钢管桩支架作业平台进行深水桩基施工工艺

利用钢管桩支架作业平台进行深水桩基施工施工工艺前言xx高速公路xx互通2#桥，横跨xx县雍口水库，水深10－18m，左右幅分离，水中部分设计为24根2.2m钻孔桩基础。施工中采用钢管桩搭设水上作业平台，下钢护筒施工，取得成功，根据在现场施工过程控制的基础，总结利用钢管桩搭设水上作业平台的施工工艺。钢管桩搭设水上作业平台施工工艺流程图（图１）钢管桩施工平台的设计（１）、布置形式：根据钻孔桩桩间距6.0－8.7m，及施工人员、机械施工作业范围，确定搭设14m×7m的作业平台，钢管桩布置为3排×4根，管桩间距依桩基间距不同分别设置尺寸。管桩横纵向设剪刀撑连接。桩顶企口内安放I40a工字钢横梁，间距同管桩横向间距，横梁上为14m长桥面梁板2根，间距3.0m，分配梁留出护筒空档，其间为钻孔桩位，外侧铺5cm厚木板,周边设置钢管栏杆防护。（如图2）桩间距桩间距尺寸尺寸6.06.5997.067.408.7A5.845.5415.315.144.667B2.322.9193.383.724.666C3.123.123.123.123.12单位：米（２）、平台检算：根据施工机械（钻机）、人员、工字钢、桥面板自重及钻机作业冲击力，确定所承受荷载：钻机自重：12t；锤重：8t工字钢及桥面板自重：67.6×7.0×4＋14×80×2=4.1t人员及施工荷载：2KN总荷载：243KN考虑冲击荷载取1.3系数P=316KN每根钢管桩所承荷载P1=316÷12=26.3KN根据地质资料显示，河床软弱覆盖层较薄，其下为强风化砂岩，钢管桩采用支承桩进行检算。单桩承载力检算：P=(0.3~0.5)RCA式中：(0.3~0.5)－系数基岩有裂纹、易风化采用0.3，匀质无裂纹采用0.45，据地质资料，取系数为0.4；RC－岩石试块单轴抗压极限强度（Kpa），地质报告显示，河床下2.0m左右强风化岩石强度为5000Kpa；A－桩底横截面面积（m2），D=0.72d=0.70P=0.4×5000×π×(D2-d2)÷4=44.6KN>P1=26.3KN（合格）单桩稳定性计算：长细比λλ=μl/i式中i=截面惯性半径，i=√I/A=0.251；I－惯性矩，(1/64)π(D4-d4)；l－压杆的计算长度，l=μl，因钢管桩一端伸入岩石中，一端伸出水面，虽有斜撑连接，为增加安全系数，按一端固结，一端自由检算。μ＝2。自由端桩长按20m计算。λ=159.3>100，可以使用欧拉公式。临界力PljPlj＝π2EI/l2E－弹性模量，钢2.1×108Kpa；Plj＝1821.1KN折减系数φφ=σkn/σ0ny式中σk－临界应力，σk＝Plj／Aσ0－屈服强度，σ0＝240Mpan－强度安全系数，n=1.6ny－稳定安全系数，钢为1.8－3.0，取2.0φ=0.272稳定条件σp=P/φA≤[σ]=7.4Mpa≤150Mpa稳定性满足施工要求。四、主要机械设备（见表1）主要机械设备表（表1）机械设备名称规格型号单位数量作用水上浮吊20t/10t台2钢管桩的插打，平台及护筒安设，钻机移位，钢筋笼吊放，砼的吊灌及其它水上吊装作业。运输船浮箱拼装艘2水上设备材料的运输。导向船浮箱拼装艘2插打钢管桩时定位及做为施工平台。机动船994型艘2水上动力设备。振动锤60KW/40KW个2下沉管及下沉护筒。发电机75kw台1打桩时提供临时用电。锚碇设备砼预制个4水中船只锚碇。潜水设备套2水下切割、焊接钢管桩自制套8水中平台支撑（12根一套）钻机TS-220台3钻孔卷板机自制台1卷制护筒及钢管桩龙门吊10t台1起吊钢板及护筒五、劳动力组织（见表2）劳动组织（表2）职务或班组工作内容人数分工经理负责全面施工生产1总工负责现场技术管理1技术室技术指导、管理、质检5测量3人、质检1人施工资料整理及测量技术员2人运输队材料设备的水上运输10机动舟司机2人、指挥2人、普工6人打桩队钢管桩及钢护筒打设拆除14指挥1人、浮吊司机1人、电焊工2人，气割工2人、普工8人机修队铁件加工及机械维修10电焊工3人，气割工2人、普工5人钻机队钻孔、清孔、灌注砼30钻孔人员18人、普工12人潜水队水下切割、焊接8潜水员4人、指挥1人、协助人员3人六、施工工艺（１）、浮吊是水上作业重要的起重设施，每步施工过程都有其参与完成，浮吊由浮平台及CWQ20型拆装式桅杆起重机组成，起重机主要技术性能为：臂长20.5m；最大起重量20t；幅度范围4.54~20.67m；臂杆回转角度范围220度；臂杆变幅角度范围6~78度；起升高度17.63m。浮吊的拼装是水上施工作业的第一步。见浮吊立面示意图（图3）选用13个9×2.7×1.65米的浮箱连接成浮吊的水上平台，浮箱横纵采用φ22螺栓连接，布置形式为5+5+3，总长27m，总宽13.5m，在浮平台上拼装自制桁架，桁架为∠7.5×7.5角钢焊接而成，长3.0m，高2.0m，间距2.7m。支架立好后，支架上用螺栓连接3排12.5×0.7×0.4m钢箱梁作为浮吊主机平台，间距30cm。浮平台自重58.5t，吊机自重约20t，浮吊总重78.5t，自重吃水0.25m，为保证浮吊起吊重物后前后吃水平衡，尾部三节浮箱加水配重。吊机结构由臂杆、立柱、斜撑、底座、转盘和驾驶室组成。作业由起升机构、变幅机构、回转机构组成。臂杆由四根无缝钢管主肢和斜腹杆拼焊面成，分底节、标准节、上节。底节长8米，标准节长5米，上节长7.5米,每节之间均采用销轴连接,增减标准节数量可将臂长拼接成20.5m、25.5m、30.5m三种不同长度，随臂长增加，最大起重量减小为10t，臂杆下端用销轴与立柱下部铰接，两侧与转盘之间装有稳定拉杆。立柱为箱形结构，分止下两节，两节之间采用法兰和连接杆混合连接，立柱上节安装有工作平台，起升、变幅钢丝绳的导向滑轮。立柱顶端装有转动立柱下部支承在球头支座上。斜撑为筒式结构，分上下两节，两节之间为法兰连接，斜撑上端与转动轴连接，下部与底梁连接。底座由两根底梁、十字底盘、横梁组成。两根底梁成水平90度与十字底盘用销轴连接，横梁用销轴连接在底梁上，横梁中间装有回转钢丝绳的水平导向滑轮和垂直导向滑轮。转盘是用槽钢围制成的贺形，分两半用连接板连接，组装在立柱底部法兰上，并用8根斜撑角钢将转盘与立位连接。起升、变幅机构由卷扬机直接驱动，回转机构由旋转卷扬机通过两根钢丝绳带动转盘，使立柱和臂杆实现左右回转动作。浮吊拼装起重机底座拼装：依次安装十字底盘，用螺栓与钢箱梁连接；两根底梁、横梁，与十字底盘之间用销轴连接，横梁用两个螺栓连接在两根底梁的上面，底梁用门架与支架箱梁焊接。连接螺栓时反复多次拧紧，使每个螺栓的预紧力基本相等，然后安装支座。安装立柱：立柱在地面上用法兰拼成整体，装好滑轮组，将立柱吊装在支座上，用螺栓与支座法兰连接。在未安装斜撑前，用揽风固定。安装转盘、斜撑：转盘为两半圆形分别与立柱下面的法兰用螺栓连接，同时连接转盘与立柱的斜撑角钢。立柱斜撑应在地面拼接好后以一定斜度起吊，用销轴与立柱顶端及底梁连接，拆除缆风。驾驶室：驾驶室底部有两根连接槽钢与立柱上的连接角钢用螺栓连接。卷扬机及大臂的安装：在底梁及浮箱平台上，依次安装旋转、变幅、起升卷扬机，用螺栓连接。卷扬机上缠绕有钢丝绳。大臂先在地面用销轴连接成一体，臂长可根据需要，调整使用，最长可达30.5m，初次拼接臂长20.5m，大臂下端由销轴与转盘连接。安装电气线路，缠绕旋转、变幅、起升钢丝绳。（２）、钢管桩及钢护筒卷制卷板场地的布置：卷板场配备10t自制龙门吊一台，自制卷板机一台。钢管桩选用10mm厚钢板，钢护筒用12mm（顶节）、14mm（底节）厚钢板。卷板机最大卷板幅宽为1.8m，卷制直径由可调钢棍上下调节控制。钢管桩及钢护筒均由焊接连接。钢管桩直径为φ720mm，10mm厚钢板宽度为1.5m，卷制前，根据计算管桩的周长切割钢板，由龙门吊起吊切割好的钢板送入卷板机，因管桩直径较小，卷板无法一次完成，采用渐近法调整钢锟间距，反复卷压，接口对好后，先点焊连接，松开卷板钢锟，由龙门吊出管桩，进行管桩的平纵缝焊接。管桩焊接采用双面（内侧、外侧）平焊缝。为便于吊装，长度先连接到9-11m，然后根据长度要求再进行焊接。钢护筒根据桩径不同分别为2.46m（2.2m钻孔桩），1.8m（1.5m钻孔桩）两种，卷制方法相同。因护筒底节需穿入强风化地层，护筒底节需加强，所以每根护筒分底节和上节两部分，底节为3.6m，由δ14mm钢板卷制；上节长度根据水深确定，由δ12mm钢板卷制。卷制工艺与钢管桩相同。因护筒直径较大，在调好第一节护筒后，可在钢锟调节器上记下位置，以后的卷制中可一次完成。（３）、导向船拼装及定位导向船由四个浮箱、栈桥面、锚机拼装而成，浮箱顺长两两连接，由三根栈桥面连接，平面尺寸为12m×18m，中间空档为定位钢管桩使用，调整四个锚机使导向船移动定位，其组成形式如示意图。（图4）导向船定定位前，应应先测设出出桥轴线，根根据轴线位位置在河中中抛设锚碇碇，河岸上上埋设地垄垄。锚碇由由砼浇注，重重约10tt。锚碇系系好出水面面的钢丝绳绳后由浮吊吊吊运至桥桥轴线两侧侧60m左右右抛至河底底，由浮筒筒带钢丝绳绳浮于水面面，以便和和缆绳连接接。地垄同同样在桥轴轴线两侧的的河岸上埋埋设，以便便就位时带带锚机缆绳绳使用。导导向船在测测量指挥下下通过调整整锚机缆绳绳定位于钻钻孔桩位处处。导导向船平面面示意图（图图4）锚机12m锚机12m栈桥面栈桥面浮箱浮箱18m18m（４）、钢管桩桩定位及施施打根据钢管管桩布置示示意图，计计算四角的的钢管桩坐坐标，由全全站仪测设设四点桩位位。钢管桩桩导向顺桥桥向由两根根40工字钢钢搭在导向向船上作为为导向梁，据据测设的管管桩位置在在导向梁上上横向焊两两根角钢，组组成导向框框架。根据据测量水深深及预计打打入深度，一一次焊接钢钢管桩长度度，施工中中采用长度度在16--23m，由由浮吊垂直直吊起，穿穿过导向框框架，首先先通过调整整浮吊变幅幅和升降吊吊钩调好钢钢管桩垂直直度，然后后降钩，靠靠自重缓缓缓插入河床床覆盖层，停停止下沉后后再检查垂垂直度，作作纠偏处理理，加振动动锤施打。因因管桩直径径较小，振振动锤可直直接夹住管管壁，在打打入过程中中随时观测测垂直度。xx互互通2#桥地质质资料显示示河床覆盖盖层较薄，其其下为强风风化砂岩，在在施打过程程中，管桩桩进入覆盖盖层时下沉沉速度很快快，管桩进进入强风化化砂岩时的的表现为振振动锤反弹弹强烈。DDZ40振振动锤振动动荷载为2230KNN，远大于于检算时单单桩承受荷荷载，故将将管桩下沉沉时间及下下沉速度作作为停止施施打的依据据，在持续续振动5mmin后后管桩下沉沉在2-33cm的范范围内，即即可停止施施打，能够够满足承载载及稳定要要求。在打入中由于地地质情况不不同，应视视不同情况况采取不同同措施：11、河床陡陡峭，基岩岩面倾斜：：此时钢管管桩穿过覆覆盖层后，因因底面不平平，在强力力振动下，管管桩底面容容易沿岩面面打滑、倾倾斜，造成成无法打入入，可采用用冲击锤对对管桩桩位位河床进行行锤击，在在河床打出出承载管桩桩的平台，然然后重新定定位施打管管桩。具体体施工可将将冲击钻机机直接放到到由浮箱拼拼成的浮平平台上，通通过调整缆缆绳，使浮浮平台就位位于管桩桩桩位处，由由冲锤对河河床进行施施打。2、河底无无覆盖层，基基岩裸露且且坚硬，钢钢管桩打入入河床较少少，一般330-500cm，不不能继续下下沉，不能能满足稳定定性要求，此此时应选用用较管桩径径稍大的冲冲击锤，钻钻机由浮平平台拖动，准准确在管桩桩位处定位位后，带紧紧缆绳，将将浮平台固固定于桩位位处开钻冲冲孔，冲击击成1.55m深左右右的桩孔后后，将管桩桩插入孔内内，然后采采用水下砼砼灌注的方方法将管桩桩与基岩浇浇注成整体体，可满足足承载力及及稳定性要要求。（如如图5）管桩管桩河床河床浇注砼浇注砼钢管桩嵌入示意图（图钢管桩嵌入示意图（图5）（５）、平台顶顶面连接与与布置平台顶面高度高高出库区最最高水位11.5m，管管桩打完后后，抄平切切割桩头，用∠10*10角钢对相邻管桩进行连接，连接形式如图2。每排外侧两根管桩顶面切割企口，安装I40a工字钢横梁，纵向铺12m长桥面梁，长度不够焊接I40a工字钢，分配梁留出护筒空档，其上铺木板，周边设置钢筋栏杆防护。（见图2）（６）钢钢护筒定位位与埋设因护筒筒长度较大大，位置及及垂直度精精度要求较较高，在钢钢护筒下放放过程中，采采用4m长的导导向架。导导向架由槽槽钢及角钢钢焊接而成成尺寸为2.55*2.55m的矩形形框架。首首先在平台台上定位导导向框架，导导向架顶部部两根槽钢钢搭放在平平台横梁上上，通过测测设导向架架线对其定定位。然后后将导向架架与平台梁梁焊接，下下放钢护筒筒。根据水水深预计护护筒总长，在在卷板厂焊焊接成两大大节，由运运输船运至至桩基旁。每每节护筒顶顶部对称打打起吊孔，钢钢丝绳穿过过孔眼，经经扁担梁起起吊，底节节护筒在顶顶部外侧对对称焊接四四块小钢板板，护筒穿穿过导向架架，小钢板板卡在导向向架上，放放稳后焊接接上节护筒筒。两节护护筒在外侧侧采用单面面焊接，焊焊完后，补补好底节孔孔眼，将整整个护筒吊吊起，切除除底节的小小钢板，护护筒继续下下沉。下沉沉过程中，由由全站仪观观测护筒直直度，随时时调整。护护筒靠自重重进入覆盖盖层停止下下沉后，在在护筒顶面面焊接替打打。替打是是由工字钢钢焊接成的的十字形结结构，其作作用是在振振动下沉过过程中保证证管桩均匀匀下沉。然然后加振动动锤振动。直直至护筒进进入强风化化不再下沉沉为止。因因护筒直径径大，一般般进入强风风化在1..0-1..5m左右右，在钻孔孔过程中，因因护筒打入入风化层较较少，冲击击锤冲击至至护筒底部部后，由于于对周围风风化岩的挠挠动，且护护筒内泥浆浆水头、比比重都比护护筒外侧大大，容易出出现漏浆现现象。采用用的办法是是在原护筒筒上再接长长护筒，因因冲锤已将将护筒底部部的岩石击击碎，可以以继续打入入，直至穿穿过破碎层层，将护筒筒入土深度度加长，堵堵住漏浆。（７）、钻钻机就位，钻钻进护筒埋设设完毕，即即可按正常常的冲击钻钻钻进程序序进行施工工，此处不不再详述。钻钻孔中直接接向孔内填填粘土造浆浆。泥浆循循环系统，施施工中在护护筒侧面开开一出浆口口，在平台台外侧悬挂挂一由铁皮皮焊接的55m3的泥泥浆筒，由由铁皮焊一一8m长的泥泥浆槽进行行连接，泥泥浆循环时时，在泥浆浆槽中捞渣渣，由泥浆浆筒沉淀，泥泥浆可满足足钻孔需求求。（８）、清清孔设计要求求桩基均为为端承桩，对对孔底沉碴碴控制较严严，要求小小于5cmm，为了满满足设计要要求，同时时结合水中中桩土层较较薄，在11.0-22.0m之之间，不会会出现塌孔孔情况，清清孔采用了了气举式反反循环换浆浆法，即将将孔内泥浆浆全部换成成清水。气气举式反循循环主要设设备为9mm3空压机机一台，220cm出出碴钢管及及3.8ccm射风软软管，在钢钢管距底口口40cmm处向上开开一斜口，接接射风软管管，吸碴时时，将钢管管下至孔底底，启动空空压机，待待空压机储储气压力达达0.6mmpa左右右时，开始始射风，这这时空压机机储气压力力下降，将将压力控制制在0.44mpa进进入正常循循环，施工工过程中应应及时向孔孔内注入清清水，保证证孔内水头头在河面水水位1.5~~2.0mm，以减小小护筒壁所所受外压力力。一般泥泥浆数量在在150立方方左右的桩桩孔，3--5小时可可将孔内泥泥浆全部换换完，达到到沉淀要求求。清孔完完成后准确确量测孔深深，孔深应应比设计超超深不小于于5cm。在灌注注前（导管管安装完毕毕后）检查查孔内沉淀淀情况，如如果大于设设计要求，可可按相同办办法进行二二次清孔，确确保沉淀厚厚度小于规规范要求值值。（见图图6）（９）、砼灌注注砼罐罐车将成品品砼运到临临时码头旁旁。在临时时码头处设设滑槽一个个，由四个个浮箱拼成成一艘运输输船，运输输船上设22.5m3料斗4个，砼由由滑槽滑至至运输船料料斗内，由由运输船将将料斗拖至至墩旁，浮浮吊吊灌。水水下砼浇筑筑采用内径径30cm的导管，导导管接头为为螺牙式，在在导管接头头内安装有有密封圈并并将接头接接牢，以避避免接头处处漏水或漏漏气，导管管安装完成成后安装漏漏斗和挡板板，挡板采采用钢板切切割成比管管径稍大尺尺寸的圆板板，上面焊焊接提环，挂挂于起吊勾勾上，挡板板下在导管管内放篮球球塞，封孔孔料斗加工工成7m3容量，储储满后由浮浮吊吊起一一个运料斗斗（2.5m3）吊于大大料斗之上上，提升挡挡板，砼下下落同时，开开启运料斗斗阀门，砼砼下落至大大料斗，保保证首次9.5m3砼连续灌灌入。用一一艘运输船船进行运输输，在整个个砼的浇筑筑过程中，基基本保证440－45miin一个循循环（每循循环为100m３砼），导导管一般埋埋深为4－5米，以确确保砼的密密实度，在在砼的灌注注过程中要要注意砼的的坍落度，而而且保证砼砼的连续性性。不能间间隔时间过过长，砼面面必须高出出截桩标高高50cm以上，保保证截断高高度以下砼砼有良好的的质量。（１０）平台拆拆除桩基基施工完毕毕，由上至至下拆除平平台。横纵纵梁、斜撑撑拆除后进进行管桩拔拔除。浮吊吊起吊振动动锤直接夹夹住管壁，起起动振动锤锤，浮吊起起升吊钩，振振动锤对管管桩地下部部分扰动，边边振动浮吊吊边缓缓起起钩，可将将管桩拔除除。对浇注注砼与基岩岩相连的管管桩由潜水水员下水，进进行水下切切割。七、安全措施提供安全的的工作环境境，搞好安安全生产管管理，是确确保工程顺顺利进行的的基本条件件。针对水水上作业，着着重指出如如下安全措措施：钢管桩工作平台台顶标高必必须高于施施工其最高高水位1..5m以上上。水上作业人员必必须穿救生生衣，水上上浮动设备备必须配救救生器材。钢管桩工作平台台、运输船船、机动舟舟、导向船船等水上设设备夜间需需配灯光指指示，防止止意外撞击击。工作平台上设立立防护栏杆杆，人员上上下设置爬爬梯。机动舟、运输船船、浮吊各各种船舶的的水上移动动，由专人人指挥。随时检查运输船船、浮吊等等设备上浮浮箱的连接接及完好情情况。水上各类船只禁禁止超载，应应由专职舟舟手操作。如果施工需要，要要进行水下下作业时，应应严格按照照潜水作业业要求进行行，严禁非非专职潜水水员下水作作业。八、质量控控制钢管桩及钢护筒筒制作中，焊焊缝要内外外侧双面焊焊接。钢管桩施打过程程中，技术术人员全过过程指挥，根根据施打时时间与下沉沉量决定停停止时间，保保证管桩嵌嵌入强风化化一定深度度；测量人人员全过程程观测，检检查钢管桩桩垂直度。管桩间的横纵向向剪刀撑要要焊接牢固固。管桩顶面的横纵纵连系梁要要联接紧密密，空隙处处要加垫密密实。将管管桩与横纵纵梁焊接成成整体。钢护筒架匾担梁梁起吊，护护筒内侧加加十字横撑撑，保证护护筒不变形形。钻孔桩施工过程程中，各项项作业程序序严格按规规范要求进进行检查，严严格控制。九、施工方方案的技术术、经济分分析深水桩基施工可可采用浮运运沉井法、钢钢围堰法、浮浮平台法、及及固定平台台法，沉井井法适用于于水流速较较大，河床床覆盖层为为粘土的情情况下；钢钢围堰法适适用于大跨跨度桥，群群桩施工；；而浮平台台要求水位位升降不明明显的河道道，而水库库中水位每每天有2mm的涨落，且且浮平台不不适于冲击击钻机作业业。固定平平台的搭设设有木桩、砼砼桩及钢管管桩，木桩桩显然不适适用于188m水深的的地方，而而砼桩由于于预制及施施工难度均均较大，所所以经过比比较，选用用了钢管桩桩搭设水上上固定平台台的施工方方法，比较较普遍实用用。在施工中，我们们未设便桥桥，一方面面搭设水上上平台后，便便桥只起到到运输设备备物资使用用，水上有有运输船完完全可以满满足需要；；另一方面面，便桥修修筑费用较较高，且主主线桥为左左右幅分离离，线间距距38m，运运输不便，投投资太大。管桩连接是作业业平台稳定定的关键工工序，在每每个平台的的钢管桩都都能正常下下沉到要求求深度的情情况下，采采用了出水水面一道斜斜撑连接的的方案，可可以满足稳稳定要求，如如果管桩均均嵌入风化化层较少，则则采用水下下与出水面面两道斜撑撑连接。水水下连接由由潜水员作作业完成。大孔径灌注桩清清孔是一顶顶较难的工工序，由其其对嵌岩桩桩，要求沉沉渣小于55cm，采采用普通的的正循环清清孔，一是是清孔时间间长，二是是难以满足足设计要求求，在施工工中，根据据地质及水水上作业的的实际情况况，采用了了气举式反反循环换浆浆法清孔，将将孔内泥浆浆全部换成成清水进行行浇注，一一方面因河河床面直接接为强风化化岩石，粘粘土覆盖层层较薄，不不会出现塌塌孔现象，另另一方面大大大节约了了清孔时间间，同时由由于水压小小，也有利利于灌注。在砼灌注的问题题上，曾考考虑采用油油筒串联做做浮桥，由由输送泵泵泵送砼，可可保证砼灌灌注的连贯贯性，减少少运输时间间，但从河河岸到桩位位需2000m的泵管管，它的拆拆装、清洗洗比较麻烦烦且受砼质质量影响很很大，容易易堵