浮式钻孔平台设计及施工工艺

浮式钻孔平台设计及施工工艺1前言在桥梁水中钻孔桩基础施工中，必须设置钻孔平台。

钻孔施工平台的种类主要有钢管桩支撑平台、钢护筒支撑平台、钢围堰支撑平台和浮式平台四大种类；施工中结合水中桥墩处的地质、水文条件等选择适宜的钻孔平台，对桥梁施工的安全、工期、经济河社会效益具有重要的意义。

浮式钻孔平台适合在一些特殊的工程地质或水文条件下采用。

2 浮式钻孔平台的适用范围及特点2.1 浮式钻孔平台的适用范围（1）桥墩处河床无覆盖层或较薄、基岩较坚硬，钢管桩无法打入的工程地质条件。

（2）水流流速<2m/s、水深超过30m的水文条件，钢管桩支撑平台用钢量很大的情况。

2.2 浮式钻孔平台的特点浮式钻孔平台具有施工方便、快捷，钢材用量较少的特点。

3 浮式钻孔平台构造浮式钻孔平台分为浮箱式和船组式两种构造。

3.1 浮箱式钻孔平台构造浮箱式钻孔平台由浮箱、定位锚碇系统、连接系统和承重分配梁、面板等组成，其结构如图1所示。

连接系和承重分配梁一般合二为一，采用贝蕾梁、万能杆件或型钢组成；面板采用5cm厚的木板。

图1 浮箱式钻孔平台结构示意图3.2 船组式钻孔平台构造船组式钻孔平台由铁驳船、定位锚碇系统、联结系和承重分配梁、面板等组成，其结构如图2所示。

联结系和承重分配梁一般合二为一，采用贝蕾梁、万能杆件或型钢组成；面板采用5cm厚的木板。

图2 船组式钻孔平台结构示意图3.3 浮式钻孔平台的定位锚碇系统浮式钻孔平台的定位锚碇系统由绞车、马口、将军柱、缆绳、锚碇及定位钢管桩等组成。

锚碇按其构造分有铁锚（海军锚、霍尔锚）和钢筋混凝土锚两种；锚碇按其作用分主锚、尾锚、侧锚三种。

4 浮式钻孔平台设计4.1 平台的承载力检算4.1.1 平台设计荷载计算G=G1+G2+G3+p s S p+ΣV（1）式中G——总设计荷载（kN）；G1——船（箱）体自重（kN）；G2——联结系和承重分配梁自重（kN）；G3——钻机自重，kN；p s——施工荷载（2.5kN/m2）；S p——平台顶总面积（m2）；ΣV—各锚碇缆绳拉力的垂直分力之和，kN；4.1.2 平台承载力检算K1= F / G >[K]=1.5 （2）式中K1——平台承载力安全系数；F——船（箱）体设计承载力（kN）；4.1.3 联结系、加固系检算连接系和加固系的检算和其它平台的方法相同，本文从略。

4.2 定位锚碇系统检算4.2.1 定位锚碇系统选择（1）对于河床为粘性土、砂卵石或软质岩时宜采用铁锚，同时辅以定位钢管桩。

定位钢管桩在平台外侧四个角和中部焊制定位耳环，用振动锤打入钢管桩而形成，如图1所示。

（2）对于河床为较坚硬裸岩、等，铁锚不容易锚固或铁锚数量不足时，一般采用钢筋混凝土锚，如图2所示。

（3）缆绳一般采用钢丝绳，在平台同一侧的缆绳长度应相等，以免产生锚碇受力不均匀而导致弱锚移动，强度集中，引起缆绳拉断等危险。

（4）平台应顺水流方向安放，主锚设在平台上游，一般设3~4个；如果水流方向是双向的（如临海水域），则应在平台两端都设置主锚。

4.2.2 锚碇系统验算（1）钢护筒下沉到位后的水流阻力R1R1=ω1γA g v2/2g （3）式中ω1——钢护筒阻力系数，取0.8；γ——水的容重（10kN/m3）；v——水的流速（m/s）；A g——钢护筒的挡水面积（m2）；g——重力加速度（9.81m/s2）；由于钢护筒定位稳定后，钢护筒与浮式平台脱开，所以，作用于承重船之阻力仅为下沉钢护筒时一个钢护筒上的水流阻力。

（2）船（箱）身水流阻力R2。

R2=γ（fS+ω2A d）v2/g （4）式中f——船（箱）摩阻系数，取0.17；S——船（箱）浸水面积（m2）；v——水的流速（m/s）；ω2——船（箱）端头阻力系数，取5；A d ——船（箱）入水部分垂直于水流方向的投影面积；（3）水面以上部分船（箱）体及其附属物的风阻力R3。

R3=ω3A f q （5）式中ω3——阻力系数，取1.0；A f——挡风面积（m2）；q——单位面积风压力（kPa）；（4）主锚碇计算。

1）主锚总水平拉力。

R=R1+R2+R`3（6）2）主锚重量W。

铁锚：W=R/10nK3（7）钢筋混凝土锚：W=R/10nK4（8）式中W——每个锚碇重量（t）；n——主锚碇个数；K3——铁锚效率系数，根据河床覆盖层地质情况取4~12；K4——钢筋混凝土锚效率, 根据河床覆盖层地质情况取0.3~0.5。

（5）缆绳计算。

1）缆绳选择。

[T]=p[K] （9）式中[K]——缆绳破断安全系数，取5；[T]——单个锚碇的钢丝绳破断拉力（kN）；P——单个锚碇的水平拉力（kN）。

根据计算的[T]，从有关钢丝绳性能的材料手册中查找选择适合规格的钢丝绳。

2）缆绳长度计算。

（10）式中p——缆绳总长度（m）；h——缆绳马口到河床面的高度（m）；q——钢丝绳在水中的重力（kN/m）。

4.2.3 尾锚、边锚布设因水流方向变化，尾锚、侧锚的拉力不易计算，一般按主锚拉力的30%配置。

为尽量减少对通航的影响，侧锚的一般采用短缆绳。

5浮式钻孔平台的施工工艺及操作要点5.1 施工工艺流程图及说明浮式钻孔平台施工工艺流程如图3所示。

5.2 浮式钻孔平台的测量放线对河中桥墩，在其上下游一定距离的河岸陆地上设置控制测量点，在平台的四个角设置标志杆。

船（箱）定位、平台浮运定位和抛锚系缆施工时，两台经纬仪采用前方交汇法观测标志杆，以指导调整平台准确就位。

对海上桥墩桥墩，在平台的四个角设置固定测量点，平台浮运定位和抛锚系缆施工时，采用GPS-RTK适时测量系统辅助平台定位。

5.3 浮式钻孔平台拼装5.3.1 浮箱式平台岸滩滑道上拼装及入水（1）如在桥位附近有平缓的岸滩，浮箱式平台可采用岸上拼装、滑道入水方法下水。

（2）选择水流较慢、平缓的岸滩平整硬化平台拼装场地，横河向安置轨道和滑道（平台顺河向拼装），一般在每个浮箱的长度范围安装2根轨道。

在滑道上测量出平台和钻孔桩相对位置的轮廓线，在浮箱靠河侧设置临时挡块；用吊车将浮箱对位吊放到滑道上并分组依次联接，然后在两组浮箱上安装联结系和承重分配梁、面板等构成平台。

（3）在滑道顶部安装卷扬机，用卷扬机上的钢丝绳拴住平台，收紧钢丝绳使平台脱离挡块，然后拆除挡块、在卷扬机牵引下缓慢滑入水中。

5.3.2浮箱式平台水上拼装在码头上将浮箱拼装成两组，分别吊放入水，一组靠码头固定，另一组用船拖离码头至相对设计位置，临时抛锚固定；然后依次将联接系、沉重分配梁、面板吊到浮箱上安装形成平台。

最后可将钻机等施工设备从码头上吊放到平台上。

5.3.3船组式平台拼装在驳船船舱内安装万能杆件支墩，将两船移开保持设计相对位置并抛锚固定，然后依次将联接系、承重分配梁、面板吊到浮箱上安装形成平台。

最后可将钻机等施工设备从码头上吊放到平台上。

5.4 浮式钻孔平台定位5.4.1浮式钻孔平台运输就位（1）根据水的流速和平台大小配置足够功率的一主两副共三艘拖轮。

主拖轮位于平台上游，用两根钢缆连接在平台前端的将军柱上拖拽平台前进；两艘副拖轮分别挂靠在平台后部侧面，控制平台行进的方向。

（2）浮运前要充分调查气象、水文资料，选择风力小于四级、流速正常、无雨的白天进行，向有关航道管理部门办好封锁航道手续，并在上、下游安排巡逻船只进行护航，以策安全。

（3）大致拖运到桥墩位置时，测量平台位置，将测量数据反馈到指挥中心，由指挥中心调度拖轮调整平台基本就位，然后临时抛锚固定。

5.4.2浮式钻孔平台的定位锚碇系统施工（1）平台浮运就位、临时抛锚固定后，运输锚碇和锚缆绳的船只和浮吊行使到抛锚位置，将带锚缆绳的锚碇沉放到河床，放缆到平台，将锚缆尾端固定在平台绞车上。

抛锚放缆的顺序是先上游、后下游、最后侧面。

各锚碇要严格按设计位置沉放，偏差不得大于30cm。

（2）全部锚碇及其缆绳施放完毕，开始收紧缆绳。

收揽时各缆要同步，根据在测量数据适当调整，使平台按设计位置固定，偏差不得大于5cm。

（3）如河床覆盖层是非硬质岩，则在平台四个角焊制定位耳环，从耳环中插入定位钢管桩并用振动锤将其打入河床，打入时保证其垂直度小于1%。

耳环采用比钢管桩直径大5cm、长50cm的钢管制作，使其既能固定平台的相对位置、又不防碍平台随着水位涨落而上下浮动。

5.5 钻孔钢护筒安装5.5.1 平台上钢护筒定位系统用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%。

5.5.2 钢护筒吊插（1）浮吊的主钩吊住钢护筒上口、副钩吊住下口同时提升使钢护筒悬空，然后主钩继续提升直至钢护筒垂直，最后松脱副钩。

（2）吊运钢护筒从定位架导向孔插入、缓慢下放，直至进入河床不沉为止。

整根钢护筒一般比较重、较长，不能一次吊起，需要边吊插边分段接长。

钢护筒接长时，先将以插入的节段吊挂在平台上，然后将接长段吊来对位焊接。

（3）取下桩头千斤绳，用浮吊主钩吊振动锤到桩头，用锤夹夹紧桩壁；启动振动锤沉桩，直至设计深度停止。

下沉过程中要同步松长吊机的起重绳，控制锤身与桩身保持垂直状态。

（4）钢护筒最好能打入基岩，如覆盖层较厚、钢护筒打入困难，可采用桩内射水、吸泥或抓碴等方法辅助下沉。

5.5.3 钢护筒与河床间的连接对于河床覆盖层较薄或没有、基岩为硬质岩的情况，钢护筒不能打入河床稳定，则要采取措施使钢护筒和河床连接，以保证钻孔施工时钢护筒稳固和不漏浆。

（1）用δ10mm钢板焊制一个高1.5m、比桩身直径大2m的钢筒作为定位圈。

（2）由于浮式平台桩位处预留孔比定位圈小，因此定位圈不能从平台预留孔处直接放下。

采用一个浮箱，将定位圈吊放到浮箱上并临时固定；拖拉浮箱至孔位处固定。

将钢护筒沿平台预留孔处放下，其下端伸入定位圈内 1.0m，用钢板将定位圈与钢护筒焊接成整体。

为避免水流冲刷水下封底混凝土，影响封底质量，在定位圈上口与钢护筒之间的空隙，用δ3mm薄钢板焊接封闭。

将在钢护筒连同定位圈下放到河床面。

（3）钢护筒下沉至河床面后，将上口临时固定在浮式平台上，潜水工从护筒内下水配合，用汲泥机清除定位圈内的杂物，确保孔底干净，然后用混凝土垫块和砂袋堵塞定位圈四周的空隙，下导管，进行封底混凝土的灌注，封底混凝土高度以混凝土进入钢护筒内 1.5m控制。

封底完成后，拆除吊点，解除钢护筒上口的临时固定，避免因水位变化引起浮式平台位移而使封底混凝土与岩面接合部开裂、漏水造成钻孔桩施工困难。

待全部钢护筒下沉定位完成后，将钢护筒用槽钢牢固焊接成一个稳定的整体，并割短钢护筒，使之脱离平台。

5.6 浮式钻孔平台上钻孔作业注意事项浮式平台上钻孔桩施工的钻机就位、钻孔、钢筋笼制作安装和灌注混凝土等施工方法与其它类型钻孔平台上的施工基本相同，本文不再详述，仅对在浮式平台上进行钻孔作业的注意事项介绍如下：（1）钻孔前在钢护筒内填粘土5～6m，然后才能进行钻孔作业。