高铁桥梁水中桩基钢管桩平台施工技术

张 峰

(中铁二十局集团第六工程有限公司，陕西 西安 710032)

高铁桥梁水中桩基钢管桩平台施工技术

张 峰

(中铁二十局集团第六工程有限公司，陕西 西安 710032)

结合沪昆客专贵州段大平寨特大桥18号水中墩桩基承台施工实例，阐述了钢管桩平台施工技术措施，对操作平台荷载进行了检算，并介绍了水上钻孔桩基施工及钢板桩围堰施工技术，以供参考。

水中墩，钻孔桩，钢板桩平台，技术措施

1 工程概况

沪昆客专贵州段CKGZTJ-9标段大平寨特大桥17号、18号、19号、20号桥墩上部结构为1联(40+56+40)m变截面预应力混凝土连续单箱单室梁；18号墩位于六枝河边上，桥墩采用φ2.0 m钻孔桩基础，桩长49 m～68.5 m不等，共9根桩，承台底部标高为42 m，位于河床面以下4 m，承台顶部标高46.99 m；桥墩高32 m，墩基础处河床面标高为46.0 m，设计施工水位为52.0 m，上层河床处为厚9 m的粉质黏土，其下为圆砾土及其他土层；根据现场情况采用搭设钢管桩操作平台施工。

2 钢管桩平台施工

18号墩施工平台外围尺寸为17 m×17 m的正方形；采用16根φ600 mm(δ=6 mm)钢管桩作支墩，根据局部冲刷线标高37.39 m，钢管桩桩底标高36.5 m，钢管桩下端插打至河床面6 m，钢管桩顶标高以高出施工水位(52.0 m)1 m；利用20 t浮吊将钢管桩运输就位后，在钢管桩顶部用3根揽风索固定控制钢管桩的倾斜；揽风索锚定在工作船或已沉入的钢管桩上，浮吊将60A振动打桩机吊至钢管桩顶上并与钢管桩进行刚性连接，振动打桩机将钢管桩逐渐振入土层中，当钢管桩振沉到工作台高度时应停振，接长钢管后再振沉，直到设计位置。

钢管桩施工完毕后，纵、横向在每两根相邻的钢管桩之间用[10槽钢焊接设置成剪刀撑，剪刀撑上撑距离桩顶1 m，上下撑距离2 m，在每根钢管桩中灌满中粗沙和水以加强钢管桩的刚度。

钢管桩平台立面图见图1。

钢管桩顶上安装桩帽及纵横梁，桩帽采用厚度δ=20 mm钢板及加劲肋(15 cm×10 cm×2 cm)焊接而成；纵梁采用12 m和6 m长的Ⅰ45工字钢焊接接长，每2片为1组，钢管桩与纵梁间采用φ20 mm高强螺栓固定；横梁采用6 m长Ⅰ32b工字钢，3片为1组，纵梁与横梁间采用16 mm钢筋抱箍抱死；最后在横梁上铺设枕木形成钻机工作平台。钢管桩平台平面图见图2。

3 操作平台检算

平台支墩为16根φ=600 mm(δ=6 mm)钢管桩，插入河床面以下6 m；考虑钻机摆放的最不利情况，即由4根钢管桩支承1台冲击钻机进行钻孔施工。

3.1 上部荷载P

每台冲击钻机G1=30 t/台×1台=30 t。

Ⅰ45工字钢纵梁G2=0.082 t/m×13 m×4=4.3 t。

Ⅰ32b工字钢横梁G3=0.70 t/根×4根×3=8.4 t。

[10槽钢剪刀撑G4=0.06 t/根×8根+0.08 t/根×16根=1.8 t。

操作平台及其他材料、设备G5=5 t。

特殊荷载G6=10 t。

P1=(G1+G2+G3+G4+G5+G6)×10=595 kN。

考虑钻机冲击荷载影响，上部荷载P=1.3P1=1.3×595=774 kN。

3.2 钢管桩承载力FR

FR=nfUL+nPifi。

n=4，f=20 kPa，U=πD=π×0.6=1.884 m，L=6 m，Pi=150 kPa，fi=π(R2-r2)= π(0.32-0.2942)=0.011 1 m2。

FR=4×20×1.884×6+4×150×0.011 1=910 kN。

∵FR>P，∴平台支墩承载力检算合格。

3.3 稳定性检算

考虑最不利情况，即洪水淹没操作平台(洪水位按十年一遇水位55.7 m考虑)，对操作平台进行倾覆稳定检算。

3.3.1 洪水冲击力(洪水流速按3 m/s计)

P水=K·A·(r/2g)·V2。

K=0.73，r=10 kN/m3，g=9.8 m/s，V=3 m/s。

A=0.6×8×4×2(考虑漂流物挡水)+1×20=58.4 m2。

P水=0.73×58.4×[10/(2×9.8)]×32=196 kN。

3.3.2 最大应力σmax

Mmax=(P水/n)×h=(196/16)×9=111 kN·m。

Wx=(π/32D)(D4-d4)D=60 cm，d=58.8 cm。

Wx=[π/(32×60)]×(604-58.84)=1 646 cm3。

σmax=Mmax/Wx=111/(1 646×10-6)=68 MPa。

∵σmax<[σ]=170 MPa，∴操作平台稳定检算合格。

3.3.3 3Ⅰ32b工字钢横梁检算

已知Ⅰ32b工字钢Ix=11 621 cm4，Wx=726 cm3，g=57.7 kg/m，b=132 mm，h=320 mm，最大跨度为7.1 m。

1)均布荷载q。

钻机荷载Q1=300×1.3=39 t；枕木及其他材料Q2=3 t；施工荷载Q3=2 t；特殊荷载Q4=10 t；P=(Q1+Q2+Q3+Q4)×g=54×10=540 kN。q1=(P/S)×L1=[540/(7.1×7.1)] ×(3.3+1.5/2)=43.4 kN/m。

q2=(P/S)×L2=[540/(7.1×7.1)] ×(2.3+1.5/2)=32.7 kN/m。

2)最大应力σmax(qmax=q1=43.4 kN/m)。

Mmax=qmaxL2/8=43.4×7.12/8=273.5 kN·m。

σmax=Mmax/Wx=273.5/(726×3)=126×103kPa=126 MPa。

3)最大挠度fmax。

fmax=5q2L4/384EI=5×43.4×103×6.54/(384×2.1×105×106×11 621×10-8×3)=0.014 m。

∵σmax<[σ]=170 MPa,fmax<[f]=L/400=0.018 m，

∴ 3Ⅰ32b工字钢横梁检算合格。

3.4 两片Ⅰ45工字钢纵梁检算

Ⅰ45工字钢受力示意图(见图3)。

已知Ⅰ45工字钢Ix=34 950 cm4，Wx=1 533 cm3，g=81.86 kg/m，b=152 mm，h=450 mm，最大跨度为7.1 m。

3.4.1 荷载P1及P2

Ⅰ32b工字钢Q1=(57.7 kg/m×12 m×3根)×10=21 kN。

P1=(q1×L+Q1)/2=(43.4×7.1+21)/2=165 kN。

P2= (q2×L+Q1)/2=(32.7×7.1+21)/2=127 kN。

3.4.2 最大应力σmax

C截面处弯矩最大：RA=[P1×(b+c)+P2×c]/L=[165×(1.5+2.3)+127×2.3]/7.1=129.5 kN。

Mmax=RA×a=129.5×3.3=428 kN·m。

σmax=Mmax/Wx=428/(1 533×2)=140 MPa。

3.4.3 最大挠度fmax

C截面处挠度最大：fmax=P1×a/6EIL[(2a+c)L2-4a2L+2a3-a2c-c3]=165×103×3.3/(6×2.1×105×106×34 950×10-8×2×7.1)×[(2×3.3+2.3)×7.12-4×3.32×7.1+2×3.33-3.32×2.3-2.33]=0.015 m。∵σmax<[σ]=170 MPa，fmax<[f]=L/400=0.018 m。∴ Ⅰ45工字钢纵梁检算合格。

4 水上钻孔桩基施工

采用3台冲击式钻机施工,先设置钢护筒,用厚δ=10 mm的钢板在现场用卷板机卷制而成，钢护筒总长17.5 m,底节长度为9 m，顶节长度为8.5 m,两节钢护筒接长采用法兰盘、螺栓连接；钢护筒利用已搭设好的操作平台及钻机吊装设备进行定位，定位架采用φ20 mm钢管和16 mm槽钢加工而成，内径2.35 m，高1.5 m，采用振动打桩机将钢护筒刃脚插打沉至河床面以下6 m；为防止冲孔时护筒移位，应将钢护筒的上部用钢丝绳锚固在平台钢管桩上，以利钢护筒的定位及稳固。

5 钢板桩围堰施工

水中桩基浇筑完成后，利用钢板桩围堰进行承台的施工。

6 施工效果

深水桥梁桩基施工中，利用钢管桩做支撑，工字钢当纵、横梁，上面满铺枕木搭成的水上操作平台，施工简单可行，安全有保证，给桩基施工提供安全可靠操作平台；深水中桩基承台施工时，采用钢板桩围堰，施工安全有保证；在18号墩桩基承台、墩身4个月施工工期中，无任何安全事故。

7 结语

深水桩基施工中，工作平台及围堰方式决定施工的成败，钢管桩构成的结构体系整体稳定性较好，并且材料易购、易安装、易拆除，安全有保证；钢平台在深水桥梁桩基施工中应推广。

[1] 刘少志.滨州黄河大桥水中墩施工技术方案[J].交通科技，2006(8)：62.

[2] 叶 新，蓝 斌.钢板桩围堰施工工艺和技术举措[J].中国市政工程，2008(5)：41.

Steel-board platform construction technology of water pile foundation of express-railway bridge

ZHANG Feng

(ChinaRailway20thBureauGroup6thEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710032,China)

Combining with the No.18 water pier pile foundation bearing construction example of Dapingzhai extra-large bridge at Guizhou section of Hu-Kun passenger special railway line, the paper describes the steel-board pile platform construction technology measures, checks and calculates the operation platform load, and finally introduces water bored pile foundation construction and steel-board pile cofferdam construction technologies, with a view to provide some guidance.

water pier, bored pile, steel-board platform, technical measures

1009-6825(2014)11-0196-02

2014-02-07

张 峰(1982- )，男，工程师

U445.4

A