2、 浮式作业平台施工工艺工法
浮式作业平台施工工艺
（QB/ZTYJGYGF-QL-0302-2011）
桥梁工程有限公司静国锋刘涛
1 前言
1.1 工艺工法概况
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。
1.2 工艺原理
浮式作业平台分为浮箱式和船组式两种，是利用水的浮力作为平台的支承反力来承受竖向施工荷载的一种刚性浮体作业平台。主要由多组浮箱或驳船组拼而成，浮箱或船组上通过贝雷梁或型钢刚性连接成一体，形成水中作业平台。平台大小由水上施工荷载及平台的稳定性验算确定。平台通过锚碇来固定，锚固系统承受水平荷载及因水平或竖向荷载引起的平台飘移和倾斜。钻孔作业时平台与钢护筒完全脱离，钢护筒之间通过水下连接体系相互连为刚性整体,解决钢护筒的自身稳定问题。
2 工艺特点
浮式钻孔平台具有施工方便、快捷、钢材用量较少的特点。
3 适用范围
3.1 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。
3.2 水流流速小于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。
4 主要技术标准
《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50）
《铁路桥涵施工规范》（TB 10203）
《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10415）
《城市桥梁工程施工与质量验收标准》（CJJ 2）
《钢结构设计规范》（GB 50017）
5 施工方法
在临时码头处按设计将浮箱、军用梁或贝雷梁等组拼成平台 ,将平台拖移到墩位处定位锚固,插打钻孔桩钢护筒 ,进行钻孔桩施工。通过浮式平台的组拼、定位和锚固，为水上作业提供一个浮式作业平台，进行水上钻孔桩施工。
6 工艺流程及操作要点
6.1 施工工艺流程
浮式平台分为浮箱式和船组式两种，其施工流程基本相同。
图1 施工工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1浮式平台的设计与计算
1 平台的承载力检算
1）平台设计荷载计算
G=G
1+G
2
+G
3
+psS
p
+ΣV
（1）
式中 G——总设计荷载（kN）；
G
1
——船（箱）体自重（kN）；
G
2
——联结系和承重分配梁自重（kN）；
G
3
——钻机自重，kN；
ps——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；
2 ）平台承载力检算
K
1
= F / G >[K]=1.5 （2）
式中 K
1
——平台承载力安全系数；
F——船（箱）体设计承载力（kN）；
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。
2 定位锚碇系统检算
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。
（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。
（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。
2）锚碇系统验算
（1）钢护筒下沉到位后的水流阻力R
1
R 1=ω
1
γAgv2/2g
（3）
式中ω
1
——钢护筒阻力系数，取0.8；
γ——水的容重（10kN/m3）；
v——水的流速（m/s）；
Ag——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R
2
。
R 2=γ（fS+ω
2
Ad）
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；
Ad ——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R
3
。
R 3=ω
3
Afq
（5）
式中ω
3
——阻力系数，取1.0；
Af——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=R
1+R
2
+R
3
（6）
2）主锚重量W
铁
锚：
W=R/10nK
3
（7）
钢筋混凝土
（8）
锚： W=R/10nK
4
式中 W——每个锚碇重量（t）；
n——主锚碇个数；
——铁锚效率系数，根据河床覆盖层地质情况取4～12；
K
3
——钢筋混凝土锚效率, 根据河床覆盖层地质情况取0.3～0.5。
K
4
（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）。
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。
6.2.2 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施工时，用全站仪观测标志杆，以指导调整平台准确就位。
6.2.3 定位锚固系统
浮式钻孔平台的定位锚固系统由绞车、马口、将军柱、缆绳、锚固及定位钢管桩等组成。锚固系统按其构造分为铁锚(海军锚、霍尔锚)和钢筋混凝土锚两种。锚固系统按其作用分为主锚、尾锚、侧锚三种。
对于河床为黏性土、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，用振动锤打人钢管桩而形成。
对于河床为较坚硬裸岩，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。
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。
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。
6.2.4 浮式钻孔平台拼装
1 浮箱式平台岸滩滑道上拼装及入水
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。
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，并分组依次连接，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。
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。
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；然后依次将连接系、承重分配粱、面板吊到浮箱上安装形成平台。最后将钻机等施工设备从码头上吊放到平台上。
3 船组式平台拼装
在驳船船舱内安装支墩，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、承重分配粱、面板吊到船上安装形成平台。最后将钻机等施工设备从码头上吊放到平台上。
6.2.5 浮式钻孔平台定位
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，确保安全。
3）大致拖运到桥墩位置时，测量平台位置，由指挥人员调度拖轮调整平台基本就位，然后临时抛锚固定。
2 浮式钻孔平台的定位锚碇系统施工
1）平台基本就位、临时抛锚固定后，运输锚碇和锚缆绳的船只和浮吊行驶到抛锚位置，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，从耳环中插人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。
6.2.6钻孔钢护筒安装
1 平台上钢护筒定位系统
用角钢制作内径比钢护筒外径大10 mm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%。
2 铜护筒安装
1）吊运钢护筒从定位架导向孔插人、缓慢下放。直至进入河床不下沉为止。整根钢护筒一般比较重、较长，不能一次吊起，需要分段吊装接长。钢护简接长时，先将已插入的节段吊挂在平台上，然后将接长段起吊至孔位处对位焊接。
2）护筒接长后，用浮吊主钩吊振动锤到桩头，用锤夹夹紧桩壁；启动振动锤下沉护筒。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。
3）钢护筒最好能打人基岩，如覆盖层较厚、钢护筒打入困难，可采用桩内射水、吸泥或抓渣等方法辅助下沉，直至下沉至设计深度停止。
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，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。桩位处在倾斜裸岩上时，在钢护筒下放前选择大直径钻头预偏至高位处对桩位冲击处理,找平河床,以便于钢护筒着床。岩面找平后利用钻孔平台构架安装钢护筒导向架,完成护筒下放着床、捶打使其嵌入河床、护筒外围注浆或者抛沙袋注浆封堵。
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他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黏土5～6m，然后才能进行钻孔作业。
2）浮式平台受水位变化影响时，平台会发生位移，因此，在钻孔过程中，要保持护筒与平台处于脱开状态，经常检查和调整钻杆的垂直度及对中情况，要求每班检查不少于两次，以保证成孔质量。调整方法：平台位移量大于30cm时，通过收放浮式平台的锚缆进行调整；平台位移量小于30 cm，通过移动钻机进行调整。
3）钻进封底混凝土时，采用低档慢速钻进，特别是混凝土与岩面接合部位，更应特别注意，由于软硬不一，如进尺过快，易出现斜孔。
4）旋转钻进或冲击钻进中，宜采用慢速或小冲程进尺，避免浮式平台振动过大。
6.2.7 浮式平台拆除
平台拆除的工序与搭建时刚好相反。将浮式平台拖回岸边，先拆除面板及附
属设施，然后拆除承载梁。
7 劳动力组织
人员配备见表1。
表1所需劳动力
8 主要机具设备
所需机具设备见表2。
表2 主要拼装设备配置表
9 质量控制
9.1 易出现的质量问题
浮式平台在施工过程中易出现的质量问题有浮箱锈蚀、漏水；浮箱及平台联结质量问题等。
9.2 保证措施
9.2.1 坚持设计文件图纸分级会审和技术交底制度。
9.2.2 工程施工中做到每个施工环节都处于受控状态，每个过程都有《质量记录》，施工全过程有可追溯性。
9.2.3 编写施工作业指导书，下发到相关部门及作业班组，并组织全部施工人员进行工序施工前培训，领会交底书、作业指导书内容及相关规范要求，做到工作有依据可查。
9.2.4技术人员必须在每道工序施工前交底，过程中检查，完成后根据规范验收，并填写检查记录。
9.2.5 技术交底书、作业指导书、施工组织设计文件必须进行复核、审核、批准手续才可签发。
10 安全措施
10.1主要安全风险分析
水上施工作业，施工的主要安全风险为洪水或台风等自然灾害。
10.2 保证措施
10.2.1 起重、船舶司机必须持证上岗。
10.2.2 各种船舶及浮式平台的移动、调度要由专职人员统一指挥。
10.2.3 平台四周必须焊制防护栏杆，配置足够的救生设备。
10.2.4 专人收集气象、水文预报资料，做好记录，遇到到异常情况，及时通知水上作业人员采取预防措施，情况严重时立即撤离。
10.2.5 在大洪水或台风来临前，将浮式平台撤离到港口并固定，派专人看守。
10.2.6 各类船舶严禁超载、偏载，平台上机具设备、施工材料摆放尽量均匀。
11 环保措施
11.1 建立健全环境保护管理机构，制定各项规章制度，并加强监督和检查。
11.2 加强教育宣传工作，提高全体职工的文明施工和环境保护意识。
11.3 减少施工中噪声和振动，避免扰民。
11.4 采取有效措施，防止机械用油、施工和生活垃圾污染河水。
12 应用实例
12.1 工程简介
忠县长江大桥为沪蓉国道主干线支线分水岭（鄂渝界）至忠县高速公路跨越长江的一座特大型桥梁。主桥为预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，孔跨布置为205+460+205m，石柱岸主引桥为112+200+112m的的连续刚构桥,引桥为3×35+3×40m的预应力混凝土连续T梁。忠县岸引桥由一联4×40m和3联5×30m简支变连续T梁组成；该桥为石忠高速控制性工程，也是中国西部第一斜拉桥。
12.2 施工情况
在11＃墩承台对应位置处，将一艘300T驳船抛锚定位，驳船纵向放置。在岸边用地锚将船靠泰安岸侧端用钢丝绳固定。船顶面上架设贝雷梁，贝雷梁挑出船舷1.5米。贝雷梁顶铺设[30型钢做分配梁，其上铺设δ=5cm木板做为面板，用“U”型螺栓相互联结形成整体，共同组成水上钻孔作业浮动平台。
12.3 工程结果评价
在特殊的工程地质、水文条件下采用浮式钻孔平台，施工快捷、简便，能节约大量平台结构钢材，极大地节约工程施工成本，是一种具有广泛推广应用价值的桥梁水中钻孔桩基础施工平台结构。
12.4 建设效果及施工图片
图2 浮式平台拼装
图3 浮式平台