中铁一局集团第四工程公司 赵庆奎
摘要 ： 本文介绍了湖南怀新高速公路长乐坪舞水河特大桥水中桩基钻孔桩钢管桩平台搭设施工技术，供类似的工程施工参考。
关键词： 水中工作平台 搭设技术
1 工程概况
怀新高速公路长乐坪舞水河特大桥是怀新高速公路新晃段跨越舞水的特大桥，大桥总长592.08m。桥孔布置为：怀化岸引桥4×30m +主桥43+4×50+43m+贵州岸引桥6×30mT梁（预应力砼先简支后连续T梁），全桥均采用直径250cm桩基础，其中6～9号为水中墩、最大水深6米，下游2km处为狮子岩水电站,因桥位属库区范围、水流速较慢。 2 工程地质及水文
桥位处舞水河成U型河谷,河床沉积层为卵石土,中密,饱和,卵石成分为石英砂岩,硅化板岩,硅质岩等,磨圆性好,分选性差,粒径5-10cm,含量>60%,含少量漂石,砂砾充填,沉积层厚度4-13m,沉积层以下为强风化至弱风化硅化板岩，灰黑色砂泥质结构，板层状，有硅化，局部夹硅化砂岩，局部含炭质多，岩质软。 3 桩基施工方案
水中桩基施工依托水上工作平台，安装导向架，插打钢护桶，架设钻机，成孔采用JKS-10型冲击钻反循环成孔。 4 工作平台搭设
钢管桩平台及连接平面构造图线路方向B-B侧面图472.020013450600505010621845472300360413247415245100100150h130025028025036a工字钢常水位横桥向河床底45A6906606603360660690BA-A立面图300150常水位314.5m53贝雷梁桩帽
钢管桩搭设图
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4.1根据设计位置用震动打桩锤插打钢管桩至设计深度，钢管桩在打入过程中，用四根揽风绳固定、矫正其位置及垂直度，揽风绳双八字形布设，固定在岸边埋设的地笼或其它固定物上，一端揽风挂5吨手动葫芦调整绳长。
4.2桩顶标高比设计最高水位高出100cm，割除高出部分，相临钢管桩间用双［14a（［14a焊成［］形］）设剪刀撑和横撑连接为整体并减少桩的自由长度，桩顶焊接10mm厚钢板桩帽，其周边宽出桩外围15cm，桩帽下设牛腿。
4.3沿横桥向在桩帽顶架设贝雷梁，两片贝雷间每节横向用支撑架相连，待对侧贝雷梁安装完毕后，两组贝雷梁每隔6m用双［14a以剪刀撑形式相连，增强整体稳定性。
4.4安装导向架,打设钢护桶至设计深度。
4.5架设平台顶铺装。采用工36a作顺桥向横梁,每台钻机下铺设9根,其中钻机两头(一头为提升钻头扒杆,另一头为卷扬机)各架设两根,两根工36a并排焊接在一起提高承载力和刚度,其余5根均匀分布在钻架下。人行道部分在工字钢上沿横桥向布设［14a一侧各两列，槽钢与工字钢焊接相连，既增强工字钢、铺装层的稳定性。槽钢上铺竹撬板，并与槽钢相连。
4.6吊钻机就位,平台四周用υ50钢管安装防护栏杆。 5钢管桩设计：
根据桩基平面位置确定钢管桩平面布置，通过钢管桩自由长度和承载确定钢管桩桩径、壁厚及材质，通过钢管桩所需承担的荷载和土层所能提供的承载力计算钢管桩需打入深度，根据钻机钻孔时荷载分布确定支撑钻机型钢型号和布设位置。
单台钻机整机重22吨，其中钻头重10吨，一台钻机产生的荷载（自重及动载）由4根钢管桩直接承担，在考虑铺装层，贝雷梁，连接件及钢管桩自重荷载，每根钢管桩计算承载力按30吨计，受力统计过程略。一个工作平台上两台钻机同时开钻。
钢管桩选用υ529mm钢管，壁厚8mm，材质为A3钢。下打时，钢管下口50cm高度范围用10mm厚钢板设刃脚加固，以防卷板，此法在使用过程中起到良好效果。 5.1钢管桩轴向极限承载力计算
钢管桩的承载能力由两个方面组成，一方面为土体的承载能力，另一方面是钢管桩自身的承载能力，前者取决于土体的性质，钢管桩桩径及打入土体深度，后者取决于钢管桩桩径，壁厚，自由长度。钢管桩的承载能力对钻孔工作平台使用的稳定性和安全性起者决定性的作用，计算时钢管桩安全系数取K=3.5。
5.1.1土承载力及钢管桩入土深度计算
钢管桩需考虑底端闭塞效应及其挤土效应，钢管桩单桩轴向极限承载力Pj用如下公式计算： PJ=λSUΣτiLi+λPAδ
R
式中：λS—侧阻挤土效应系数，对于闭口钢管桩：λS=1，λP—桩底闭塞效应系数，λP=1，对于敞口钢管桩按下式计算：
当hb/ds＜5时 λP=0.16*(hb/ds)* λS 当hb/ds≥5时 λP=0.8λS 其中: hb—桩端进入持力层深度(m)
2
ds—钢管桩内径(m) U——桩周长(m) A——桩底投影面积(m)
Li——桩深入第i层持力层深度(m) τi——为Li土层桩侧极限摩阻力(KPa), δR——土层极限摩阻力(KPa),
以下为长乐坪舞水河特大桥钢管桩计算实例，本桥参照地质勘探资料，水中桩部分为砂卵石单一饱水中密土层。
假设桩入土深度≥3m，即hb/ds≥5，λP=0.8λS=0.8*0.93=0.744 查表3-7知λS取值0.93 查表3-4知τi=55 Kpa 查表3-5知δR =4500 Kpa U=π*D=π*0.529=1.662m
A=π*(D-d)/4= π*(0.529-0.513)/4=0.013094 m D、d分别为钢管桩外径和内径
PJ=λSUΣτiLi+λPAδR=0.93*1.662*55* Li+0.744*0.013094 *4500 =85.011* Li(KN)+43.84(KN)
PJ取300KN,计算得Li=3.02m，取入土深度为3.0m。 5.1.2钢管桩稳定性检算
钢管桩稳定性检算按压杆稳定问题计算。
υ529mm，壁厚8mm钢管惯性矩I=π*(D-d)/64=44439.1cm 面积A=π*(D-d)/4=130.9 cm 回转半径i=√(I/A)=18.43cm 长细比λ=μL/i=2*750/18.43=81.39 为保守起见,μ取值按两端自由杆件考虑。
查《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，轴向受压构件的纵向弯曲系数υ1=0.71 钢管桩轴向受压计算应力σj=K*（N/A）=3.5*300KN/0.013094 m=80.2MPa 允许应力σ=υ1*［σ］=0.71*140=99.1 MPa＞σ
j
2
2
2
2
4
4
4
2
2
2
2
2
2
钢管桩的插打使用DZ90A型震动锤，额定激震力570KN，其值为钢管桩计算承载力的两倍，插打过程中如遇不良地质情况，大卵石未击碎前的阻力，钢管桩瞬时轴向受压计算应力σ
S
=N/A=570KN/0.013094 m=43.5Mp＜允许应力σ=99.1 Mpa。
另外钢管桩在插打过程中的自由长度较完成后大,且实际插打及成桩使用阶段，钢管桩总会存
2
在一定程度的不垂直度，由于贝雷梁安装位置不准确或同列5根桩不在同一条轴线上（造成钢管桩偏压），使得其成为压弯杆件。因其实际工况的复杂性，安全系数的取值不应低于一定水平，本实例安全系数取值3.5是经济安全的。
3
结论：当单根钢管桩打入土中3.0米时,桩底及桩侧土体将提供300KN的承载力，且钢管桩的强度及稳定性是保正的。现在工作平台已使用完毕，结构稳定可靠。 5.2工作平台铺装型材的选取
横桥向贝雷梁架设完毕，在贝雷梁上铺设顺桥向工36a纵梁，再在其上架设钻机，钻机扒杆支点下位置置两根并列焊接在一起的工36a，此位置承担钻头、扒杆、钻架一部分自重及钻头起落引起的动载约30吨，动载按自重3倍取值，纵梁设计时,以强度和刚度作为控制条件,以下对纵梁强度和刚度进行检算,型钢受力图式如下：
L=5.0ma=1.4mb=2.2mc=1.4mP=150KNABP=150KN150KN150KN
5.2.1强度检算
截面抵抗矩Wx=877.6cm*2=1755.2 cm 弯矩MA=MB=21OKN.m
危险截面计算应力σ=MA/Wx=119.6Mpa<［σ］=140 Mpa 5.2.2钢度检算
惯性矩Ix=15796 cm*2=31592 cm 纵向抗弯弹性模量E=210*GPa
挠度fA=fB=(Pa/6EIL)*((2a+c)L-4aL+2a- ab-c)=0.0067m=6.7mm 相对值0.0067/5=1/745<1/400
结论: 双工36a纵梁强度及刚度均能满足要求。 5 主要施工机械及人员配备
名称 工作船 机动拖船 吊车 震动锤 卷扬机 手动葫芦 电焊机 规格 100吨 20匹马力 25吨 DZ90A 5吨 5吨 数量 1台 1台 1辆 1台 4台 4台 2台 操作人员 名称 氧焊 规格 吊车司机 拖船司机 电工 领工员 操作工人 数量 一套 1人 1人 1人 1人 8人 2
2
3
2
3
4
4
3
3
6工作平台搭设注意事项 6.1工作船的固定:船甲板四角各固定一台5吨卷扬机,钢丝绳拉于岸边事先埋好的地笼上或已打好的钢管桩上,或钢丝绳前端挂锚下至河床,然后收紧钢丝绳。
6.2吊车的固定：船在水上起吊时，为平衡起吊产生力矩，船体必将倾斜（船体两侧产生浮力差用于平衡起吊产生的力矩），吊车四个支腿和伸开的大梁必须用钢丝绳牢固在船甲板上，避免吊
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车滑移事故的发生，否则严禁开始起吊作业。吊车支腿位置受力集中，船甲板下支撑及甲板面需作加固处理。
6.3震动锤与钢管桩的连接固定:打桩前震动锤必须与钢管桩牢固焊接,操作时提前加工一个震动锤连接桩帽,与震动锤栓接一端为40mm厚钢板制作的法兰盘,与钢管桩相接端为一高60cm,外径略小于钢管桩内径的10mm钢板卷成的钢桶,钢桶焊接在法兰盘上。打桩时，将桩帽钢桶插入钢管桩内，钢管桩与法兰用钢筋焊接牢靠。
6.4贝雷梁与桩帽的连接固定：贝雷梁为一种优越的跨越结构，其连接采用销接和栓接，严禁对其进行焊接作业，与桩帽连接时在桩帽上焊接扁担梁夹持固定贝雷梁。
6.5作业工作面：为保证水上作业人员安全，必须穿救生衣上岗，钢管桩上进行焊接作业时，作业人员置于提前加工好的钢筋吊蓝中，将吊蓝挂在可靠的挂点上。
6.6钢管桩的拔出：平台使用完毕先将钢管桩以上部分逐一拆除，钢管桩的拔出待盖梁施工完后，在盖梁上设滑轮组拔出钢管桩，或在架梁时依托架桥机纵梁将其拔出。 7结束语
水中钻孔桩作业，搭设水上工作平台，简易浮吊施工是一种行之有效且较为经济的施工方案，得到广泛采用，同时水下系梁施工、钢管桩可作为下放、固定套箱的依托。
主要参靠文献
1 高等学校教材《基础工程》
2《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》
3 毛瑞祥、程翔云主编的公路桥涵设计手册《基本资料》
2005年2月6日
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