基础锚碇平台施工技术

严中英

(中铁大桥局集团第二工程有限公司)

1 工程概况

1.1 概述

大桥新建复线桥位于福州市仓山区境内两山隘口之间，为324国道跨越乌龙江而复设。大桥全长598 m，采用六跨预应力连续刚构组合体系，桥跨布置为(31+49+3×144+86)m。主桥4#墩位于乌龙江主航道的右侧，离江堤约250 m。基础为6根φ2.5～φ2.8 m变截面钻孔灌注桩，承台横桥向宽 18 m，顺桥向宽 11.5 m，厚 5 m，承台顶标高+2.0 m，承台底标高 -3.0 m。

1.2 水文地质条件

墩位处所在河段为强潮陆相河段，潮型为正规半日潮型，每天两涨两落，最高潮水位约+6.0 m，最低潮水位约+1.0 m，日最大潮差约5 m。

墩位处流速较急，设计流速2.0 m/s。洪水期落潮流速最大为3.0 m/s并有回流和紊流。

墩位处河床面高程-35～-38 m，上部覆盖层为厚5.10～8.3 m的中砂，下伏微风化基岩。墩位处平均水深约42 m。

2 平台施工的整体方案

由于墩位处水深、流急、覆盖层浅、潮差大，该平台施工有如下难点。

(1)浮吊驳船等机械设备停靠困难，日有效作业时间短。(2)定位桩插打时，由于锚固深度浅自由长度大，无法保证单桩自稳。

(3)平台形成后，由于定位桩锚固深度过浅，抗拔能力不足，平台整体稳定性较差。

基于上述原因，施工时将4#墩平台定为“定位桩+贝雷梁+锚碇系统+锚桩”相结合的方案。施工时，先沿墩位上下游方向抛设混凝土锚作为浮吊等机械设备的定位设施，然后进行定位桩插打，将插打后的定位桩及时连成整体，同时施工平台四个角上锚桩，再铺设平台系，最后将锚碇系统过至平台，确保平台的整体稳定性。

3 施工平台设计

3.1 平台结构

施工平台结构主要由定位桩、分配梁、贝雷梁、桥面板、锚碇系统、锚桩等组成，平台施工布置图见图1。

图1 平台施工布置图

(1)水上锚碇系统

水上锚碇系统主要由4个30 t混凝土锚和配套锚绳、锚链及绞锚设备等组成，其主要作用之一是给浮吊及铁驳等船只提供定位;二是在平台形成后，辅助平台平衡水流冲击力，提高平台的整体稳定性。

(2)定位桩及桩间连接系

定位桩由22根Φ1.2 m、δ=12 mm钢管桩组成，钢管桩顶端与桩顶分配梁固结，下端为十字桩尖结构，以便于尽可能插入到岩面，并通过锚杆与河床岩层固结。每侧的桩间连接系采用Φ820 mm螺旋管，设置双层及层间斜杆，钢管之间用2［20型钢焊接为桁架结构，同时定位桩与钢护筒间亦采用Φ630 mm钢管连接，尽可能的将平台连成整体。

(3)基础施工平台梁

平台梁为标准贝雷桁，平面尺寸21 m×19 m，共6组贝雷梁，每组用支撑架及连接系连成整体;贝雷梁底部在桩顶分配梁处设置限位装置。顶部摆放混凝土桥面板。平台顶标高+7 m。

3.2 平台施工步骤

(1)依次抛设4个锚碇，利用连接锚碇的漂浮钢桶临时系结锚绳。

(2)利用锚碇定位80 t浮吊，在浮吊上安装导向架，于平潮时从北到南、从外到内、从上到下依次插打定位桩。

(3)单根定位桩插打完毕后，用钢丝绳将定位桩捆绑在浮吊船上。捆绑时注意设置活扣，并由专人看守，随潮涨潮落调整捆绑高度，保持捆绑高度与浮吊船基本水平。

(4)插打第二根定位桩，插打完毕后立即用Φ426 mm钢管与第一根定位桩连接牢固，同时亦捆绑于浮吊船上。

(5)北侧上游角点4根定位桩插打完毕形成整体后，在其上搭设简易平台，利用锚杆钻机在4根Φ1.2m定位桩内，每桩钻4个孔径Φ110 mm、嵌入岩层2.5 m左右的锚孔，插入锚杆(钢轨)并压力注浆锚固，尽量平潮时在钢管桩内灌注2.5 m以上早强型水下混凝土，将钢管桩底端与岩层形成锚固。

(6)依次插打北侧剩余定位桩及施工北侧下游角点4根锚桩。及时安装桩帽，桩间连接系及桩顶分配梁。

(7)按同样的要求施工南侧定位桩及桩顶分配梁。

(8)安装贝雷梁及新制连接系，在桩顶分配梁上设置限位装置，在贝雷梁上安置绞锚装置。

(9)将插打定位桩时用于定位的锚绳过度到桩顶分配梁上，利用绞锚装置收紧锚绳，增强平台整体稳定性。

(10)根据实测河床情况结合定位桩插打情况，优先插打覆盖层较深处钢护筒，每根钢护筒插打到位后，立即用Φ630 mm钢管与定位桩连接牢固，然后插打其余钢护筒，所有钢护筒除与定位桩连接外，护筒间亦利用Φ630 mm钢管连接牢固。

(11)铺设桥面板，摆放3台钻机首先施工南侧上下游及北侧中间钻孔桩，成桩后再施工其余钻孔桩，钻孔桩均施工完毕并达到一定强度，拆除锚碇系统。

3.3 平台设计计算

(1)设计条件

根据设计图纸水文资料，施工高潮位为+6.0 m，低潮位为+1.0 m，设计流速为+2.0 m/s，一天两潮，施工时考虑3台钻机同时作业。

(2)荷载及主要技术参数

荷载包括平台结构及施工设备自重，平台受到的水流冲击力、波浪力、风荷载及靠船力等其他荷载。

平台结构钢管桩及护筒所受到的水流冲击力计算按照《港口工程技术规范》，作用点位于距水面1/3水深处，后排钢管桩及钢护筒所受的水流冲击力，根据净距与直径的比值按规范取值计算;工程船舶所受的水流作用力，平台结构及船舶所受到的风荷载及波浪力按照桥涵设计基本规范取值计算。

锚碇系统混凝土锚选择设计锚绳拉力的1.0倍，锚链规格、长度按规范计算选取。

(3)主要工况及计算模式

工况一：定位桩平台形成后，每插放一根钢护筒，假定前期插放的钢护筒底部与河床面铰接，顶部与平台定位桩连接，新插护筒还未着河床，顶部与贝雷梁通过支撑结构挂于平台上，计算护筒水流力、风力、波浪力等水平荷载及自重荷载作用整体平台空间结构的强度、刚度、稳定性。

工况二：定位桩支撑平台形成后，6根钢护筒全部插打完毕，假定6根钢护筒底部与河床面铰接，顶部与平台定位桩铰接，三台钻机施工，计算平台和护筒水流力、风力、波浪力等水平荷载及自重荷载、钻机施工荷载作用整体平台空间结构的强度、刚度、稳定性。

(4)计算

钻孔平台主要计算过程为：为保证相互复核，分别利用midas及sap2000程序作出平台结构的空间模型，在不同的工况下分别添加边界条件、构件特性、荷载、每种工况下分别按顺水流方向及垂直水流方向两种情况分析平台结构受力及稳定性，垂直水流方向的水流力效应取顺水流方向水流力效应的1/2，各种情况计算完毕，把每个钢构件进行工况组合，分别取得每个根杆件单元的3个局部坐标方向最大内力，进而得到组合后控制应力。通过以上计算得出平台的各工况下所有构件满足规范要求。

4 结语

该项目4#墩钻孔桩已施工完毕，施工平台经受了台风、洪水的考验。采用定位桩+贝雷梁+锚碇系统+锚桩组成的水上施工平台方案，具有一定创新，节省了临时结构设施投入，缩短了工期，克服了潮汛的影响，施工快速简洁，对于类似基础施工有一定参考价值。