摘要 構(gòu)建水上鉆孔平臺(tái)可滿足跨河橋梁的施工要求，為明確跨河橋梁水上鉆孔平臺(tái)的施工技術(shù)，該文結(jié)合晉蒙黃河大橋工程實(shí)例，探討了用800 kN履帶吊配合120型振動(dòng)錘釣魚法打入鋼管柱，以及貝雷梁拼裝及架設(shè)構(gòu)筑鉆孔平臺(tái)的施工工藝。結(jié)果顯示：所構(gòu)建的水上鉆孔平臺(tái)有效滿足了水域作業(yè)的施工要求，取得了理想施工效果?？梢姡瑢?duì)于跨河橋梁工程，應(yīng)按照規(guī)范的流程，采用穩(wěn)定的鋼梁結(jié)構(gòu)，打造水上鉆孔平臺(tái)，此工程措施可有效克服不良環(huán)境對(duì)施工質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞 水上鉆孔平臺(tái)；水中樁基；施工技術(shù)；工程應(yīng)用

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）15-0071-03

0 引言

水上鉆孔平臺(tái)是一種專門用于在水域環(huán)境中進(jìn)行鉆孔作業(yè)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)。其結(jié)合了水上工程技術(shù)和鉆孔技術(shù)，旨在為橋梁、碼頭、港口等水上建設(shè)項(xiàng)目提供穩(wěn)定、安全的工作平臺(tái)。水上鉆孔平臺(tái)的設(shè)計(jì)需考慮水域環(huán)境的特點(diǎn)，如水流、波浪、潮汐等，以確保平臺(tái)在復(fù)雜的水上條件下仍能保持穩(wěn)定性和功能性。該文結(jié)合工程實(shí)例，著重探討了跨河橋梁水上鉆孔平臺(tái)的施工技術(shù)。

1 水上鉆孔平臺(tái)技術(shù)概述

1.1 水上鉆孔平臺(tái)的定義和組成

水上鉆孔平臺(tái)通常由多個(gè)主要部分組成，每個(gè)部分都發(fā)揮著特定的功能，共同支持平臺(tái)的穩(wěn)定和安全。具體包括以下幾個(gè)部分[1]：

（1）平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是水上鉆孔平臺(tái)的核心部分，通常采用浮式或固定式結(jié)構(gòu)。浮式結(jié)構(gòu)利用浮力原理，通過浮筒或浮箱等元件使平臺(tái)保持在水面之上；而固定式結(jié)構(gòu)則通過錨鏈、樁基等方式將平臺(tái)固定在水域中。

（2）鉆孔設(shè)備：鉆孔設(shè)備是水上鉆孔平臺(tái)的主要工作裝置，包括鉆機(jī)、鉆具、泥漿循環(huán)系統(tǒng)等。這些設(shè)備用于在平臺(tái)上進(jìn)行鉆孔作業(yè)，以滿足橋梁樁基或其他水上建設(shè)項(xiàng)目的需求。

（3）輔助設(shè)施：輔助設(shè)施包括供電系統(tǒng)、通信設(shè)備、生活設(shè)施等，用于支持平臺(tái)上的日常工作和生活。供電系統(tǒng)為平臺(tái)提供電力支持，通信設(shè)備保障與外界的信息溝通，而生活設(shè)施則提供必要的居住和休閑空間。

（4）安全系統(tǒng)：安全系統(tǒng)是水上鉆孔平臺(tái)不可或缺的一部分，包括救生設(shè)備、消防系統(tǒng)、防碰撞裝置等。這些設(shè)備用于應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，保障平臺(tái)上人員的生命安全。

1.2 水上鉆孔平臺(tái)的分類和特點(diǎn)

1.2.1 水上鉆孔平臺(tái)的分類

常見的分類如下：

（1）浮式鉆孔平臺(tái)：此類平臺(tái)采用浮筒或浮箱等浮式結(jié)構(gòu)，通過浮力原理保持在水面之上。浮式鉆孔平臺(tái)適用于水深較淺、水流和波浪較小的水域環(huán)境。

（2）固定式鉆孔平臺(tái)：此類平臺(tái)通過樁基、鋼架等固定結(jié)構(gòu)，將平臺(tái)牢固地固定在水域中。固定式鉆孔平臺(tái)適用于水深較深、水流和波浪較大的水域環(huán)境。

（3）移動(dòng)式鉆孔平臺(tái)：此類平臺(tái)結(jié)合了浮式和固定式的特點(diǎn)，可以在不同水域之間移動(dòng)。移動(dòng)式鉆孔平臺(tái)適用于需要頻繁更換作業(yè)地點(diǎn)的水上建設(shè)項(xiàng)目。

1.2.2 水上鉆孔平臺(tái)的特點(diǎn)

水上鉆孔平臺(tái)作為一種特殊的水上工程結(jié)構(gòu)，具有以下顯著特點(diǎn)[2]：

（1）適應(yīng)性強(qiáng)：水上鉆孔平臺(tái)可以根據(jù)不同的水域環(huán)境和鉆孔需求進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

（2）穩(wěn)定性高：水上鉆孔平臺(tái)需要具備較高的穩(wěn)定性，以確保鉆孔作業(yè)的順利進(jìn)行。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和固定方式，水上鉆孔平臺(tái)可以在復(fù)雜的水上條件下保持穩(wěn)定，減少因風(fēng)浪等因素引起的晃動(dòng)和位移。

（3）安全性強(qiáng)：水上鉆孔平臺(tái)通常配備有完善的安全系統(tǒng)，包括救生設(shè)備、消防系統(tǒng)、防碰撞裝置等。

（4）施工效率高：通過合理的設(shè)備配置和工藝流程，水上鉆孔平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)高效、連續(xù)鉆孔作業(yè)，縮短工期，提高工程效益。

2 大橋水中樁基施工特點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1.1 大橋水中樁基施工特點(diǎn)

大橋水中樁基施工特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）施工環(huán)境特殊：大橋水中樁基施工通常在水域進(jìn)行，涉及水流、波浪、潮汐等自然因素，此類因素都可能對(duì)施工造成影響，增加施工難度。

（2）技術(shù)要求高：水中樁基施工需要專業(yè)的技術(shù)支持和精細(xì)的操作，包括鉆孔、鋼筋籠制作與安裝、混凝土澆筑等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格控制技術(shù)參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）施工周期長(zhǎng)：由于水中樁基施工涉及多個(gè)復(fù)雜環(huán)節(jié)，且受自然因素影響較大，因此施工周期通常較長(zhǎng)，需要合理安排施工計(jì)劃，確保施工質(zhì)量和進(jìn)度。

2.1.2 大橋水中樁基施工難點(diǎn)

大橋水中樁基施工難點(diǎn)包括：

（1）施工穩(wěn)定性控制：在水中進(jìn)行樁基施工，需要克服水流、波浪等自然因素對(duì)施工的干擾，保證鉆孔和鋼筋籠安裝的穩(wěn)定性。

（2）質(zhì)量控制與檢測(cè)：在水下進(jìn)行混凝土澆筑、鋼筋籠安裝等作業(yè)，難以直接觀察施工過程和結(jié)果，因此需要通過特殊的檢測(cè)手段和監(jiān)控設(shè)備，確保施工質(zhì)量和安全。

（3）環(huán)境保護(hù)與施工安全：水中樁基施工涉及水域環(huán)境的保護(hù)和施工安全的問題。施工過程中需要采取有效的環(huán)保措施，防止施工對(duì)水域環(huán)境造成污染；同時(shí)，還需要加強(qiáng)施工安全管理，確保施工人員的生命安全。

3 水上鉆孔平臺(tái)在大橋水中樁基施工中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

晉蒙黃河大橋及其連接線工程中段為黃河河谷區(qū)，地勢(shì)較為平坦，地形起伏小。晉蒙黃河大橋全長(zhǎng)2.134 km，橋面凈寬2×14.75 m，設(shè)計(jì)汽車荷載：公路－Ⅰ級(jí)。上部構(gòu)造主橋采用（83 m+4×152 m+83 m）PC連續(xù)剛構(gòu)組合梁+（83 m+3×152 m+83 m）PC連續(xù)剛構(gòu)橋，小樁號(hào)方向采用8×50 m PC裝配式先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁，大樁號(hào)方向采用11×30 m PC裝配式先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁，下部構(gòu)造主墩采用薄壁空心墩。晉蒙黃河大橋9～12號(hào)墩位于黃河主河道中，最大水深約3.5 m（枯水期）；13、14號(hào)墩位于內(nèi)蒙古岸防洪堤外側(cè)魚塘處；15～18號(hào)主墩、8號(hào)與19交界墩位于黃河兩岸河灘干處；其余引橋樁基均在陸地上。

3.2 鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)

晉蒙黃河大橋9～12號(hào)主墩位于黃河河道內(nèi)，需搭設(shè)2～4個(gè)水上鉆孔平臺(tái)，滿足水上鉆孔施工需要。水上鉆孔平臺(tái)下部結(jié)構(gòu)為鋼管樁樁基墩柱，采用在每排墩的兩條支線鉆孔平臺(tái)之間搭設(shè)3排Φ630×10 mm鋼管樁，每根鋼管樁長(zhǎng)度為13 m，鋼管樁之間橫向間距為4.5 m與5 m，縱向跨徑為9 m，鋼管間設(shè)[20型鋼斜聯(lián)，樁頂橫梁為2I50b的工字鋼；上部結(jié)構(gòu)按3片18 m貝雷梁為一組進(jìn)行拼裝，每片貝雷梁間采用900型支撐架連接，搭設(shè)于鋼管樁樁頂2I50b工字鋼橫梁上面作為承重結(jié)構(gòu)，貝雷梁上弦縱向按1.5 m間距鋪設(shè)I25橫向分配梁，再按30 cm間距鋪設(shè)[10縱向分配梁，橋面層鋪設(shè)δ10花紋鋼板，[10縱向分配梁與δ10橋面板加工為2×6 m的裝配式橋面板，板與板之間采用螺栓聯(lián)接，板與I25橫梁之間采用U型卡聯(lián)接。水上鉆孔平臺(tái)頂面高程為858.5 m，平臺(tái)搭設(shè)高度與鉆孔平臺(tái)高度相同，設(shè)計(jì)要求樁頂以下15 m范圍內(nèi)設(shè)置永久性鋼護(hù)筒，每根鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為12 m（樁頂至河床6 m+水深5 m+露出水面1 m）+15 m=27 m。在水上鉆孔平臺(tái)搭設(shè)完畢后，進(jìn)行樁基鋼護(hù)筒的插打及樁基鉆孔施工[3]。

3.3 鉆孔平臺(tái)施工工藝流程

鉆孔平臺(tái)施工工藝流程如圖1所示。

3.4 鉆孔平臺(tái)施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)分析

3.4.1 鉆孔平臺(tái)加工

（1）鋼管樁的加工與運(yùn)輸

鉆孔平臺(tái)鋼管樁在專業(yè)廠家加工，每節(jié)長(zhǎng)度為9 m，鋼管管徑差、圓度以及樁成品的外形尺寸必須滿足規(guī)范要求，鋼管樁的焊縫必須達(dá)到二級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)。

鋼管樁構(gòu)件運(yùn)輸最大長(zhǎng)度12.0 m，利用掛車運(yùn)至項(xiàng)目部材料堆放場(chǎng)地和加工場(chǎng)地，根據(jù)施工需要進(jìn)行加工處理，然后采用運(yùn)輸車運(yùn)至鉆孔平臺(tái)位置進(jìn)行施工。

（2）貝雷梁的拼裝和運(yùn)輸

單片桁片及各種構(gòu)配件用汽車運(yùn)輸至鉆孔平臺(tái)附近棧橋旁，鉆孔平臺(tái)縱向主梁采用三排單層的貝雷梁構(gòu)成，貝雷片間用900 mm支撐架連接，支撐架沿縱向每段3 m設(shè)置一片。拼設(shè)方法為：將擬安裝的貝雷梁抬起，放在已裝好的貝雷梁后面，與其側(cè)向成一直線，下弦銷孔對(duì)準(zhǔn)后，插入銷栓，然后再抬起貝雷梁后端，插入上弦銷栓并設(shè)保險(xiǎn)插銷。

3.4.2 鉆孔平臺(tái)安裝

在鋼管樁測(cè)量定位完成后，以每排墩的2條橫向支線鋼棧橋作為起始平臺(tái)，采用800 kN履帶吊配合120型振動(dòng)錘釣魚法進(jìn)行鋼管樁下沉插打施工。

（1）履帶吊配合振動(dòng)錘插打鋼管樁

先將φ630×10 mm鋼管運(yùn)輸至每排墩支線棧橋插打位置備用，用履帶吊起吊鋼管樁，滿足要求后開始低檔振動(dòng)下沉，待鋼管樁入土2～3 m后即可高檔振動(dòng)下沉，直至第一節(jié)鋼管樁露出水面的長(zhǎng)度為2 m左右時(shí)，停止振動(dòng)，拆除振動(dòng)錘，再用履帶吊起吊第二節(jié)鋼管樁，與第一節(jié)鋼管對(duì)接，采用環(huán)焊縫接長(zhǎng)鋼管樁。焊接完成后，安裝振動(dòng)錘，繼續(xù)振動(dòng)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

鋼管樁的停錘標(biāo)準(zhǔn)采用最終貫入度控制，并保證鋼管樁埋置深度不小于6 m。在鋼管樁最終貫入度小于1～3 cm/10 min時(shí)，可停止振樁。

（2）鋼管樁間橫聯(lián)、樁頂橫梁施工

待水上鉆孔平臺(tái)每完成一排鋼管樁插打施工后，即可進(jìn)行鋼管樁間斜聯(lián)、樁頂橫梁施工。鋼管間設(shè)[20型鋼斜聯(lián)，樁頂為2I50b的工字鋼橫梁。鋼管樁與樁頂橫梁連接與鋼棧橋施工相同，采用樁頂封頭蓋板連接，封頭蓋板由Φ610×10 mm鋼管與100 cm×100 cm鋼板預(yù)先在加工場(chǎng)制作完成，封頭蓋板安裝于鋼管樁頂面后焊接限位板進(jìn)行固定。用履帶吊吊起組拼好的樁頂2I50b橫梁，安放在樁頂封頭蓋板上面，立即焊接限位板固定，以防止變位、傾覆，每根橫梁與封頭蓋板采用角焊縫滿焊。

（3）貝雷梁的拼裝及架設(shè)

上部結(jié)構(gòu)每片組拼貝雷梁長(zhǎng)度為18 m，3片組拼為1組，每片貝雷梁間按3 m間距采用900型支撐架連接。待每個(gè)水上鉆孔平臺(tái)的3排墩下部構(gòu)造施工完畢后，采用履帶吊吊起組拼好的每組貝雷梁，逐一進(jìn)行安裝就位。主縱梁貝雷梁架設(shè)完成后，立即安裝貝雷梁上弦的I25b橫向分配梁及橋面板，橋面板加工為2×6 m的裝配式橋面板。貝雷梁上弦與I25b橫向分配梁之間采用U型騎馬螺栓連接，貝雷梁下弦與樁頂2I50b分配梁之間采用[10型鋼限位，騎馬螺栓采用φ16圓鋼加工，帶有10 cm的螺紋，配有標(biāo)準(zhǔn)螺母和墊圈，騎馬螺栓壓板設(shè)置長(zhǎng)圓孔，限位裝置要求滿焊，焊縫高度不小于8 mm[4]。

4 水上鉆孔平臺(tái)在大橋水中樁基施工質(zhì)量控制措施

在進(jìn)行大橋水中樁基施工時(shí)，水上鉆孔平臺(tái)作為關(guān)鍵施工設(shè)備，其質(zhì)量控制措施至關(guān)重要。主要包括以下控制措施[5]：

（1）施工前準(zhǔn)備階段的質(zhì)量控制

在施工前準(zhǔn)備階段，應(yīng)首先確保水上鉆孔平臺(tái)的設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，滿足大橋水中樁基施工的具體要求。包括對(duì)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性等方面進(jìn)行全面評(píng)估。同時(shí)，應(yīng)對(duì)平臺(tái)上的鉆孔設(shè)備、輔助設(shè)施和安全系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保其性能良好、安全可靠。

（2）施工過程中的質(zhì)量控制

在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制水上鉆孔平臺(tái)的定位和穩(wěn)定性。涉及平臺(tái)的錨固方式、浮力調(diào)節(jié)、防碰撞措施等多個(gè)方面。通過采取適當(dāng)?shù)墓潭ù胧┖驼{(diào)整浮力，確保平臺(tái)在施工期間保持穩(wěn)定，避免因水流、波浪等因素引起的晃動(dòng)和位移。

此外，還應(yīng)對(duì)鉆孔作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。包括鉆孔深度、孔徑、孔斜率等，此類參數(shù)直接影響到樁基的質(zhì)量和承載能力。因此，在施工過程中應(yīng)使用精確的測(cè)量設(shè)備和監(jiān)控手段，確保鉆孔作業(yè)符合設(shè)計(jì)要求，并及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，避免出現(xiàn)偏差。

（3）施工后的質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估

施工完成后，應(yīng)對(duì)水上鉆孔平臺(tái)所完成的樁基進(jìn)行全面的質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估。包括對(duì)樁身的完整性、承載能力、變形等方面進(jìn)行檢測(cè)，以確保樁基滿足設(shè)計(jì)要求和使用安全。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)施工過程中的質(zhì)量控制措施進(jìn)行總結(jié)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)存在的問題，提高施工質(zhì)量和效率。

5 結(jié)論

水上鉆孔平臺(tái)在大橋水中樁基施工中的應(yīng)用取得了顯著成效，其不僅能有效克服傳統(tǒng)施工方法在復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的限制，顯著提升施工效率，確保工程質(zhì)量，而且能夠降低施工噪聲，減少廢棄物排放，符合綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。然而，面對(duì)更為復(fù)雜的工程環(huán)境和技術(shù)挑戰(zhàn)，水上鉆孔平臺(tái)的應(yīng)用仍有待進(jìn)一步研究和發(fā)展，包括優(yōu)化平臺(tái)設(shè)計(jì)以增強(qiáng)穩(wěn)定性與適應(yīng)性、改進(jìn)施工工藝以降低成本與風(fēng)險(xiǎn)、探索智能化與自動(dòng)化技術(shù)以提升整體施工效能等。水上鉆孔平臺(tái)將在大橋水中樁基施工領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮更加重要的作用，同時(shí)也將為我國乃至全球的大橋建設(shè)提供更高效、更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的新型施工技術(shù)路徑。

參考文獻(xiàn)

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[2]喻文杰，馮龍.淺析深水中鉆孔樁施工平臺(tái)設(shè)計(jì)與搭設(shè)施工要點(diǎn)[J].低碳世界，2020（12）：179-181.

[3]王金國，葉鋒，李英瑞，等.鎮(zhèn)羅黃河特大橋鋼棧橋與鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023（5）：104-107.

[4]郭梅輝.某高樁碼頭工程鋼棧橋及鉆孔平臺(tái)施工技術(shù)[J].福建交通科技，2022（4）：92-97.

收稿日期：2024-02-22

作者簡(jiǎn)介：卿三林（1985—），男，本科，工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。