Abstract:This paper introduces the construction methods of the main piers drilling pile foundation of WuShui Bridge and YuanShui Bridge which is located in the reservoir area. It mainly expatiates using Water craning by floating and the union of the homemade flat ship and crane to make the operation drilling platform, in the situation of that water transport and hoisting equipment can not approach, and resolving the problem of pile foundation construction on position of deep water, shallow layer and Tilt tabula rasa sloper. To the similar conditions of bored pile foundation construction, it provides a new construction ways and example.
Keywords:Reservoir Area, Drilling Pile Foundation, Drilling Platform, Scheme Comparison, The Construction Technology.
【摘要】本文介绍了桥址位于库区内的舞水、沅水大桥水中主墩钻孔桩基础的施工工法，重点阐述了在水上运输、吊装设备无法进场条件下，通过现场自制水上平板船并将其与汽车吊机组合成打桩船或水上浮吊的方法成功地施工了钻孔平台，并通过水下封底的办法，解决了深水、浅覆盖层、倾斜光板岩面处桩基施工的难题，对相似条件下的钻孔桩基础施工提供了新的施工途径和施工范例。
【关键词】：库区，钻孔桩基础，钻孔平台，方案比选，施工工艺
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
舞水大桥主桥上部构造为40＋2×70＋40m变截面预应力连续梁，桥面净宽20m。位于舞水河中的6#、7#、8#主墩的下部桥墩及基础采用柱式墩配桩基础，每个主墩2根Φ3.0m钻孔桩，中心间距10.0m，单根桩长36.5m，最大嵌岩深度23m，桩基础钢筋笼约35t。
沅水大桥主桥上部构造为50＋2×90＋50m变截面预应力连续梁，桥面净宽17m。位于沅水河中的8#、9#、10#主墩的下部桥墩及基础采用柱式墩配桩基础，每个主墩2根Φ3.2m钻孔桩，中心间距9.6m，单根桩长48m，最大嵌岩深度35m，桩基础钢筋笼约48t。
2工程地质及水文条件
2.1地质构造
桩基均按嵌岩桩设计，嵌中风化泥质粉砂岩或中风化砾岩深度不小于3D。水中各主墩河床中风化泥质粉砂岩或中风化砾岩持力层上，卵石土覆盖层最大50cm左右，基本为强风化泥质粉砂岩且河床岩面倾斜角度大，最大达1：3。
2.2水文条件
舞水大桥桥址上距怀化水文站60km，下距黔城水文站2.7km，桥位处河道顺直，下游2.7km处汇合入沅水，舞水河水面宽约220m左右。舞水河水文参数如下：计算Q1/100=9440m3/sec，V1/100=1.89m/sec，SW1/100=198.18m，HW20/100=190.85m；建桥后壅水高度0.19m，壅水长度1080m；河槽内冲刷深度4.7m。施工水位标高190.5，水深7～15m，Ⅳ级通河道，属库区水位，河流冲刷较浅。
沅水大桥桥址位于托口电坝与洪江电坝之间的库区，上距托口水电坝42.2m，下距洪江水电坝21km，河水面宽330m左右。沅水河水文参数如下：计算Q1/100=19770m3/sec，V1/100=2.94m/sec，SW1/100=197.55m，HW1/10=192.20m；建桥后壅水高度0.157m，壅水长度1570m；河槽内冲刷深度4.8m，冲刷线170.70m。施工水位标高190.9，水深8～15m，Ⅳ级通河道，属库区水位，河流冲刷较浅。
3舞水、沅水大桥主墩钻孔桩施工条件
3.1不利条件
1）本案例最困难的一点，即两桥桥址均位于库区内，上、下游河道均设有水电坝，水运不畅通，大型水上设备无法进场，施工首要须解决水上运输船舶、水上浮吊、垂直起重设备难题；
2）水位深，水电坝泄水、泄洪时水流急，水位落差大。河床面覆盖层薄，甚至为裸露岩面，无法将钢护筒插打至理想深度，由于裸露基岩面倾斜度最大达到1：3，基桩钢护筒甚至无法插打；
3）桩基础孔径大、嵌岩深度大，单桩施工周期长，孔内外水头差控制严格，钻孔平台底部如无处理措施，正常钻孔作业时易漏浆、坍孔甚至基桩钢护筒失稳；
4）水中桩基数量少，每根造价高，必须保证一次性成桩，否则工期和经济损失大；
5）基桩钢护筒和钢筋笼太重，水上吊装设备要求高。
3.2有利条件
1）桥址位于库区内，除水电坝泄水、泄洪时段，库区内水位变化不大，基本无流水压力；
3）小孔径的钢管桩可以插打嵌入强风化岩60cm左右，通过竖直方向压重基本可形成钻孔平台；
2）总体工期相对不紧张，各水中主墩钻孔平台搭设可顺序作业。
4施工方案比选
水中钻孔灌注桩基础施工，首要进行钻孔平台作业。钻孔平台主要根据工程特性及地质条件、施工技术设备、经济实用等原则确定。一般河道的河床均有较深的覆盖层，钻孔平台极易形成，但在覆盖层很薄或裸露甚至倾斜的岩层地质环境条件下，水中钻孔作业平台搭设存有一定难度，关键在如何寻求一种更经济、合理、适用的施工方法。
目前，在处于水中且基岩裸露的地质部位进行桥墩桩基础施工，国内已有类似的工程实例。主要采用的方法有：双壁钢围堰钻孔平台工法、海上可升降施工平台工法、整体式钢管架工法、整体钢护筒群导管架+矮钢围堰侧板平台工法、预制砼重力基础导管架平台工法等，这几种工法都要求要有大型的吊装设备，尤其是重型的水上运输船舶、水上浮吊，相对于本案例，考虑经济、适用原则，一一摒弃。
5实际施工方案及特点
5.1钻孔平台成桩工法
根据舞水、沅水大桥钻孔桩施工条件分析，采用了类似于整体钢护筒群导管架+矮钢围堰侧板平台的工法，在实际施工时有特别之处。主要将整体钢护筒群导管架拆分，采用“静水”条件下逐根插打钢管桩形成钻孔平台后，利用此平台下放和插打基桩钢护筒，最后进行水下封底工法，水上吊装设备要求大为降低。
各墩施工流程：打桩船抛锚定位→利用打桩船船舷限位插打8根Φ630mm临时钢护筒（螺旋管）→制安螺旋管间联结系和施工平台→在施工平台上制安基桩钢护筒导向架→插打或下沉基桩钢护筒→从平台上吊放封底混凝土支撑钢模板→水下进行钢模板的连接和加固形成围堰，砂袋封堵河床面不平整引起的底部空隙→水下混凝土封底→ 水下围堰模板拆除→桩基础冲孔作业。
5.2主要水上设备组合
1）水上运输和吊装设备：自制两艘水上平板船，配备50t汽车吊机，二者组合时，即汽车吊固定在平板船之上，整体作为打桩船或水上浮吊，起吊半径10m内，控制吊重12t，主要用于搭设水上施工平台和节段钢筋笼的吊装；分离时，水上平板船作为运输船舶，汽车吊机可在岸上和水上据使用情况自由转换，机械使用率大为提高；
2）垂直起重设备：基桩钢护筒和桩基钢筋笼重量大，水上浮吊不能够完全将桩基钢护筒和钢筋笼下放到位，本案例在施工过程中，采用型钢构件制作了简易吊架，将其固定在钻孔平台上，吊重设计50t。在水上浮吊充分发挥吊重能力之后，改由此吊架，通过手拉葫芦稳步进行垂直起吊作业，将桩基钢护筒和钢筋笼下放到位，虽然速度较慢，但安全性能高；
3）打桩锤：选用DZ120型。平板船和汽车吊组合成打桩船，由于主墩桩径大，河床基本无覆盖层，不考虑直接采用震动插打方式将基桩钢护筒插打到位，打桩锤仅按插打临时钢管桩效果考虑选用。
5.3基桩钢护筒施工
现场自行卷制基桩钢护筒，采用10mm厚钢板卷制，管外以 “[8”、 “[6” 形成竖向、横向钢楞进行补强，管内以“[10”形成“米”字形内支撑加劲，减轻了钢护筒重量，节约了材料，获得较好经济效益。
6重点分项工程施工工艺
6.1水上平板船制造
船体尺寸25×12×1.4m，自重70t左右，空载吃水深度0.26 m，排水量75 m3，满载吃水深度1m，最大排水量288 m3。两台浮船均在舞水大桥东岸码头现场集中制造并下水。水上浮船整体为全焊封闭式长方形钢板壳体，壳体为Q335钢板，顶板为□12500×12000×8mm和□12500×12000×6mm，底板为□25000×12000×6mm，纵向侧板为□25000×1400×6mm，横向侧板为□12000×1400×6mm。浮船内部设置纵、横向窗壁各3道；顶板、底板纵向每隔1.0m设置1道龙骨，计20道，横向每隔0.5m设置1道龙骨，计92道。在龙骨交点处设置60mm，壁厚5mm钢管支柱。下为施工照片：
图1平板船现场自制 图2平板船基本成型
水上平板船制作尺寸和与汽车吊机组合时，经过了整体稳定计算和汽车吊上平板船的稳定性计算，平板船自身通过了安全检算和报批海事局复检后方投入使用。
1）施工流程:制造场地平整、硬化→浮船支承型钢铺设→底板制造→纵、横向窗壁制造→侧板制造→底板纵、横向龙骨制造→钢管支柱安装→顶板封闭。
2）焊接工法:两个原则，即先框后板，分散焊接。焊接时，首先将控拱横梁固定于预埋件上，然后按以下顺序焊接：浮箱骨架→侧板→顶板。以上施工程序，底板一直未予焊接，主要目的是为了充分消除焊接变形。因此，上述工序完成后，浮船必须起顶后进行底板焊接。
3）浮船焊缝检验:每一个工序完成后，除了常规检验外，必须进行严格的几何尺寸检验，合格后，方可进行下序施工。浮船制造完毕后，在所有的外露焊缝处涂上肥皂水，在顶板上的排气孔安装压力表和气压阀，施加3Kpa气压后，观察焊缝是否有漏气现象，如果有，则进行补焊。补焊后，观察在1h内气压表的压力下降是否超过0.01Kpa，连续观察1昼夜，压力下降在允许范围内，即认为浮船合格。
6.2桩基础钻孔平台施工
在钻孔平台施工前，对钢管桩钻孔平台进行验算，保证其承载力及稳定性均能满足施工要求。验算包括强度、整体稳定、局部稳定、刚度等。本案列钻孔平台验算采用SAP2000程序，以8根Φ630mm钢管桩作为支承桩，上部以型钢为联接体，以布置钻机为荷重，以水流为水平向作用力，建立钻孔桩固定平台的空间模型，采用梁单元进行离散可得空间分布的有限元计算模型。
每个钻孔平台由8根Φ630mm钢管桩（螺旋管）承重，先将打桩船抛锚定位，直接在船舷上加工限位卡进行插打作业，垂直度靠水平尺控制，采用DZ120型插打，基本上可以嵌入强风化岩60cm左右。插打顺序自上游向下游，每次插打好两根后施加联结系，直至8跟钢管桩全部插打完毕并施加联结系，基本形成钻孔平台。下为施工时照片：
图3钢管桩插打作业 图4钢管桩钻孔平台
6.3基桩钢护筒
1）直径：参照公路桥涵施工技术规范（JTJ041--2000）的规定，钢护筒内径由设计桩径和钻孔方式确定，一般比设计桩径大20cm～30cm。考虑到自制钢护筒内侧加劲型钢割除后的残余，舞水大桥主桥桩径为3.0m，基桩护筒直径定为3.35m；沅水大桥主桥桩径为3.2m，基桩护筒直径定为3.55m。
2）壁厚：基桩钢护筒由Q235钢板卷制而成。在本案例中，基桩钢护筒不参与钻孔平台受力计算，先凭经验初步确定壁厚，按其在两端简支条件下，以水流为水平向作用力，进行强度、刚度、稳定性检算。本案例中，钢护筒标准节段壁厚10mm。
3）钢护筒制作：每节段基本模数1.5m，底节段3m，采用16mm厚钢板卷制，最底部加厚至32mm，加强长度500mm；标准节段每节以6m计，采用10mm厚钢板卷制，管外以 “[8”、 “[6” 形成竖向、横向钢楞进行补强，管内以“[10”形成“米”字形加劲内支撑。
4）基桩钢护筒插打：在钻孔平台上施做限位卡进行基桩钢护筒插打作业，实际情况几个水中主墩基本上仅能插打30～50cm，在岩面倾斜角度大时没有进行插打作业。
图5标准节段成型钢护筒 图6桩基础冲孔作业
6.4钻孔平台底部水下砼封底
据公路施工手册《桥涵》，对于深水河床护筒底端埋置深度的计算公式为：
式中：――护筒埋置深度，m； ――施工水位至河床表面深度，m； ――护筒内水头，即护筒内水位与施工水位之差，m； ――护筒内泥浆容重，KN/m3； ――水的容重，10KN/m3； ――护筒外河床土的饱和容重，KN/m3。
从上式可以看出，埋深L与护筒内水位与施工水位之差密切相关，在实际施工过程中，由于施工水位和孔内泥浆的变化引起水头差，必须防止护筒内外压力差过大。且在其余值已知情况下，rd越大，埋深越小。
钻孔平台钢护筒底部埋置深度靠水下封底解决，本案例施工过程中，钻孔平台底部封底厚度在3.0m左右。由于施工水位常有大的起落，要求在施工过程中严格注意控制孔内外水头差，确保孔内水位低于施工水位0.5m左右。
7结语
本案例的水中桩基础施工，首先从技术上较好地解决了深水位裸岩河床钻孔平台的施工难题，为同类工程施工提供了经验。通过自制水上平板船很好得解决了库区内水上设备无法进场的施工难题；通过对基桩钢护筒竖向、横向用钢楞进行补强，管内以“[10”形成“米”字形内支撑加劲的办法，极大程度上减轻了钢护筒重量，节约了钢材；通过自制简易吊架，解决了一般水上浮吊难以吊重的难题，且安全性能高；在桩基础钻孔作业过程中，基桩钢护筒孔内外水头差严格控制，增加了钻孔平台底部砼封底，保证了钢护筒底口不漏水、不翻浆，有效地保证了钻孔作业顺利进行。水中各墩成桩后进行桩基检测，检测率100%，全部为Ⅰ类桩。
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