边调整，往往出现浮动平台左右摆动，前后移动，现场操作花时4～5d，还难以就位准确。为解决这一施工难题，假设浮动平台在某一水位准确就位后，锚锭系统平衡，已知锚块至卷扬机水平距离，卷扬机至锚块高程，卷扬机拉力，在新的水位时，浮动平台的水平位置不变而竖直位置发生变化的情况下，可以通过建立锚定系统的数力模型，导出钢丝绳一般状态下的悬链线方程，利用初始边界条件，求解钢丝绳的放链长与垂直高度的函数关系，利用数值解法把施工中的测量放样调整转化为收放每个锚定的钢丝绳，操作简单，起到事半功倍的效果。

2.6 浮动平台一般固定办法

（1）抛锚。在运输船上，用千斤绳穿入混凝土锚鼻，起吊设备吊锚拖至锚位，吊机徐徐松钩，将混凝土锚放置于河床，然后抽调千斤绳。锚的抛投在江面风平浪静、能见度好的天气下进行，采用拖船拖带，抛锚船作业由测量人员交汇出锚位。

（2）平台定位，理顺锚绳并调直。浮动钻孔平台锚绳对拉，调直理顺锚绳，实现平台精确定位。

（3）对拉测力，理顺锚绳。用卷扬机通过马口走丝收紧锚绳，收紧锚绳按先抛后收、后抛先收的顺序进行，防止锚绳相互缠绕，同一批、同一类锚分次收紧到位，收紧某一个锚的同时务必观察其他锚绳的受力情况，保证每个锚受力相等，误差在5%左右，对锚绳的预拉力一般拉到设计的80%左右。

（4）水位涨落后浮动平台的就位。主动掌握水位变化情况，每天根据三峡官网的水位变化做好记录，同时在靠岸边设置一个水位尺，随时观察水位变化，并做好记录。根据每个锚定的放链长ΔL与垂直高度y之间的函数关系图，在对应的垂直高区间，采用内插法计算。在第一次浮动平台锚定的卷扬机端头的钢丝绳做好初始标识，根据涨落情况，直接松放和拉紧每个锚定的放链长度，浮动平台水平位置不变。

3 施工方法

浮动钻孔平台施工流程见图3。

图3 浮动钻孔平台施工流程图

4 钢护筒施工

本桥钢护筒在岸上卷制，每节长度1.8m，壁厚16mm，直径2.8m，重约2t，船运至浮动平台，龙门吊调运至桩位。在第一节钢护筒的4个垂直方向上焊接耳垫，焊接前用水平尺测量钢护筒垂直度，焊好后，钢护筒置于导向架上，再调运第二节钢护筒置于第一节上，2节之间用水平尺贴壁调整接口位置，复核第二节钢护筒的垂直度，门吊吊起2节钢护筒，割去第一节的耳垫，下放钢护筒，依次重复上述操作，接长钢护筒至河床，护筒下放按照桩位对角对称下放。

钢护筒着床后需对钢护筒进行第一次振打，使钢护筒嵌入河床一定深度，保证钢护筒在自重作用力下的竖向稳定。完成钢护筒第一次振打后对角安装钻机，进行钢护筒跟进。由于钢护筒作为钢筋笼和混凝土水封的主要受力载体，要求钢护筒底部刃脚切入弱风化岩面至少1m。根据护筒内钻孔情况选择跟进时间，可分次分段跟进，在钢护筒刃脚距离弱风化岩面1.5～3m时，采用DZM－120振动打桩机中、高档位振打跟进。由于基岩过硬，钢护筒入岩困难，故在钢护筒无法入岩的情况下，在钢护筒外侧抛沙袋，必要时在沙袋内侧、护筒外边浇筑1m左右的封底混凝土，在完成全部4根钢护筒的插打跟进后，焊接水上联结系，使钢护筒形成稳定的整体结构。

5 结语

浮动平台在三峡库区深水施工中的优越性主要表现在下列方面：①平台定位较方便，移动快捷；②承载力大，适合于深水冲击施工；③稳定性强，平台利用水的浮力及钢护筒做立柱支撑；④平稳性好，适合人机施工作业；⑤能重复使用，制作与维修成本低。

本桥浮动平台的锚碇系统通过建立每个锚定的放链长与垂直高度之间的函数关系，利用数值解定位，保证了浮动平台在水位涨落情况下水平位移不变，操作简单。

本桥浮动平台利用形成的钢护筒体系做支撑，摒弃了钢管支撑桩，成本低廉。在深水、水位涨落大、河床无覆盖层或少覆盖层、河床横坡陡的情况下，桥梁基础施工平台搭建提供了简洁实用、方便快捷的施工工法。

［1］叶亦盛，赵发亮，郑思超，等.深水桩基础浮式平台施工工法［J］.建筑技术开发，2012（3）：85.

［2］覃文元.在水位升降幅度大条件下深水公路大桥基础施工平台和水下锚碇的设计与定位［J］.公路交通科技：应用技术版，2007（6）：127－132.