施工工艺
一、
前言
三福高速公路尤溪互通2#桥,横跨尤溪县雍口水库，水深10－18m,左右幅分离,水中部分设计为24根2.2m钻孔桩基础.施工中采用钢管桩搭设水上作业平台，下钢护筒施工，取得成功，根据在现场施工过程控制的基础，总结利用钢管桩搭设水上作业平台的施工工艺。 二、 三、
钢管桩搭设水上作业平台施工工艺流程图(图１） 钢管桩施工平台的设计
（１)、布置形式：根据钻孔桩桩间距6。0－8.7m，及施工人员、机械施工作
业范围，确定搭设14m×7m的作业平台，钢管桩布置为3排×4根，管桩间距依桩基间距不同分别设置尺寸。管桩横纵向设剪刀撑连接。桩顶企口内安放I40a工字钢横梁，间距同管桩横向间距，横梁上为14m长桥面梁板2根,间距3.0m，分配梁留出护筒空档，其间为钻孔桩位，外侧铺5cm厚木板，周边设置钢管栏杆防护。（如图2)
1
护筒中心位置护筒中心位置卵石层强风化cc河床abaⅠ40工字钢钢 管 桩 工 作 平 台 示 意 图 （图 2）栏杆5cm厚木板拉撑φ720钢管桩
桩间距 6。0 5。84 2。32 3.12 6。599 5。541 2.919 3.12 7.06 5.31 3。38 3.12 7.40 5。14 3.72 3.12 8。7 4.667 4.666 3.12 尺寸 A B C 单位：米 （２）、平台检算:
１、 根据施工机械（钻机）、人员、工字钢、桥面板自重及钻机作业冲击
力,确定所承受荷载：
钻机自重:12t； 锤重：8t
工字钢及桥面板自重：67。6×7。0×4＋14×80×2=4。1t 人员及施工荷载： 2KN 总荷载： 243KN
考虑冲击荷载取1。3系数 P=316KN 每根钢管桩所承荷载P1=316÷12=26.3KN
２、 根据地质资料显示，河床软弱覆盖层较薄，其下为强风化砂岩，钢
管桩采用支承桩进行检算.
单桩承载力检算： P=(0.3～0。5)RCA
式中：(0。3~0.5)－系数 基岩有裂纹、易风化采用0.3,匀质无裂纹采
用0。45，据地质资料，取系数为0.4;
RC － 岩石试块单轴抗压极限强度（Kpa），地质报告显示,河床下2。0m左右强风化岩石强度为5000 Kpa；
A － 桩底横截面面积（m2)，D=0.72 d=0.70 P=0。4×5000×π×（D2—d2） ÷4
=44.6KN>P1=26.3KN (合格）
单桩稳定性计算：
长细比λ λ=μl/i
式中i=截面惯性半径，i=√I/A =0。251 ;
2
I－ 惯性矩，(1/64) π（D—d）;
l－ 压杆的计算长度,l=μl,因钢管桩一端伸入岩石中，一
端伸出水面，虽有斜撑连接，为增加安全系数，按一端固结,一端自由检算。μ＝2。自由端桩长按20m计算。
λ=159。3>100，可以使用欧拉公式。 临界力Plj Plj＝π2EI/l2
E－ 弹性模量,钢 2。1×108Kpa；
Plj＝1821.1KN
折减系数φ φ=σkn/σ0ny 式中 σk－临界应力，σk＝Plj／A σ0－屈服强度，σ0＝240Mpa n－强度安全系数，n=1。6
ny－稳定安全系数，钢为1.8－3.0,取2.0 φ=0。272
稳定条件 σp=P/φA≤［σ] =7。4Mpa≤150Mpa 稳定性满足施工要求。 四、主要机械设备 （见表1）
主要机械设备表（表1）
机械设备名称 规格型号 单位 数量 作用
水上浮吊 20t/10t 台 2 钢管桩的插打,平台及护
筒安设,钻机移位，钢筋笼吊放，砼的吊灌及其它水上吊装作业。
运输船 浮箱拼装 艘 2 水上设备材料的运输。 导向船 浮箱拼装 艘 2 插打钢管桩时定位及做
为施工平台。
机动船 994型 艘 2 水上动力设备。
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3
振动锤 60KW/40KW 个 2 下沉管及下沉护筒。 发电机 75kw 台 1 打桩时提供临时用电。 锚碇设备 砼预制 个 4 水中船只锚碇。 潜水设备 套 2 水下切割、焊接 钢管桩 自制 套 8 水中平台支撑(12根一套） 钻机 TS-220 台 3 钻孔
卷板机 自制 台 1 卷制护筒及钢管桩 龙门吊 10t 台 1 起吊钢板及护筒 五、劳动力组织 （见表2 ）
劳动组织(表2）
职务或班组 工作内容 人数 分工 经理 负责全面施工生产 1 总工 负责现场技术管理 1
技术室 技术指导、管理、质检 5 测量3人、质检1人 施工资料整理及测量 技术员2人 运输队 材料设备的水上运输 10 机动舟司机2人、指
挥2人、普工6人
打桩队 钢管桩及钢护筒打设拆除 14 指挥1人、浮吊司机
1人、电焊工2人，气割工2人、普工8人
机修队 铁件加工及机械维修 10 电焊工3人，气割工2
人、普工5人
钻机队 钻孔、清孔、灌注砼 30 钻孔人员18人、普工
12人
潜水队 水下切割、焊接 8 潜水员4人、指挥1
人、协助人员3人
六、施工工艺
（１)、浮吊是水上作业重要的起重设施，每步施工过程都有其参与完成，
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浮吊由浮平台及CWQ20型拆装式桅杆起重机组成，起重机主要技术性能为： 臂长 20。5m； 最大起重量 20t； 幅度范围 4.54～20。67m ； 臂杆回转角度范围 220度； 臂杆变幅角度范围 6～78度； 起升高度 17。63m.
浮吊的拼装是水上施工作业的第一步。见浮吊立面示意图(图3） １、 选用13个9×2。7×1.65米的浮箱连接成浮吊的水上平台，浮箱横
纵采用φ22螺栓连接,布置形式为5+5+3，总长27m，总宽13.5m，在浮平台上拼装自制桁架，桁架为∠7。5×7.5角钢焊接而成,长3。0m,高2。0m，间距2。7m。支架立好后，支架上用螺栓连接3排12.5×0.7×0。4m钢箱梁作为浮吊主机平台，间距30cm。浮平台自重58.5t，吊机自重约20t,浮吊总重78。5t,自重吃水0.25m，为保证浮吊起吊重物后前后吃水平衡,尾部三节浮箱加水配重。
２、 吊机结构由臂杆、立柱、斜撑、底座、转盘和驾驶室组成.作业由起升机构、变幅机构、回转机构组成. a.
臂杆由四根无缝钢管主肢和斜腹杆拼焊面成,分底节、标准节、上节.底节长8米,标准节长5米，上节长7。5米，每节之间均采用销轴连接，增减标准节数量可将臂长拼接成20.5m、25。5m、30。5m三种不同长度,随臂长增加，最大起重量减小为10t,臂杆下端用销轴与立柱下部铰接,两侧与转盘之间装有稳定拉杆.
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浮 吊 立 面 示 意 图 (图 3） b. 立柱为箱形结构,分止下两节，两节之间采用法兰和连接杆混合连接,立柱上节安装有工作平台，起升、变幅钢丝绳的导向滑轮.立柱顶端装有转动 立柱下部支承在球头支座上。
c. 斜撑为筒式结构，分上下两节，两节之间为法兰连接，斜撑上端与转动轴连接，下部与底梁连接。
d. 底座由两根底梁、十字底盘、横梁组成。两根底梁成水平90度与十字底盘用销轴连接,横梁用销轴连接在底梁上,横梁中间装有回转钢丝绳的水平导向滑轮和垂直导向滑轮。
e. 转盘是用槽钢围制成的贺形,分两半用连接板连接，组装在立柱底部法兰上,并用8根斜撑角钢将转盘与立位连接。
f. 起升、变幅机构由卷扬机直接驱动，回转机构由旋转卷扬机通过两根钢丝绳带动转盘,使立柱和臂杆实现左右回转动作.
３、 浮吊拼装
a.
起重机底座拼装：依次安装十字底盘，用螺栓与钢箱梁连接;两根底梁、横梁，与十字底盘之间用销轴连接，横梁用两个螺栓连接在两根底梁的上面，底梁用门架与支架箱梁焊接。连接螺栓时反复多次拧紧，使每个螺栓的预紧力基本相等，然后安装支座.
b.
安装立柱：立柱在地面上用法兰拼成整体，装好滑轮组,将立柱吊装在支座上，用螺栓与支座法兰连接。在未安装斜撑前，用揽风固定。
c.
安装转盘、斜撑：转盘为两半圆形分别与立柱下面的法兰用螺栓连接，同时连接转盘与立柱的斜撑角钢。立柱斜撑应在地面拼接好后以一定斜度起吊，用销轴与立柱顶端及底梁连接，拆除缆风。
d.
驾驶室：驾驶室底部有两根连接槽钢与立柱上的连接角钢用螺栓连接.
e.
卷扬机及大臂的安装:在底梁及浮箱平台上，依次安装旋转、变幅、起升卷扬机，用螺栓连接。卷扬机上缠绕有钢丝绳。大臂先在地面用销轴连接成一体,臂长可根据需要,调整使用,最长可达30。5m，初次拼接臂长20。5m，大臂下端由销轴与转盘连
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接.
f.
安装电气线路，缠绕旋转、变幅、起升钢丝绳。
（２)、钢管桩及钢护筒卷制
１、 卷板场地的布置：卷板场配备10t自制龙门吊一台,自制
卷板机一台。钢管桩选用10mm厚钢板，钢护筒用12mm(顶节)、14mm（底节）厚钢板。卷板机最大卷板幅宽为1。8m，卷制直径由可调钢棍上下调节控制。钢管桩及钢护筒均由焊接连接。
２、 钢管桩直径为φ720mm，10mm厚钢板宽度为1。5m，
卷制前，根据计算管桩的周长切割钢板，由龙门吊起吊切割好的钢板送入卷板机，因管桩直径较小,卷板无法一次完成，采用渐近法调整钢锟间距,反复卷压，接口对好后，先点焊连接,松开卷板钢锟,由龙门吊出管桩，进行管桩的平纵缝焊接。管桩焊接采用双面（内侧、外侧）平焊缝.为便于吊装，长度先连接到9-11m,然后根据长度要求再进行焊接。
３、 钢护筒根据桩径不同分别为2。46m（2。2m钻孔桩），
1.8m（1。5m钻孔桩）两种,卷制方法相同。因护筒底节需穿入强风化地层，护筒底节需加强，所以每根护筒分底节和上节两部分,底节为3。6m,由δ14mm钢板卷制；上节长度根据水深确定,由δ12mm钢板卷制。卷制工艺与钢管桩相同。因护筒直径较大，在调好第一节护筒后，可在钢锟调节器上记下位置，以后的卷制中可一次完成。
（３)、导向船拼装及定位
导向船由四个浮箱、栈桥面、锚机拼装而成，浮箱顺长两两连接，由三根栈桥面连接,平面尺寸为12m×18m，中间空档为定位钢管桩使用，调整四个锚机使导向船移动定位，其组成形式如示意图.（图4）
导向船定位前，应先测设出桥轴线,根据轴线位置在河中抛设锚碇，河
岸上埋设地垄。锚碇由砼浇注，重约10t。锚碇系好出水面的钢丝绳后由
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浮吊吊运至桥轴线两侧60m左右抛至河底,由浮筒带钢丝绳浮于水面，以便和缆绳连接.地垄同样在桥轴线两侧的河岸上埋设,以便就位时带锚机缆绳使用。导向船在测量指挥下通过调整锚机缆绳定位于钻孔桩位处. 导向船平面示意图（图4）
锚机 栈桥面 12m
浮箱 18m
（４）、钢管桩定位及施打
根据钢管桩布置示意图，计算四角的钢管桩坐标，由全站仪测设四
点桩位.钢管桩导向顺桥向由两根40工字钢搭在导向船上作为导向梁，据测设的管桩位置在导向梁上横向焊两根角钢，组成导向框架。根据测量水深及预计打入深度，一次焊接钢管桩长度，施工中采用长度在16-23m，由浮吊垂直吊起，穿过导向框架,首先通过调整浮吊变幅和升降吊钩调好钢管桩垂直度，然后降钩，靠自重缓缓插入河床覆盖层，停止下沉后再检查垂直度，作纠偏处理，加振动锤施打。因管桩直径较小，振动锤可直接夹住管壁,在打入过程中随时观测垂直度。
尤溪互通2＃桥地质资料显示河床覆盖层较薄，其下为强风化砂岩，在施打过程中，管桩进入覆盖层时下沉速度很快,管桩进入强风化砂岩时的表现为振动锤反弹强烈.DZ40振动锤振动荷载为230KN，远大于检算时单桩承受荷载，故将管桩下沉时间及下沉速度作为停止施打的依据，在持续振动5min 后管桩下沉在2—3cm的范围内,即可停止施打，能够满足承载及稳定要求。
在打入中由于地质情况不同，应视不同情况采取不同措施：1、河
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床陡峭,基岩面倾斜：此时钢管桩穿过覆盖层后，因底面不平,在强力振动下，管桩底面容易沿岩面打滑、倾斜，造成无法打入，可采用冲击锤对管桩桩位河床进行锤击，在河床打出承载管桩的平台,然后重新定位施打管桩。具体施工可将冲击钻机直接放到由浮箱拼成的浮平台上,通过调整缆绳，使浮平台就位于管桩桩位处，由冲锤对河床进行施打。2、河底无覆盖层,基岩裸露且坚硬,钢管桩打入河床较少，一般30-50cm，不能继续下沉，不能满足稳定性要求,此时应选用较管桩径稍大的冲击锤，钻机由浮平台拖动,准确在管桩位处定位后，带紧缆绳，将浮平台固定于桩位处开钻冲孔,冲击成1.5m深左右的桩孔后，将管桩插入孔内，然后采用水下砼灌注的方法将管桩与基岩浇注成整体，可满足承载力及稳定性要求。（如图5)
浇注砼 钢管桩嵌入示意图（图5）
河床 管桩 （５）、平台顶面连接与布置
平台顶面高度高出库区最高水位1.5m，管桩打完后,抄平切割桩头,用∠10*10角钢对相邻管桩进行连接，连接形式如图2。每排外侧两根管桩顶面切割企口,安装I40a工字钢横梁,纵向铺12m长桥面梁,长度不够焊接I40a工字钢，分配梁留出护筒空档,其上铺木板，周边设置钢筋栏杆防护。（见图2）
（６）钢护筒定位与埋设
因护筒长度较大,位置及垂直度精度要求较高，在钢护筒下放过程中，采用4m长的导向架。导向架由槽钢及角钢焊接而成尺寸为 2.5
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＊2.5m的矩形框架。首先在平台上定位导向框架，导向架顶部两根槽钢搭放在平台横梁上，通过测设导向架线对其定位。然后将导向架与平台梁焊接，下放钢护筒.根据水深预计护筒总长，在卷板厂焊接成两大节，由运输船运至桩基旁.每节护筒顶部对称打起吊孔，钢丝绳穿过孔眼,经扁担梁起吊,底节护筒在顶部外侧对称焊接四块小钢板，护筒穿过导向架，小钢板卡在导向架上，放稳后焊接上节护筒。两节护筒在外侧采用单面焊接,焊完后，补好底节孔眼，将整个护筒吊起，切除底节的小钢板，护筒继续下沉。下沉过程中，由全站仪观测护筒直度,随时调整.护筒靠自重进入覆盖层停止下沉后，在护筒顶面焊接替打。替打是由工字钢焊接成的十字形结构，其作用是在振动下沉过程中保证管桩均匀下沉。然后加振动锤振动。直至护筒进入强风化不再下沉为止.因护筒直径大，一般进入强风化在1.0-1。5m左右，在钻孔过程中，因护筒打入风化层较少，冲击锤冲击至护筒底部后，由于对周围风化岩的挠动，且护筒内泥浆水头、比重都比护筒外侧大,容易出现漏浆现象。采用的办法是在原护筒上再接长护筒，因冲锤已将护筒底部的岩石击碎，可以继续打入,直至穿过破碎层，将护筒入土深度加长,堵住漏浆.
（７)、钻机就位，钻进
护筒埋设完毕，即可按正常的冲击钻钻进程序进行施工,此处不再详述。钻孔中直接向孔内填粘土造浆。泥浆循环系统，施工中在护筒侧面开一出浆口,在平台外侧悬挂一由铁皮焊接的5m3的泥浆筒,由铁皮焊一8m长的泥浆槽进行连接，泥浆循环时，在泥浆槽中捞渣，由泥浆筒沉淀，泥浆可满足钻孔需求。
(８）、清孔
设计要求桩基均为端承桩，对孔底沉碴控制较严,要求小于5cm，为了满足设计要求，同时结合水中桩土层较薄，在1.0—2。0m之间,不会出现塌孔情况，清孔采用了气举式反循环换浆法，即将孔内泥浆全部换成清水。气举式反循环主要设备为9m3空压机一台，20cm出碴钢管及
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3.8cm射风软管,在钢管距底口40cm处向上开一斜口,接射风软管，吸碴时，将钢管下至孔底，启动空压机，待空压机储气压力达0。6mpa左右时，开始射风,这时空压机储气压力下降，将压力控制在0.4mpa进入正常循环,施工过程中应及时向孔内注入清水,保证孔内水头在河面水位1。5～2.0m,以减小护筒壁所受外压力。一般泥浆数量在150立方左右的桩孔,3-5小时可将孔内泥浆全部换完，达到沉淀要求.清孔完成后准确量测孔深，孔深应比设计超深不小于5cm。在灌注前（导管安装完毕后)检查孔内沉淀情况，如果大于设计要求,可按相同办法进行二次清孔，确保沉淀厚度小于规范要求值.（见图6）
（９）、砼灌注
砼罐车将成品砼运到临时码头旁。在临时码头处设滑槽一个，由四个浮箱拼成一艘运输船,运输船上设2.5m3料斗4个，砼由滑槽滑至运输船料斗内，由运输船将料斗拖至墩旁,浮吊吊灌。水下砼浇筑采用内径30cm的导管，导管接头为螺牙式,在导管接头内安装有密封圈并将接头接牢，以避免接头处漏水或漏气,导管安装完成后安装漏斗和挡板，挡板采用钢板切割成比管径稍大尺寸的圆板，上面焊接提环，挂于起吊勾上，挡板下在导管内放篮球塞，封孔料斗加工成7m3容量，储满后由
孔底40cm气举式反循环换浆法清孔示意图 (图6)泥浆补水空压机水面φ200钢管运输船φ38高压软管 11
浮吊吊起一个运料斗（2.5m）吊于大料斗之上，提升挡板，砼下落同时，开启运料斗阀门，砼下落至大料斗，保证首次9。5m3砼连续灌入。用一艘运输船进行运输，在整个砼的浇筑过程中，基本保证40－45min一个循环（每循环为10m３砼）,导管一般埋深为4－5米，以确保砼的密实度,在砼的灌注过程中要注意砼的坍落度，而且保证砼的连续性。不能间隔时间过长，砼面必须高出截桩标高50cm以上，保证截断高度以下砼有良好的质量。 （１０）平台拆除
桩基施工完毕，由上至下拆除平台。横纵梁、斜撑拆除后进行管桩拔除。浮吊起吊振动锤直接夹住管壁，起动振动锤，浮吊起升吊钩，振动锤对管桩地下部分扰动，边振动浮吊边缓缓起钩，可将管桩拔除。对浇注砼与基岩相连的管桩由潜水员下水,进行水下切割。
七、安全措施
提供安全的工作环境,搞好安全生产管理，是确保工程顺利进行的基本条件。针对水上作业,着重指出如下安全措施:
１、钢管桩工作平台顶标高必须高于施工其最高水位1。5m以上. ２、水上作业人员必须穿救生衣，水上浮动设备必须配救生器材。 ３、钢管桩工作平台、运输船、机动舟、导向船等水上设备夜间需配灯光
指示,防止意外撞击。
４、工作平台上设立防护栏杆，人员上下设置爬梯。
５、机动舟、运输船、浮吊各种船舶的水上移动,由专人指挥。 ６、随时检查运输船、浮吊等设备上浮箱的连接及完好情况。 ７、水上各类船只禁止超载，应由专职舟手操作。
８、如果施工需要，要进行水下作业时，应严格按照潜水作业要求进行，
严禁非专职潜水员下水作业。
八、质量控制
１、钢管桩及钢护筒制作中，焊缝要内外侧双面焊接。
２、钢管桩施打过程中，技术人员全过程指挥，根据施打时间与下沉量决
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定停止时间，保证管桩嵌入强风化一定深度；测量人员全过程观测，检查钢管桩垂直度。
３、管桩间的横纵向剪刀撑要焊接牢固。
４、管桩顶面的横纵连系梁要联接紧密，空隙处要加垫密实.将管桩与横纵
梁焊接成整体。
５、钢护筒架匾担梁起吊，护筒内侧加十字横撑,保证护筒不变形. ６、钻孔桩施工过程中，各项作业程序严格按规范要求进行检查,严格控
制。
九、施工方案的技术、经济分析
１、深水桩基施工可采用浮运沉井法、钢围堰法、浮平台法、及固定平台
法,沉井法适用于水流速较大，河床覆盖层为粘土的情况下；钢围堰法适用于大跨度桥，群桩施工；而浮平台要求水位升降不明显的河道,而水库中水位每天有2m的涨落，且浮平台不适于冲击钻机作业。固定平台的搭设有木桩、砼桩及钢管桩，木桩显然不适用于18m水深的地方,而砼桩由于预制及施工难度均较大，所以经过比较,选用了钢管桩搭设水上固定平台的施工方法,比较普遍实用.
２、在施工中，我们未设便桥，一方面搭设水上平台后,便桥只起到运输设
备物资使用，水上有运输船完全可以满足需要;另一方面，便桥修筑费用较高，且主线桥为左右幅分离，线间距38m,运输不便,投资太大. ３、管桩连接是作业平台稳定的关键工序,在每个平台的钢管桩都能正常
下沉到要求深度的情况下，采用了出水面一道斜撑连接的方案，可以满足稳定要求，如果管桩均嵌入风化层较少，则采用水下与出水面两道斜撑连接.水下连接由潜水员作业完成。
４、大孔径灌注桩清孔是一顶较难的工序,由其对嵌岩桩，要求沉渣小于
5cm，采用普通的正循环清孔，一是清孔时间长，二是难以满足设计要求，在施工中，根据地质及水上作业的实际情况，采用了气举式反循环换浆法清孔，将孔内泥浆全部换成清水进行浇注,一方面因河床面直接为强风化岩石，粘土覆盖层较薄，不会出现塌孔现象，另一方面大大节约了清孔时间，同时由于水压小，也有利于灌注.
５、在砼灌注的问题上，曾考虑采用油筒串联做浮桥，由输送泵泵送砼，
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可保证砼灌注的连贯性，减少运输时间,但从河岸到桩位需200m的泵管，它的拆装、清洗比较麻烦且受砼质量影响很大,容易堵管，需投入两套设备，成本较大。利用现有的运输船，由机动舟拖动，行走方便,在砼和易性正常的情况下40分钟一个循环，浇注10m3砼，即能保证灌注的顺利，也减少了投入。
６、钢管桩作业平台的搭设时间需12天左右，平台上只能一台钻机作业，
每个平台两根桩的施工时间为25天，钢管桩平台的拆除约3天,即整个桩基施工周期为40天.因施工工期紧、建设环境复杂，施工中组织了精干人员和精良的设备，制定周密详细的施工计划，抓住关健工序,对影响到工期的工序和作业环节给予人力和物力的充分保证,从而确保进度计划的顺利完成。
工 艺 流 程 图（图1)
预制砼水下锚碇 测量定桥中线、确定抛锚、 地垄位置 修建临时码头 器材下水拼浮吊、导向船 、运输船 抛设锚碇．埋设地垄 导向船系缆绳 14 导向船定位 测量指挥调整缆绳
测量复核桩位 钻机就位 填粘土造浆 做好钻孔记录 钻进成孔 检验孔深、孔径 气举式反循环清孔 15
钢筋笼加工制作、检查、运输 检验导管等设备 砼运输车运输砼、运输船 吊装钢筋笼 接装导管和砼料斗 浮吊起吊运输料斗． 灌注砼 拆除导管 钻机移位 16
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