水中钻孔平台施工方案.docx
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水中钻孔平台施工方案
万能联络线沙溪特大桥钻孔平台施工专项方案
1、工程概况
1.1工程概况
沙溪特大桥位于向莆铁路万能联络线上，起讫里程为LDK001+116.840～LDK001+711.080，该桥全长594.24m，桥梁结构形式为1-24m+6-32m＋（48+2×80+48）m＋1-32m+2-24m+1-32m，全桥为桩基础，该桥跨越沙县境内的沙溪河，河面宽度为362m，水深4.2～9.8m，6#～12#墩为水中墩。
根据业主和设计单位的要求，需先进行栈桥施工，然后再由设计单位对该桥进行地质钻探。
现栈桥施工已经结束，后续进行钻孔平台的施工。
1.2水文地质情况
根据沙县水文站提供的水文材料，沙溪河十年一遇洪水位为107.92m，沙县站各年最高洪水位及出现的时间如下：
时间
最高水位m
相应最大流速m/s
2006-6-1
108.66
3.27
2007-6-14
105.76
2.12
2008-6-19
104.86
1.76
由于沙溪河的水位高低主要取决于下游电站，施工时可以根据现场情况，积极主动与下游电站联系，尽量把水位控制在钻孔平台以下。
1.3总体部署
1.3.1劳力组织及用工计划
针对本工程的特点，按照职能明确、精干高效、运转灵活、指挥有力的原则组建项目部的架子二队，架子队设队长1人、副队长1人、技术主管1人，技术人员3人、安全员1人、物资1人，架子队作业人员34人。
1.3.2机械设备配备
机械设备配备详见下表
序号
机械名称
规格型号
单位
数量
性能
1
汽车吊
25t
台
2
良好
2
震动打桩机
DZ-90
台
1
良好
3
运输车
台
1
良好
4
电焊机
BX1-400
台
6
良好
5
船
300t
艘
1
良好
1.4工期安排
本栈桥水中墩钻孔平台计划于2009年2月10日开工，2009年4月21日完工，计划工期为70天。
2、施工方案
2.1、总体施工方案
根据2008年10月25日对沙溪河床的测量结果显示，桥址位置水深为4.2～9.8m，根据调查资料，桥址处的沙卵石层为5～10m，下部为泥质砂岩。
墩位处置采用φ426×8mm钢管桩、2I36b工字钢横梁及I28a工字钢分配梁搭设平台作为桩基的钻孔平台和双壁钢围堰施工平台。
平台顺桥向跨度最大为5.10m，垂直桥向跨度最大为5.10m,具体布置见《水中墩施工栈桥与平台布置图》。
2.2设计最大施工荷载
根据钻孔平台的使用特点和设计意图，结合平台施工需要，确定设计最大荷载为60吨。
按平台上同时设置3台冲击钻（15t×3），施工荷载和其它荷载（按15t计）。
选择最不利工况，将荷载换算成60t重车，横向轮距为2m，轮胎接触面积为600×200mm。
2.3、设计思路
本栈桥施工平台设计思路是先根据荷载计算出平台各部位材料型号，再通过对各种材料所受到的施工荷载和恒载进行验算，如发现不满足，则重新布设并验算，直至满足设计要求。
2.4平台基本布置
主墩平台总体尺寸为：
8#、9#、10#墩23.6×20m，考虑下一步钢围堰的施工，平台工作桩距承台边2.4m，采用φ426×8mm钢管桩作为平台管基，共需要φ426×8mm钢管桩42根。
辅墩平台尺寸为：
6#墩19×18.9m、7#墩20.4×20.05m、11#墩20.4×20.5m、12#墩17.75×17m，采用φ426×8mm钢管桩，各需要φ426×8mm钢管桩36根（12#墩30根）。
横梁采用2根I36b工字钢双拼，与钢管桩焊接在一起。
分配纵梁采用I28a工字钢，间距为0.3米.平台面板采用δ＝10mm的钢板，其上布置φ8防滑条。
平台管基的纵向和横向均采用20#槽钢作剪刀撑，以增强其稳定性。
为使下一步钻孔桩施工过程中钢护筒定位的准确性得以保证，在平台底层架设钢护筒定位导向架。
施工前，先拟定两根桩试桩通过静载试验，以验证与设计的偏差值，从而确定单桩震动下沉的最终贯入度，藉以控制各桩打入深度。
钢管桩采用螺旋钢管在工厂定制，运送至现场组拼焊接，平台用的分配梁和连接系，在现场加工制作安装。
2.5.钻孔平台管基桩长
由于没有设计资料，根据2008年10月25日对沙溪河床的测量结果显示，桥址位置水深为4.2～9.8m，根据调查资料，桥址处的沙卵石层为5～10m，下部为泥质砂岩，计算桩长时砂卵石层的厚度统一按照5m考虑。
故钢管桩桩长统一按照15m计，计算自由端按13m计。
钢管桩设计桩顶标高为106.71m和108.21m。
3、钻孔平台材料数量
主墩单个钻孔平台材料数量：
辅墩钻孔平台材料数量：
6#墩：
7#墩：
11#墩：
12#墩：
钻孔平台使用材料汇总分别为：
Ф426*8mm钢管为340.2吨，钢管桩横梁114.6吨，桥面板为228.7吨，钢管桩纵、横向剪刀撑为112.1吨，纵向分配梁424.2吨，护栏为7.17吨。
钢总量为：
1226.97吨。
4、钻孔平台的施工方法
4.1钻孔平台的施工
4.1.1钻孔平台钢管桩插打
栈桥施工完毕后，由运输台车运送制作完成的Ф426*8mm钢管桩至栈桥钻孔平台施工位置，吊机停置于浮船上，整体吊装钢管。
插打采用DZ90震动打桩机施打至河床面以下5m。
测量定位采用全站仪、水准仪测量控制。
通过导线控制网对每个钢管桩进行精确定位，放出钢管桩的中心点位置，根据中心点放出十字桩，然后安放导向架，确认位置及垂直度确认准确后开始打入，打入过程中全站仪全过程观测，随时纠偏校正，直至钢管桩打入深度达到设计标高。
每排钢管桩下沉到位后，应进行桩之间的连接，增加桩的稳定性，钢管桩与钢管桩之间采用[20槽钢连接体系，连接系分横向连接和纵向连接系，连接系杆件与钢管间采用加焊连接缀板的方式连接。
槽钢尺寸需根据现场尺寸下料。
焊缝质量满足要求。
4.1.2桩顶连接及分配梁安装
钢管桩横梁为双拼I36b工字钢，长6m或9m;钢管桩横担经测量放线后，直接嵌入钢管桩内,钢管桩上焊接牛腿以保证其顶标高能满足设计要求108.50m和107.00m。
为保证钢管桩及平台的整体稳定性，要求横梁在长度方向上必需焊接成整体。
双拼I36b工字钢横梁长度方向焊接方式采用正面对焊，并在焊接处双面焊接菱形缀板加劲，焊缝质量满足要求。
分配梁采用I28a工字钢每0.3米一根搭设在钢管桩横梁上，作为平台荷载纵向分配梁，分配梁沿长度方向正面焊接成整体，以保证平台上构整体稳定。
桥面板采用10mm厚钢板满铺，固定在平台纵向分配梁上。
平台栏杆高1.2m，采用Φ50焊接钢管焊接，立柱间距2m，焊在平台钢面板上。
4.2钻孔平台上其它结构设置施工技术措施
4.2.1打桩前对现有水文、地质作全面了解。
对钢管桩进行质量检查，不得有弯曲、严重局部变形和虚焊、漏焊等现象。
桩的堆放、运输、起吊都应按规定设置支点和吊点。
4.2.2钢管桩一般由1—2节组成，在施工的平台后方栈桥上接长成整根桩，接桩时应尽量保持各节桩的轴线在一条直线上，最大偏斜不宜大于3‰，且各节偏斜应反向错开。
4.2.3用履带吊机吊装DZ-90震动打桩机震打钢管桩时吊机不得受力，只能悬挂千斤绳起保险作用；为加快施工进度，钢管桩与DZ-90震动打桩机间用液压夹持器将两者相连，取消桩顶法兰盘结构。
DZ-90震动打桩机每次连续震动时间不宜超过3min。
震动时观察到打桩机、桩帽与基桩之间连接螺栓松动时立即停震，而且每当出现打桩机振幅异常或打桩导向架偏斜等情况时，都应停震进行检查分析处理。
4.2.4钢管桩入河床深度以设计标高及贯入度双控控制。
4.2.5钢管桩插打完毕后，及时设置桩间联接系及桩顶分配梁。
4.2.6平台横梁在岸边预制好后，由运输车（船）运至栈桥平台施工位置，再由吊机起吊悬臂拼装，并及时与桩顶分配梁连接，设脚手板、安全网、栏杆、安全标志等设施。
5、安全技术措施
⑴、平台四周最外侧的分配梁下桁梁及平台护栏处环向安装灯带，平台护栏采用红白油漆相间涂刷。
⑵、水上施工作业期间请航道管理部门协助管理作业水域的安全通航管理工作，防止过往船只与施工作业船只发生碰撞或撞到已施工好的钻孔平台（桥墩钢管桩）上等恶性事故的出现。
⑶、现场施工作业须做好以下安全防护工作：
①、“非施工人员不得上桥”的安全警示牌挂好，同时现场施工管理人员须加强此方面的宣传教育工作。
②、水上施工人员、管理人员按要作好以下安全防护工作：
必须穿救生衣、戴安全帽、穿防滑鞋，不容许穿拖鞋或类似拖鞋的凉鞋上工地，作业船上、平台护栏边按要求安放救生圈，并制定专项制度，安质部加强监督，对违章的施工人员、管理人员要进行经济处罚。
③、警示灯、灯带要按要求安装，安质部负责制定专项的使用、管理制度,项目部设专人进行管理，负责电源的开、关控制工作和日常的检查、维修、更换。
6、设计验算
6.1、荷载说明
⑴、人群及其他施工荷载P施=5t。
⑵、钻机重：
15t（计入冲击扰动荷载），按3台钻机同时施工则15×3=45t
⑶、设计动荷载系数依规范取1.2，因此检算荷载为60t。
6.2、结构计算
6.2.1、I28a工字钢纵向分配梁验算：
按均布荷载及集中荷载作用下的简支梁计算最大跨径为5.10米。
I28a工字钢截面参数：
截面面积
单位重量
截面惯性矩
截面抵抗矩
半截面面积矩
翼缘平均厚
。
选择最不利工况，将荷载换算成60t重车，横向轮距为2m，轮胎接触面积为600×200mm。
罐车后轴的触地宽度为600mm，长度为200mm。
纵向分配梁布置间距为30cm，由后轴的触地宽度可知三根横梁直接受力,则每根横梁受力为：
P活=30/（3×2）=5t
恒载:
桥面板和横梁自重q恒=0.3×78.5＋43.47=67.02kg/m。
由静力平衡方程对Rb取矩：
Ra×5.1=670.2×5.1×2.55+5.0×104×3.55+5.0×104×1.55
计算可知支座的总剪力取值：
Ra=Rb=51.7KN
活载产生的跨中弯矩：
恒载产生的跨中弯矩：
跨中的总弯矩取值：
M=M活+M恒=77+2.2=79.2knm
故：
正应力
＜
剪应力
能够满足要求
6.2.2、2I36b横梁工字钢验算
按均布荷载及集中荷载作用下的简支梁计算最大跨径为5.10米。
I36b工字钢截面参数：
截面面积
单位重量
截面惯性矩
截面抵抗矩
半截面面积矩
翼缘平均厚
恒载:
上构自重：
由静力平衡方程对Rb取矩：
Ra×5.1=1418.458×5.1×2.55+15000×3.55+15000×1.55
计算可知支座的总剪力取值：
Ra=Rb=18617.07kg
活载产生的跨中弯矩：
恒载产生的跨中弯矩：
跨中的总弯矩取值：
故：
正应力
剪应力
能够满足要求
6.2，3、钢管立柱检算
①、单根Ф426*8mm钢管桩受力计算
按每根桩桩长为15m，自由端长13m计算
单根钢管柱实际受载=支反力N=171.03KN
单根钢管桩容许承载力：
刚度计算：
Ф426*8mm钢管桩回转半径i=
长细比λ=L/i=13000/147.8=88≤
=130满足要求
桩的容许承载力计算：
P=φFR/K
查表纵向弯曲系数φ=0.583，单根桩截面的计算面积（φ外426，t=8mm）F=0.0105m2，钢的屈服应力R=210Mpa，安全系数K取2.0，则：
P=0.583×0.0105×210×103/2=642.76KN>支反力N=171.03KN
满足要求
②、钢管桩压杆稳定性计算
钢管的回转半径为：
i=
长细比λ=L/i=13000/147.8=88
查轴心受压稳定系数表，φ=0.583
钢管容许承载[N]=ΦA[σ]=0.583×3.14×（2132-2052）×10-6/4×2.1×105=642.76KN
钢管受到最大压力为：
=342.05kn≤[N]=642.76KN
满足要求
由欧拉临界应力：
E=2.1×105MPaI=
=2.92×10-4m4
=0.36×104=3600kn≥P=342.05kn
压杆维持直线平衡无弯曲屈曲。
满足要求
、钢管桩强度计算
横梁采用2I36b工字钢，其截面宽度B=2×138mm=276mm，两工字钢中间留1cm的间距，工字钢与钢管壁留1cm的间距，则钢管需要切割的宽度是306mm。
桩的受力面积为：
S=2×306×8=4896mm2
钢管桩的强度为：
满足要求
桩基竖向承载力验算：
=
U=0.426×3.14=1.338m
a=1.0
f=100kpa
l=3m
=
A=
m2
R=
故查表取9000kpa，将上述各数据代入下式可得;
=
=
kn＞342.05kn
故满足允许桩基承载力要求，结构安全。
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