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钻孔灌注桩平台设计与施工方案

钻孔灌注桩平台设计与施工方案

上海长江大桥工程B7标段位于北港桥梁工程近崇明岛侧，起点桩号K19+238，终点桩号K20+*78.**，全长1**0.**m，由辅通航孔桥、崇明岛侧浅滩区非通航孔50m梁连续梁桥和陆上段30m梁连续梁桥三部分组成。

辅通航孔桥距崇明岛大堤约500m，桩号范围K19+238～K19+*78，考虑3000吨级船舶双向单孔通航，桥梁上部结构采用四跨预应力砼连续梁，设三个主墩和两座边墩，长**0m，跨径组合80＋1*0＋1*0＋80m。主梁采用单箱单室斜腹板截面，墩身采用钢筋砼空心薄壁墩，基础采用φ320～250cm变截面钻孔灌注桩。

崇明岛侧浅滩区50m梁连续梁桥桩号范围K19+*78～K20+378，长700m。上部结构采用双幅等高单箱单室箱梁NB／T *21*3-2018 光伏组件功率优化器技术规范，跨径组合为7x50m＋7x50m；墩身采用钢筋砼薄壁空心墩，基础采用钻孔灌注桩、PHC钢筋砼预应力管桩两种形式。

1．2钻孔桩主要工程量

φ250～φ300cm

主墩：**.8x18x5m

边墩：38.5x13.2x*m

φ1*0～φ200cm

1.3.1地形地貌特征

建桥址场区地貌类型为河口、砂嘴、砂岛和沙滩地貌，水域为河床、江心暗砂地貌。

水域部分由于受径流和潮流的作用水下地形复杂，北港水域江底呈现南北两个水道。南水道宽约*.2公里，呈宽状“U”字形，水深1*～18m，江底略有起伏，幅度约3～*m；北水道宽约800m，最大水深约1*m。江堤外普遍分布有潮滩，在近崇明岛北港北测分布有一宽约2.7公里的暗砂（堡镇沙），砂体呈现NW－SE走向，与长江迳流方向基本一致，砂体表面较平，最浅处水深仅几米，落潮时已露出水面。

本工程所在的长江口为中等强度潮汐河口，口外为正规半日潮，口内潮波变形，为非正规半日浅海潮。潮波变形程度越向上游越大，导致潮位、潮差和潮时沿程发生变化。

外高桥、长兴的潮位特征值(吴淞零点以上)见表2所示。

5.99m（97.8.18）

5.88m（97.8.18）

5.*7m（81.9.1）

－0.19m（*9.*.5）

高潮累计频率100/0潮位

低潮累计频率900/0潮位

受海岸、河槽约束，进入工程所在区域潮流的**形式为往复流，且落潮流历时长于涨潮流历时、落潮流速大于涨潮流速。

桥区涨潮平均流向稳定在29*0～31*0之间，流速在0.30～0.88m/s之间，涨急流向基本稳定在2970～32*0之间，流速在0.5*～1.8*m/s之间；落潮平均流向基本稳定在1370～1**0之间，流速在0.*2～1.1*m/s之间，落急流向基本稳定在1*00～1**0之间，流速在0.93～1.**m/s之间。

北港无长期测波资料，采用陈家镇气象站197*～199*年的风速资料，推算的50年一遇设计波要素见表3。

北港设计波要素(50年一遇)表3

长江口地区属东亚季风区，以偏北风和东南偏南风为多，西南偏西风出现最少。*～8月盛行南向风，其中7月以南向偏东风为多，11月～翌年2月盛行偏北风。

年平均*级大风天数75.5，7级大风天数21.5，8级大风天数*.1。台风出现在*～10月且集中在7～9月(占8*％)。

1）崇明岛陆域局部段分布有厚约1.3m、软塑状的②1层灰黄色粉质粘土；浅部分布②3层砂质粉土层，江中砂体和长兴岛、崇明岛陆域区厚度较大(最大厚约17m)，在南北深槽区受切割变薄或缺失，该层在一定的水*力作用下易产生流砂和管涌现象。

2）长兴岛陆域及崇明岛近岸段②3层之下分布有第③层淤泥质粉质粘土，厚度约2m，而江中及崇明岛陆域缺失。

3）沿线遍布有第④层淤泥质粘土层，流塑状，高压缩性，易触变和流变。厚度约2.*～2*.5m，江中砂体及长兴岛侧厚度较小。

*）第⑤1层以粘性土为主，纵横向变化较大，在崇明岛侧下部夹薄层粉砂较多，呈粘质粉土；在江中和长兴岛区段夹砂较少，呈粘土或粉质粘土。该层厚度变化较大，约2.0～2.5m。

5）第⑤2层为粘质粉土，该层在横向和纵向上相变亦较大，厚度约2.5～1*.5m，在江中砂体(堡镇沙)至崇明岛段及崇明岛陆域缺失。

（2）上、中更新统土层概况如下：拟建场地缺失上海市统编的第⑥层和第⑧层土。

二、钻孔施工平台设计与施工方案

辅通航孔桥及50m连续梁钻孔灌注桩均采用搭设施工平台方法施工。

2．1搭设辅通航孔桥钻孔施工平台

1、钻孔施工平台方案拟定

辅通航孔桥桥位处水位深，涨落潮时流速大，根据我单位以往施工经验，采用以钢护筒作为承重结构平台形式，钢护筒采用路建桩8号打桩船施打。该方案在东海大桥7标成功采用过，具有施工速度快、质量好、成本低等优点。

主墩和边墩根据施工需要设置墩侧平台，平台由12根Ф100（δ=10mm）的钢管桩作基础，钢管桩也采用路建8号打桩船施打，型钢和钢板构成上部结构，平台面积为253m2。其主要功能为堆放材料、设置发电机房以及作为吊装作业场地。

1）在20年一遇水位＋20年一遇波浪组合下，施工平台结构强度、刚度均满足规范要求。

2）在二年一遇波流荷载作用下，平台顶部施工设备照常施工，平台结构强度、刚度仍能满足规范要求。

平台顶面标高与栈桥相同，为＋*.5m。

平台基础由钢护筒组成，按设计桩位布置。考虑到钢护筒整根加工制作、*输、插打，为防止施工过程中变形，钢护筒壁厚拟定为18mm，在上下护筒口各1m范围内壁厚为38mm。

为增加平台整体抗风浪能力，钢护筒以及钢管桩之间通过φ30钢管焊接成整体，联结钢管设一层，布置在标高＋1.5m处，联结钢管壁厚为δ8mm。

根据地质水文资料，主墩、边墩桥墩局部冲刷按照10m考虑。在实施和使用阶段，派专人负责测量墩位的冲刷情况，并采取抛石压桩等措施进行冲刷防护，以确保平台整体稳定及钢护筒的入土深度满足要求。

（*）平台上部结构设计

平台上部结构均采用钢结构，主、次承重梁、分配梁均采用型钢，呈空间网格形式布置，以焊接形式连接。

主承重梁采用H*0窄翼缘型钢，延横桥向布置在每排钢护筒两侧的牛腿上。

次承重梁采用工32a型钢，顺桥向放置在H*0主承重梁上，布置间距110～1*5cm不等。

分配梁采用1*工字钢，横桥向布置在次承重梁顶部，布置间距39～50cm不等。

面板采用10mm厚钢板。主墩、边墩平台结构布置形式见图1、图2所示。

图1主墩平台总体布置图

图2边墩平台总体布置图

（1）平台计算荷载种类

平台结构的计算荷载主要有水平荷载和竖向荷载，其中水平荷载包括波流力、风载，竖向荷载包括结构自重、施工荷载。

2）施工荷载：3台KP3500钻机＋1台履带吊＋钢筋笼及下放装置自重

3）20年一遇风暴高水位时的波流力

*）2年一遇风暴高水位时的波流力

5）风载取1.0Kpa

（2）计算工况及荷载组合

1）工况一：台风期，停止施工阶段。

荷载组合：1）＋2）＋3）+5）

2）工况二：3台钻机同时钻孔的施工阶段。

荷载组合：1）＋2）+*）

平台基础整体计算采用Robot有限元程序进行计算。通过建立平台的空间模型模拟各工况条件下平台的结构强度、刚度及整体稳定性。计算模型见图3所示。

（*）平台主要计算结果

平台主要计算结果见表7所示。

主墩平台基础整体计算主要计算结果表7

（5）钢护筒及钢管桩承载力计算

桩侧极限摩阻力标准值qf(Kpa)

桩端极限摩阻力标准值fp(Kpa)

②3灰黄~灰色砂质粉土

⑦1t灰色粉质粘土夹粉土

⑨1灰色砂质粉土互粉质粘土互层

2)钢护筒与钢管桩承载力验算（冲刷按10m考虑）

钢护筒在持力层中的厚度：

Pj=0.5×[(3.1*×3.2)×(9×37.5+9.9×50＋10.1×81.25)]

=8305.3KN(钢护筒承受最大竖向力为2000KN)

②墩侧平台钢管桩承载力验算（冲刷按10m考虑）

钢管桩在各持力层中的厚度：

Pj=0.5×【（3.1*×1）×（9×37.5+5×50）】=922.375(钢管桩承受最大竖向力为500KN)

（1）平台的总体施工方法及顺序

平台的总体施工方法为采用打桩船插打钢护筒，现场人工焊接平联及斜撑，浮吊拼装上部结构。总体施工顺序按先主墩平台、再边墩平台的顺序流水作业，与栈桥同时施工。

平台施工流程见图*所示。

选择振华港机厂负责钢护筒加工制作、*输，该厂具有丰富的钢结构制作经验，并拥有大型浮吊、出海码头及大型*输船，可以满足钢护筒的制作、*输要求。

钢护筒、钢管桩加工制作及验收均严格按技术规范相关标准进行，其主要检查内容有焊缝、吊耳、直径、桩长等，相应的技术指标除满足规范要求外、外形尺寸还须满足表9规定要求。

钢护筒外形尺寸允许偏差表表9

±0.5%周长，且不大于10mm

±0.5%d，且不大于5mm

±0.5%d，且不大于*mm

按所用钢材的相应标准规定

加工好的钢护筒采用驳船*输至工点，为防止*输过程中钢护筒变形，钢护筒叠放不超过2层。

钢护筒采用路建桩8号打桩船从上游至下游的方向逐排插打，打桩船参数如图3所示，打桩船插打钢护筒如图*所示。

图3打桩船及打桩船技术参数

①打桩船、*输驳船锚泊

“路桥建设桩8号”打桩船抛锚定位采用8部10吨加重型海军锚，每个锚上设立浮漂，抛锚艇配合作业。*桩驳船利用定位船抛锚定位。打桩船、驳船均顺水锚泊。

通过紧松锚缆将打桩船移至*输驳船侧，成两船中心线互相垂直状态，龙门梃前倾至吊钩对准所要吊的钢管桩直径中心。下放吊钩，主吊钩吊前吊点，副吊钩吊其余吊点。

主吊钩上升，副吊钩下降，随着下降程度，副吊钩逐个解去，使钢护筒成竖直状态。龙门梃后倾，使钢护筒与龙门梃滑道成平行状态（即同时成竖直状态）。机械手合龙抱住钢护筒并锁定。替打桩帽沿龙门梃轨道滑移，套住桩顶。

解除上吊点，桩锤沿龙门梃下滑，压锤稳桩，打开离合器，启*起落架，锤击沉桩。沉桩的开始阶段要重锤轻打，以防溜桩，待贯入度正常后再逐步加大冲击能量。在沉桩过程中，如果出现贯入度异常、桩身突然下降、过大倾斜、移位等现象，应该立即停止沉桩，由技术部门分析原因并提出具体解决方案。

钢护筒锤击至符合停锤标准时，停止锤击，打桩船移船重复上述步骤的施工。

⑦钢护筒和钢管桩插打注意事项

●钢护筒和钢管桩施打时注意控制桩顶标高，应控制在正误差10cm以内。

●沉桩停锤标准：打桩的质量主要是以贯入度和桩底设计标高两个指标控制，钢护筒底部位于砂质粘土层上。

沉桩至设计标高时，最后10击每击平均贯入度≤2.5mm可以停锤；

沉桩达不到设计标高时，最后10击每击平均贯入度≤1.5mm可以停锤。

●钢护筒和钢管桩施工的平面位置、倾斜度必须满足下列要求：平面偏位≤10cm，倾斜度≤0.5%；钢管桩偏位≤20cm，倾斜度≤1%。

●钢护筒的插打尽量选择在流速较小时施工。

●根据地质、水流、水深等特点，适当考虑钢护筒的预偏量，稳桩时测量人员应随时注意桩位的变化情况，并随时注意打桩船锚位的变化，若发现走锚，立即停止沉桩，并立即组织大马力值班拖轮紧急拖带。

●沉桩过程中，要密切注意贯入度变化，沉桩过程中如出现异常情况，应及时与技术部门协商解决。

●打桩船就位时，掌握水深情况，防止钢护筒底部尖触及海床面，使护筒受损。

●锤击沉桩时，桩锤、替打、送桩器和桩宜保持在同一轴线上，替打应保持平整，避免产生偏心锤击；当船行波影响沉桩稳定时，宜暂停锤击。

●下沉护筒时有可能遇到障碍物，可派潜水员水下协助清障。

①钢护筒沉设完成后，采用浮吊及时将钢护筒、钢管桩的横向钢管平联焊接，同步进行斜撑施工。

②联结钢管因护筒偏位会造成支撑长短不一，为加快联结钢管的安装时间、减少其施工难度，特设计了可调节套管接头形式，钢套管直径比连接钢管大2cm，长50cm，布置在连接钢管一侧。套筒接头形式见图5。

③钢管联接施工过程中，同步进行牛腿的焊接。并根据钢护筒的偏位情况适当调整牛腿尺寸，以满足上部结构安装要求。

平台上部结构主要施工内容包括：安装型钢承重梁和分配梁、铺设1cm面板、设置平台栏杆。上部结构施工技术要点如下。

①首先采用浮吊（栈桥搭通后可采用履带吊）安装钻孔平台，然后再安装墩侧的施工平台。

②承重梁、分配梁采取在陆地接长后，浮吊安装就位。

③H*0承重梁与牛腿之间、H*0承重梁与分配梁之间、分配梁与平台面板之间均采用焊接固定。

④未开钻的护筒顶口加设分配梁，并在上面铺设钢板封口，以便于履带吊车作业。

⑤平台四周栏杆采用φ*5的无缝钢管制作，栏杆水平向设置两道，每3m设置一道竖向支撑，支撑焊接在横向型钢梁上，栏杆高度为1.2m。

平台上部结构安装好后，安装安全防护装置、避雷装置及通航警示装置等设施。

2．2搭设浅滩区施工平台

50米连续梁桥钻孔灌注桩直径有φ1*0～200cm、φ1*0cm两种形式。布置在崇明岛侧浅滩区（PM122墩布置在大堤内侧）。

1、浅滩区施工平台的结构形式

右幅平台兼作左幅承台、墩身的施工通道。

平台结构形式见下图*。

浅谈区钻孔灌注桩施工平台采用钢管桩承重的方式，与施工栈桥连通，顶面标高与栈桥相同。钢管桩直径φ80cm，壁厚8mm；钢护筒直径按钻孔桩直径分φ220cm、φ180cm两种，壁厚统一为12mm。上部结构采用型钢和桁架相结合方式，钢管桩顶承重梁采用2根H*0型钢，面层承重梁采用H*5型钢和桁架两种形式，H*5承重梁布置在钢护筒附近，通过牛腿支撑在钢护筒上以减少其跨径，桁架承重梁布置在平台中部和与栈桥连接部位。面层分配梁采用I1*型钢，面板采用10mm厚钢板。

平台钢管桩、钢护筒均采用采用50t履带吊配振桩锤振设，上部结构型钢由履带吊安装。平台施工方法与浅滩区栈桥施工方法相同。

钢护筒和钢管桩施打时要注意桩顶标高的控制，桩顶标高应控制在正误差10㎝以内。当钢管桩进尺极为缓慢或施沉困难时，则不能强行施沉，以免钢管偏位或变形，要分析其原因，若桩尖遇到异物时，则须采取调整桩位、跨径等措施，以满足施工要求。

（1）钢管桩施打时，若桩顶有损坏或局部压屈，则对该部分予以割除并接长至设计标高。

（2）钢管桩施工的平面位置、倾斜度必须满足下列要求：平面偏位≦20㎝，倾斜度≦1％；钢护筒施工的平面位置、倾斜度必须满足下列要求：平面偏位≦10㎝，倾斜度≦0.5％。

（3）采用履带吊吊打钢管桩时，利用导向架定位，钢护筒和钢管桩接缝焊缝应饱满、无夹渣、气泡、焊缝周围焊接四跨加劲板补强。

平台搭设采用水上船舶作业，平台形成后通过栈桥与生产场地连通，材料、设备、人员均可由栈桥运输至各墩位。

为优质高效地完成长江大桥的钻孔平台施工任务，我部拟成立平台施工指挥中心，设一名现场施工总负责人，下设安全生产、技术、质检、物机等部门相互协作。

根据作业面划分和施工需要，拟设置2个作业队，分别为基础施工作业队和上部结构铺装作业队。

主墩及边墩桩基施工进度计划横道图

为确保钻孔平台施工能按照计划完成，施工高峰期共投入155人，劳动力使用计划安排详见下表10。

劳动力使用计划表表10

T／CSA／TR 008-2019标准下载上部结构铺装作业队（人）

3.3.2机械设备使用计划

为确保钻孔平台施工能按照阶段性目标完成，我部已制定了详细的机械设备使用计划，详见下表11。

主要船机设备使用计划表表11

通用桥式起重机 安装施工方案3.3.3主要材料供应安排

根据总体施工进度计划以及主墩施工阶段性工期目标，我部将对主要材料进场进行合理安排，以满足施工需要。钢护筒及钢管桩采取委外加工，型钢和钢板采用购买或从东海大桥工地调配。

3.3.4工料机进场方法