浮動鉆孔平臺在三峽庫區深水樁基施工中的應用

李澐瓏 謝支鋼 張家宇 楊明秀 呂 寧 黃貴明

（1.宜昌市夷陵區公路管理局 宜昌 443100；2.中鐵十八局集團有限公司 天津 300220； 3.宜昌市虹源公路工程咨詢監理有限公司 宜昌 443000）

1 工程概況

百歲溪大橋位于湖北省宜昌市夷陵區太平溪鎮，在宜昌三峽大壩上游，距離三峽大壩直線距離僅7km，主要是跨越百歲溪河流。百歲溪大橋全長368.0m，設計橋型為95m＋170m＋95m連續剛構橋，橋梁全寬10.0m，行車道寬8.0m，兩邊各1.0m人行道系。

河流兩岸均為自然斜坡，左岸地形坡度一般35°～45°，大橋所處地質基本無覆蓋層，巖體為花崗巖，最小飽和單軸抗壓強度不小于65MPa。

本橋主墩采用雙薄壁形式，墩高39m，主墩承臺尺寸為順橋向12.4m，橫橋向10.5m，承臺高4m，主墩設置4根直徑2.5m的鉆孔樁，樁長37m。受庫區水位影響，庫區蓄水至最高水位175m時承臺以上24m全部在水中，水位降至最低145m時承臺以下全部在水中。庫區水流速較小，洪水期與枯水期水位落差約30m。

本文主要就浮動鉆孔平臺在大橋主墩樁基施工中的應用進行介紹。

2 浮動鉆孔平臺設計

2.1 設計原理

浮動鉆孔平臺是利用水的浮力作為平臺支撐反力來承受豎向施工荷載的一種剛性浮體作業平臺，因受地形及水位變化影響選用浮式平臺［1］。

2.2 結構構造

本橋浮動平臺選用2艘500t駁船拼接而成，駁船上設置自制貝雷梁門吊以解決鋼護筒安裝、鉆孔施工的起吊作業，提供水上施工作業面，見圖1。平臺通過設置水下及岸上錨固來承受水平荷載及因水平或豎向荷載引起的平臺傾覆。

圖1 浮平臺平面布置圖（單位：mm）

（1）浮體由2艘500t駁船組成，每艘駁船長43m，寬10.4m，型深2.25m，空載吃水0.25m，滿載吃水1.95m。先在每艘駁船上焊接2條10 mm厚鋼板帶，寬40cm，長20m，再在鋼板上焊接40b工字鋼20m。安裝6條貝雷梁架，每條寬50cm，高1.5m，長36m，貝雷梁與I40b工字鋼采用U形卡槽連接，在貝雷架上鋪設I20b工字鋼或［20槽鋼，間距1.5m，便于滿鋪竹跳板形成平面尺寸為36m×19m的工作平臺，并在船頭、船尾用I40b工字鋼和槽鋼按“X”或“K”形鎖定，保證了平臺的整體穩定性。同時，在中間留4個3.5m×3.5m方洞，以便下放和插打鋼護筒，進行鉆孔樁施工。

（2）門吊由貝雷梁拼接而成（見圖2），在每艘船體鋼板帶中間（平臺尺寸外緣點）立雙排貝雷架，做門吊立柱（設加固基礎），跨度15.5m，架高10.5m；平臺橫斷面方向架設加強型貝雷梁2條，其跨度24m，在靠河中心方向設置懸挑貝雷梁，懸挑9m，采用三角形貝雷梁支撐，便于船運物質和施工機具直接起吊。經驗算，起重能力達50t，吊高9m。

圖2 門吊立面圖（單位：mm）

（3）浮動平臺錨碇系統由混凝土錨塊、錨桿（岸上）、鋼絲繩、馬口、卷揚機等組成。錨錠分為主錨、岸錨及安全錨。錨碇系統由6個混凝土錨塊和4個岸錨組成，每個混凝土錨塊為4.1m3、約10t，岸上設置4臺岸錨，其中2個為方向錨，另2個為安全錨，岸錨采用機械鉆孔入巖，膨脹錨桿為直徑30mm鋼筋，深約3m；鋼絲繩直徑22 mm，長250m；8t可調速的卷揚機。主錨按4個方向8個錨繩固定，基本按“井”形布置，岸錨主要防治水位上漲幅度大時錨碇系統失穩而產生漂移。

2.3 施工檢算內容

主要計算項目有平臺承載力、平臺偏載受力后的最大干舷高度、平臺動力穩定性、平臺搖擺性、平臺連接桿件和門吊系統受力計算等，根據計算結果進行關鍵部位的加強處理，保證平臺的結構穩定和施工安全。

2.4 錨錠系統檢算

通過對浮動平臺縱向動水壓力、風對船體上構造物的（縱向）及風對貝雷梁、龍門立柱、龍門橫梁、行走天車，以及船體等沖擊力的計算，驗算水上平臺穩定性以及抗傾覆的能力［2］，從而檢算卷揚機的持荷能力和鋼絲繩的直徑要求。

2.5 錨錠系統的調整方法

平臺在某一水位就位后，錨錠系統形成，但由于水位變化，卷揚機松動鋼絲繩，浮平臺要位移，然后通過8個方向的卷揚機的松放，逐步調整浮平臺的位置，以達到新的水位時浮動平臺的準確就位。而采用這種辦法，一邊測量一邊調整，往往出現浮動平臺左右擺動，前后移動，現場操作花時4～5d，還難以就位準確。為解決這一施工難題，假設浮動平臺在某一水位準確就位后，錨錠系統平衡，已知錨塊至卷揚機水平距離，卷揚機至錨塊高程，卷揚機拉力，在新的水位時，浮動平臺的水平位置不變而豎直位置發生變化的情況下，可以通過建立錨定系統的數力模型，導出鋼絲繩一般狀態下的懸鏈線方程，利用初始邊界條件，求解鋼絲繩的放鏈長與垂直高度的函數關系，利用數值解法把施工中的測量放樣調整轉化為收放每個錨定的鋼絲繩，操作簡單，起到事半功倍的效果。

2.6 浮動平臺一般固定辦法

（1）拋錨。在運輸船上，用千斤繩穿入混凝土錨鼻，起吊設備吊錨拖至錨位，吊機徐徐松鉤，將混凝土錨放置于河床，然后抽調千斤繩。錨的拋投在江面風平浪靜、能見度好的天氣下進行，采用拖船拖帶，拋錨船作業由測量人員交匯出錨位。

（2）平臺定位，理順錨繩并調直。浮動鉆孔平臺錨繩對拉，調直理順錨繩，實現平臺精確定位。

（3）對拉測力，理順錨繩。用卷揚機通過馬口走絲收緊錨繩，收緊錨繩按先拋后收、后拋先收的順序進行，防止錨繩相互纏繞，同一批、同一類錨分次收緊到位，收緊某一個錨的同時務必觀察其他錨繩的受力情況，保證每個錨受力相等，誤差在5%左右，對錨繩的預拉力一般拉到設計的80%左右。

（4）水位漲落后浮動平臺的就位。主動掌握水位變化情況，每天根據三峽官網的水位變化做好記錄，同時在靠岸邊設置一個水位尺，隨時觀察水位變化，并做好記錄。根據每個錨定的放鏈長ΔL與垂直高度y之間的函數關系圖，在對應的垂直高區間，采用內插法計算。在第一次浮動平臺錨定的卷揚機端頭的鋼絲繩做好初始標識，根據漲落情況，直接松放和拉緊每個錨定的放鏈長度，浮動平臺水平位置不變。

3 施工方法

浮動鉆孔平臺施工流程見圖3。

圖3 浮動鉆孔平臺施工流程圖

4 鋼護筒施工

本橋鋼護筒在岸上卷制，每節長度1.8m，壁厚16mm，直徑2.8m，重約2t，船運至浮動平臺，龍門吊調運至樁位。在第一節鋼護筒的4個垂直方向上焊接耳墊，焊接前用水平尺測量鋼護筒垂直度，焊好后，鋼護筒置于導向架上，再調運第二節鋼護筒置于第一節上，2節之間用水平尺貼壁調整接口位置，復核第二節鋼護筒的垂直度，門吊吊起2節鋼護筒，割去第一節的耳墊，下放鋼護筒，依次重復上述操作，接長鋼護筒至河床，護筒下放按照樁位對角對稱下放。

鋼護筒著床后需對鋼護筒進行第一次振打，使鋼護筒嵌入河床一定深度，保證鋼護筒在自重作用力下的豎向穩定。完成鋼護筒第一次振打后對角安裝鉆機，進行鋼護筒跟進。由于鋼護筒作為鋼筋籠和混凝土水封的主要受力載體，要求鋼護筒底部刃腳切入弱風化巖面至少1m。根據護筒內鉆孔情況選擇跟進時間，可分次分段跟進，在鋼護筒刃腳距離弱風化巖面1.5～3m時，采用DZM－120振動打樁機中、高檔位振打跟進。由于基巖過硬，鋼護筒入巖困難，故在鋼護筒無法入巖的情況下，在鋼護筒外側拋沙袋，必要時在沙袋內側、護筒外邊澆筑1m左右的封底混凝土，在完成全部4根鋼護筒的插打跟進后，焊接水上聯結系，使鋼護筒形成穩定的整體結構。

5 結語

浮動平臺在三峽庫區深水施工中的優越性主要表現在下列方面：①平臺定位較方便，移動快捷；②承載力大，適合于深水沖擊施工；③穩定性強，平臺利用水的浮力及鋼護筒做立柱支撐；④平穩性好，適合人機施工作業；⑤能重復使用，制作與維修成本低。

本橋浮動平臺的錨碇系統通過建立每個錨定的放鏈長與垂直高度之間的函數關系，利用數值解定位，保證了浮動平臺在水位漲落情況下水平位移不變，操作簡單。

本橋浮動平臺利用形成的鋼護筒體系做支撐，摒棄了鋼管支撐樁，成本低廉。在深水、水位漲落大、河床無覆蓋層或少覆蓋層、河床橫坡陡的情況下，橋梁基礎施工平臺搭建提供了簡潔實用、方便快捷的施工工法。

［1］葉亦盛，趙發亮，鄭思超，等.深水樁基礎浮式平臺施工工法［J］.建筑技術開發，2012（3）：85.

［2］覃文元.在水位升降幅度大條件下深水公路大橋基礎施工平臺和水下錨碇的設計與定位［J］.公路交通科技：應用技術版，2007（6）：127－132.