嘉绍大桥水中区引桥钻孔钢平台设计与施工

　　摘要：嘉绍大桥基础施工受钱塘江涌潮影响，钻孔平台除了需要满足钻孔施工荷载外，还要考虑涌潮、急流、冲刷等因素，平台设计和施工相对较复杂。结合南岸水中区引桥施工，介绍了强涌潮水域复杂水文条件钻孔钢平台设计与施工的思路及控制要点。

　　关键词：嘉绍大桥，钻孔平台，设计，施工技术

　　1、前言

　　嘉绍大桥南岸水中区引桥采用单桩独柱基础，需依托栈桥搭设施工平台。施工平台除需考虑钱塘江恶劣水文条件带来的影响，还需考虑Φ3.8m钻孔桩基础施工时所需的施工荷载影响。施工平台设计条件复杂，施工难度大。

　　2、工程概况

　　嘉绍大桥跨钱塘江，全长10.137km，采用双向8车道高速公路标准，桥梁宽度为40.5m，计算行车速度100km/h，荷载标准为公路-I级。南岸水中区引桥采用多跨连续刚构结构形式,

　　基础采用单桩独柱基础。

　　3、钢平台设计

　　3.1钢平台设计思路

　　钻孔施工钢平台设计方案的主要思路是：由于桥位处于游荡性河道，流急、潮差大、涌高，特别是受季风影响较大，夏季受台风袭击，钻孔桩施工比较困难。因此设计抗风能力、抗流力、抗波浪力的大直径、高桩施工钢平台很有必要。本工程作为永久工程的钢护筒入土深度较深，可以利用钢护筒及平台本身的大直径钢管桩共同作为钻孔施工钢平台的联系支撑，可以满足浪高、流急条件下单桩(钢管桩)以及整个平台的稳定。钻孔桩施工完成后，墩柱和上构箱梁施工期间，需采用塔吊作为施工设备，施工平台设计须考虑塔吊基础。

　　3.2设计条件确定

　　根据现场地址条件，钢管桩穿越亚砂土、粉砂，入淤泥质亚粘土。根据钱塘江水文条件和施工情况，钢平台设计条件取值如下：

　　1、 钻孔平台设计水文条件

　　设计高潮位：+7.36m;设计低潮位：-2.91m;设计水流速：6.83m/s;设计泥面标高：0.05m，允许冲刷深度5m。

　　2、 其它设计参数

　　护筒顶标高+10m,护筒总长45m,重量约130.0t;钻机荷载单台钻机重量2000KN，动力系数1.5;平台均载10KN/M2，动力系数 1.5;设计涌潮力170KN，作用点标高-1.45m,动力系数1.5;起重设备平台上布置1台200t履带吊，动力系数1.4;混凝土输送系统布置混凝土拖泵2台，3辆8m3混凝土输送车，动力系数1.4。

　　3.3钢平台结构

　　钻孔平台桩基采用Ф1200×12的钢管,桩间平联采用Ф800×10的钢管，斜撑采用Ф600×8的钢管;桩顶横梁采用2HN900×300型钢，其上搁置梁采用HM588×300@2500mm，分配梁采用I22b@450mm，面板采用10mm钢板。南岸水中区引桥钻孔平台结构如下所示：

　　3.4工况分析及验算

　　1、计算工况

　　工况一：桩基平台形成后，沉放钢护筒前。

　　结构自重+波流力1+20年风

　　工况二：桩基平台形成后，沉放钢护筒前。

　　结构自重+涌潮力1+20年风(高潮位)

　　工况三：桩基平台形成后，进行钢护筒沉放及钻孔灌注桩施工作业时。

　　结构自重+堆载+钻机荷载+履带吊+波流力2+8级风

　　工况四：桩基平台形成后，进行钢护筒沉放及钻孔灌注桩施工作业时。

　　结构自重+堆载+钻机荷载+履带吊+涌潮力2+8级风

　　2、计算结果

　　计算结果汇总

　　构件类型 轴应力(Mpa) 弯应力(MPa) 剪应力(MPa) 综合应力(MPa)

　　钢管桩φ1200×12 57(工况三) 95(工况三) 26(工况三) 159

　　下横梁2HN900×300 175(工况三) 56(工况三) 180

　　塔吊基础梁2HM588×300 161(工况四) 44(工况四) 178

　　平联φ800×10 64(工况三) 64

　　斜撑φ600×8 31(工况三) 31

　　根据以上计算结果，表明钻孔平台结构安全可靠。

　　4、钢平台施工

　　4.1施工工艺介绍

　　施工平台为矩形型，位于钢护筒四周。平台依托栈桥采用“钓鱼法”施工。钻孔平台钢管桩采用100t履带吊配合DZ120振动锤施振施工。

　　4.2施工难点及对策

　　1)钢管桩首节长度的确定

　　由于钢管桩长40m，重约14t，采用整根沉放对起重设备的吊高、吊重等性能要求较高，且施工风险和施工成本较高。根据本工程现场施工情况，钢管桩拟分两节进行沉放。

　　钻孔平台顶面标高为H1=+10m,河床面未冲刷时勘测标高为H0=+0.05m。根据设计资料，冲刷深度按5.0米考虑，实际施工时可实地测量而定。故钻孔平台钢管桩首节长度为：;

　　(式中为冲刷深度，h为钢管桩在钻孔平台外的外露长度，L为入土长度)。

　　钢管桩自重入土长度L的确定：钢管桩外径1.2m，壁厚12mm。

　　考虑施工时接桩标高按+10m控制，则h=0m，有H=14.95+L。自重作用下，其最小下沉深度为：L=Q/(f*μ)。

　　式中：

　　L：钢管桩的入土深度，单位：m;Q:钢管桩自重，单位：KN

　　则：Q=π/4*(1.22-1.1762)*78.5*(14.95+L)=(52.53+3.51L)KN

　　f:钢管桩在土层中所受到的极限摩阻力，单位：KPa，

　　第一层土的极限摩阻力为35KPa;μ：钢护筒周长，单位：m

　　故：L=(52.53+3.51L)/(35*π*1.2)则：L=0.41m

　　因此，钢管桩的首节高度须不小于15.4m，施工时取25m重量约8.8吨，第二节钢管桩长度15m。

　　2)沉桩施工设备选择

　　A)起重设备选择

　　钻孔平台两排桩最大间距11m。根据现场情况，选用100t履带吊。其起重性能在

　　其18m吊幅范围内吊重不小于12.2t，满足钢管桩沉放要求。

　　B)振动锤选择

　　将钢管桩沉放到位所需振动锤激振力Fv>土的动摩阻力FR=∑fULi

　　其中：f-土体单位面积动摩阻力，kN/m2;U-护筒周长，m;Li-入土深度，m。

　　按入土深度30m，侧摩阻35kpa，动摩阻力系数0.17考虑，则F=672.9kN。

　　因此，选用DZ120振动锤，其电机功率为120kw，最大激振力782kN，满足沉放钢管桩要求。

　　5、结语

　　本文对强涌潮水域施工钢平台的结构设计和施工进行了阐述，为后续复杂水文条件下进行钢平台设计和选型提供借鉴。在进行设计和施工作业时，需有以下问题值得注意：

　　1)合理选择和安排作业时间：

　　由于钱塘江水域潮落潮流速快，钢管桩沉放须选择平潮时段，作业时间大大受限。故需加大平潮作业时段的沉桩效率，并合理安排沉桩和梁系施工时间，以确保施工进度。

　　2)平台进行抛填防护

　　钻孔钢平台设计允许冲刷深度为5m，平台搭设前后对平台区泥面标高进行监测，如果超过设计值则需要进行平台处海底抛填维护，并且在施工过程中，对海底防护进行动态监测，发现异常情况及时进行补抛。

　　经实测，施工期间最大冲刷深度为9.6m，超出了设计允许冲刷深度。组织了多次抛填防护。海底抛填维护材料选用袋装砂，每袋重量不小于40Kg，每 30～40袋用尼龙绳编织的网兜装在一起，用平板车运输至施工现场，然后用履带吊整体吊装抛填。抛填选择在高、低平潮附近流速相对较小的时段进行。通过抛填施工，有效确保了钢平台结构安全，并经历了钱塘江大潮的考验，为南岸水中区引桥施工提供了可靠保障。

　　参考文献：

　　【1】《嘉绍大桥涌潮作用力模型实验报告》浙江省水利河口研究院2003

　　【2】《嘉绍大桥专用施工技术规范》嘉绍大桥工程建设指挥部2010.5

　　【3】《嘉绍大桥工程地质勘察报告》江苏省水文地质工程地质勘察院2009.10

　　【4】《嘉绍大桥第Ⅱ合同段施工组织设计》中交二航局2009.6

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