钻孔桩水中引桥

1、钻孔桩水中引桥、平台设计施工海威工程建设有限公司曹德生摘 要东吴淞江桥有深水桥墩4座，每墩水下基础包括2根桩基和一个系梁，桩基直径2.2m，桩长均在70m左右。本文就大直径水中桩施工引桥、施工平台的设计和 施工进行介绍。关键词大直径钻孔桩；引桥；平台；设计；施工1工程概况东吴淞江大桥扩建工程是在原桥的基础上，向两侧分别拓宽8 m,桥墩基本与原桥墩位 置一致。下部结构水中墩采用桩接系梁接柱加盖梁的结构型式。扩建工程桥墩有水中墩4座，分别是北2墩、北3墩、南3墩、南4墩。每墩水下基础 包括2根桩基和一个系梁，北2墩、南3墩采用0 2200钻孔灌注桩，桩长68m、北3墩采用0 2200钻孔灌注桩，桩

2、长70m。南4墩采用0 2200钻孔灌注桩，桩长69m。系梁长9.5m，宽2.5m， 高2m，两侧为半圆形。场调查2.1施工区域调查吴淞江上海境内长度为53.1km，经江苏省苏州市后曲折东流，横贯上海市区，在外白 渡桥附近与黄浦江交汇，是上海市重要二级航道，水上交通运输任务繁重。东吴淞江两侧有 混凝土防汛墙，施工时不能破环防汛墙。东吴淞江施工段水位标高 2.64m ；防汛墙顶标高 4.46m；南4#墩位处淤泥面标高：-1.06m，淤泥底标高：-1.55m，淤泥厚49cm，距防汛墙垂 直距离：15.7m；南3#墩位处淤泥面标高：-0.85m，淤泥底标高：-1.53m，淤泥厚68cm，距 防汛墙垂

3、直距离12.8m；北2#墩位处淤泥面标高：-0.95m，淤泥底标高：-1.48m，淤泥厚53cm， 距防汛墙垂直距离：18.8m；北3#墩位处淤泥面标高：-0.55m，淤泥底标高-1.40m，淤泥厚 85cm，距防汛墙垂直距离：12.8m；东吴淞江施工段水流平缓，汛期水位上涨50cm至80cm。2.2地质情况根据设计图纸提供的地质资料及现场情况调查，东吴淞大桥河床淤泥深0.490.85m， 地质主要由亚粘土及粉砂层构成，粉砂层1635m厚，而且地质部分亚粘土与粉砂层相间分 布，这种地质给钻孔桩施工带来很大困难，因此钻孔桩施工时应高度重视，采取措施防止塌 孔、缩径。3施工方案比选3.1备选方案方

4、案一：筑岛围堰。将桩基施工范围打入钢管桩，周围用蛇皮袋装土围堰，内部回填土， 桩基施工完毕后，清出回填土。方案二：采用钢管桩打入水中，搭设一个钻机施工平台，深埋护筒，钻机在施工平台上 施工钻桩。方案三：采用拉森桩围堰，围堰内采用钢管桩搭设钻机施工平台。3.2方案比选吴淞江桥第三跨下为主航道，宽40m，该航道为2级航道，水上运输繁重。水利局要求 施工期间必需保证主航道的通行。如采用方案一，筑岛围堰，围堰范围较大，使航道宽度变 窄影响水上运输，同时围堰填土也会污染河道，故排除第一种施工方案。如采用方案二，在水上搭设钻机施工平台，对于桩基的施工实施可行，但后序系梁施工 难度较大，因为本工程系梁尺寸为

5、9.5X2.5X2m，系梁底高程比河底高程高约2m，河道水深 约4m，系梁施工在水中进行，难度较大。第三种方案是在第二种方案基础上优化，采用拉森桩围堰，在围堰内搭设钻机施工平台， 在围堰底浇注40cm封底混凝土。桩基施工结束后，可在封底混凝土上搭设支架，方便系梁施 工，缩短水中结构施工工期。经过上述比选，为保证吴淞江水中结构安全快速的完成，选用第三种施工方案。3.3方案细化围堰采用12m长5#拉森桩相对咬合而成，围堰尺寸15.5X7.0m。围堰内平台用直径中 500mm，壁厚5 12mm，长15m的钢管桩基础，平台纵向长13.6m，横向长5.1m。围堰内水抽干 后，浇筑40cm，C25封底混凝

6、土。为了施工需要，设计6m宽引桥，连接施工平台和河岸。施 工时吊车在引桥上下钢筋笼，见图1，图2。图1弓桥、平台平面布置图.二30#工字钢5#拉森桩1.5m间距说明：说明1.围堰为4#12m钢板拉森桩 2.|顶麟拉森膈水位0而 4.平板桩板桩测0加钢围檩加劲固定4.平台上面铺设1.5*6m路基板图2图桥、引平台、平围堰大样堰大样图4引桥及施工平台设计4.1引桥设计：1）引桥结构设计，见图3。筋使成简单的维护栏杆。 【1 |【112 外 TT钢lEi ID,、一I|止河岸防汛墙 引桥平面简图区作工车吊一L_LL 4., 5#拉森桩1.5m间距30#工字钢5角钢栏杆峭槽钢 12#槽钢5 角钢20

7、路 基箱板30#工字钢5#拉森桩1.5m间距顺桥向剖面图侧桥向副面图经现场调查，河岸距桩基位置在12.818.8m之间，考虑到通航要求，采用5#拉森桩， 对面组合，成单桩，入土深度大于6m，引桥范围横向打设三排，间距2.5m，纵向间距1.5m， 边沿纵向布设I30的工字钢，工字钢上架设6X1.5X0.2m的路基箱钢板（下简称路基板）， 为面积6X1.5m，高度0.2m，内中布设几个肋，使有一定刚度的低矮钢箱形板，适宜用于作 支架顶板，便于在其上面施工作业。为了保证整体稳定性，横向一排三根桩顶侧，焊接12# 槽钢，使连接成为整体。同时用5#角钢交叉焊接剪力撑。纵向每排也用5#角钢焊接成剪力 撑。

8、在防汛墙外侧河岸上，打入一排拉森桩，高出防汛墙1520cm，用以保护防汛墙。每两 块路基箱板侧分别用020mm钢筋焊接成整体，侧面每1.5米焊接一根钢管，顶部焊010mm钢图3引桥结构示意图2）引桥验算:施工阶段，靠近平台6米的位置，作为吊车下钢筋笼，50t履带吊吊45kN汽锤搭设施工 平台之用，该位置为最不利受力位置，需验算结构稳定性。受力分析：6m范围内引桥荷载引桥静荷载设计，见表1。引桥静荷载设计表1名称路基板面板纵横梁5#拉森桩其他重量4X1.2=4.8t2.9t26t0合计33.7t动荷载设计，见表2.引桥冻荷载设计表2名称50t履带吊车70m钢筋笼施工冲击力其他重量47t15.5t

9、3t5t合计70.5t荷载合计104.2t。单桩承载力单桩埋深6米。单根桩承载力计算，该区地质为亚粘土、粘土及粉沙层，极限摩阻力tp在30-60kpa间，考虑安全性，取25kpa,5#拉森桩周长1. 4m。p=1/2(ultp+A 6 R)p=1/2(25X6X1.4)=8.25(注：底端开口，面积A近似为零，故AX6R可不计)6m范围内，15根桩，合计承载力15X8.25=123.75t，总荷载104.2t 123.75t，满足 承载力要求。纵梁验算，见图4。吊车在引桥距平台6m处，下钢筋笼时，为纵梁受力最不利状况。总荷载=6m范围内路基板重+动荷载T=4.8+70.5=75.3t纵梁均布荷

10、载q=75.3/3X6=4.18t/m受力状况见图4。三根I30工字钢0500壁厚12mm长15m 间距1.7m钢管孔口两侧铺设三根I3工字钢2.4*2.4n预留桩孔位5i角钢12#槽钢D500钢管桩长15 纵横间距1.7m纵横向联系梁30双拼槽钢4.5m（平台顶面标高）Mmax=1/8ql2=1/8X4.18X 1.52=1.18t.m；o=Mmax/wx =1.18/760=15Mpa 145.58t,满足承载力要求。施工中钻 机为集中荷载，按最不利位置布设，钻机工作范围5米左右，确定集中荷载由10根桩承载， 总荷载=平台静荷载+一半平台自重+平台动荷载=49.5+56.58：2+39.5

11、=117.29t，10根桩的承 载力为186t。安全系数为1.2，117.29X 1.2=140.75t186t，满足承载力要求。纵横梁验算纵梁验算，见图6。考虑钻机在浇注首灌工作时，此时纵梁受力最不利(考虑钻机占位在纵向，4根钢管桩 共5.1m)状态。总荷载=设计平台荷载+一半板面自重+一半纵横梁重+平台动荷载T=49.5+2.64：2+3.78：2+39.5=92.21t安全计，仅考虑四根钢管桩范围的纵梁承载，则纵梁均布荷载q=92.21/2X5.1=9.04t/m 受力简图Mmax=1/8ql2=1/8X9.04X1.72=3.27t.m。=Mmax/wx =3.27/403=81Mpa

12、140Mpa横梁验算考虑钻机在浇注首灌时，钻机在一半位置工作时，按最不利荷载计算，此时横梁受力最 不利。总荷载=设计平台荷载+一半板面自重+一半纵梁重+平台动荷载T=49.5+2.64：2+1.36：2+39.5=91t安全计，仅考虑孔口两侧的6根工字钢承载；则横梁均布荷载q=91/6X5.6=2.71t/mq=2.71t/m图7横梁荷载布置图Mmax=1/8ql2=1/8X2.71X5.12=8.8t.mQ=Mmax/Wx=8.8/760=116Mpa 140Mpa, W 力计算略。5桩基施工技术关键5.1由于本工程桩基较大，每根桩约用300方混凝土，灌注时间需要8-10小时，灌注 前配合比

13、设计要做好混凝土缓凝试验。5.2由于桩径和孔深较大，且在水中施工，根据地质报告，在孔深20m左右有砂层，所 以在钻孔过程中泥浆比重控制是关键，本工程泥浆比重控制在1.4-1.5之间，能够保证成孔 质量。但由于泥浆比重控制较大，清孔不易清净，灌注到桩顶时增加超灌量（超灌血以上）， 防止出现烂桩头现象。5.3本工程钢筋笼直径近2.2m，长度近70m，分八节制作，如采用焊接工艺，钢筋笼下 完全过程需要近8个小时。如此长时间，可能导致孔内沉淀厚度较大，给二次清孔造成较大 困难，甚至会导致坍孔。故本工程钢筋笼连接采用直螺纹套筒连接，整个下钢筋笼全过程用 时4个小时，大大缩短了下钢筋笼的时间。5.4为确保

14、桩基质量，桩基成孔后需进行成孔检测，主要检测桩基成孔的孔深、孔径、 垂直度、沉淀厚度，通过成孔检测可以测定成桩的完整性，将桩基隐患消灭在灌注前。保证 了桩基的质量。5.5为提高水中桩的单桩承载力，减小沉降。吴淞江桥水中桩实施桩底压浆工艺，预埋 钢管，在灌注桩砼终凝到一定强度后，用高压注浆泵以68MPa压力，将水灰比0.45水泥浆 压入桩底，对桩底沉渣，桩端持力层及桩周泥皮起到渗透、劈裂填充、压密和固结作用。6引桥平台施工成本分析6.1引桥以南3#墩为例。引桥长12.8m，引桥施工用时15天。其中：1）路基板：1.5m宽路基钢板，8块共9.6t，吨单价5800元，合计55680元；2）纵横梁及钢

15、支撑：6.1t，吨单价5800元，合计：5800X6.1=35380元；3）5#拉森桩：同上采用租赁形式，租赁费20元/吨/天，46.8吨，时间80天（引桥使 用周期），合计：20X46.8X80=74880 元；4）搭设、拆除费用，包括机械、人工费。50吨吊车：台班费3500元，搭设15天，拆除10天，合计3500X25=87500元；振动锤：台班费400元，搭设15天，拆除10天，合计400X25=10000元；人工费：每天8人（两名电焊工，一名指挥，五名普工），搭设15天，拆除10天，合计 （2X80+1X100+5X60）X25=14000 元；引桥合计费用：55680+35380+7

16、4880+87500+10000+14000=277440元，约 27.7 万元。6.2平台以北3#墩为例。平台尺寸13.6X15.1米，包括：1）钢面板：2.64吨，吨单价5800元，合计15312元；2）钢管桩、纵横梁及钢支撑：55.94吨，吨单价5800元，合计：55.94X5800=324452元；3）搭设、拆除费用，包括机械费和人工费。50吨吊车：台班费为3500元，搭设10天，拆除8天，合计3500X 18=63000元振动锤：台班费为400元，搭设10天，拆除8天，合计400X18=72000元人工费：每天8人（两名电焊工，一名指挥，五名普工），搭设10天，拆除8天，合计 （2X80+1X100+5X60）X18=10080 元平台合计费用：15312+324452+63000+72000+10080 =484844元，约 48.5 万元。总费用约为76.2万元。6.3小结水中桩施工，搭设一个引桥、平台，计算总费用约为76.2万元，考虑钢材周转使用，按 50%材料折价计算：引桥为：55680/2+35380/2+74880+87500+10000+14000=231910元，约 23.2