(施工技术)桥梁深水钻孔钢护筒支撑平台施工技术方案

(施工技术)桥梁深水钻孔钢护筒支撑平台施工技术方案1编制依据本次施工严格遵循现行国家、行业相关规范标准及项目文件要求，具体依据包括：《公路桥涵施工技术规范》JTG/T3650-2020、《钢结构设计标准》GB50017-2017、《港口工程桩基规范》JTS167-4-2012、《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2020、《建筑施工安全检查标准》JGJ59-2011、《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-2016、项目主桥施工图设计文件、桥址区水文地质详细勘测报告、项目总体施工组织设计、水上水下活动许可证批复文件。2工程概况本方案适用于XX跨江大桥主桥3#、4#水中主墩钻孔平台施工，两个墩位均位于江面主航道左侧，墩中心间距180m，桥址区常水位高程+2.7m，汛期最高水位高程+8.1m，施工期平均水深12.8m，最大水深16.3m，水流最大流速1.8m/s，年均风力3~4级，100年一遇基本风压0.45kN/㎡。墩位处河床地质从上至下依次为：①层松散粉细砂，厚度2.8~3.5m，平均厚度3.2m，侧摩阻力特征值30kPa；②层可塑粉质黏土，厚度6.9~8.2m，平均厚度7.6m，侧摩阻力特征值60kPa；③层强风化花岗岩，埋深10.4~11.7m，侧摩阻力特征值120kPa，饱和单轴抗压强度35MPa。3#、4#主墩均设计为群桩基础，每个墩设置12根直径2.5m钻孔灌注桩，桩底嵌入中风化花岗岩不少于3倍桩径，单桩设计长度72m。本次施工采用钢护筒作为平台支撑结构，无需另外打入支撑桩，减少水上作业工序，降低施工成本。3施工准备3.1技术准备施工前完成设计图纸会审，核对墩位坐标、桩位间距、钢护筒设计参数与地质条件的匹配性，复核水文资料中流速、水位变化规律，明确钢护筒入土深度、平台高程的控制指标。采用CAD建立平台三维模型，进行碰撞检查，优化联结系、贝雷梁的布置位置，提前计算各构件的下料尺寸，形成下料清单。采用GPS-RTK完成墩位的平面放样，放样精度控制在±5mm以内，设置4个固定控制点，用于施工过程中的定位复核。组织技术人员编制详细的技术交底文件，对所有参与施工的人员进行分级交底，明确各工序的质量标准、安全要求，交底记录签字留存。提前完成平台结构的受力验算，出具验算报告，经监理单位审核确认后方可实施。3.2物资准备钢护筒采用Q235B钢板卷制，钢板厚度16mm，进场时需提供质量证明文件，按批次进行力学性能试验，屈服强度、抗拉强度、伸长率等指标符合规范要求后方可使用。平台上部结构采用321型贝雷片、I40a工字钢、I25a工字钢、10号槽钢、8mm厚花纹钢板，所有钢材进场后检查外观质量，不得有裂纹、褶皱、变形、锈蚀等缺陷，贝雷片的销钉、花窗等配件配套到场。焊接材料采用E43型焊条，焊条需烘干后使用，烘干温度150℃，保温时间2h。施工设备包括120t浮吊、150型液压振动锤、GPS定位仪、测深仪、超声波探伤仪、电焊机、全站仪、水准仪等，所有设备进场前进行调试校准，确保性能完好，计量设备具有有效的检定证书。3.3人员准备本次施工配备项目负责人1名、技术负责人1名、施工员2名、质量员2名、安全员2名、测量员3名、特种作业人员18名，其中焊工8名、起重工4名、起重司机2名、振动锤操作人员2名、电工2名，所有特种作业人员均持有有效资格证书，进场前进行安全培训、考核合格后方可上岗。提前组建应急救援队伍，配备救生员、医护人员，定期开展应急演练。3.4现场准备在江边搭建临时码头，用于钢材、设备的装卸转运，码头承载力不小于20t/㎡。设置水上施工警戒区，警戒范围为墩位周边200m区域，设置警示浮标、夜间警示灯，安排专人24小时值班瞭望，避免无关船舶进入施工区域。配备2艘交通艇、1艘救生艇，用于人员转运、应急救援。平台上的临时用电从岸上的配电箱接入，采用防水电缆架空敷设，提前规划泥浆管路、排污管路的走向，在岸边设置泥浆处理站，容量不小于500m³。4平台结构设计4.1钢护筒支撑体系每个墩对应12根钻孔桩设置12根钢护筒，作为平台的竖向支撑结构，钢护筒直径2.8m，比设计桩径大30cm，符合钻孔桩施工的间隙要求。单根钢护筒总长度24m，其中入土深度8.5m，穿透上部松散粉细砂层进入粉质黏土层不少于5.3m，避免钻孔过程中出现护筒下沉、塌孔等问题，护筒顶部高程为+4.5m，高出常水位1.8m，高出汛期最高水位0.4m，满足汛期施工要求。钢护筒单根重量约26.5t，竖向承载力可满足施工荷载要求。4.2联结系体系为保证钢护筒群的整体稳定性，设置横向、纵向联结系，联结系采用I40a工字钢，在高程+4.5m（护筒顶部）、+1.5m（常水位以下1.2m）位置各设置1层，共2层联结系。工字钢与钢护筒的连接采用双面满焊，每个连接点设置4块300mm×300mm×10mm的加劲板，焊缝高度不小于10mm，相邻护筒之间的联结系设置斜向支撑杆，采用10号槽钢，与水平工字钢形成三角形稳定结构，避免护筒出现水平位移、倾斜。4.3上部承重体系上层承重结构从下到上依次为贝雷梁层、分配梁层、面板层。贝雷梁采用321型贝雷片，双排单层布置，每2片贝雷片为一组，组间距90cm，每个墩横向布置6组共12片贝雷片，纵向跨度18m，贝雷片之间用销钉连接，销钉安装后插入开口销，防止销钉脱落，贝雷片纵向每隔3m设置1道横向花窗连接，保证贝雷梁的整体稳定性。贝雷梁底部设置垫梁，采用I25a工字钢，焊接在下层联结系的顶部，垫梁上设置10号槽钢限位块，高度20cm，限制贝雷梁的水平滑移。分配梁采用I25a工字钢，横向布置在贝雷梁上弦杆顶部，间距30cm，与贝雷梁点焊固定，焊点直径不小于10mm。面板采用8mm厚花纹钢板，满铺在分配梁顶部，钢板之间的拼接缝隙不大于5mm，与分配梁点焊固定，点焊间距30cm，平台面平整度偏差不大于10mm。4.4附属设施平台周边设置1.2m高防护栏杆，立杆采用48mm×3.5mm钢管，间距2m，设置两道横杆，底部设置18cm高挡脚板，栏杆刷红白相间警示漆，间距30cm，栏杆内侧满挂密目安全网。平台上设置宽度1m的人行通道，通道两侧设置扶手。平台上设置泥浆槽，采用10号槽钢焊接而成，坡度1%，通向平台侧边的泥浆收集池，泥浆池容积20m³，通过管道连接到岸上的泥浆处理站，避免泥浆流入江中。平台上每20m设置1个4kg干粉灭火器，每个墩配备4个救生圈、2套救生衣，设置桩位标识牌、安全警示标识牌。5结构受力验算5.1荷载取值恒载：平台结构自重按2.5kN/㎡计算；活载：250型旋挖钻自重加配重共130t，作用面积4m×6m，施工人员及机具活载按2kN/㎡计算；风荷载：100年一遇基本风压0.45kN/㎡，风载体型系数取1.3；水流力：最大流速1.8m/s，水流力系数取0.8；船舶撞击荷载按10t级船舶撞击力150kN计算。荷载分项系数：恒载取1.2，活载取1.4，风荷载、水流力取1.4。5.2钢护筒轴向承载力验算单根钢护筒侧摩阻力计算公式为Q=μ∑(qsi×li×πD)，其中μ为侧摩阻力折减系数，取0.8，qsi为各土层侧摩阻力特征值，li为各土层内的护筒入土长度，D为护筒直径。本项目护筒入土深度8.5m，其中粉细砂层3.2m，粉质黏土层5.3m，代入计算得Q=0.8×π×2.8×(30×3.2+60×5.3)=0.8×8.796×(96+318)=0.8×8.796×414≈2914kN。单根护筒承受的最大轴向荷载为旋挖钻传递的650kN+平台自重传递的120kN=770kN，远小于侧摩阻力2914kN，轴向承载力满足要求。5.3钢护筒稳定性验算钢护筒轴心受压稳定计算公式为N≤φ×A×f，其中φ为轴心受压稳定系数，A为护筒的截面面积，f为钢材的抗拉强度设计值，取215MPa。护筒露出河床长度为24-8.5=15.5m，计算长度系数μ取0.7，回转半径i=√(D²+d²)/4，D=2.8m，d=2.8-0.032=2.768m，计算得i≈0.984m，长细比λ=μL/i=0.7×15.5/0.984≈11.1，查Q235钢稳定系数表得φ=0.99，护筒截面面积A=π×(2.8²-2.768²)/4≈0.14㎡，稳定承载力=0.99×0.14×215×10³≈29800kN，远大于最大轴向荷载770kN，稳定性满足要求。5.4贝雷梁承载力验算321型双排贝雷片的允许弯矩为1576kN·m，允许剪力为490kN。最不利荷载下，贝雷梁的线荷载q=1.2×(2.5×0.9)+1.4×(1300/(4×18)×0.9+2×0.9)=2.7+1.4×(16.25+1.8)=2.7+25.27=27.97kN/m，跨中最大弯矩M=1/8×q×L²=0.125×27.97×18²≈1133kN·m，小于允许弯矩1576kN·m；最大剪力V=1/2×q×L=0.5×27.97×18≈251.7kN，小于允许剪力490kN，贝雷梁承载力满足要求。5.5联结系承载力验算I40a工字钢的抗弯模量Wx=1090cm³，抗剪面积A=86.1cm²，最大弯矩M=120kN·m，应力σ=M/Wx=120×10⁶/(1090×10³)≈110MPa，小于215MPa；最大剪力V=200kN，剪应力τ=V/A=200×10³/(86.1×10²)≈23.2MPa，小于125MPa，联结系承载力满足要求。5.6抗水平力验算总水平荷载为风荷载+水流力+船舶撞击力共1280kN，12根护筒平均每根承受106.7kN，采用m法计算护筒的水平位移，得最大水平位移为12mm，小于允许值50mm，抗滑稳定性满足要求。6施工工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程施工准备→浮吊就位→首根钢护筒定位→振动下沉→垂直度校核→后续护筒依次下沉→联结系焊接→贝雷梁吊装→分配梁安装→面板铺设→附属设施安装→平台验收→荷载试验→投入使用。6.2钢护筒加工制作钢护筒在工厂分段卷制，每段长度12m，卷制采用三辊卷板机，卷制后圆度偏差不大于5mm，纵缝对接错边量不大于1mm，环缝对接错边量不大于2mm。焊接采用埋弧焊，纵缝、环缝均为二级焊缝，焊接完成后做超声波探伤，抽检比例20%，同时做煤油渗透试验，无渗漏为合格。护筒两端设置坡口，坡口角度30°，钝边2mm，护筒顶部、底部各设置1道16mm厚、30cm宽的加劲箍，避免下沉过程中护筒变形。护筒加工完成后刷防腐漆，干膜厚度不小于200μm，运输到现场后堆放平整，防止变形。6.3首根钢护筒定位下沉首根护筒采用导向架定位，导向架用I40工字钢焊接而成，内径比护筒大10cm，导向架固定在定位船上，采用GPS-RTK实时调整导向架的位置，平面位置偏差不大于2cm。浮吊将钢护筒吊装入导向架，调整垂直度，采用2台全站仪从两个垂直方向观测，垂直度偏差不大于1/1000后，启动150型液压振动锤开始下沉。下沉过程中每隔2m校核一次垂直度，发现偏差及时调整，下沉速度控制在0.5~1m/min，避免下沉过快导致护筒倾斜。下沉到设计高程后，复测平面位置，偏差不大于5cm，垂直度不大于1/200为合格，若下沉到设计高程后入土深度不足，需继续下沉至满足入土深度要求。6.4后续钢护筒下沉施工后续护筒采用“已沉护筒导向法”施工，以已下沉的护筒为基准，焊接临时导向架，导向架内径比护筒大8cm，相邻护筒中心间距偏差控制在±1cm以内。护筒下沉过程中，避免振动锤触碰已下沉的护筒，防止扰动已沉护筒的稳定性，每下沉3根护筒，复测一次整体墩位坐标，发现累积偏差及时调整。所有护筒下沉完成后，统一测量护筒顶高程、平面位置、垂直度，全部合格后方可进行下一道工序。6.5联结系安装施工先在护筒上测量放线，标出两层联结系的安装高程，采用浮吊将工字钢吊装到位，先焊接横向联结系，再焊接纵向联结系，最后焊接斜向支撑杆。焊接前清理护筒表面的锈迹、杂物，焊缝连续满焊，不得有气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷，焊缝余高不大于2mm，焊接完成后敲除焊渣，检查外观质量，不合格的焊缝需返工处理。6.6上部承重结构安装贝雷梁在岸上预拼，每3片贝雷片为一组，预拼完成后检查销钉、开口销是否安装到位，花窗连接是否牢固，验收合格后用浮吊整组吊装到位，放在垫梁上，调整位置后焊接限位块，防止贝雷梁滑移。横向贝雷梁之间的花窗全部安装到位，保证整体稳定性。分配梁按30cm间距布置，与贝雷梁点焊固定，面板铺设平整，拼接缝错开布置，避免出现通缝，面板上的孔洞采用钢板封严，防止人员坠落。6.7附属设施安装防护栏杆立杆与平台面板焊接牢固，横杆与立杆采用扣件连接，挡脚板采用薄铁皮制作，固定在立杆底部，安全网张挂严密，不得有gaps。泥浆槽焊接牢固，坡度符合要求，泥浆池采用钢板焊接而成，设置盖板，防止杂物掉入。灭火器、救生圈、标识牌按要求布置到位。6.8平台荷载试验平台安装完成后，进行静载试验，试验荷载为设计最大使用荷载的1.2倍，即156t，采用沙袋堆载，沙袋重量提前计量，误差不大于5%。试验分四级加载：0→30%设计荷载（39t）→60%设计荷载（78t）→100%设计荷载（130t）→120%设计荷载（156t），每级加载完成后静置1h，测量各测点的沉降、水平位移、护筒倾斜度，观测焊缝是否有开裂、构件是否有变形。卸载分级进行：120%→100%→60%→30%→0，每级卸载后30min测量残余变形。合格标准：最大沉降量不大于20mm，残余沉降量不大于5mm，水平位移不大于10mm，护筒倾斜度变化不大于1/1000，无结构损伤，即为合格，经监理单位验收签字后方可投入使用。7施工质量控制标准7.1钢护筒加工质量控制钢护筒直径偏差±10mm，长度偏差±50mm，圆度偏差不大于5mm，纵缝错边量不大于1mm，环缝错边量不大于2mm，焊缝探伤合格率100%，防腐漆干膜厚度符合设计要求。7.2钢护筒下沉质量控制护筒顶高程偏差±50mm，平面位置偏差不大于5cm，垂直度偏差不大于1/200，入土深度不小于设计值，不得出现上浮、变形等情况。7.3焊接质量控制焊缝外观平整，无气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷，焊缝高度符合设计要求，二级焊缝超声波探伤合格率100%。7.4平台安装质量控制贝雷梁销钉全部安装到位，开口销打开，限位块焊接牢固，面板平整度偏差不大于10mm，防护栏杆高度偏差±10mm，安全网张挂严密。8安全施工保障措施8.1水上作业安全管控所有施工人员必须穿戴救生衣，严禁酒后作业，水上作业平台不得超载，严禁在平台上嬉闹。施工区域设置警戒标志，夜间设置警示灯，通航孔位置设置防撞设施，安排专人24小时值班瞭望，防止船舶撞击。配备足够的救生器材，定期开展救生演练。8.2起重作业安全管控浮吊作业前检查钢丝绳、吊钩、制动器的性能，作业时由专人指挥，指挥信号统一、明确，风力大于6级时停止起重作业，严禁超载吊装，吊装半径内严禁站人。8.3临时用电安全管控平台上的用电线路架空敷设，高度不小于2.5m，采用防水绝缘导线，所有用电设备接零接地，设置三级漏电保护器，配电箱采用防水型，上锁专人管理，夜间施工照明充足，照度不小于50lux，雨天作业前检查线路绝缘情况，避免漏电。8.4防洪防汛安全管控汛期安排专人观测水位、流速变化，接到洪水预警后，及时将平台上的小型设备、人员撤离，切断平台电源，洪水过后检查平台的沉降、位移、结构损伤情况，清理杂物，修复损坏设施，验收合格后方可恢复施工。8.5防火安全管控平台上严禁存放易燃易爆物品，焊接作业时设置接火斗，配备看火人员，动火作业办理动火审批手续，每50㎡设置1个4kg干粉灭火器，定期检查灭火器的有效期。9应急预案9.1钢护筒倾斜、上浮处置预案下沉过程中护筒倾斜度超过1/1000时，立即停止下沉，将护筒拔出2~3m，调整导向架位置后重新下沉，若倾斜严重无法调整，全部拔出清理孔内塌渣后重新定位。若出现护筒上浮，立即停止下沉，测量上浮量，上浮量小于5cm时采用复振措施，上浮量大于5cm时拔出重新下沉。9.2平台结构变形处置预案使用过程中发现平台沉降、位移超过允许值，立即停止作业，撤离人员，组织技术人员查明原因，采取增加联结系、补打辅助护筒、增加贝雷片数量等加固措施，加固完成后重新进行荷载试验，合格后方可使用。9.3船舶撞击处置预案发生船舶撞击