深水群桩钻孔平台顶板兼做承台钢吊箱底板施工工法.docx
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深水群桩钻孔平台顶板兼做承台钢吊箱底板施工工法
深水群桩高桩承台钻孔平台顶板兼做吊箱底板施工工法
1.前言
深水群桩、高桩承台桥梁基础的施工主要包括钻孔灌注桩施工以及深水承台施工，目前深水桩基与承台施工的主要辅助手段分别是搭建深水钻孔平台与钢吊箱围堰。
对于钻孔平台顶板的传统形式是采用桁架或大型钢作为主梁，并支撑在与护筒相连的牛腿或平连型钢上。
在贝雷桁架上搭设型钢作为分配梁，并采用钢板作为平台面板布置钻机、净化器等设备施工钻孔桩。
桩基施工完成后，拆除钻孔设备及平台顶板，安装吊箱底板，转入钢吊箱施工。
对于作为钢吊箱重要组成部分的钢吊箱底板，主要功能是在水下为承台封底混凝土浇筑提供支撑，传统工艺一般在钻孔施工完成、拆除平台顶板后，水面上分块安装，同壁板等其它吊箱构造一起下放至水下设计标高后，水下对底板进行封堵，浇注水下封底砼。
由此可见，传统施工工艺在桩基施工完成后需要对钻孔平台顶板及钢管桩基础进行大规模的拆除，然后另外进行吊箱底板的拼装施工，造成较大的浪费，而且群桩基础规模越大，该体系转换过程中浪费的人力、物力也就越大，同时也延长了工期。
如能将两者合二为一、系统考虑，势必节省的临时钢材，同时简化工序，节省工期。
苏通大桥南主塔墩基础采用钻孔桩群桩基础。
桩基为131根D2.8~2.5m钻孔桩，基础平面规模113.75×48.1m。
总体上采取了搭设平台施工钻孔桩，而后安装钢吊箱作围水结构施工承台的工艺。
在钻孔平台与钢吊箱施工环节，中交第二公路工程局有限公司通过研究，创新性的采用了钻孔平台顶板兼做承台钢吊箱底板技术，在整个基础施工过程中将钢吊箱底板与钻孔平台顶板进行统筹考虑，兼顾不同阶段临时结构不同的功能，一体化施工，大大简化了传统工序，创造了显著的经济效益。
该技术作为深水群桩基础施工与冲刷防护成套技术研究的关键技术之一，于2007年5月通过陕西省科技厅组织的专家委员会鉴定，达到国内领先水平，并获得国家专利（专利授权号ZL20080402835）。
同时在后续的类似工程鄂东长江公路大桥施工中再次应用了该技术，进一步优化和成熟了各项工序措施。
实践证明该工法安全可靠、优质高效、经济合理，具有明显的社会经济效益和推广应用前景。
结合多项工程实践，通过详细的总结提炼，编制该工法，以期进一步推广和应用。
2.工法特点
2.1兼顾钻孔平台顶板和承台钢吊箱底板的功能，系统考虑，一体化施工，简化由桩基施工向承台施工的体系转换。
2.2平台顶板即吊箱底板采用装配格构梁式结构便于分块加工安装。
2.3平台顶板在陆上加工厂高精度分块加工、现场顺序装配，水上作业量小，施工快捷。
2.4为适应钢吊箱底板功能，平台顶板尺寸精度要求高于一般钻孔平台顶分配梁。
2.5钻孔平台顶板在钻孔完成后，修补处理并下放至贴近水面后即可在上面拼装吊箱壁板等其它构件，转换成为吊箱底板。
2.6简化工序，安全快捷，经济实用。
3.适用范围
本工法适用于深水群桩基础高桩承台钻孔平台和钢吊箱的施工。
4.工艺原理
4.1兼顾钻孔平台顶板和承台钢吊箱底板的功能，系统考虑，设计平台顶板；平台顶板设计为装配式格构梁结构，便于平面分块、后场加工、水上现场装配。
4.2钻孔平台顶板与护筒之间预留约25cm间隙，便于钻孔施工以及后期吊箱下放。
4.3水上安装钻孔平台顶板至钻孔施工期高水位3m以上，支撑于提前焊接于护筒顶部的上层牛腿上；分块装配式逐块测量、配切后焊接，避免误差累计；装配完成一定区域后即可在顶板上布置钻孔设备开钻。
4.4钻孔施工完成后，利用千斤顶提升平台顶板脱离上层支撑牛腿，割除牛腿下放顶板至吊箱拼装施工期高水位0.5~1m以上，支撑于临近水面提前焊接与护筒的下层牛腿上，转化成为吊箱底板。
4.5在底板上安装吊箱壁板等其它构件，吊箱壁板及其它体系安装完成后，即可下放吊箱至水下设计位置。
将钢吊箱底板通过吊杆悬挂于护筒或护筒顶的分配梁。
4.6采用分块式弧形封堵板对护筒和底板之间的25cm预留间隙进行封堵后，即可浇注水下封底砼。
5.施工工艺
5.1平台顶板与吊箱底板的系统设计
通过整个基础的施工中对钢吊箱底板与钻孔平台顶板进行统筹考虑，在设计钻孔平台顶板的同时，也考虑其作为钢吊箱底板的功能，使其兼顾了钻孔施工与封底支撑的双重作用满足功能要求，具体做法是
5.1.1综合两种结构的特点，宜采用格构梁式结构体系作为平台顶板吊箱底板。
图5.1-1格构梁装配式钻孔平台顶板兼吊箱底板典型构造图
5.1.2合理调整钻孔施工阶段主梁的支撑牛腿位置和封底施工阶段悬吊杆位置，使两阶段工况下主梁内力尽可能接近。
5.1.3根据钻孔、封底两个施工阶段主梁、分配梁的最大受力，统一选取截面。
5.2平台顶板的分块
顶板宜在平面上进行分块，便于加工、运输、安装。
5.2.1分块数量以吊重控制，但为保证结构受力，一般宜控制在以上。
5.2.2分块平面尺寸应兼顾运输条件限制，对于施工场地内转运，一般宽度左右，长度20m左右。
5.3顶板加工
顶板加工宜在岸上加工场内精加工，保证质量。
5.3.1平台顶板加工要求。
为适应后期钢吊箱制作时对底板尺寸的要求，必须采取必要的工艺手段使各板件尺寸及总体尺寸满足要求，分块及总体加工制作允许偏差：
平面尺寸：
≤；对角线：
≤；（吊箱底板吊杆）预留孔：
。
5.3.2加工场地
场地硬化后，用型钢铺设加工胎架，胎架平面尺寸不小于最大块件尺寸；胎架平整度每3m不超过3mm，各点高差不超过5mm。
胎架附近布置存料区、下料区。
5.3.3加工设备
场内主要加工设备包括10t门吊2台、30t门吊2台，用于构件吊运，块段翻身，整块装运等。
同时包括台钻、电焊机、切割机等成套钢结构加工设备。
5.3.4下料
车间内按技术要求下料，精确度控制在2mm以内。
5.3.5分块组装
在已操平的胎架上放出各杆件中心线、边沿线、联结点，细部、总体尺寸，校核无误后按主梁到次梁的顺序组装成块段。
各杆件组装时，面板向下，主梁放置于面板上，按设计要求平焊，并检查合格后使用台10t门吊翻转底板，使面板朝上，准备拼装。
5.3.6焊接
主次分配梁顶面保持同一高度，平面交叉位置，将次梁顶板切除后，顶齐主梁肋板位置焊接。
施焊前必须彻底清理待焊区的铁锈、氧化铁皮、油污、水份等杂质。
焊后必须清理熔渣及飞溅物，焊接以尽量减少立焊、仰焊为原则。
焊缝高度超过6mm时，分层焊接，每层焊缝4~5mm，每层焊渣必须严格清除。
5.3.7预拼装：
相邻块段在存料区预拼接，保证接头位置的匹配。
5.4顶板安装
5.4.1顶板安装前应在护筒（或钢管桩）之间相应位置安装分配梁，作为顶板支撑。
5.4.2在支撑梁顶面安装平台顶板分块，宜从平台一端向另外一段逐块安装。
图5.4-1平台顶板支撑梁安装
图5.4-2平台顶板安装
5.4.3各块段安装过程中应注意拼装误差的累积，每安装一块测量一次，根据测量结果通知岸上加工场对下一块段进行配切。
5.4.4平台顶板安装完成后，即可在平台顶板上布置钻机等设备施工钻孔桩基。
图5.4-3钻孔设施安装
5.5平台顶板下放转换成为吊箱底板
钻孔桩施工完成并检测合格后，即拆除钻孔设备，清理出顶板，在其上拼装壁板、安装吊杆，实现向吊箱底板功能的转换，具体工艺如下：
5.5.1为满足钻孔功能，平台顶板通常高于施工期高水位3m，然而作为吊箱底板，为便于吊箱壁板等其它构件安装，宜尽可能贴近施工期水面。
为此平台顶板应在钻孔结束后，结合适时水位，下降一定高度至高出拼装工期内最高水位0.5m~1.0m即可。
5.5.2结合顶板结构的平面强度和刚度特点，合理设置下放吊点。
吊点以钢护筒作支撑，在护筒顶面布置千斤顶支撑主梁，主梁上方安放液压穿心千斤顶，千斤顶通过钢绞线与平台顶板的吊点连接。
5.5.3下放前贴近水面布置一层支撑，用于吊箱拼装阶段，底板的支撑。
5.5.4下放时，首先将平台顶板提起距离钢护筒上平联以上20cm高度，人工割除钻孔阶段的支撑梁，并清除护筒周边的杂物，确保顶板能够平稳坐落于贴近水面的支撑上。
5.5.5下放到位后，平台顶板也就转换成了吊箱底板，快速实现桩基到承台施工的体系转换，节省了逐层拆除平台顶分配梁，再次焊接并安装吊箱底板的工序。
5.5.6修补平台顶板板面孔洞，全面检查，以满足吊箱底板防渗漏的要求。
5.5.7再次核查吊箱底板平面尺寸，并测量放样，确定出吊箱壁板、吊杆等构件的具体位置。
图5.5-1顶板下放至贴近水面转换成吊箱底板
5.6在吊箱底板上安装吊箱壁板、悬吊系统等构件
5.6.1吊箱底板检查无误后，即按一定的顺序在底板上安装吊箱壁板、吊杆等构件。
安装过程中应注意对底板的保护，防止形成孔洞、造成后期封底阶段渗漏砼。
5.6.2底板与护筒之间预留25cm的间隙，防止吊箱沿护筒下放至设计标高时，底板触碰护筒造成局部破坏。
图5.6-1在吊箱底板上拼装吊箱壁板、吊杆等构件
5.7吊箱底板封堵及封底砼施工
吊箱底板作为封底水下砼的底托结构，必须保证密封并具有足够的刚度和强度。
5.7.1固定至设计位置后，由潜水员采用分块式水下封堵底板与护筒之间预留的25cm间隙。
防止在浇筑封底混凝土的过程中出现漏混凝土的现象。
5.7.2底板封堵板加工
封堵板设计过程中考虑到护筒的偏位，根据护筒的不同偏位进行分类设计。
为便于安装和适应护筒偏位，封堵板宜加工成分块环状结构，每个护筒周围的封堵板宜分为6块左右进行分块加工，在现场通过螺栓连接。
为了安装方便，每个封堵板上均安放有拖环。
封堵板应编号以便与护筒对应。
其结构见下图：
图5.7-1封堵板图片
5.7.3底板封堵板
在钢吊箱下放之前，将封堵板临时安放在底板上，并沿护筒环向临时连接成一个圆环，各分块板之间，及板与护筒之间需留有空隙。
当钢吊箱下放就位后，在底板上固定封堵板并堵漏。
封堵板由潜水员在水下固定。
首先将钢板安放于护筒周围，然后利用螺栓将各封堵板连接成一个整体。
当封堵板安装固定以后，各封堵板之间及封堵板与护筒之间有一定的空隙，这时用麻袋装干混凝土对该部分进行封堵。
5.7.4底板封堵完成，逐一检查无误后，即开始封底砼浇筑。
封底砼成功浇注完成，则钻孔平台顶板兼做钢吊箱底板的功能也全部实现。
6.材料与设备
6.1本工法中所用材料主要是加工平台顶板（吊箱底板）所需要的各种型号的钢板及型材，材料规格及性能较为常见，采购方便。
6.2主要设备
表6.1主要施工机具设备表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
用途
备注
1
10t门吊
10t
台
2
钢构件吊装
陆上加工专用
2
30t门吊
30t
台
2
分块顶板吊装翻身及出运
3
钢结构加工设备
套
1
型钢及板材弯曲、折断和下料
4
汽车吊
QY-16
台
1
钢构件吊装转运
5
动臂吊（浮吊、门吊）
35t以上
台
2
分块顶板水上安装
水上专用
6
平板车
块段运输
陆上专用
7
电焊机
Bx-400
台
20
钢构件焊接
8
甲板驳船
800t以上
艘
1
块段水上运输
水上专用
9
千斤顶
30t以上
台
40
顶板下放转换成底板
10
测量仪器
套
1
测量分块尺寸；
控制顶板拼装精度
7.质量控制
7.1质量控制标准
1、应遵照中华人民共和国行业标准现行的《公路工程质量检验评定标准》JTGF-80/1—2004（土建工程）的要求执行。
2、应按本工程的招标文件及业主确定的技术质量标准要求执行。
3、钢结构加工所用钢材必须符合现行《优质碳素结构钢技术条件》（GB699-88）的相关规定。
4、钢结构加工要满足《钢结构工程质量检验评定标准》（GB50205－2001）的规定。
7.2质量控制措施
1、到场的钢材材料进厂应有合格证书和出厂检验报告，并根据规范要求的数量和频率进行力学性能试验。
2、钢材的表面应洁净，使用前应将表面油渍、漆皮、鳞锈等清除干净。
3、构件号料前应检查钢料的牌号、规格、质量，如发现钢料不平直、有锈蚀、油漆等污物，应校正清理后再号料；号料外形尺寸允许偏差±1mm。
4、型钢切割前应将料面的浮锈、污物清除干净。
钢料应放平、垫稳，割缝下面应留有空隙。
切割宜采用精密切割如数控、自动、半自动切割。
5、坡口可采用机加工或精密切割，坡口尺寸及允许偏差应由焊接工艺确定。
6、组装焊接：
施焊人员必须具有劳动人事部门确认焊接资格和上岗证；组装时，要求用螺丝夹和卡具等加紧固定构件，然后点焊。
7、多层焊接宜连续施焊，应注意控制层间温度，每一层焊缝焊接完后应及时清理检查，清除药皮、熔渣、溢流和其它缺陷后，再焊下一层。
焊接前必须按设计图及工艺文件检查坡口尺寸、根部间隙等，如不符合要求应处理改正。
8、焊接材料应有生产厂家质量证明书。
焊条采用E4315，E4316，E5015，E5016，E4303和E5018（仅用于平焊），焊条施焊。
焊接完成引弧板应用气割切除，并磨平切口。
焊接外观不得有裂纹、未熔合、夹渣、焊瘤、焊坑未填满等缺陷。
8.安全措施
8.1遵照中华人民共和国行业标准现行的《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076—95）及《公路项目安全性评价指南》（JTG/TB05-2004）的要求执行。
8.2工法中采用的大型设备应按照2003年国务院颁布的《特种设备安全监察条例》操作实施。
8.3遵照国家颁发的有关安全技术规程和安全操作规程办理。
8.4严格按施工工艺、施工操作规程、施工组织设计有关安全条款进行施工。
8.5建立健全各工地、各施工环境下的施工安全规章制度，做好上岗前职工安全施工培训工作；特殊工种必须持安全考核证上岗，严禁无证操作、违章作业。
8.6块段平面尺寸较大，场内运输时，布置人员前方指挥交通，注意安全。
8.7钢构件通过驳船运输时，要采用安全可行的方式进行固定，确保运输安全。
8.8吊装钢构件的钢丝绳，根据其吊装重量要有6倍以上的安全系数，并在使用前细致检查整根钢丝绳和接头卸扣安全情况，保证吊装安全。
8.9起吊顶板构件时，在吊装范围内严禁站人，并配备专人指挥。
8.10安装钢构件前，由结构设备安全检查小组对起重设备、关键结构的可靠性、安全性进行严格检查，尤其：
吊具、吊耳、缆绳等。
8.11吊装选择风力低于6级；对于水上宜选择潮汐处于相对稳定的时间段、能见度不得小于500m；对于陆上能见度不得小于400m。
8.12在钻孔平台顶板上进行钻孔作业时，应对平台上直径大于20cm的预留孔进行临时遮盖，防止坠落。
8.13底板封堵为水下作业，应按水下作业操作规程严格管理；同时下水前，由结构设计人员应向潜水员对底板结构进行详细交底。
9.环保措施
9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、废水等的控制与治理。
9.2各种施工水上设备的废弃物按相关规范及要求集中进行处理，严禁直接排放入江中。
9.3钢构件边角料、除锈物要统一存放，不能乱扔乱搁，以防污染环境。
9.4钢结构加工场焊渣等垃圾品即时清理、处理，保持加工场内卫生。
9.5钢结构加工场地应封闭施工，同时切割、裁剪车间宜远离员工宿舍。
10.节能措施
10.1平台顶板直接作为吊箱底板，减少了钻孔桩完成后，拆除平台，再次安装吊箱底板的工序，大大降低了能耗。
10.2合理配备和使用设备，尽可能做到各环节设备配置相互匹配，降低设备能源消耗。
10.3加强相邻节段的标识，避免现场混淆，节省现场操作时间。
10.4各相邻块段在陆上加工厂进行预拼，保证接头部位匹配，降低水上安装难度，缩短安装时各种吊装设备的使用时间和能耗。
10.5本工法设备用量较大，配置设备时尽可能选择能耗低、效率高的设备。
10.6尽可能设计成装配式构件，型钢构件尽可能统一型号、尺寸、规格，便于批量生产，提高工效。
10.7加强陆上块段加工、水上安装环节的协调，减少不必要的能耗。
10.8合理布置加工场，形成顺畅的流水作业线，避免反复倒运，节约能耗。
11.效益分析
采用钻孔平台顶板兼做承台钢吊箱底板施工工法，与传统的平台顶分配梁与吊箱底板单独考虑的工艺相比，简化了钻孔完成后拆除平台分配梁，再次安装吊箱底板等工序，节省了工程材料，降低了成本，缩短了工期。
技术经济效益具体分析如下：
11.1质量优良
钻孔平台顶板直接和钻孔设备接触，通过采用装配式构件，后场制作、前场安装，提高了平台质量和精度。
11.2工期缩短
通过简化平台拆除和底板安装的工序，较传统工艺节省工期15天以上；而且群桩规模越大，带来的工期效益越显著。
11.3安全可靠
水上安装装配式顶板形成钻孔平台，操作更方便；平台工厂化加工，结构安全度、可靠性更高。
11.4设备费用对比分析
工序的简化节约设备费用包括：
平台拆除35t浮吊2台半个月：
25万
平台拆除1000t运输船2艘半个月：
10万
平台拆除环节码头及加工厂配合设备包括10t门吊、16t汽车吊、电焊机、割炬、平板车等半个月费用：
20万。
同时钻孔平台顶板的装配化施工，降低了现场吊装、焊接工作量，从而降低了吊装设备、焊接设备的使用周期和数量。
综合考虑，节约设备费用70万以上。
11.5材料费用对比分析
本工法直接节省一个钻孔平台顶板的钢材，对于一般规模的群桩基础（桩数30根左右）节省钢结构300t左右，基础规模越大该项效益越明显。
11.6人工费用对比分析
缩短工期，节约工时，从而节约人工3200工日，节约人工费20万左右。
经过上述对比：
该工艺在质量、工期、安全环节，同时带来的直接经济效益达到300万以上。
12.工程实例
12.1苏通大桥南塔主5＃墩设计为深水群桩基础高桩承台，共有131根桩基，设计桩长114m，基础平面规模113.75m×48.1m。
总体上采取了搭设平台施工钻孔桩，而后安装钢吊箱作围水结构施工承台的工艺。
在钻孔平台与钢吊箱施工环节，创新性的采用了钻孔平台顶板兼做承台钢吊箱底板施工工法，与2004年12月21日顺利完成吊箱封底施工，节约钢结构942t，整个基础施工节约工期30d以上。
12.2鄂东大桥主5＃墩亦设计为深水群桩基础高桩承台，桩基共计33根桩基，基础平面规模43m×30.5m。
结合设计要求，采取了搭设平台施工钻孔桩，而后安装钢吊箱作围水结构施工承台的工艺。
在钻孔平台与钢吊箱施工环节，创新性的采用了钻孔平台顶板兼做承台钢吊箱底板施工工法，与2008年5月10日顺利完成吊箱封底施工，节约钢结构300t，节约工期15d。
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