李澐瓏 謝支鋼 張家宇 楊明秀 呂 寧 黃貴明

（1.宜昌市夷陵區(qū)公路管理局 宜昌 443100；2.中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300220； 3.宜昌市虹源公路工程咨詢監(jiān)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(qū)太平溪鎮(zhèn)，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(zhǎng)368.0m，設(shè)計(jì)橋型為95m＋170m＋95m連續(xù)剛構(gòu)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(zhì)基本無覆蓋層，巖體為花崗巖，最小飽和單軸抗壓強(qiáng)度不小于65MPa。

本橋主墩采用雙薄壁形式，墩高39m，主墩承臺(tái)尺寸為順橋向12.4m，橫橋向10.5m，承臺(tái)高4m，主墩設(shè)置4根直徑2.5m的鉆孔樁，樁長(zhǎng)37m。受庫區(qū)水位影響，庫區(qū)蓄水至最高水位175m時(shí)承臺(tái)以上24m全部在水中，水位降至最低145m時(shí)承臺(tái)以下全部在水中。庫區(qū)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(dòng)鉆孔平臺(tái)在大橋主墩樁基施工中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2 浮動(dòng)鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理

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

2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

本橋浮動(dòng)平臺(tái)選用2艘500t駁船拼接而成，駁船上設(shè)置自制貝雷梁門吊以解決鋼護(hù)筒安裝、鉆孔施工的起吊作業(yè)，提供水上施工作業(yè)面，見圖1。平臺(tái)通過設(shè)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(tái)傾覆。

圖1 浮平臺(tái)平面布置圖（單位：mm）

（1）浮體由2艘500t駁船組成，每艘駁船長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)36m，貝雷梁與I40b工字鋼采用U形卡槽連接，在貝雷架上鋪設(shè)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(tái)，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(tái)的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，在中間留4個(gè)3.5m×3.5m方洞，以便下放和插打鋼護(hù)筒，進(jìn)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(tái)尺寸外緣點(diǎn)）立雙排貝雷架，做門吊立柱（設(shè)加固基礎(chǔ)），跨度15.5m，架高10.5m；平臺(tái)橫斷面方向架設(shè)加強(qiáng)型貝雷梁2條，其跨度24m，在靠河中心方向設(shè)置懸挑貝雷梁，懸挑9m，采用三角形貝雷梁支撐，便于船運(yùn)物質(zhì)和施工機(jī)具直接起吊。經(jīng)驗(yàn)算，起重能力達(dá)50t，吊高9m。

圖2 門吊立面圖（單位：mm）

（3）浮動(dòng)平臺(tái)錨碇系統(tǒng)由混凝土錨塊、錨桿（岸上）、鋼絲繩、馬口、卷揚(yáng)機(jī)等組成。錨錠分為主錨、岸錨及安全錨。錨碇系統(tǒng)由6個(gè)混凝土錨塊和4個(gè)岸錨組成，每個(gè)混凝土錨塊為4.1m3、約10t，岸上設(shè)置4臺(tái)岸錨，其中2個(gè)為方向錨，另2個(gè)為安全錨，岸錨采用機(jī)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(zhǎng)250m；8t可調(diào)速的卷揚(yáng)機(jī)。主錨按4個(gè)方向8個(gè)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(shí)錨碇系統(tǒng)失穩(wěn)而產(chǎn)生漂移。

2.3 施工檢算內(nèi)容

主要計(jì)算項(xiàng)目有平臺(tái)承載力、平臺(tái)偏載受力后的最大干舷高度、平臺(tái)動(dòng)力穩(wěn)定性、平臺(tái)搖擺性、平臺(tái)連接桿件和門吊系統(tǒng)受力計(jì)算等，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行關(guān)鍵部位的加強(qiáng)處理，保證平臺(tái)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。

2.4 錨錠系統(tǒng)檢算

通過對(duì)浮動(dòng)平臺(tái)縱向動(dòng)水壓力、風(fēng)對(duì)船體上構(gòu)造物的（縱向）及風(fēng)對(duì)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(jì)算，驗(yàn)算水上平臺(tái)穩(wěn)定性以及抗傾覆的能力［2］，從而檢算卷揚(yáng)機(jī)的持荷能力和鋼絲繩的直徑要求。

2.5 錨錠系統(tǒng)的調(diào)整方法

平臺(tái)在某一水位就位后，錨錠系統(tǒng)形成，但由于水位變化，卷揚(yáng)機(jī)松動(dòng)鋼絲繩，浮平臺(tái)要位移，然后通過8個(gè)方向的卷揚(yáng)機(jī)的松放，逐步調(diào)整浮平臺(tái)的位置，以達(dá)到新的水位時(shí)浮動(dòng)平臺(tái)的準(zhǔn)確就位。而采用這種辦法，一邊測(cè)量一邊調(diào)整，往往出現(xiàn)浮動(dòng)平臺(tái)左右擺動(dòng)，前后移動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)操作花時(shí)4～5d，還難以就位準(zhǔn)確。為解決這一施工難題，假設(shè)浮動(dòng)平臺(tái)在某一水位準(zhǔn)確就位后，錨錠系統(tǒng)平衡，已知錨塊至卷揚(yáng)機(jī)水平距離，卷揚(yáng)機(jī)至錨塊高程，卷揚(yáng)機(jī)拉力，在新的水位時(shí)，浮動(dòng)平臺(tái)的水平位置不變而豎直位置發(fā)生變化的情況下，可以通過建立錨定系統(tǒng)的數(shù)力模型，導(dǎo)出鋼絲繩一般狀態(tài)下的懸鏈線方程，利用初始邊界條件，求解鋼絲繩的放鏈長(zhǎng)與垂直高度的函數(shù)關(guān)系，利用數(shù)值解法把施工中的測(cè)量放樣調(diào)整轉(zhuǎn)化為收放每個(gè)錨定的鋼絲繩，操作簡(jiǎn)單，起到事半功倍的效果。

2.6 浮動(dòng)平臺(tái)一般固定辦法

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

（2）平臺(tái)定位，理順錨繩并調(diào)直。浮動(dòng)鉆孔平臺(tái)錨繩對(duì)拉，調(diào)直理順錨繩，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)精確定位。

（3）對(duì)拉測(cè)力，理順錨繩。用卷揚(yáng)機(jī)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(jìn)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(gè)錨的同時(shí)務(wù)必觀察其他錨繩的受力情況，保證每個(gè)錨受力相等，誤差在5%左右，對(duì)錨繩的預(yù)拉力一般拉到設(shè)計(jì)的80%左右。

（4）水位漲落后浮動(dòng)平臺(tái)的就位。主動(dòng)掌握水位變化情況，每天根據(jù)三峽官網(wǎng)的水位變化做好記錄，同時(shí)在靠岸邊設(shè)置一個(gè)水位尺，隨時(shí)觀察水位變化，并做好記錄。根據(jù)每個(gè)錨定的放鏈長(zhǎng)ΔL與垂直高度y之間的函數(shù)關(guān)系圖，在對(duì)應(yīng)的垂直高區(qū)間，采用內(nèi)插法計(jì)算。在第一次浮動(dòng)平臺(tái)錨定的卷揚(yáng)機(jī)端頭的鋼絲繩做好初始標(biāo)識(shí)，根據(jù)漲落情況，直接松放和拉緊每個(gè)錨定的放鏈長(zhǎng)度，浮動(dòng)平臺(tái)水平位置不變。

3 施工方法

浮動(dòng)鉆孔平臺(tái)施工流程見圖3。

圖3 浮動(dòng)鉆孔平臺(tái)施工流程圖

4 鋼護(hù)筒施工

本橋鋼護(hù)筒在岸上卷制，每節(jié)長(zhǎng)度1.8m，壁厚16mm，直徑2.8m，重約2t，船運(yùn)至浮動(dòng)平臺(tái)，龍門吊調(diào)運(yùn)至樁位。在第一節(jié)鋼護(hù)筒的4個(gè)垂直方向上焊接耳墊，焊接前用水平尺測(cè)量鋼護(hù)筒垂直度，焊好后，鋼護(hù)筒置于導(dǎo)向架上，再調(diào)運(yùn)第二節(jié)鋼護(hù)筒置于第一節(jié)上，2節(jié)之間用水平尺貼壁調(diào)整接口位置，復(fù)核第二節(jié)鋼護(hù)筒的垂直度，門吊吊起2節(jié)鋼護(hù)筒，割去第一節(jié)的耳墊，下放鋼護(hù)筒，依次重復(fù)上述操作，接長(zhǎng)鋼護(hù)筒至河床，護(hù)筒下放按照樁位對(duì)角對(duì)稱下放。

鋼護(hù)筒著床后需對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行第一次振打，使鋼護(hù)筒嵌入河床一定深度，保證鋼護(hù)筒在自重作用力下的豎向穩(wěn)定。完成鋼護(hù)筒第一次振打后對(duì)角安裝鉆機(jī)，進(jìn)行鋼護(hù)筒跟進(jìn)。由于鋼護(hù)筒作為鋼筋籠和混凝土水封的主要受力載體，要求鋼護(hù)筒底部刃腳切入弱風(fēng)化巖面至少1m。根據(jù)護(hù)筒內(nèi)鉆孔情況選擇跟進(jìn)時(shí)間，可分次分段跟進(jìn)，在鋼護(hù)筒刃腳距離弱風(fēng)化巖面1.5～3m時(shí)，采用DZM－120振動(dòng)打樁機(jī)中、高檔位振打跟進(jìn)。由于基巖過硬，鋼護(hù)筒入巖困難，故在鋼護(hù)筒無法入巖的情況下，在鋼護(hù)筒外側(cè)拋沙袋，必要時(shí)在沙袋內(nèi)側(cè)、護(hù)筒外邊澆筑1m左右的封底混凝土，在完成全部4根鋼護(hù)筒的插打跟進(jìn)后，焊接水上聯(lián)結(jié)系，使鋼護(hù)筒形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

浮動(dòng)平臺(tái)在三峽庫區(qū)深水施工中的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在下列方面：①平臺(tái)定位較方便，移動(dòng)快捷；②承載力大，適合于深水沖擊施工；③穩(wěn)定性強(qiáng)，平臺(tái)利用水的浮力及鋼護(hù)筒做立柱支撐；④平穩(wěn)性好，適合人機(jī)施工作業(yè)；⑤能重復(fù)使用，制作與維修成本低。

本橋浮動(dòng)平臺(tái)的錨碇系統(tǒng)通過建立每個(gè)錨定的放鏈長(zhǎng)與垂直高度之間的函數(shù)關(guān)系，利用數(shù)值解定位，保證了浮動(dòng)平臺(tái)在水位漲落情況下水平位移不變，操作簡(jiǎn)單。

本橋浮動(dòng)平臺(tái)利用形成的鋼護(hù)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(chǔ)施工平臺(tái)搭建提供了簡(jiǎn)潔實(shí)用、方便快捷的施工工法。

［1］葉亦盛，趙發(fā)亮，鄭思超，等.深水樁基礎(chǔ)浮式平臺(tái)施工工法［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，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(chǔ)施工平臺(tái)和水下錨碇的設(shè)計(jì)與定位［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2007（6）：127－132.