庫區深水橋梁樁基組合型鉆孔施工平臺建造技術

（1.中國葛洲壩集團路橋工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.防災減災湖北省重點實驗室（三峽大學），湖北 宜昌 443002；3.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

大直徑鉆孔灌注樁基礎在大跨度橋梁建設中被廣泛應用，成為眾多大型橋梁基礎的首選，但在庫區深水裸巖河床上進行樁基施工依然是一項技術難題[1]。樁基施工平臺可以為水中橋墩鉆孔樁基礎施工提供施工活動、安全操作、機具材料堆放的水上場地。結合漁家咀渠江特大橋[2]、馬王黔江特大橋[3]、童莊河大橋[4]等施工經驗看，目前深水鉆孔樁基施工平臺主要的結構形式有浮式施工平臺（駁船或浮箱拼裝）、固定施工平臺（鋼管樁支架）和鋼圍堰施工平臺。對于深水裸巖河床，選擇合適的樁基施工平臺設計仍是保證施工安全和施工效率的技術難題。

1 工程概述及背景

龍巖市棉花灘水庫是一座以發電、防洪為主要功能的大型水庫，屬于不完全年調節水庫。龍湖大橋位于棉花灘水庫蓄水形成的大型人工湖泊龍湖景區，橋梁全長454m，橋面寬23m。主橋橋跨組合為70m+120m+70m 預應力混凝土部分斜拉橋，主梁為單箱三室預應力鋼筋混凝土箱梁，引橋為3×30m預應力鋼筋混凝土T 梁。主橋為鉆孔灌注樁群樁基礎，高樁承臺。

橋梁基礎位于庫區V 型河床上，河床坡度達45 度以上（圖1）。主墩（4#墩、5#墩）單墩為12 根樁徑2.0m 的嵌巖樁，樁長55m～60m。過渡墩（3#墩、6#墩）每個墩為8 根樁徑1.8m 的嵌巖樁，樁長23m。橋樁位置河床大部分為裸露花崗巖，局部有0.3～0.7m 覆蓋層。花崗巖單軸飽和抗壓強度高達120MPa。橋梁樁基礎布置如圖1所示。

圖1 橋梁樁基礎布置圖

根據現場調查及設計資料，施工期主橋2#-7#樁基均處在常水位167.5m以下，河道寬度為340m。主橋3#，6#過渡墩水深約30m，距岸邊約60m，4#，5#主墩水深約為70m，距岸邊均為130m。庫區水位受降水量控制，常水位為167.5m，在干旱季節水位可以低至150.0m，但雨季水位暴漲，洪水位為173.0m。前期水位監測資料表明，一次暴雨周期可導致水位變化10m 以上。經統計，2014 至2015年庫區水位變化曲線如圖2所示。

圖22014 ～2015年庫區水位變化曲線圖

庫區與外界不通航，大型水上設備無法進入現場，內部有小型輪渡班船及幾艘小型撈沙船。龍湖大橋施工水深超70m,單根護筒重量達80t，庫區無大型船舶，大型浮式起吊設備無法進場，河床傾斜角度45 度，覆蓋層薄甚至裸露，必須考慮工程地理環境、地形地貌和地質條件，確定合理的鉆孔平臺方案，在平臺上搭設起吊設備，滿足護筒起吊和下放需要。

2 方案比較與確定

深水樁基施工平臺是服務于施工過程的臨時結構，構建合適的施工平臺方案不但受到可行性、使用周期、施工工藝以及經濟效益等諸多因素制約，更要考慮大型設備工作條件、橋墩位水文條件、河床巖面地形和覆蓋層厚度等地質條件來進行綜合分析。

2.1 施工平臺預選方案

根據庫區的地理環境、地形地貌和地質條件以及龍湖大橋的現場施工資料，將浮式平臺，樁基固定平臺與鋼圍堰平臺作為深水樁基施工平臺的三種預選方案。下面簡單介紹一下這三種預選方案。

（1）浮式平臺

自制浮箱、船或者標準舟節拼裝形成浮體，上部鋪設縱橫梁形成鉆孔平臺。浮式平臺利用水的浮力承載，浮體之間采用型鋼或鋼管連接。平臺通過錨碇來克服水流力和風力，利用調節錨繩長度來適應水位漲落引起的位置變化。

（2）樁基固定平臺

利用樁基礎（鋼管樁[5]、樁基護筒、鉆孔樁以及鋼護筒與鋼管樁組合）承載，樁基礎之間采用型鋼或鋼管連接，樁基上鋪設縱橫梁形成鉆孔平臺。

（3）鋼圍堰平臺

利用鋼殼及數層環形水平桁架焊成的在圍堰內部形成的一個封閉的無水作業區域。

2.2 方案比較

本項目橋墩所處最大水深大于70m，且為高樁承臺，鋼圍堰無論從安全性還是經濟型上都存在很大問題，故不予以考慮。下面僅對浮式平臺和樁基固定平臺從方案的適用條件、結構特點、水位影響、施工周期、施工工藝質量控制以及經濟性等方面來看進行列表比較，詳見表1。

表1 浮式平臺和固定平臺比較表

由上表可以看出，浮式平臺和固定平臺各有優缺點。如果只采取單一的施工平臺方案是無法同時滿足本工程的施工周期、質量控制、經濟性等要求的，而且單一的方案也不能完全適用棉花灘水庫的水文地質條件。

2.3 方案確定

通過分析本工程施工特點、地質條件、棉花灘水庫水位變化情況，最終確定用浮式平臺施工固定平臺，形成浮式平臺+固定平臺的組合與轉換施工方案。臨時樁基在平面位置以及垂直度方面的要求低于永久樁基，故前期利用浮式平臺來對樁基固定平臺的定位樁（臨時樁基）進行施工，后期再利用施工完成的定位樁搭建固定平臺進行永久樁基的施工。

該組合平臺施工方案考慮充分利用浮式平臺和固定平臺的各自優勢，通過技術措施彌補和控制不同方法的缺點。固定平臺具有有效規避水位漲落帶來的施工風險，確保樁基定位準確的優勢；而浮式平臺架設方便，平臺搭設周期短，加工并利用小型浮式平臺可以解決水中固定平臺定位樁施工不便的問題；此外，利用永久樁基鋼護筒和定位樁共同受力的結構形式能夠有效解決固定平臺定位樁自由度較長，剛度較差的問題。

3 組合平臺設計與施工

3.1 浮式平臺設計與施工

每個主墩采用8 根Φ1800×18mm 的鋼管樁作為定位支撐樁，由于河床幾乎無覆蓋層，且傾斜，定位樁鋼管底部通過鋼筋混凝土錨樁與基巖進行錨固，混凝土錨樁嵌入中風化基巖不小于6m（沖擊轉成孔），錨樁伸入定位樁鋼管不小于5.5m。定位樁之間焊接。

浮式平臺由9m×2.7m×1.65m 的浮箱拼裝通過連接梁連接形成，并在浮體上安裝龍門架、墊梁、轉向馬口等組成（見圖3）。錨碇分為主錨、邊錨和抗臺風備用錨碇，根據地形分別采用680KN 砼錨及地錨。

圖3 浮式平臺平面布置圖（半）

圖4 樁基固定鉆孔平臺設計圖

3.2 樁基固定平臺設計與施工

樁基固定平臺是在定位樁頂部搭設桁架結構形成鉆孔平臺。鉆孔平臺主要采用桁架片連接成，桁架高度為2m，桁架片主要由I45、18#槽鋼在岸上加工場焊接而成，桁架頂部鋪設I20b 分配梁，在分配梁頂端鋪設4mm 厚花紋鋼板做面板。整個平臺尺寸為15.3m×19.8m，平臺頂部標高171.0 米（見圖4）。定位樁施工后期，在浮體上將單個桁架片拼裝成鉆孔平臺，由駁船推送至定位樁中間，根據水位情況采用千斤頂頂升或提升將平臺與定位樁固結；并在平臺頂安裝120t 龍門吊，其軌道放置在定定位樁頂部。利用龍門吊、浮吊下放鋼護筒，鋼護筒穩固后，在其頂端放置掛梁，將平臺放置在掛梁上，使鋼護筒和定位樁共同承受樁基鉆孔施工的壓力。定位樁和鋼護筒底部1.5m位置均采用δ=16mm 環板加強。

在施工鉆孔平臺前，需在龍湖大橋1#墩、8#墩岸邊修筑簡易碼頭吊裝平臺，平臺大小、位置根據現場地形確定，用于鋼管柱、鋼護筒、桁架片等物件的運輸。

4 結論

龍湖大橋主墩深水樁基利用組合式平臺分兩個循環（一輪6 根）順利的完成主墩12 根樁基的施工，通過檢測，樁基偏位，豎直度以及樁身質量都滿足規范要求。實踐證明，采用浮式+固定的組合施工平臺，很好地解決了無大型船舶、陡變水位河道（庫區）中，深水、傾斜、堅硬裸巖河床條件下，橋梁深水樁基施工平臺構建的技術難題，為類似橋梁深水鉆孔灌注樁基施工提供了成熟、系統的方法和經驗。