深水裸岩库区浮式平台钢管桩施工技术

杨 强 （中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概况

中铁十六局集团第三工程有限公司丽水市水阁腊口公路工程石浦大桥跨瓯江，位于五里亭库区。桥址处河床覆盖层很浅，部分位置河床为裸露基岩，采用常规的起吊设备配合震动锤进行沉桩施工不能满足稳定性要求，需经过实地调查水文地质资料、设计要求以及安全质量标准、工期要求等情况，展开技术攻关，借助于不同的辅助措施和施工工艺来满足施工需要。

2 工艺原理

利用前铁道兵舟桥部队旧式标准制式浮箱，现场拼成浮式平台，采用民用动力船只驱动移位，浮式平台上安装固定冲击钻机，安装导向消力装置。根据河床有无浅覆盖层采用不同的方式进行钢护筒临时嵌固，冲击钻机在泥浆护壁下钻进施工，施工完成，清孔、灌注水下混凝土，在混凝土中震动沉放钢管桩，施工完成对钢管桩进行临时约束固定，待混凝土终凝后，拆除钢护筒，浮式平台移位。

3 浮式平台钢管桩施工技术

3.1 浮式平台构造

浮式平台由4个基本标准制式钢浮箱组成，单个浮箱的尺寸为900×270×165cm，左右侧各两个纵向相连，中间留270cm空间，两侧浮箱之间通过上下游两端两根横梁通过螺栓相连，组成浮式平台后，前端两个浮箱前也可以安装分水节段，以缓解水流冲击作用，浮式平台在四角安装缆机，缆机通过钢丝绳固定于锚碇，锚碇尺寸为147×147×147cm，C25混凝土制作重约8t，上部设置锚环。浮式平台上配JKL-8型冲击钻机（图1所示）。钻机和安装在孔位的可浮动导向消力钢套管装置配合进行打桩作业。

图1 浮式平台总体构造图（单位：cm）

受库区水位涨落、水流冲击影响，浮式平台钻机施工无法平稳进行，难以准确定位。为了解决该问题，施工时研发了可浮动导向消力钢管装置。该装置的优点：在钻孔施工过程中受钻机冲击动力和水流波浪起伏影响时，可浮动导向消力钢套管随浮式平台起伏，消除和化解了水力起伏作用，钢护筒下端则处于稳定状态，钢护筒整体又被约束在导向套管之内，桩基施工可以顺利进行。

可浮动导向消力装置（如图2、图3所示）通过钢横梁搁置于浮式平台两侧浮箱上，经测量定位后与浮式平台螺栓连接固定，钢套管直径大于钢护筒5cm。

图2 可浮动导向消力平面图（单位cm）

图3 可浮动导向消力侧面图（单位cm）

浮式平台采用锚碇抛锚固定，平面位置以使得缆绳和浮式平台水平面夹角为45°为最优，允许范围在30°和120°之间，锚碇吊筋宜用未经冷拉的热轧光圆钢筋制作，锚碇安放采用船只运载锚碇至指定位置，释放至水中即可。

3.2 钢护筒安装

钢护筒采用管径比冲击钻钻头直径大30cm，比钢管桩管径大50cm的钢管制作。钢护筒安放在可浮动导向消力钢套管内，钢护筒施工时采用“钓鱼法”进行安装。

3.2.1 测量定位

采用GPS-RTK技术进行测量定位，先在钢套管上牵出十字线，通过移动和调节可浮动导向消力钢套管进行钢管桩桩位的精确定位。

3.2.2 浅覆盖层

当钢管桩桩位处河床覆盖层有一定深度，能够临时固定钢护筒时，可采用履带吊配合震动锤震动钢管桩嵌入覆盖层内一定深度。嵌入深度至少要50cm以上，以保证足够的稳固和防止漏浆。

3.2.3 裸露基岩

当钢管桩位于裸露基岩位置，没有覆盖层可以对钢护筒形成临时嵌固时，先采用冲击钻头对河床进行冲击，形成50cm左右深度的冲击坑（在50cm深度范围冲击碴可以通过冲击排出，无需其他辅助措施），随后直接用履带吊起吊钢护筒安放，再在钢护筒外侧周圈抛填一定数量的碎石，填满管周坑凹。

3.3 钻孔桩施工

钻头对准孔位中心，然后将钻头吊起，徐徐放进护筒内，经校核整平钻机后，开始钻孔施工。先用低冲程冲砸，待钻进深度超过钻头全高后进行正常钻进，直至达到桩底设计标高。钻进过程中，应适量松绳，不得打空锤（即锤头自由落体），同时还应勤抽渣，使钻头经常冲击新鲜地层。钢丝绳与钻头间须设转向装置并连接牢固，钻孔过程中经常检查其状态及转动是否正常、灵活。现场施工配置1个备用钻头，检查发现钻头直径磨耗超过15mm时必须及时更换修补。更换新钻头前，先检孔到孔底，确认孔径正常时放入新钻头。

3.3.1 泥浆制作和泥浆排放

泥浆制作采用直接在护筒内投入粘性土，孔内造浆的方法，泥浆比重宜适当取大值，控制在1.4左右为宜。钻孔作业采用正循环，但在护筒上部安放一个潜水泵，防止泥浆外溢，及时抽取携碴泥浆至浮式平台尾部的钢板箱内进行沉淀。

3.3.2 漏浆处理

在冲击钻机钻孔过程中，受到水流冲击作用、钻机作业震动等因素影响，钢护筒嵌固端会产生一定的松动，造成泥浆渗漏，泥浆一旦渗漏便无法继续进行钻进作业；一旦漏浆需要有效的措施进行处理：

①重新震动钢护筒，使得钢护筒加深，或者使得周边石渣重新液化封闭；

②孔内抛填片石进行冲击，依靠石碴填缝堵漏；

③一次投入10袋袋装水泥和2袋袋装速凝剂，再冲击混合，待几个小时后重新钻进；

④加大泥浆比重，缓慢钻进。

3.4 安放钢管桩

灌注混凝土采用导管法进行，灌注前必须进行严格的清孔，清孔采用高压气泵吸砂机，灌注前孔底沉渣厚度不得超过50mm。混凝土灌注顶面标高不超过河床面，水下混凝土塌落度要求在180～220mm为宜，适当延长混凝土初凝时间，以满足钢管桩震动沉桩施工需要。

混凝土灌注完毕，立即起吊制作好的钢管桩，履带吊配合震动锤在钢护筒内沉放钢管桩，沉放时需注意控制钢管桩垂直度且要求钢管桩在孔内处于居中位置。钢管桩安装平面允许误差不得大于50mm，安装时采用GPS-RTK前视棱镜杆贴于钢管桩两个相互垂直的方向进行检查。钢管桩安装垂直度允许误差不得超过0.5%，安装时采用在钢管桩两个相互垂直的方向悬挂垂球尺量控制。

3.5 钢护筒拆除

钢管桩安装完成，用震动锤夹持钢护筒往上拔，使得钢护筒松动，防止后续混凝土凝固后，粘贴长度过大无法拔出，钢护筒松动后，在钢护筒上设置井架对钢管桩进行临时约束，防止混凝土终凝前，钢管桩出现歪斜。

钢管桩混凝土终凝后，履带吊起吊拆除导向消力装置和钢护筒，浮式平台整体进行移位。

4 结语

石浦大桥施工环境条件苛刻，采用浮式平台施工水中钢管桩桩基具有机动灵活、转移快速、施工速度快的特点。该方法对河道防洪影响小，节省资源，成本低，工艺成熟，是江河湖海中钢管桩桩基施工的一种有效的方式，解决了深水裸岩和浅覆盖层水域钢管桩稳定性技术难题。