杭州湾跨海大桥南航道桥水中施工平台施工组织设计.doc

精品第一章、编制依据1、杭州湾跨海大桥施工图设计（第三卷 南航道桥，第二册 索塔及基础）（中交公路规划设计院，2003年11月）。2、杭州湾大桥施工图设计阶段工程地质勘察报告（第二合同段，第一册、第二册、第三册）（江苏省水文地质工程地质勘察院，中交公路规划设计院，2003年12月）。3、杭州湾跨海大桥土建工程施工招标文件参考资料（杭州湾大桥工程指挥部，2003年9月）。4、杭州湾大桥-A标13#主墩施工平台施工图设计（中港第二航务工程局武汉港湾设计研究院）5、国家和交通部现行有关标准、规范、导则、规程、办法等，主要有：1）公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）2)公路工程质量评定标准（JTJ071-98）3)公路工程施工安全技术规程（JTJ076-95）4）钢结构工程施工质量验收规范（GB502052001）5）建筑钢结构焊接技术规程（JTJ812002）6）港口工程桩基规范（JTJ25498）7) 公路全球定位系统（GPS）测量规范(JTJ/T066-98)8) 工程测量规范（GB5002693）8、项目相关单位批准的有关文件等第二章 工程概况一、工程简介南航道桥为单塔双索面斜拉桥，跨径组合为318m160m100m。基础工程包括D11D14墩，其中D13墩为主塔基础，D11、D14墩为过渡墩，D12墩为辅助墩。13#主墩基础设计有38根直径2.8m，平均桩长120m的钻孔灌注桩，桩底标高为-120.8m（国家85高程，下同）；按照设计要求钢护筒直径为3.1m，壁厚为18mm，底标高为-45.0m，按照现有的海底泥面标高（-11.7m）计算，入土深度为33.3m。为了保证钢护筒沉放的施工质量及安全，将钢护筒壁厚增加至20mm。承台为平面尺寸81.423.7m，厚度6.0m的哑铃形整体式承台，承台顶标高为5.2m，底标高为-0.8m。承台上的每个塔柱下面设置塔座，塔座为圆台，其上部半径为15.0m，下部半径为20.0m，厚度为2.5m。（见图2.1）图2.1 D13墩基础一般构造图二、工程特点1、由于南航道桥距南北两岸距离均较远，分别达到了16km和20km，桥位区浪高、流急，航运较繁忙，施工受风、浪、流、台风的影响较大，工程建设的组织和安全控制难度高，特别是钻孔桩施工平台的搭设，钢护筒的沉放，以及钻孔桩施工过程中钢平台的整体稳定与安全。2、基础均采用钻孔灌注桩，钻孔底标高为-120.8m，土层主要为淤泥质亚粘土、淤泥质粘土、亚粘土、粘土层，且存在浅层沼气，钻进成孔时易坍孔，因此对钻机的性能、泥浆的配制及钻孔操作等施工技术和工程管理方面都提出了更高的要求。3、桩基钢护筒单根长52.0m，重量达84.7t，入土深度33.3m，施工水域浪高流急，施沉倾斜度要求达到1/200，施工控制技术难度大。三、施工条件1、水文条件1）潮汐杭州湾为强潮河口湾，潮汐类型为浅海半日潮，并有明显的日潮不等现象。根据南航道桥索塔及基础设计施工图以及招标文件参考资料提供的资料，总结如表2-1、2-2（潮位基准面采用1985国家高程基准面）。桥位设计年极值高水位（单位：m） 表2-1频率P（%）0.33125102050重现期（a）30010050201052潮位6.155.805.555.305.054.784.42桥位设计年极值低水位（单位：m） 表2-2频率P（%）9998重现期（a）10050潮位3.583.56平均涨潮历时5小时左右，落潮历时7小时左右。2）波浪 根据招标文件参考资料中北岸自动波浪站2002年度波浪资料分析报告，年、月波要素值见表2-3，年、季各级波高（Hs）出现频率（f%）见表2-4，年、季各级波高（Hm）出现频率（f%）见表2-5。年、月波要素值 表2-3波要素月份1月2月3月4月5月7月8月9月10月11月12月年周期（Ta）平均（s）3.763.783.803.833.853.673.783.883.793.783.783.79波高（Hs）平均（m）0.110.150.170.200.230.200.210.250.200.180.160.19波高（Hm）最大（m）2.01.51.92.12.51.81.73.52.42.52.53.5年、季各级波高（Hs）出现频率（f%） 表2-4波高（Hs）季节冬季春季夏季秋季全年0.0-0.5(m)96.0690.9592.1390.3092.330.6-1.0(m)3.146.256.967.385.881.1-1.5(m)0.632.660.891.71.521.6-2.0(m)0.160.160.420.202.1-2.5(m)0.140.042.5-3.0(m)年、季各级波高（Hm）出现频率（f%） 表2-5波高（Hm）季节冬季春季夏季秋季全年0.0-0.5(m)91.6883.7784.0482.9885.650.6-1.0(m)6.4510.1510.0810.929.381.1-1.5(m)1.112.804.483.842.961.6-2.0(m)0.952.971.341.411.602.1-2.5(m)0.560.282.5-3.0(m)3.0（m）0.280.08另外根据招标文件参考资料提供的桥区附近水域实测波浪的计算结果，利用5#计算点的计算结果。设计波要素（5#计算点） 表2-6重现期（a.）波向H1%（m）H4%（m）H13%（m）T (s)20NE4.934.233.446.94ENE5.524.753.927.46E4.383.753.046.52ESE4.223.612.926.40SE3.993.402.756.28从表2-4可以看出平均波高Hs2.0m的出现频率f99.96%。从表2-5可以看出最大波高Hm2.0m的出现频率f99.59%。3）流速根据南航道桥素塔及基础设计施工图以及招标文件参考资料提供的资料，南航道桥附近水域设置的流速测站为I2006号测站。南航道桥附近水域各级流速出现频率（%） 表2-7测站流速（cm/s）04950991001491501992002492502993002006表层16252221790.24H1725241613410.6H20282716540.8H2637241651底层4440107平均192928633 涨落潮垂线平均设计流速单位（m/s） 表2-8重现期（a.）乍浦站潮差（m）垂线平均最大流速垂线号2006测点207.8涨潮3.24落潮2.502、施工平台处冲刷招标文件参考资料中只提供了南通航孔主墩在300年一遇的风暴潮的条件下的冲刷情况，对钻孔钢平台的设计指导意义不大。南航道桥索塔及基础施工图设计中提供的13#主墩在20年一遇的风暴潮条件下的冲刷情况如下：13#主墩冲刷计算和试验成果表 表2-9计算条件冲刷前高程（m）一般冲刷（m）局部冲刷（m）河床演变（m）冲刷后高程（m）方法一：公路桥位勘测设计规范20年一遇风暴潮-11.71.812.614.7-30.81方法二：NHI桥墩冲刷评价手册（美国）20年一遇风暴潮-11.70.9912.994.7-30.383、风况根据招标文件参考资料P24页、P25页的表3.10、表3.11可知慈溪30年重现期、10米高度、10分钟最大平均风速为28.5m/s。北岸30年重现期、10米高度的最大风速为30.7m/s。4、地质条件根据招标文件参考资料13#主墩墩位处的地层（泥面起始标高以-11.7m计）从上到下分布情况（以钻孔编号XZK448为例）如下：1）、亚砂土：饱和，流塑，埋置深度为0m4.80m(标高-11.35-16.15m)。2）、淤泥质亚粘土：饱和，流塑，夹粉砂、亚砂土薄层，单层厚0.10.5cm，土质较均匀。埋置深度为4.80m31.10 m (标高-16.15-42.45m)。3）、粘土：饱和，流塑软塑，土质较均匀，局部为淤泥质亚粘土。埋置深度为31.10m44.00 m (标高-42.45-55.35m)。4）、亚粘土：硬塑，含少量铁锰质结核，粒径23mm。埋置深度为44.00m46.00m (标高-55.35-57.35m)。5）、细砂：密实，局部夹硬塑状亚粘土，偶见砂盘，含少量卵砾石。埋置深度为46.00m57.00 m (标高-57.35-68.35m)。6）、粉砂：密实，分选性较好，含云母碎片。埋置深度为57.00m62.20m(标高-68.35-73.55m)。7）、粘土：软塑，见钙质结核。埋置深度为62.20m64.00m(标高-73.55-75.35m)。8）、亚粘土：硬塑，土质不均匀，局部夹亚砂土，粉质含量高。埋置深度为64.00m73.40m(标高-75.35-84.75m)。9）、粘土：硬塑。埋置深度为73.40m76.00m(标高-84.75-87.35m)。10）、亚粘土：硬塑，土质较均匀。埋置深度为76.00m78.80m (标高-87.35-90.15m)。11）、粉砂：密实，偶夹亚砂土薄层，底部0.40m含碎石，粒径215mm，含量约1%。埋置深度为78.80m-89.80m (标高-90.15-101.15m)。12）、亚粘土：硬塑，含钙质结核，粒径210mm。埋置深度为89.80m92.80m (标高-101.15-104.15m)。13）、粘土：硬塑，含钙质结核，粒径520mm，底部为黄色细砂。埋置深度为92.80m107.90m (标高-104.15-119.25m)。14）、细砂：顶部1.1m为黄色细砂，中间夹含砾粗砂以及硬塑状粘土。埋置深度为107.90m117.40m (标高-119.25-128.75m)。各土层的力学性能参数见表2-10，各土层的分布见图2.2。图2.2 D13墩地层分布图13#主墩各土层力学性能参数表 表2-10层号岩性层底标高（m）地基允许承载力0（kPa）桩周极限摩阻力（沉桩）i（kPa）1亚砂土-16.15120302淤泥质亚粘土-42.4595353粘土-55.3590404亚粘土-57.35300705细砂-68.35260756粉砂-73.55260707粘土-75.35180558亚粘土-84.75240709粘土-87.352207510亚粘土-90.152807511粉砂-101.352607012亚粘土-104. 153858513粘土-119.254059014细砂-128.75260100本工程不良地质主要表现为：浅层沼气和地下水浅层沼气埋深一般在泥面以下4560m，关井压力为0.40.5MPa，气层喷出时夹带泥砂喷射高度可达到20m左右。桥位区地下水主要为第四系松散岩类孔隙水。按理深条件可分为潜水、微承压水及承压水。潜水：主要分布于海底表层，含水介质为亚砂土。微承压水：主要分布于埋深30m左右的土层中，含水介质为亚砂土、粉砂。第一层承压水：埋深50m左右，含水介质为亚砂土、粉细砂。第二层承压水：埋深80m左右，含水介质为中粗砂。浅层沼气和地下承压水对钻孔平台的搭设、钻孔桩施工和成桩质量均会造成较大的影响。第三章 平台设计一、D13墩平台设计的总体思路D13墩平台设计方案的主要思路是：由于桥位处海域潮差大（可达78米）、流速大、波浪高，每年又受台风袭击，钻孔桩施工比较困难，所以要设计抗风能力、抗流力、抗波浪力强的大直径、高桩施工钢平台。本工程设计的作为结构及防护用的钢护筒入土深度较深（达到了33.3m），可以利用大直径的钢管桩及钢护筒共同作为钻孔施工钢平台的支撑，以满足在浪高、流急的条件下单桩以及整个平台的稳定。首先在钻孔平台下游侧搭设一个刚度较大的起始平台，利用起始平台及锚固在平台上的移动悬臂式定位导向架导向沉放钢护筒，控制钢护筒下沉过程中的垂直度及水平偏位；钢护筒自下游向上游逐排下沉到位后，逐排与起始平台及周围的钢护筒连接成整体，逐步形成较大的平台，待所有钢护筒下沉到位后，沉放上游平台及剩余的钢管桩，最终形成一个刚度强大的施工平台。利用钢护筒作为钻孔施工平台的主要承力构件，有助于减小平台在水平荷载作用下的位移，提高结构的整体稳定性，对于保证钻孔桩施工质量和安全是十分有利的。平台结构见图3.1。图3.1 D13墩钢平台桩位图图3.1(续) D13墩钢平台平面图图3.1(续) D13墩钢平台立面图由于本标段离岸线较远，且施工条件复杂，为尽量减少恶劣天气对施工的不利影响，在D13墩平台上布设大型起重设施（桅杆吊）、发电机组及储油设施、压缩空气供应设施、现场物资仓库等，将本标段施工人员办公生活设施放置在“长旭号”海上平台上，将D13墩平台及“长旭号”海上平台共同作为本标段水上施工基地。D13墩钻孔桩施工钢平台的施工图单独报批。二、设计条件的确定1、根据第一章中的表2-1表2-9确定如表3-1中的有关设计条件。D13墩钢平台设计参数 表3-1序号设计参数频率1设计高潮位5.30m（20年一遇）（+4.78m作为平台顶标高确定值，5年一遇）2设计低潮位3.56m（50年一遇）3设计垂线平均流速3.24m/s（20年一遇）4允许冲刷深度12.61m（20年一遇风暴潮时的局部冲刷）5设计风速30.7m/s（30年一遇）6设计波高3.92m（20年一遇H13%）（2.0m作为平台顶标高确定值，2.0m波高出现频率为99.72%2、D13墩其余设计参数D13墩其余设计参数 表3-2序号分项参数取值1平台顶标高钻孔施工平台为+7.0m；两端的辅助平台为+9.22m；2钢护筒护筒直径3.1m,总长52.0m，壁厚20mm，分两节施沉，重量约84.7t，采用2台ICEV360型液压振动锤并联运行施沉，设计激振力7200KN，导向架定位导向；3起重设备平台上下游共布置2台WD70桅杆吊；4钻机荷载施工平台考虑4台GZY3000型钻机同时作业，钻机隔孔布置，单台钻机重量1250KN，考虑冲击系数1.3 ；5平台均载按10KN/m2考虑；6船舶荷载平台上下游各考虑20t系缆力或在平台两侧各考虑20t系缆力；根据工程水文学中关于波高的定义是“相邻的波峰顶和波谷底间的垂直距离”，静水面以上的部分称为波峰，以下的称为波谷，波峰比波谷的高度要大，波峰高度约为0.6倍的波高。再根据招标文件参考资料P147页、第422.05条、第（2）款规定，得出钢护筒顶标高计算如下：4.78+2.00.6+1.0=6.98m，所以钢护筒的顶标高与护筒区平台的顶标高一致，均为+7.0m。在实际施工中另外加工68根长度为1.0m的短护筒作为调节段，根据施工需要将钢护筒临时接高，以防止由于突变的施工条件导致的海水进入钢护筒的情况。三、工况分析若下游的起始平台及上游的辅助平台在钻孔桩完成后，冲刷深度若超过12.61m，达到不能使用的情况下，拆除起始平台及辅助平台，而启用“长旭号”海上平台。所以起始平台及辅助平台的设计标准与护筒区平台的设计标准相同。从以下六种主要的施工工况对钢平台进行了分析计算：1、单桩稳定验算a、150016钢管桩单桩稳定计算时=117.37MPa=160 Mpa，满足强度要求。b、200018钢管桩单桩稳定计算时=122.4MPa=160 Mpa，满足强度要求。 2、起始平台单独抗台风3、起始平台上有导向架施打护筒时4、起始平台有桅杆吊正常工作时5、整个平台在冲刷深度达到12.61m时的整体抗台风6、整个平台在冲刷深度达到12.61m时的正常工作第2第6种工况下的电算结果如表3-3。四、钢平台的平面布置在钢平台的下游设置起始平台，供电系统、临时油库、空压机的布置区域，在平台的上下游各设置一台WD70型桅杆吊，对于桅杆吊起重能力不能满足施工要求的区域采用浮吊配合。钢平台上游作为现场物资仓库、办公室等的布置区域。钢平台的平面布置见图3.2。WD70型桅杆吊的起重曲线见图3.3。工况2工况6的电算结果 表3-3工况二工况三工况四工况五工况六起始平台平联80010最大综合应力max(MPa)92.131.059.397.862.6纵梁2HM588300最大综合应力max(MPa)43.373.2116.381.250.7横梁2 HM588300最大综合应力max(MPa)24.513.588.1131.6110.0桅杆吊钢管桩150016最大综合应力max(MPa)70.185.084.4最大压力(t)197.6267.4261.2最大拔力(t)106.4106.4钢管桩200018最大综合应力max(MPa)66.969.047.9最大轴压力(t)273.6324.268.8其他钢管桩150016最大综合应力max(MPa)85.323.971.584.083.2最大轴压力(t)135.3101.2194.8259.2250.0最大拔力(t)61.59.532.396.479.7斜撑240b最大综合应力max(MPa)58.719.635.162.4斜撑4268最大综合应力max(MPa)98.1护筒区平台轨道梁2HM588300最大综合应力max(MPa)112.130.4HM588300最大综合应力max(MPa)135.037.9支撑梁2HM588300最大综合应力max(MPa)155.245.1上层平联80010最大综合应力max(MPa)39.238.2100010最大综合应力max(MPa)95.987.0钢管桩150016最大综合应力max(MPa)47.241.1最大轴压力(t)71.8537.9钢护筒310020最大综合应力max(MPa)63.7155.2最大轴压力(t)225.972.4平台最大位移（mm）26.49.219.134.232.8图3.2 D13墩平台平面布置图图3.3 WD70型桅杆吊起重曲线五、平台结构形式D13墩钢平台可以分为四个部分，即下游起始平台、上游辅助平台、钢护筒区平台以及两侧的辅助桩。而每个部分又可以分为下部结构、上部结构以及上下层平联。1、起始平台起始平台在整个施工钢平台中是非常重要的结构，是钢护筒沉放时最初的支撑结构，所以应该具有足够的强度及刚度。下部结构采用14根150016mm以及1根200018mm钢管桩支撑，桩顶标高+7.0m，其中作为桅杆吊基础的3根桩（1根200018mm，2根150016mm）待移动悬挑式导向架全部走出起始平台后，要求接高至+17.0m。150016mm钢管桩的底标高为-50.0m，200018mm钢管桩的底标高为-50.0m，桩尖持力层为淤泥质亚粘土或亚粘土层，在钢管桩施打过程中可以根据沉桩的实际情况进行适当调整。上、下层平联的中心标高分别为+5.0m和-1.0m，均采用80010mm钢管；在桩顶采用双肢HM588300型钢通过牛腿与钢管桩焊接连接，其中作为导向架支撑的三根双肢HM588300型钢悬挑出钢管桩4.0m，然后在距离端部1.0m的位置用4268mm钢管作为斜撑，撑在钢管桩上；为了增加安装了斜撑的钢管桩的刚度，在斜撑点附近的钢管桩内浇注C20的混凝土。上部结构待移动悬挑式导向架全部走出起始平台后再行安装，结构形式为：贝雷架、I25a工字钢和6mm厚的花纹钢板构成。起始平台的最终顶标高为+9.30m，其结构形式见图3.4。图3.4 起始平台平面图图3.4（续） 起始平台立面图2、上游辅助平台上游辅助平台的结构形式与下游起始平台的结构形式基本相同。3、钢护筒区平台护筒区平台利用310020mm永久钢护筒作为支撑结构，护筒顶标高7.0m。单根钢护筒下沉到位后，标高-1.0m处的80010mm的下层平联钢管及顶标高+7.0m处的双肢HM588300mm型钢构成的上层平联与周围的钢护筒或钢管桩刚性连接起来，护筒区钢护筒全部下沉到位后，即形成刚度强大的护筒区施工平台。4、两侧的辅助桩两侧的辅助桩规格为150016mm，共计18根，桩顶标高为+7.0m，桩尖标高为-40.0m，每根桩通过上下层平联与周围的钢护筒或钢管桩刚性连接。为了防止施工船舶系靠对辅助桩以及整个钢平台造成的影响，采取如下措施保证施工期间的安全：a、在辅助桩上挂设橡胶轮胎作为船舶挤靠时的消能装置。b、严禁施工船舶直接撞击平台，应先行抛锚，然后再向平台靠拢。c、施工船舶与平台之间应留有1.0m左右的距离，通过连接爬梯与平台相连，作为人员上下平台的施工通道。d、出现天气异常情况时，施工船舶停止作业，通过绞锚离开平台一定的安全距离。f、钻孔桩施工期间的施工平面布置见图3.5。g、施工船舶的抛锚定位方法：g-1、船舶进入平台附近的区域时，首先在水流方向的上游抛锚。g-2、然后用锚艇将水流方向上游的另外一只锚拖至预定位置抛入水中。g-3、调整锚缆，将船沿水流方向向下游溜放，同时用锚艇将下游方向的两只锚分别按照预定位置抛入水中。g-4、调整四根锚缆，将船舶调整至平台附近，然后在平台上带两根摆渡缆。g-5、利用两根摆渡缆将船舶慢慢的向平台靠拢至二者之间的距离约1.0m左右的距离，收紧所有的锚缆，搭设船舶到平台顶的临时爬梯。g-6、移船时先拆除临时爬梯，放松摆渡缆及靠近平台的锚缆，收紧外侧的锚缆，将船舶拉离平台，然后再解开摆渡缆，按照顺序起锚。图3.5 钻孔桩施工平面布置图5、塔吊基础塔吊基础布置在嘉兴侧的桥轴线上，根据现场的施工进度情况，在塔吊安装之前利用振动锤沉放。第四章 测量控制在本章只简单的叙述测量控制的施工方法，详细的D13墩钢平台施工测量方案单独上报。钻孔桩平台钢管桩及钢护筒定位采用GPSRTK技术和GPS静态测量技术布设控制点，结合全站仪、经纬仪和水准仪进行平面和高程定位，经纬仪控制垂直度。具体控制方法为：1、根据设计图纸计算钢管桩及钢护筒中心坐标。2、对于起始平台钢管桩：在海力801打桩船上布置两个GPS接收机安放点位。找出这两个GPS点位与定位架中心（钢管桩中心）位置的相对关系，推算出GPS点位的设计坐标。利用安置在打桩船上的GPS接收机，通过岸上基准站发射的信号进行钢管桩的平面定位，钢管桩的垂直度由经纬仪进行控制。3、对于钢护筒：1）钢护筒定位的质量直接影响钻孔桩的成桩质量。钢护筒定位采用起始平台上的定位导向架配以起重船及振动锤加以沉放。首先设控制点于起始平台上,用来固定钢护筒的定位导向架中心测量，实施指挥定位导向架准确就位，使定位架中心准确定位于桩位设计中心上（GPS-RTK在整周模糊度能够固定的情况下，定位精度达到厘米级，能够满足钢护筒沉放定位要求），然后用架在起始平台上的全站仪校核，接着用起重船吊起钢护筒进入导向架，用经纬仪检查并控制垂直度后，再安装振动锤，振动钢护筒沉放至设计标高。高程用水准仪控制，水准点设在起始平台上，由静态测量拟合求出其85高程。整个沉施过程中一直用经纬仪及全站仪监控护筒位置和垂直度，确保成桩质量。护筒沉放完毕后立即与先期形成的起始平台连接形成整体，增加钢护筒的稳定性。2）钢护筒中心偏差测量测定钢护筒中心偏差直接在护筒顶口放出其设计纵横轴线，做好标记（以便钻机初定位用），用弦线和钢尺量出钢护筒顶口偏位。3）钢护筒垂直度及顶标高测定钢护筒垂直度采用垂球法结合经纬仪竖丝法测定。在起始钻孔平台上选一稳固点用GPS作静态测量，用测控中心提供的拟合参数求出其85高程（用加权平均值法校核）作为钻孔平台高程控制基准点，采用NA2精密水准仪测量每一个钢护筒顶标高，并用油漆标记，定期校核每个钢护筒的顶标高。第五章 钻孔钢平台施工一、钻孔钢平台施工工艺流程海力801打桩船抛锚定位沉放起始平台钢管桩运桩船就位桩间连接形成起始平台悬臂式定位导向架安装、定位沉放第一排钢护筒及护筒间连接起重船就位钢护筒制作、运输导向架前移及精确定位沉放下一排钢护筒及护筒间连接搭设上游侧施工平台及两侧辅助桩安装下游侧桅杆吊安装上游侧桅杆吊钻孔桩施工平台上设施设备安装调试整体钢平台的形成导向架制作海底抛填维护图5.1 钻孔施工钢平台施工工艺流程图二、起始平台施工起始平台位于钻孔平台下游侧，其主要作用是为沉放钢护筒，安装移动悬臂式定位导向架，提供具有足够刚度的工作平台。起始平台作为钢护筒沉放工作平台时的顶标高为+7.0m，以后再通过贝雷架、型钢接高至+9.3m，其中作为桅杆吊基础的3根桩（1根200018mm，2根150016mm）要求接高至+17.0m。上、下层平联的中心标高分别为+5.0m和-1.0m，均采用80010mm钢管；在桩顶采用双肢HM588300型钢通过牛腿与钢管桩焊接连接，上部结构由贝雷架、I25a工字钢和6mm厚的花纹钢板构成。起始平台的钢管桩利用海力801多功能打桩船施打，受水深及水流条件、管桩设计长度、下沉定位方式等因素的制约，为提高作业效率和沉桩质量，52m长的钢管桩整根沉放。而作为桅杆吊基础的200018mm的钢管桩，则分成两节后利用振动锤沉放，水上接高。施工准备海力801打桩船就位沉放起始平台钢管桩运桩船就位焊接上、下层平联安装桅杆吊基础沉放导向架第一节桅杆吊基础沉放测量控制第二节桅杆吊基础安装第二节桅杆吊基础沉放钢管桩内浇注混凝土安装导向架支撑梁及斜撑1、起始平台施工工艺流程 图5.2 起始平台施工工艺流程图2、钢管桩施工1）、钢管桩加工与运输钢管桩采用Q235A钢板在专业钢结构加工厂制作，焊缝采用螺旋焊缝，要求达到二级焊缝标准。根据本工程的要求，钢管桩整根沉放，所以在装船运输之前必须按照设计要求长度将钢管桩焊接成整根，然后再利用吊机按照沉放顺序装船运输至施工现场。2）、起重设备及施打设备起始平台单根钢管桩长52.0m，重30.8吨，采用海力801多功能打桩船自带的起重系统起吊入桩架并施打。海力801号多功能打桩船性能指标：船长80m、船宽30m、型深6m、吃水2.8m，配86m18m高的桩架;打桩架可上下自由升降各18m；配置有四根1.51.530m的定位桩；船上配备GPS沉桩定位系统；并配置有自动移动装置，在没有外部动力的情况下，可在一定范围内移动；配备先进的双作用IHCS-280液压锤（荷兰）；配备海上救生平台。该打桩船目前正在杭州湾大桥合同段施工，随时可以进行D13墩钢管桩沉放施工。3）、钢管桩吊耳设置钢管桩长度为52m，重量为31.2t，准备采用3点吊。吊点的布置及吊耳的结构形式见图5.3。图5.3 吊点布置及吊耳结构图4）、钢管桩沉放a、钢管桩沉放施工工艺流程施工准备海力801打桩船就位吊装钢管桩进入龙口测量、调整桩架倾斜度、平面扭角及桩位沉放钢管桩桩位及垂直度监测校核运桩船抛锚定位沉桩至设计标高移走打桩船移船至下一沉桩桩位就位施打钢管桩之间上、下层平联连接 图5.4 钢管桩沉放施工工艺流程图b、钢管桩沉放钢管桩沉放前根据桩位图计算每一根桩中心平面坐标，直桩直接确定其桩中心坐标，斜桩通过确定一个断面标高后，再计算该标高处钢管桩的中心坐标，同时确定好沉桩顺序，防止先施打的桩妨碍后续的桩施工。海力801多功能打桩船按照确定的打桩顺序进行抛锚定位，抛锚的过程中应注意使锚缆在打桩及移船的过程中不能碰到已经沉放完毕的钢管桩。运桩船在海力801抛锚定位完成后再抛锚定位，定位过程中应保证打桩船能够移位到运桩船处吊桩。钢管桩在运至现场之前要求在桩身上标明刻度（最小刻度为10cm），以方便沉桩过程中一些技术数据的采集。当打桩船将钢管桩竖起后，利用GPS定位系统调整船位，使钢管桩的平面位置到达设计桩位处，满足设计要求后下桩、稳桩、压锤，调整船位，满足设计及规范要求后，开始沉桩。在沉桩过程中要进行测量监控，并做好沉桩记录。钢管桩沉放以标高控制为主，贯入度控制为辅。虽然通过验算单桩稳定可以满足规范要求，但是为了减小钢管桩（特别是第一、第二根桩）之间平联的焊接难度， 钢管桩沉放应选择天气较好，风浪、流速均较小的时段进行。钢管桩沉放见图5.5。图5.5 海力801多功能打桩船3、起始平台上、下层平联及梁系施工1）上、下层平联施工钢管桩施打就位后（2根以后），开始平联的连接。平联的设置：钢管桩之间在-1.0m和+5.0m处设置两层水平联系，均采用80010钢管，单桩沉放结束后，立即将其与已沉放完毕的钢管桩连成整体，先施工下层平联，防止单桩在潮流作用发生偏位，连接方式按设计要求进行，具体施工方法如下：由于钢管桩在沉放过程中与设计施工图存在偏差，加之起始平台的斜桩较多，平联与钢管桩之间的下料弧度不太容易控制，所以采用哈佛接头，哈佛接头可以根据现场的实际情况分为两片或两片以上。钢管桩之间的连接分为斜桩与斜桩、斜桩与直桩、直桩与直桩三种方式，斜桩与斜桩之间的连接，两端均采用哈佛接头；斜桩与直桩之间的连接，在斜桩端采用哈佛接头；直桩与直桩之间的连接，一端均采用哈佛接头。所有钢管之间的下层平联均要求在后场下料，现场安装。斜桩与斜桩之间的平联按照比安装标高处两钢管之间的净距还要短30cm的尺寸下料，两端均加工成垂直断面；斜桩与直桩之间、直桩与直桩之间的平联，将直桩一端按照平联与钢管桩的弧度要求下好料，另一端加工成垂直断面。哈佛接头均按照平联与钢管桩之间的相贯线放好大样后加工，同时要求哈佛接头的长度能够满足平联伸入其内部不小于20cm。平联的吊装具体施工方法如下：使用多功能作业驳上的起重设备吊装，用两个2吨的手拉葫芦调挂在平联的两端以便调整平联的位置。首先根据现场的实际情况，将一片哈佛板与钢管桩焊接，然后再安装平联。斜桩之间或斜桩与直桩之间的平联采用从侧面进入，从下向上的方法提升就位，而直桩之间的平联比较简单，可以采用从上向下的方法直接安装就位。哈佛接头与平联之间的环向焊缝及纵向焊缝均要求满焊，严格控制焊缝质量。平联与钢管桩之间的连接方式如图5.6所示。图5.6 直桩之间的下层平联2）、梁系施工起始平台的梁系由双肢HM588300型钢通过牛腿与钢管桩连接，牛腿及双肢HM588300型钢均在后场加工、现场安装。首先在钢管桩上放出钢牛腿的安装线，牛腿安装完毕后在其顶面放出梁系的安装线，先安装横桥向的梁，再安装顺桥向的梁。4、桅杆吊基础桩施工桅杆吊基础桩共3根，其中2根150016的钢管桩沉放方法与起始平台的支撑桩相同，而对于其中的1根200018的钢管桩，则采用振动下沉的方法施工。通过该桩的下沉情况取得一些经验，以便对钢护筒的下沉施工起指导作用。1）、起重设备的配置200018的钢管桩长57.0m，重51.2吨，分两节沉放，水上接高。第一节长度为37.0m，重量为33.4t，第二节长度为20.0m，重量为17.8t，采用起重能力为1000kN的全旋转起重船“鲁日海起重03”，性能指标见表5-1。在吊幅15.0m时，吊重77.0t，吊高38.2m，吊索长度按照3.5m计算（则高度为3.5sin60=3.0m），钢管桩垂直吊起时，底口有1.8m在水中，而高平潮时水深约16.018.0m，所以仍可以将钢管桩从侧面吊入导向架。如图5.7所示。图5.7 桅杆吊基础桩起吊示意图2）、振动锤的配置根据桥涵施工手册（上册）P324页中式（6-5）、（6-6），以及表6-34计算可知：摩阻力FR= fiLi式中： fi 土单位面积的动摩阻力，kN/m2，按表6-34估算。对于粘性土标贯击数24时，f=15 kN/m2；标贯击数48时，f=20 kN/m2 钢管桩周边长度，U=6.28m。Li 钢管桩在不同土层中的入土深度，见表2-10。FR=1.56.28(15.65-11.7)+2.06.28(50.0-15.65)=4687 kN因此，采用两台ICEV360型液压振动锤并联使用，满足实际施工要求。船体尺寸及机组性能船体尺度（m）总长型宽型深58.0018.03.5起重性能(主钩)吊幅（m）3530211815最大起重量（t）49.555.568.072.577.0起升高度（钩头至水面）（m）20.529.036.037.238.2“鲁日海起重03”船性能表 表5-1单台ICEV360振动锤性能表 表5-2ICEV360振动锤基本参数振动锤外形尺寸（mm）动力柜外形尺寸（mm）重量（kg）长宽高长宽高振动锤动力柜液压头3607660251547242083244016363110001700机械性能偏心力矩最大激振力最大上拔力系统振幅功率150kg.m3600kN16363N2.1mm990HP/2100RPM3）、钢管桩的吊耳设置桅杆吊基础的200018钢管桩长57米，重51.2吨，根据1000KN浮吊的性能，起吊采用三点吊。吊耳的设置：在钢管桩顶口对称地割2个吊装孔在作为吊耳，由于钢管桩壁厚只有18mm，而每个吊点承重17.1t，所以需要在吊装孔处局部用20mm厚的钢板加强。另外在钢管桩两端距离端部11.8m的位置再各设置一个吊耳。吊耳在桩身上的具体布置及尺寸见图5.8所示。图5.8 桅杆吊基础桩吊耳布置及结构图4）、具体施工方法当起始平台的14根150016的钢管桩沉放完毕，并将200018的钢管桩周围的上下层平联完成后，利用这些上下层平联安装沉放钢管桩的定位架。如图5.9所示。图5.9 桅杆吊基础钢管桩沉放导向架示意图首先分别在顶层梁系及下层平联上放出该桩的平面位置控制点，然后定位架将双肢HM588300的H型钢安装在顶层梁系及下层平联上，构成“井”字型结构；然后利用“鲁日海起重03”（100t全旋转起重船）吊起第一节钢管桩，从侧面进入定位架，再利用多功能作业驳上的起重设备吊起一根双肢HM588300的H型钢将定位架封口；在测量控制下调整其垂直度，符合要求后，下桩、脱钩、吊锤，当振动锤的液压夹钳夹住钢管桩后，重新调整垂直度，符合要求后，启动振动锤开始振动下沉。当钢管桩顶标高达到+8.5m左右时停止振动，移走振动锤，同时在钢管桩侧面焊四个牛腿，将第一节钢管桩挂在“井”字架上，防止钢管桩接长时第一节钢管桩向下滑动。起重船吊起第二节钢管桩，在测量的控制下与第一节钢管桩对接，对接的方法如下：首先在第一节钢管桩顶口焊接导向板，起重船吊起第二节钢管桩慢慢落钩，当吊索不受力时测量观测，垂直度符合要求则可以焊接，若不满足要求则让吊索重新受力，根据测量结果修整第一节钢管桩顶口，然后再使吊索不受力，测量复测，如此反复直至垂直度符合要求。焊接过程中应该先用码板对缝，边码边进行间断焊，直至整个圆周完毕，然后才能进行连续焊接。为了保证对接质量应做到：a、第一节钢管桩顶口不要求打坡口，要求为垂直断面，第二节底口打坡口。b、第一节钢管桩顶口所在的平面与桩轴线之间应垂直。c、钢管桩对接时应选择风浪均较小的天气情况下进行，以减小对接难度。d、焊接过程中应先间断焊，然后才能满焊，以减小焊接变形。e、焊接时应注意根据涨落潮情况随时调整吊索的受力情况。在在振动下沉的过程中，开始时应用低档位、小振动力、点动下沉，当钢管桩入土达到10m左右深度时，才可以改用高档位、大振动力、连续下沉；但是在整个下沉的过程中应该由测量全程监控，以便及时进行纠偏。桅杆吊基础桩施工仍然以标高控制为主，当上层定位架妨碍钢管桩下沉到位时，停止下沉，拆除上层定位架，以下层定位架为导向继续下沉，直至钢管桩下沉至设计标高。桅杆吊基础桩和周围钢管桩的上下层平联的连接方式与起始平台其余桩之间的连接方式相同。5、作为移动悬挑式导向架支撑的钢管桩的处理方法根据D13墩钢平台桩位布置图（图3.1）25-C、25-E、25-G三根桩作为移动悬挑式导向架的主要支撑桩（图3.4），在安装2HM588300mm型钢之前，要求在钢管桩内部标高-1.1m处焊接托板，然后向桩内浇注C20混凝土，以加强斜撑点处的刚度，防止局部失稳，混凝土的顶标高为+3.0m。6、起始平台接高起始平台要安装供电、供气系统，为防止水位及风浪对电器设备的影响，其顶标高为+9.3m。当移动悬挑式导向架全部走出起始平台后，横桥向安装三排单层贝雷架（图3.3）。贝雷架与2HM588300mm型钢顶面之间用20mm厚的钢板制作的卡板固定，每两排贝雷架之间用14a槽钢制作成的桁架连成整体，并且在2HM588300mm型钢顶面用14a槽钢作斜撑，以加强贝雷架的侧向刚度。贝雷架的固定方法见图5.10。图5.10 贝雷架固定方法示意图7、起始平台施工技术要求及检验标准1）、钢管桩加工制作质量要求：、焊接质量按二级焊缝标准检验控制。、钢管桩加工质量应满足港口工程桩基规范（JTJ254-98）的要求：钢管桩加工质量标准 表5-3管节外形尺寸允许偏差偏差名称允许偏差说明钢管外周长1%周长，且不大于15mm测量外周长管端椭圆度0.5%d，且不大于10mm两相互垂直的直径之差管端平整度2mm管端平面倾斜0.5%d，且不大于5mm管桩成品外形尺寸允许偏差桩长偏