中铁五局集团第五工程有限责任公司 湖南郴州
摘要：针对河床底大倾角硬质岩层，采用“轻锤密击”法进行引孔，然后利用定位架来定位钢护筒，进行桩基施工。待钻孔入岩深度大于2m时，潜水工下去用高压风吹动水流，将钻碴吹走，完成清孔。清孔完成后沉放钢护筒，钢护筒下部外围灌注砼填充密实，避免漏浆。采用冲击钻机钻进，正反循环循浆。
关键词：硬质岩；大倾角河床；深水桥梁基础
1 工程概况
（1）福建泰宁下大公路被福建省公路管理局评为“普通公路标准化典型示范项目”。金湖1号、2号大桥为福建省泰宁县“镇镇有干线”下渠乡（永兴寺）至大龙乡公路工程的重点及控制工程，为跨越金湖而设。桥址位于金湖库区，下游有梯级电站池潭电站，此电站不通航，施工中无法采用整体式运输、起吊等水中施工设备。
（2）金湖1、2号大桥，跨越金湖，分别有两个桥墩。水深28～30米，每个桥墩为4～6根直径250cm钻孔灌注桩，桩长23～32m，入岩深度21～28m。墩位处为2.5m～5.0m的粉质粘土层或碎块状强风化裸露花岗岩，地表坡度近45°～60。墩位处桩基础为深水硬质岩大倾角河床桥梁基础，钢护筒无法直接打入且定位困难。
2 施工方案选择
2.1 筑岛施工方案
根据施工周期长、当地库区最高水位标高达276.500m等情况，筑岛顶面标高定为277.500m，考虑到施工安全需要金湖1#大桥1#墩平台尺寸设计为：20.0m×20.0m, 施工便道尺寸为9.0×30m，外边坡为1:1，平台平均填高约20.0m；金湖1#大桥2#墩平台设计尺寸为：20.0m×20.0m, 施工便道尺寸为9.0×12m，外边坡为1:1，平台平均填高约10.0m，平台及施工便道共需填土约92180m³，筑岛土采用附近山体黏土，边坡采用彩条布覆盖防护，已防止湖水冲刷，坡脚抛填编织袋（内装土夹石）进行防护。
2.2 钢栈桥+钢平台方案
通过对库区近十年来的水位变化调查显示，施工区最高水位为276.500m，因此钢栈桥和钢平台顶面标高定为278.500m。根据钻机摆放需要，金湖1#大桥1#墩钢平台尺寸设计为：12.0m×18.0m，钢栈桥尺寸为7.5×30m，平台基础为630螺旋焊管共18根；2#墩钢平台设计尺寸为：12.0m×18.0m，钢栈桥尺寸为7.5×12m，630螺旋焊管共用14根，上部施工顺序：螺旋焊管上架设双排I45工字钢、贝雷片，架设I28工字钢(间距50cm)铺设平台面钢板，Φ32mm钢管临边防护。
2.3 施工方案比选结果
筑岛施工方案：优点施工工序简单，成本较低，缺点在于河岸原地面陡峭，且覆盖层较少，筑岛后形成天然的滑动面，存在较大安全隐患；土方数量较多，该地区附近都是国家级保护生态林，取土困难，筑岛后的坡脚基本处于湖中心，水深约60m，后续的清理工作困难，因此此项目无法采用筑岛施工。
钢栈桥+钢平台方案：优点在于受施工环境的影响较小，很好的克服了河床地势陡峭因素，受雨水及水位变化影响小，缺点是工序稍复杂，成本较高。
（1）该方案与筑岛相比，因该河床陡峭如果采用筑岛需要大方量的土石方而且地基在陡岩上稳定性差
（2）栈桥尺寸由14米宽优化为6米宽，节约了钢材，评审方案采用钢护筒作为支撑，风险性大。
（3）该方案的钢材可以重复利用经比选，决定采用钢栈桥+钢平台方案进行施工。
3 技术特点
（1）施工不受水位变化等外部因素制约，工期不受干扰。
（2）水中运输船、浮吊等施工设备均采用现场浮箱拼装式，有效的解决了金湖湖区不对外通航的问题。
（3）保护金湖湖区环境。该技术的施工措施全部由钢结构组成，泥浆进入浮箱拼装成的泥浆箱内循环使用，对湖区自然环境影响较小。
（4）节省成本。所有平台刚性材料均可重复使用，为后续梁体施工所需托架、支架等节约大量费用。
4 适用范围
本技术适用于各类复杂地质条件下水深不超过30m的水下基础施工。
5 技术原理
利用浮箱拼装浮吊和打桩船，在打桩船上安放钻机实现钢管桩引孔作业及钢管桩安设，待锚固混凝土达到设计强度后，搭设孔桩作业平台、栈桥作为孔桩施工平台及通道。在两平台之间搭设浮桥，作为人员的通行、混凝土输送管、泥浆输送管的通道，然后在孔桩施工平台上进行桥梁桩基钻孔施工。
6 主要技术创新
（1）利用浮箱拼装浮吊和打桩船，在打桩船上安放钻机实现钢管桩引孔作业及钢管桩安设，待锚固混凝土达到设计强度后，搭设孔桩作业平台、栈桥作为孔桩施工平台及通道。
（2）针对河床底大倾角硬质岩层，采用“轻锤密击”法进行引孔，然后利用定位架来定位钢护筒，进行桩基施工。平台上定位钻机，用φ2.2m钻头空钻，采用“轻锤密击”法进行引孔，每分钟冲击次数约在15-20次，钻头提升高度约1.2-1.5米，钻头采取加焊增重处理约8-9吨。待钻孔入岩深度大于2m时，潜水工下去用高压风吹动水流，将钻碴吹走，完成清孔。清孔完成后沉放钢护筒，钢护筒下部外围灌注砼填充密实，避免漏浆。采用冲击钻机钻进，正反循环循浆。
7 施工工艺流程
施工工艺流程如下图。
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图6.1 施工工艺流程
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图8.1 拼装、定位打桩船打桩船示意图
8 施工要点
8.1拼装、定位打桩船
打桩船采用浮箱（9m×2.7m×1.65m）组拼而成，平面尺寸9.1m(横向)×12m(纵向)，可提供总浮力90t。采用3个浮箱作浮体拼组而成，浮体通过I36a工字钢连接成整体，在I36a工字钢形成钻机施工平台（如图8.1）。用拖船把拼装好的打桩船拖至墩位处，用全站仪、水下固定锚锚绳对浮式平台进行锚固及精确定位。
由于受降雨影响，库区水位会发生变化，为保证整个浮式平台不受水位变化引起整个浮式平台偏位和锚固钢丝绳应力变化，在浮式平台精确定位之后需派专人定时对水位变化进行观测，根据水位变化及时对平台锚固钢丝绳进行收放以保证平台平面位置的准确性。
8.2 钢平台搭设
钢平台基础采用螺旋焊管支撑，采用贝雷架及型钢搭设上部结构。
8.2.1 螺旋焊管
φ630mm螺旋焊管用厚δ=10mm，中间接缝采用坡口焊形成小段，再将小段焊接成约10m长的节段，每段重量约186kg，上口外侧对称焊接四块锁（吊）耳，最后用平板车运至码头装上运输船运至打桩船，浮吊起吊至下放位置分段焊接接长安放到河床底。
8.2.2冲击钻引孔
用浮吊将钻机在平台上准确定位，用φ1.5m钻头进行空钻，由于现场水下地势陡峭且少覆盖层，钻孔时钻头容易产生滑移，造成孔位偏移。因此，需选择比较有经验的钻机手采用“轻锤密击”法进行引孔。待孔深达到2m（入岩不小于2m）时，派潜水工下去，用高压风吹动水流，将钻碴吹走，完成清孔。
8.2.3 定位架制作安装
用L100×100×5mm角钢制作成2m高、内径比钢护筒外径大10mm的定位架。在平台上测量出钻孔桩的准确位置，将定位架对位安装到平台上。安装时保证定位架的垂直度不大于0.5%。
8.2.4 φ630mm螺旋焊管沉放及锚固
φ630螺旋焊管沉放秩序为先岸边、后中间，定位采用全站仪定位。φ630螺旋焊管在岸边焊接好，由20t浮吊起吊竖直后送进导向架内，卡好限位装置，并通过限位装置调整φ630螺旋焊管的倾斜度在0.5%以内，慢慢下放，测量调整φ630螺旋焊管的平面位置及倾斜度，控制其平面位置偏差在5cm以内且倾斜度0.5%以内，将φ630螺旋焊管由打桩船平台临时锁定。在灌注水下混凝土对φ630螺旋焊管固定前，应对每一根φ630螺旋焊管平面位置进行测量复查，确保φ630螺旋焊管在设计位置。混凝土由搅拌站集中拌和，运输罐车运至岸边，采用输送泵通过栈桥上管道输送到灌注点。通过垂球测得混凝土顶面达到原地面后，方能拔出导管，如此循环将所有φ630螺旋焊管底灌满水下混凝土，混凝土达到设计强度后，φ630螺旋焊管便完成了固定作业。灌注水下混凝土前，在φ630螺旋焊管内灌入5m左右的粘土加大其自重，防止混凝土灌注时将φ630螺旋焊管挤走导致其偏位。
φ630螺旋焊管水底锚固如图8.2.4所示：
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图8.2.4 焊管水底锚固
φ630mm螺旋焊管下水后，重量较大时，需加以辅助措施调整定位。可以在φ630螺旋焊管底部栓上钢丝绳，护筒到底后，通过拉动钢丝绳来调整螺旋焊管底部位置以达到准确定位的目的。
8.2.5 平台上部搭设
钢平台顶面标高需高出近年来最高水位50cm左右。待混凝土达到设计强度螺旋焊管完全锚固后，在螺旋焊管间焊设剪刀撑将各独立管联结成整体，沿横桥向铺设I45工字钢、桥纵向铺设贝雷架，在贝雷架上横桥向间距50cm铺设I28a工字钢，最后铺设12mm厚钢面板，待平台四周安全防护措施施工完毕，整个平台搭设完成。
8.3施工通道搭设
8.3.1 钢栈桥搭设
钢栈桥基础同样采用φ630mm螺旋焊管作为钢管桩，钢栈桥设计通行能力为50t，宽度6m，一号墩处栈桥长度为27m，二号墩栈桥长度为10m，与钢平台连接。
8.3.2 浮桥搭设
浮桥采用钢板焊成浮箱进行搭设，浮箱横桥向摆放，排距12m，纵向采用[28a槽钢连接成整体，上铺5cm木板，桥面宽2米。
8.4孔桩护筒埋设
钢护筒采用12mm厚钢板卷制，设计桩径为250cm,卷制钢护筒内径比设计桩径大20cm，即270cm。钢护筒在工厂加工成10m左右的节段，以便运输及吊装。
钢平台施工完毕后，采用浮吊将钻机吊至钻孔位置，采用3.5m钻头引孔。
8.5孔桩施工
采用冲击钻机钻进，正反循环循浆，2个循环施工完成。
9 材料与设备
见《表9.1 主要材料表》、见《表9.2主要设备表》。
表9.1 主要材料表
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表9.2 主要设备表
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10 质量、安全控制
（1）钢护筒下放时必须采用导向架保证桩基竖直度在1%以内。钢护筒下放后及时进行封底，封底后保证护筒底不漏水即可。
（2）成孔后成渣厚度不得大于3cm。
（3）钢筋笼接长采用机械连接。机械连接必须符合中华人民共和国行业标准（JTJ107-2003）中的I级接头。
（4）桩基灌注时桩长需要比设计长1m,保证破除桩头后的强度。
（5）开工前制定吊装起重、水上作业、施工用电等作业指导书、安全施工方案、安全制度及防护措施、各类机械设备操作规程及相应的安全作业规章制度。
（6）平台上配置救生衣，救生圈、灭火器等救生用品，并在其旁设置使用说明牌；同时设置醒目的安全警示牌。
（7）水上作业人员必须佩戴安全帽、穿救生衣、系安全带、穿防滑鞋。
（8）水上作业所用的索具、脚手板、挂蓝、钢抱箍、平台等设施，均需经过仔细的计算、验算和现场检查验证。
（9）便桥与平台在使用期间，对脱焊、结构变形较大或存在安全隐患的部位需要及时维修和加固，保证结构安全。
11 结语
目前水中桥墩基础施工技术已相对成熟，但是面临深水硬质岩大倾角河床、偏远山区中施工条件差而无法使用大型水上运输及吊装设备、环保要求高等特殊情况，水中桥梁施工技术还需继续研究和完善。本技术有效的解决了水库不通航，且桥墩位处水下地表坡度大、表面无覆盖层或覆盖层较薄，造成无法采用整体式运输、起吊等水中施工设备、斜面钢管桩打入困难、定位不准、无法锚固等难题。
（1）针对水库不通航，无法采用整体式运输、起吊等水中施工设备的现场情况，通过设置钢栈桥+钢平台+浮桥的方式成功解决了砼输送、物资运输及人员通行的问题，通过设置浮吊装置+汽车吊的方式成功解决了起重吊装作业难题。
（2）通过冲击钻引孔+灌注锚固混凝土的方式，成功解决了桥墩位处水下地表坡度大、表面无覆盖层或覆盖层较薄，斜坡面钢管桩打入困难、定位不准、无法锚固等施工难题。
参考文献：
[1] 中交第一公路工程局有限公司,公路桥涵施工技术规范,人民交通出版社,JTG/T F50-2011
[2] 交通部公路局 中交第一公路勘察设计院,公路工程技术标准人民交通出版社,JTG B01-2014