水上钻孔灌柱平台建造与应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiangsyy
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  摘要水土钻孔灌注桩施工中,遇到的的首要问题是平台建造。设计和选择简单、安全、切实可行的平台建造方案,直接关系到桩基工程的施工质量、安全、进度和造价。本文結合工程施工实例,着重介绍了围堰筑岛、木桩平台、钢管桩平台和护筒作支撑的钢结构平台的设计、建造技术及应用范围,对进行水上桩基工程具有一定参考意义。
  关键词水上灌注桩平台建造围堰筑岛木桩平台钢管桩平台护筒作支撑钢结构平台
  
   近年来水上钻孔灌注桩工程日益增多,在水上钻孔灌注桩施工中,遇到的首要问题是平台建造。建造水上平台的方案、种类很多,主要有围堰筑岛法、木桩平台法、舟船法及其它形式的平台。本文结合工程施工实例,就水上钻孔灌注桩施工中平台的建造和应用,谈一点经验体会。
   一、围堰筑岛
   围堰筑岛法适用于水的深度较浅、流速缓慢、水位在施工期变化落差较小、修筑围堰用的材料来源充足、运距短、动输便利等条件下应用,其特点是修筑简单、技术要求不高、围堰承载力大、安全性好,在水上灌注桩施工应用广泛。
   围堰施工宜在枯水期进行,围堰修筑高度宜高出施工期最高水位0.5~0.7m。常用围堰的修筑方法有土围堰、草袋围堰和竹笼围堰几种。其中:土围堰适用于水深2m以内,水流基本静止的水域,围堰用土以粘土或亚粘土为宜,围堰放坡一般为1∶2~1∶3,围堰填土出水面后,应分层进行碾压夯实。草袋围堰比土围堰结实,耐水流冲击,适用于水深4m以内,流速小于2m/s的水域,施工中经常采用围堰周边草包堆码,内填土夯实的复合围堰法,以达到成本低且效果好的目的。竹笼围堰适用于河床坚实、石料来源丰富的水域。
   施工实例〈1〉
   潦河大桥水上桩施工围堰
   潦河大桥位于江西省永修县城西郊,大桥全长664.45m,桥位河宽550m。主河槽在中间偏北岸,由两个心滩将桥位河水面分成三段水域,汛期心滩投入水中,枯水期水面宽250m左右,河水平均水深3m,最大水深7.8m。平时,河水水位受上游水库、水电站及降雨等多种因素控制,昼夜水位落差变化一般为0.5~1m,枯水期在当年9月至3月底,水位标高13.6~14.6m;洪水期水位标高22.7m,河水流量达9000m3/s、流速3.3m/s,整个河床被淹没,桩基工程施工只能在枯水期进行。
   该大桥基础采用嵌入基岩的钻孔灌注桩,设计18个墩台、42根桩,其中:直径Ф1.8m桩30根,Ф1.2m桩12根。即使在枯水期,全桥18个墩台42根桩中,有12个墩台30根桩在水上,水上桩的工程量占整个工程量的71%。
   在选择、论证水桩平台设计方案时,鉴于墩台墩之间相隔距离远,河床均为中粗砂、河水水位标高昼夜变化1m以内,相对稳定,取土便利等客观条件,考虑围堰法稳固性好,便于大型设备搬迁,一旦山水来临,以便于设备紧急撤离,同时桩基结束,建桥单位还可利用围堰接柱、架系梁等后期工程,所以我们选择了围堰筑岛法。
   围堰分成南围、中围、北围三段,在中围和北围的深水区留一过通道,同时也作为上下游船只往来航道。围堰设计为锯齿形,由行车道和桩施工平台两部分组成,行车道宽7m,设计平台边缘距桩位中心距离>5m,行车道及平台围堰四周用草袋装土堆放,以增强围堰抗河水冲刷能力,鉴于河水水位受上游水库、水电站影响,昼夜落差0.5~1m的特点,围堰设计高出河水水位2m,以保证施工安全。围堰与灌注桩及桥的桩、梁、承台施工基本上是同步进行的,当中围堰进入主航道最后两排墩时,因河流过水断面变狭,流速加快,冲刷围堰,危及围堰安全,如继续采用草袋堆码难以施工下去,我们采取了如下措施:
   1、中围最后一排墩将围堰改为筑岛的方法,两墩之间采用渡轮连接,以增加过水断面。
   2、深水区围堰的迎水面打木桩或钢管桩加固,减轻水流对围堰草袋的冲刷破坏。
   潦河大桥水上桩施工采用围堰岛法,共运土方2.5万m3,草袋17.5万条,修筑的围堰经施工期几次大雨山洪考验,证明坚固、适用、方便、安全。围堰又作为大桥接柱、架系梁、承台用,经济效益实现了最大化。
   二、木桩平台
   木桩平台法适用于水的深度较浅、流速不大的水面。其特点是:基本不填塞河道,不影响泄洪和航运,制作较简便,架设平台的材料可回收反复使用,建造成本低等,在水上桩基工程中广泛应用。
   木桩平台法按木桩打入河床的方法又分为人工打桩和机械打桩两种类型。其中:人工打木计因其使用的木桩直径小、长度短、桩打入河床较浅、单根木桩的承载力小、建造的平台稳定性较差、承受载荷偏小,仅适合于中小型设备施工程;机械打木桩法一般适合水深4m以内,流速较平缓的水域架设水上平台,它除了具有人工打桩的许多优点外,一般能将一定长度和规格的木桩打入河床土层预定的深度,故单根木桩承载力较人工打桩大,平台稳固性好、安全,应用范围较人工木桩平台广泛,可承受较大型设备载荷的桩基工程施工。
   施工实例〈2〉
   沪杭高速公路桥梁桩基施工木桩平台
   沪杭高速公路(八标段王店以西)桥梁桩基工程,近10km的路段,新建大小桥梁18座,设计钻孔灌注桩370根。其中:有16座桥的124根桩在水上,水上桩占工程桩数的33.5%。工程所处的杭嘉湖地区水上运输发达,一般河流常年通航,施工时,因围堰容易堵塞航道,影响水运安全,禁止使用;舟船法又因河道狭小,舟船占航道,影响航运且定位困难,也无法应用,一般采用打桩法建造木结构的平台,工程结束,平台拆除。我们针对不同情况,采用人工和机械二种方法打木桩架设水上平台。
   1、人工打木桩建造水上平台
   水深2m以内的中小桥,采用人工打木桩建造平台,平台的设计依据是:一般采取钻机独立上平台作业,完成制孔、清孔、下笼、灌注等成桩工序的全过程,以减少设备投入和尽可能降低工程造价,钻机在平台上工作时,主要荷载通过钻机底盘传递到平台,平台承载力设计基本以每个桩作为一独立受力单元,每个受力单元的极限荷载(Q)按下式计取:
   Q>Q机+Q笼+Q砼+Q动
   式中:Q—受力单元极限荷载(t)
   Q机—钻机、钻杆、钻头重量(t)
   Q笼—钢筋笼重量(t)
   Q砼—导管及混凝土初灌量重量(t)
   Q动—卷场机提升力(t)
   以Br-11桥水上桩施工为例,水上钻孔灌注桩设计桩径Ф1.2m、桩长45m,钢筋笼重1.5t,选用改装的GPS-15型大口径工程钻机、卷扬机三绳提升能力9t、灌注用Ф250mm丝扣导管、初灌时导管埋深1m等,按(1)式计算出平台每个受力单元极限荷载21.5t。
   人工打桩用木桩,普遍使用小头直径>12cm、长4.5-5m的松圆木,设计木桩下端入河床土(淤泥质土)2.5m左右,上端出水面0.5m,单根木桩承载力按下式计算:
   Q桩=n∑qiLi+q端A端 (2)
   式中:Q桩—单根桩承载力(t)
   n—桩穿越土层数
   qi—桩入i土层极限侧阻力标准值
   Li—桩穿越i土层厚度
   q端—桩极限端阻力
   A端—桩端面积
   该桥区上层为淤泥质土,厚3m左右,下面为砂土,当淤泥质土的极限侧阻力标准值20KPa,木桩进入淤泥质土2.5m,木桩在淤泥质土的极限端阻力忽略不计,按(2)式计算出单根木桩承载力1.13t。从而计算出每个受力单元最低布木桩20根,整个墩设计6根钻孔灌注桩需木桩120根。
   平台设计宽2.5m,长39m,木桩沿墩中心线两侧布置。木桩打下后,上端找平,再用横竖枕木、耙釘等将木桩联为整体框架平台。人工打桩架设的木桩工作平台,经受了制孔、处理护筒底部漏浆、下钢筋笼和导管、机动翻斗车灌注混凝土、起拔回收护筒及钻机在平台上移位等多道工序的考验,证明建造简单、稳固、适用、制作成本低、木材可回收再利用。
   2、机械打木桩建造水上平台
   以Br-6中桥水上钻孔灌注桩施工为例:依据设计图纸和桥区工程地质资料,该桥2个墩8根桩在离河岸6m、水深3m的位置。桥区河床上为粘土层,厚3m左右,下面是淤泥质粉质粘土层、粉土层等,由于桩较长,决定选用GPS-10型工程钻机,先搞水上平台设计,按公式(1)计算出水小平台每个受力单元极限荷载Q=25.8t,木桩选小头直径>18cm、长6~6.5m的松圆木,木桩下端入河床土(粘土层)3m左右,上端出水面0.5m,按公式(2)计算出单根木桩极限承载力Q桩=n∑qiLi+q端A端=3.26t,按每根灌注桩周围(每个受力单元)布木桩10根,其承载力为32.6t,大于25.8t的极限荷载要求。设计方案确定后,选用DZ23型振动锤将木桩打入河床预定深度,其激振力3t,振动锤利用三脚架安装在船上。机械打桩架设的水上平台操作非常方便,不影响河流通航,其承载力也满足施工要求。
   三、钢管桩平台
   水深超过4m,流速较快,施工灌注桩建造水上平台,如采用围堰施工,其难度大也不经济;采用木桩平台法,又因木桩在水中浮力大,很难控制木桩位置及垂直度,操作难度大。该水域水上平台建造方案多数采用钢管桩、钢板桩和混凝土预制桩等固定平台或舟船、筏式浮动平台。其设备投入多,条件要求高,一次投资大,适合难度大的重点工程或特殊要求的工程。
   施工实例〈3〉
   长水塘大桥水上桩施工钢管桩平台
   长水塘位于浙江省嘉兴市王店镇姚家村境内的沪杭高速公路上,大桥全长520m,2台35墩36跨,基础采用灌注桩,共设计钻孔灌注桩156根,其中水上墩3个,墩距25m,每墩设计直径Ф1.5m桩4根,桩长58m,桥区水面宽7.8m,平均水深8m,最大水深15.26m。桥区水流平缓,有2个墩设计在水深6~10m的河水中,根据桥区水深、水流、航运条件及设计桩径、桩长、地层特点等综合考虑,决定采用钢管桩平台。建造方案是:每根钻孔灌注桩位四周布6根规格Ф325×8mm的钢管桩,每个墩用24根钢管桩建造成钢管桩平台,由GPS-15型工程钻机成孔成桩,计算每个受力单元极限荷载41.9t。其中:钻机、钻杆、钻头重14t;钢筋笼重量2.5t;导管及混凝土初灌量重量7.6t;卷扬提升力9t,平台及6根钢管重量8.8t。另依据工勘资料:桥区河床上部为近10m厚的粉质粘土,下部为粉土,钢管桩插入河床土6m深的极限载荷为15t,6根钢管桩的极限承载力为90t,计算结果说明平台设计承载力满足施工要求。
   四、护筒作支撑的水上钢质平台
   利用水上桩位护筒作支撑建造水上钻孔灌注桩施工平台。该方案设计将每排护筒严格按照桩位中心打入河床土层一定深度,护筒的安装要求有大型专用设备配合,护筒一般为一次性摊销不回收,因此成本昂贵,实地应用受限制,只能在施工难度大的大型水上桩基工程应用。
   施工实例〈4〉
   南海市三山港国际货柜码头水上灌注桩施工平台
   三山港货柜码头是广东省南海市与香港国际有限公司合资开发建设
  的港口货运专用深水码头。该工程座落在广东省南海市平洲镇珠江边。码头全长300m,共45排。每排布灌注桩4根,共设计钻孔灌注桩180根,桩径Ф1.2m,Ф1.0m两种规格,桩长30~50m,涨潮时,绝大多数桩落入江水中。
   施工平台采用护筒作支撑、贝雷衍架作平台面的方案,护筒长13~15m,
  用δ=10mm钢板卷制,下端用10mm厚的钢板将护筒外壁加固,以增加护筒底部刚度,避免振动下沉时底部卷口变形。
   应用贝雷衍架组装焊接成一个长18m、宽4.5m的活动平台。
   加工好的护筒由一台55t的水上浮吊吊至灌注桩设计桩位,经测量定位后,将护筒垂直缓慢插入河床土,接着边校正垂直度,边用振动将护筒振动沉入预定标高;沉入桩位的护筒在其上端距水面1.5m位置焊4块托板,以便安装活动平台台面。
   浮吊将活动平台台面吊装在桩位护筒上,即建造成一组水上桩施工平台,
  待4根灌注桩施工结束,现动脑筋浮吊将平台台面吊放在另一桩位护筒上,如此循环进行。
  以上是本人多年来从事水上施工的一点经验,定有不妥之处,欢迎大家予以批评指正。
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