拼组式渡轮、浮平台在深水裸岩桥梁基础施工中的应用

徐小祥 （铁道战备舟桥处，山东 齐河 251100）

1 工程概况

福建南平联络线高速公路工程闽江特大桥位于福建省南平市，该桥跨闽江（4级通航），主桥上部结构采用（81+1×150+81）变截面悬浇刚构箱梁，下部构造采用箱型墩钻孔灌注桩基础，水中2个主墩（7#和8#墩），每个墩分左右幅，每幅6根钻孔灌注桩（端承嵌岩桩，桩径2.8m）承台设计为高桩承台。

该桥闽江300年一遇流量38837m3/s，流速3.5m/s，设计水位+70.35m，设计最高通航水位+65.6 m，最低通航水位+57.5m。施工测时水位为+59.5m，流速1m/s左右，墩位处江面宽约350m，主墩水深15m~28m，7#~8#墩之间为预留施工通航孔位。

大桥水中墩河床部分表层为粉质粘土和卵石层，其下依次为碎块状云母强风化、中风化、弱风化花岗岩层，粉质粘土和卵石层覆盖层很薄或基本上没有。

2 水中墩基础总体施工方案确定

该桥由于水中主墩7#、8#墩墩位处水很深，河床地质为岩石层，基本无松散覆盖层或覆盖层很薄，普通钢栈桥、固定钻孔平台不易施工，或者施工安全不易控制，风险较大，不经济。另外施工时要预留通航航道，过往船只也不少，材料设备运输难以直接通过贯通栈桥实现，大型水上浮吊或驳船受交通条件影响无法进驻现场施工区域河段。综合以上因素，决定采用如下总体施工方案。

利用现场岸边具备施工便道及码头等有利条件，考虑到通航要求及安全度汛要求，优先考虑选用拼组水上20t浮吊作为主要施工吊装设备，采用拼装式渡轮进行水上材料设备人员运输，采用水上浮平台进行水中钻孔灌注桩施工的施工方案进行施工水中墩桩基础，承台墩身即可采用常规钢吊箱施工方案进行施工。即首先平整现场江岸边便道，修筑运输渡轮码头，然后利用25t或50t汽车吊吊装器材设备下水，快速拼组1台20t浮吊和2艘100t水上运输渡轮（994机动舟配合顶推），最后利用浮吊拼装2个钻孔浮平台平台移至墩位处锚定进行钻孔桩施工，钢筋笼、灌注桩混凝土采用渡轮运输，罐车、地泵上渡轮，2艘渡轮连续施工。钻孔完成后，采用20t浮吊迅速拆除钻孔浮平台，并利用浮吊逐个完成方形钢吊箱围堰来施工承台墩身。浮吊配合护筒埋设、钻孔、钢吊箱过程吊装施工。

对该桥水中墩施工综合比选后认为：采用水上浮吊吊装、渡轮运输、浮平台钻孔施工灵活，较钢栈桥、固定平台以及浮桥施工快速高效，能大大加快施工进度，施工也较方便，施工成本低，同时具有受洪水影响相对较小、施工安全、施工风险易于控制等诸多优势。

采用该水中墩方案主墩施工工艺流程为：岸上便道填筑→码头填筑及搭设→水上浮吊施工设备下水拼组→渡轮拼组施工→钻孔浮平台拼装定位施工→钻孔桩施工→钻孔浮平台拆除→钢吊箱围堰施工→钢吊箱围堰水下混凝土封底→钢吊箱围堰内抽水→承台、墩身施工。

3 渡轮浮运作业施工

3.1 施工准备

为方便水中墩施工和设备材料进场的要求，需要在闽江两岸大堤边填筑施工便道通到岸边码头位置，在施工便道的一侧靠近岸边位置填筑一块面积约为100m2的器材设备下水码头，主要用来停放汽车吊，临时堆放材料，方便器材、设备和材料装船下水。

在9#~10#墩道路靠闽江岸边修建2个码头一个高水位码头（顶标高+62m），一个低水位码头（顶标高+64m）。码头尺寸6m×6m，采用钢钢混凝土结构形式，码头前端用钢筋混凝土浇筑一个前靠墩，靠墩上挂上旧轮胎，用来缓冲渡轮进档时的冲击力。

3.2 渡轮结构设计与拼组施工

渡轮拼组采取器材设备下水码头利用汽车吊进行拼组。在岸上岸边码头与浮平台之间需采用2艘渡轮来回运送材料设备。渡轮浮体采用标准舟节拼组，每艘渡轮共使用14节标准舟节（9m×2.7m×1.65m）和4节分水节，标准舟节和分水节用螺栓拼组成一个整体，外部平面尺寸为30m×10.8m（前端局部加宽为16.2m）。在浮体上用公路桥面和垫梁拼组成一个长24m、宽4.2m的桥面，作为货车、罐车等车上船的路面，在桥面尾部和两侧各设置一个车档，防止车滑入水中。由于水位有变化，所以在渡轮前端设置一个跳板梁，用来调整汽车上船的坡度，跳板梁用起吊架和锚机进行起落控制。渡轮施工结构图见图1。

图1 渡轮施工结构图

3.3 渡轮浮运车辆作业步骤

①材料运输货车（或罐车等其他运输车辆）沿岸边道路开上码头，根据水位高低选择进入高水位码头或低水位码头。

②机动舟顶推渡轮进入码头，当渡轮前端顶上前端靠墩时迅速控制锚机放下跳板梁，使跳板梁正好落入码头的卡槽内。

③连接固定好跳板梁，渡轮带好缆绳，货车开上渡轮。

④货车停稳后，控制锚机吊起跳板梁，松开渡轮缆绳，机动舟倒档，渡轮退出码头。

⑤机动舟顶推渡轮在江中调头，朝浮平台方向驶去。

⑥渡轮靠上浮平台，落下跳板梁，利用浮平台固定渡轮，利用浮吊进行卸车作业或连接混凝土输送管道进行混凝土浇注等相应作业。

⑦货车在卸完货后，空车开上渡轮，渡轮将货车运回上码头。

4 浮平台钻孔作业施工

4.1 浮平台施工结构设计与拼组

浮平台船采用16个标准舟节拼组成2个5.4m×36m的单元浮体。两单元间拉开16.2m~17.2m的空挡。空挡上主要用9组I55工字钢连接2个单元浮体组成钻孔浮平台船。I55工字钢上根据钻孔需要铺设其他型钢和钢板搭设钻孔作业平台。浮平台四角布设4台电动锚机，与水中混凝土重力锚相连，设置“八”字锚缆。为确保平台稳定性及钻孔精确性要求，在平台四角外侧通过冲击钻机引孔插打埋设4根Φ720定位钢管桩，桩顶之间用型钢连接成整体增强稳定性。组装好的浮平台自重约120t，自重吃水约0.3m，2台钻机（每台钻机考虑重量50t）钻孔施工时吃水约0.55m。拼组完成后由2台机动舟移运到墩位处进行定位锚定。浮运平台船的拼组在岸边临时码头进行，采用水上20t浮吊配合定位桩作业及护筒埋设等吊装作业。浮平台施工结构图见图2。

4.2 浮平台钻孔作业施工要点

图2 浮平台施工结构图

4.2.1 浮平台抛锚初步定位

首先在岸上加工锚定设备如混凝土重力锚（10~15t）和抛锚浮筒（浮标用），然后利用搭设好的浮平台兼做抛锚船或者单独拼组一艘专用抛锚船进行抛锚。利用吊机吊装预先在岸上预制的混凝土重力锚上抛锚船，安装抛锚钢丝绳、浮标及相应钢丝绳等之后，通过全站仪或GPS测量配合，将锚逐个按要求抛在设计位置。然后浮平台锚机连接锚定装置，通过锚机调整平台进行定位，反复多次调整缆绳，直到浮平台中间空挡满足护筒埋设施工要求位置为止。

4.2.2 浮平台精确定位

为确保平台稳定性及钻孔精确性要求，在平台四角外侧通过冲击钻机引孔插打埋设4根Φ720定位钢管桩来对平台进行固定定位，减少钻孔过程中浮平台晃动移位。引孔采用冲击钻机直接冲击成孔，清渣采用投放粘土等材料造浆浮渣和渣浆泵、空压机等吸渣。钢管桩嵌入岩层深度设计为3m，钢管桩插入引孔孔位调整垂直度后，采用外套3m长、直径1.5m的大护筒沉放到底进行水下灌注嵌入岩层部分混凝土，利用管桩在船体四角布设4个活动定位框架，这样结合四角设置的钢缆绳即可将浮平台固定牢固，实现准确定位。

4.2.3 护筒设计及埋设

该桥钻孔桩直径2.8m，水深最大为28m，护筒设计采用直径3.2m、壁厚14mm、护筒长度30m，重量达34t。护筒埋设前采用潜水员探摸护筒位置河床，若不平整，需先采用大直径冲击钻冲孔将护筒底部冲平整，然后再下放护筒。深水裸岩河床钻孔桩护筒埋设是关键工序。由于现场水上浮吊最大吊重为20t，远远满足不了施工要求。故可采用的施工方法一般有以下两种：第一种采取在浮平台安装龙门吊进行吊装，这要求浮平台浮体加大加宽，投入大，施工相对繁琐，施工效率低；第二种方法是先利用浮吊拼接下放底节，超过浮吊吊装吨位后，改用浮吊吊装上部各节接高，再用简易导向吊装门架配备2个20t倒链缓慢下放整节，此方法投入相对较小，施工程序稍多，护筒重量较浮吊吊装能力稍大时常采用。为充分发挥现场设备优势，决定采用第三种新方法施工，即利用20t浮吊分节吊装拼接，在护筒底节底部用混凝土封闭（混凝土浇筑1.5m高度），然后利用浮力边灌水边拼装接高下放，注意控制灌水标高和接高重量（计算确定），此法施工简单方便。

护筒沉放至河床基底后，为保证钻孔不漏浆以及护筒的稳定性，需要在护筒外围套放3m高、直径6m的单壁钢套箱围堰进行护筒底部水下封底施工。封底采用2套导管进行封底，要确保封底连续完成。

4.2.3 钻机上平台进行钻孔作业

护筒埋设完成后，开始对称布置钻机进行钻孔作业，根据水位情况适时调整缆绳松紧程度。每个平台布置2台钻机，钻机易选择液压式冲击钻机，平台晃动性很小，钻孔快，扩孔系数小，钻孔精度高。钻孔完成后，利用浮吊挪动钻机、配合安装钢筋笼、灌注混凝土等吊装施工。

5 安全施工注意事项

①施工前对施工水域及岸边的障碍物进行实地堪察，必要时进行河床扫测，确保渡轮施工安全。

②收集施工地点的水文、地质、气象、船舶避风港停泊点以及可以利用的社会资源等有关资料，并进行综合分析，从而制定防风、防汛等有效措施和应急预案。

6 结 语

该桥在水中墩施工条件复杂的情况下，创造性的选用铁路舟桥器材拼组浮平台、渡轮和浮吊配合基础施工，特别是利用小型浮吊进行护筒吊装埋设施工方法，解决了内河无大型水上吊装设备时大吨位护筒吊装的技术难题。同时利用渡轮、浮平台施工方法施工对航道影响小，施工周期短，施工安全可控，为今后类似桥梁基础施工提供参考和借鉴。

[1] JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社,2000.

[2] 冯康炎.深水裸岩嵌岩桩的浮式平台“栽桩”施工[A].2008 全国桥梁学术会议论文集[C].北京：人民交通出版社,2008.