一种浅水区钻孔平台及其施工方法.pdf

本发明公开了一种浅水区钻孔平台及其施工方法，包括处于浅水区的填土平台、数个承重桩和钢板，所述填土平台填筑在河床上并向上露出水面，所述承重桩竖向布置在填土平台中，且分布在桥梁桩基的两侧，所述承重桩的底端固定在河床中，而其顶端则伸至填土平台的顶面上，所述钢板铺设在填土平台的顶面上且位于所述承重桩的顶端形成承重平台用于钻孔施工机具工作时支撑钻孔施工机具以满足承载力要求。本发明施工工艺简单，节省了施工成本，提高了工作效率，施工安全风险大大降低，而且后续系梁、墩柱施工可直接进行基坑开挖施工，不用采用钢围堰进行施工，进一步节省了施工成本。钢管桩和钢板可以周转施工使用，提高了材料利用率。

1.  一种浅水区钻孔平台，其特征在于：它包括处于浅水区的填土平台、数个 承重桩和钢板，所述填土平台填筑在河床上并向上露出水面，所述承重桩竖向布 置在填土平台中，且分布在桥梁桩基的两侧，所述承重桩的底端固定在河床中， 而其顶端则伸至填土平台的顶面上，所述钢板铺设在填土平台的顶面上且位于所 述承重桩的顶端形成承重平台用于钻孔施工机具工作时支撑钻孔施工机具以满足 承载力要求。

2.  根据权利要求1所述的浅水区钻孔平台，其特征在于：所述承重桩采用木 桩或钢管桩。

3.  根据权利要求1所述的浅水区钻孔平台，其特征在于：所述承重桩采用钢 管桩和木桩，所述钢管桩分设于桥梁桩基的两侧，钢管桩位于最外侧的桥梁桩基 与其相邻的桥梁桩基之间，且处于最外侧的桥梁桩基的旁侧，钢管桩支承在钢板 的外端上，所述木桩呈阵列规则排布，且位于钢管桩的内侧。

4.  根据权利要求3所述的浅水区钻孔平台，其特征在于：所述木桩的顶端和 钢管桩的顶端处于同一水平面上以使所述钢板呈水平状；所述钢管桩的顶端与钢 板的下板面焊接，所述木桩的顶端支承在钢板的下板面上。

5.  根据权利要求4所述的浅水区钻孔平台，其特征在于：所述填土平台由粘 土层和位于粘土层顶面上的灰土层组成，所述粘土层露出水面，粘土层露出水面 的部分经分层填筑碾压而成。

6.  根据权利要求5所述的浅水区钻孔平台，其特征在于：所述粘土层露出水 面部分每层填筑厚度为25～35cm，所述灰土层的厚度为40～60cm，灰土层中石 灰含量为5～10％。

7.  一种权利要求1所述浅水区钻孔平台的施工方法，其特征在于具体包括以 下步骤：
⑴根据浅水区桥梁桩基及下部结构情况，结合现场施工部位河道情况，确定 填土平台的设置位置和尺寸，绘制填土平台施工设计图；
⑵计算桥梁桩基钻孔施工机具的施工荷载；
⑶确定承重桩的布置方式，计算单个承重桩的承载力，根据钻孔施工机具的 施工荷载和单个承重桩的承载力计算得到承重桩的数量，以满足承载力要求；
⑷开始施工，根据填土平台施工设计图，从填土平台的起始位置朝向桥梁桩 基方向以逐渐推进方式填土碾压形成填土平台；
⑸在填土平台上进行桥梁桩基和承重桩的施工放样，在填土平台中设置承重 桩；
⑹在填土平台的顶面上铺设钢板，且钢板位于承重桩的顶端，完成浅水区钻 孔平台施工。

8.  根据权利要求7所述浅水区钻孔平台的施工方法，其特征在于：在所述步 骤⑶中，单个承重桩的承载力由以下公式计算得到：
[Ρ]＝1/2(UΣα_il_iτ_i+αAσ_r)           公式⑴
式中：
[Ρ]—桩的承载力，KN；
U—桩的周长，m；
l_i—承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度，m；
τ_i—与l_i对应的各土层与桩壁的极限摩阻力，kpa；
σ_r—桩尖处土的极限承载力，kpa；
α_i,α—分别为桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力的影响系数。

9.  根据权利要求8所述浅水区钻孔平台的施工方法，其特征在于：所述承重 桩采用木桩和钢管桩，所述步骤⑶具体包括：
①根据桥梁桩基施工时钻孔施工机具的前支点和最外侧的桥梁桩基的位置确 定钢管桩的设置位置；
②计算单个钢管桩的承载力，根据钻孔施工机具的施工荷载和单个钢管桩的 承载力计算得到钢管桩的数量；
③根据桥梁桩基的位置和钻孔施工机具行走履带的宽度确定木桩的设置位 置；
④计算单个木桩的承载力，根据钻孔施工机具的施工荷载和单个木桩的承载 力计算得到木桩的数量。

10.  根据权利要求9所述浅水区钻孔平台的施工方法，其特征在于：所述 填土平台的起始位置是河岸的一侧，所述填土平台朝向桥梁桩基方向推土填筑而 成；或者所述填土平台的起始位置是施工便道的一侧，所述施工便道是从河岸的 一侧以与桥位走向相平行的方向推土填筑而成的，所述填土平台由施工便道的一 侧朝向桥梁桩基方向推土填筑而成。

一种浅水区钻孔平台及其施工方法
技术领域
本发明涉及浅水区桥梁桩基及下部结构施工技术，特别是涉及一种浅水区钻 孔平台，还涉及该浅水区钻孔平台的施工方法。
背景技术
浅水区桥梁桩基及下部结构施工需要在水上施工平台上进行，而水上施工平 台要使用水上作业船搭设，水上施工平台的具体搭设过程是：先使用打桩船在水 中插打钢管桩，然后使用吊装船靠近钢管桩在钢管桩上安装承重横梁及纵、横向 钢桁架，完成水上施工平台承重结构布置，最后在承重横梁上铺设分配梁，再在 分配梁上铺设钢板。
上述水上施工平台在搭设过程中存在以下缺陷：⑴由于搭设水上施工平台完 全是在水上进行作业，而施工船舶属于漂浮体系，所以施工安全风险极大，而且 施工难度也很大；⑵搭设水上施工平台涉及无以计数的水上吊装、焊接作业等操 作，施工工序繁杂，而在拆除水上施工平台时，同样需要采用水上作业的方式进 行拆除，因此拆除的工序也十分繁杂，以致工作效率较低；⑶搭设水上施工平台 的过程中，由于要使用水上作业船进行搭设，特别是打桩船及吊装船的租赁费用 高，使得施工成本很高。
筑岛围堰平台也可以作为水上施工的平台，筑岛围堰平台是从一侧向另一侧 倾填碾压填筑材料进行填筑而成。其优点在于：施工速度快、施工无需大型起吊 设备。但是，其缺点在于：填筑平台的材料无法周转，平台承载力低，容易下沉， 特别是进行桥梁桩基施工时，由于施工机具自重大，会导致平台产生裂缝、不均 匀沉降，并造成桩基护筒下沉、严重偏位。在远离岸边或者施工便道一侧进行桩 基施工时，由于护筒临水侧无约束，护筒受土体挤压，偏位明显，造成废孔，需 回填后重新进行施工。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种施工简单、可大大降低施工难度和施工安 全风险、施工成本低、能够大幅度提高施工效率的浅水区钻孔平台，能够满足承 载力要求，主要适用于水深3.0～5.0m且淤泥层厚度小于2.0m的内河浅水区。
本发明的第二个目的在于提供一种上述浅水区钻孔平台的施工方法。
本发明的第一个目的通过如下的技术方案来实现：一种浅水区钻孔平台，其 特征在于：它包括处于浅水区的填土平台、数个承重桩和钢板，所述填土平台填 筑在河床上并向上露出水面，所述承重桩竖向布置在填土平台中，且分布在桥梁 桩基的两侧，所述承重桩的底端固定在河床中，而其顶端则伸至填土平台的顶面 上，所述钢板铺设在填土平台的顶面上且位于所述承重桩的顶端形成承重平台用 于钻孔施工机具工作时支撑钻孔施工机具以满足承载力要求。
本发明与现有水上搭设钢平台相比，减少了水上施工繁杂的施工工序，施工 工艺简单，不需要水上施工船等大型施工设备，进而节省了施工成本，提高了工 作效率。由水上施工变为陆地施工，施工安全风险大大降低，而且后续系梁、墩 柱施工可直接进行基坑开挖施工，不用采用钢围堰进行施工，进一步节省了施工 成本。相比于现有的筑岛围堰平台，提高了承载力，平台不易产生裂缝和沉降， 避免桩基护筒下沉、偏位的现象。另外，钢管桩和钢板可以周转施工使用，提高 了材料利用率。经实践证明，本发明单个施工平台相对于钢管+型钢水上施工平台 可节约近10万元，总体施工成本投入较钢管+型钢水上施工平台更经济、实用， 可在浅水区施工中推广使用。
作为本发明的一种实施方式，所述承重桩采用木桩或钢管桩。
作为本发明的另一种实施方式，所述承重桩采用钢管桩和木桩，所述钢管桩 位于最外侧的桥梁桩基与其相邻的桥梁桩基之间，且处于最外侧的桥梁桩基的旁 侧，钢管桩分别支承在钢板的外端上。最外侧的桥梁桩基是指距离河岸或者施工 便道最远的桥梁桩基；所述木桩呈阵列规则排布，且位于钢管桩的内侧。
作为本发明的进一步改进，所述木桩的顶端和钢管桩的顶端处于同一水平面 上以使所述钢板呈水平状，可以保证钢板铺设的平整度；所述钢管桩的顶端与钢 板的下板面焊接，所述木桩的顶端支承在钢板的下板面上，即钢板直接支撑在木 桩的顶端上。
作为本发明的一种推荐实施方式，所述填土平台由粘土层和位于粘土层顶面 上的灰土层组成，所述粘土层露出水面，粘土层露出水面的部分经分层填筑碾压 而成，以使承载力满足要求。
本发明所述粘土层露出水面的部分每层填筑厚度为25～35cm，所述灰土层的 厚度为40～60cm，灰土层中石灰含量为5～10％(质量比)。
本发明的第二个目的通过如下的技术方案来实现：一种上述浅水区钻孔平台 的施工方法，其特征在于具体包括以下步骤：
⑴根据浅水区桥梁桩基及下部结构情况，结合现场施工部位河道情况，确定 填土平台的设置位置和尺寸，绘制填土平台施工设计图；
⑵计算桥梁桩基钻孔施工机具的施工荷载；
⑶确定承重桩的布置方式，计算单个承重桩的承载力，根据钻孔施工机具的 施工荷载和单个承重桩的承载力计算得到承重桩的数量，以满足承载力要求；
⑷开始施工，根据填土平台施工设计图，从填土平台的起始位置朝向桥梁桩 基方向以逐渐推进方式填土碾压形成填土平台；
⑸在填土平台上进行桥梁桩基和承重桩的施工放样，在填土平台中设置承重 桩；
⑹在填土平台的顶面上铺设钢板，且钢板位于承重桩的顶端，完成浅水区钻 孔平台施工。
本发明施工部位河道情况是指：施工部位河道水深、河床底部淤泥层土质及 厚度等情况。浅水区桥梁桩基及下部结构情况是指：位于浅水区的桥梁桩基数量、 长度和结构等情况。
作为本发明的一种实施方式，在所述步骤⑶中，单个承重桩的承载力由以下 公式计算得到：
[P]＝1/2(UΣα_il_iτ_i+αAσ_r)          公式⑴
式中：
[P]—桩的承载力，KN；
U—桩的周长，m；
l_i—承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度，m；
τ_i—与l_i对应的各土层与桩壁的极限摩阻力，kpa；
σ_r—桩尖处土的极限承载力，kpa；
α_i,α—分别为桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力的影响系数。
作为本发明的一种实施方式，所述承重桩采用木桩和钢管桩，所述步骤⑶具 体包括：
①根据桥梁桩基施工时钻孔施工机具的前支点和最外侧的桥梁桩基的位置确 定钢管桩的设置位置；
②计算单个钢管桩的承载力，根据钻孔施工机具的施工荷载和单个钢管桩的 承载力计算得到钢管桩的数量；
③根据桥梁桩基的位置和钻孔施工机具行走履带的宽度确定木桩的设置位 置；
④计算单个木桩的承载力，根据钻孔施工机具的施工荷载和单个木桩的承载 力计算得到木桩的数量。
桥梁桩基距离河岸较近时，所述填土平台的起始位置是河岸的一侧，所述填 土平台朝向桥梁桩基方向推土填筑而成；桥梁桩基距离河岸较远时，所述填土平 台的起始位置是施工便道的一侧，所述施工便道是从河岸的一侧以与桥位走向相 平行的方向推土填筑而成的，所述填土平台由施工便道的一侧朝向桥梁桩基方向 推土填筑而成。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
⑴本发明与现有水上搭设钢平台相比，减少了水上施工繁杂的施工工序，施 工工艺简单，不需要水上施工船等大型施工设备，进而节省了施工成本，提高了 工作效率。
⑵由水上施工变为陆地施工，施工安全风险大大降低，而且后续系梁、墩柱 施工可直接进行基坑开挖施工，不用采用钢围堰进行施工，进一步节省了施工成 本。
⑶相比于现有的筑岛围堰平台，提高了承载力，平台不易产生裂缝和沉降， 避免桩基护筒下沉、偏位的现象。
⑷施工过程中，钢管桩和钢板均能周转施工适用，提高了材料利用率。
⑸经实践证明，本发明单个施工平台相对于钢管+型钢水上施工平台可节约近 10万元，总体施工成本投入较钢管+型钢水上施工平台更经济、实用，可在浅水区 施工中推广使用。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的平面图；
图2是本发明的立面图。
具体实施方式
如图1、2所示，是本发明一种浅水区钻孔平台，它包括处于浅水区的填土平 台1、数个承重桩和钢板4，承重桩采用钢管桩3和木桩2，木桩2采用杉木桩， 填土平台1填筑在河床上并向上露出水面10，填土平台1由粘土层和位于粘土层 顶面上的灰土层组成，粘土层露出水面，粘土层露出水面的部分经分层填筑碾压 而成，每层填筑厚度为25～35cm，灰土层的厚度为40～60cm，灰土层中石灰含 量为5～10％，粘土层露出水面部分高度是灰土层底层标高和汛期最高水位之差。 木桩2和钢管桩3均竖向布置在填土平台1中，且分别分布在桥梁桩基的两侧， 木桩2和钢管桩3的底端固定在河床9中，而其顶端则伸至填土平台1的顶面上， 钢板4铺设在填土平台1的顶面上且位于木桩2和钢管桩3的顶端形成承重平台 用于钻孔施工机具工作时支撑钻孔施工机具以满足承载力要求，钢管桩3的顶端 与钢板4的下板面焊接，木桩2的顶端支承在钢板4的下板面上。钢管桩3分设 于桥梁桩基的两侧，且位于最外侧的桥梁桩基6与其相邻的桥梁桩基5之间，并 处于最外侧的桥梁桩基6的旁侧，分别支承在钢板4的外端上。木桩2呈阵列规 则排布，且位于钢管桩3的内侧。木桩2的顶端和钢管桩3的顶端处于同一水平 面上以使钢板4呈水平状，保证钢板4铺设的平整度。
一种上述浅水区钻孔平台的施工方法，具体包括以下步骤：
⑴根据浅水区桥梁桩基及下部结构情况，结合现场施工部位河道情况，确定 填土平台的设置位置和尺寸，绘制填土平台施工设计图；
在本实施例中，大桥桩基共计678根，其中有152根桩基位于当地鱼塘和内 河水系等浅水区，水深为3.5～4.5m，桩基为直径1.5m的摩擦桩，桩长为35～45m。
桥位地处长江下游水网地区，多河流、湖泊，属长江水系，具有丰富的地表 水资源。河道最高水位多发生在7～8月份，汛期洪水位高出圩内田地4～6m，但 排水站泄水能力较强，能保证雨季该地段不浸淹。根据调查了解，自1954年破圩 以来，未发生严重的内涝现象。
桥位区为江南水乡，遍布水田，多沟塘河岔，地势起伏小，地面高程一般在 6.2m至6.8m之间，桥位处地层地质较差，地层从上至下依次为填筑土、亚粘土、 软土、亚粘土(轻)、细砂、中砂、卵石土、砺砂、圆砾土、粗砂、粘土。河流两 岸软土层较厚，最厚处达18m。桩基实际穿过的土层为软土、亚粘土(轻)、细砂、 圆砾土。分布位置及土层厚度情况如下表所示：


(表1)
根据桥梁桩基结构平面尺寸及两侧各留1.0m的施工操作空间，再加上桥梁下 部结构施工时桩基两侧各留3.0m的操作空间，确定钻孔填土平台顶面尺寸，然后， 根据现场施工部位河水深度(填土平台周边坡率按1:0.5设置)推算填土平台底部 平面尺寸，然后绘制填土平台施工设计图。
根据桥位区桩基地质情况，桩基采用旋挖钻成孔工艺，但是，钻孔施工机具 自重大(单个钻孔施工机具自重达70T左右)，对水中桩基施工钻孔平台承载力要 求较高。
⑵计算桥梁桩基钻孔施工机具的施工荷载；
⑶确定承重桩的布置方式，计算单个承重桩的承载力，根据钻孔施工机具的 施工荷载和单个承重桩的承载力计算得到承重桩的数量，以满足承载力要求；
具体包括：
①根据桥梁桩基施工时钻孔施工机具的前支点和最外侧的桥梁桩基的位置确 定钢管桩的设置位置；
②计算单个钢管桩的承载力，根据钻孔施工机具的施工荷载和单个钢管桩的 承载力计算得到钢管桩的数量；
③根据桥梁桩基的位置和钻孔施工机具行走履带的宽度确定木桩的设置位 置；
④计算单个木桩的承载力，根据钻孔施工机具的施工荷载和单个木桩的承载 力计算得到木桩的数量；
单个钢管桩的承载力[P_钢]和单个木桩的承载力[P_木]均由以下公式计算得到：
[P]＝1/2(UΣα_il_iτ_i+αAσ_r)          公式⑴
式中：
[P]—桩的承载力，KN；
U—桩的周长，m；
l_i—承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度，m；
τ_i—与l_i对应的各土层与桩壁的极限摩阻力，kpa；
σ_r—桩尖处土的极限承载力，kpa；
α_i,α—分别为桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力的影响系数。
根据钻孔施工机具施工作业时前支点的支承力(由钻孔施工机具的施工荷载 计算得出)和已确定选用的钢管桩由公式⑴计算得到钢管桩的长度和 数量，经计算钢管桩长度为8.0m，钢管桩为2根；
选用直径15cm、长5m的杉木桩，根据公式⑴计算单个木桩承载力[P]木，根 据钻孔施工机具的施工荷载和单个木桩的承载力计算得到木桩的数量，杉木桩横 向间距根据车轮宽度设置为50cm，每条行车道下方各布置2排，共计4排；纵向 间距由木桩总数量根据行车时钢板下方平面尺寸进行设置，经过杉木桩长度计算 其纵向间距为80cm。
⑷开始施工，根据填土平台施工设计图，从填土平台的起始位置朝向桥梁桩 基方向以逐渐推进方式填土碾压形成填土平台，在本实施例中，桥梁桩基距离河 岸较远，填土平台1的起始位置是施工便道7的一侧，施工便道7是从河岸8的 一侧以与桥位走向A相平行的方向推土填筑而成的，填土平台1是由施工便道7 的一侧朝向桥梁桩基方向B推土填筑而成。填土平台的填筑材料选用粘土和灰土， 采用翻斗车倾倒，推土机推平碾压方式进行施工，粘土要求干燥、松散，成颗粒 状，对含水量大的粘土杜绝使用，粘土露出水面后，采用分层填筑碾压的方式进 行施工，分层厚度控制在30cm，平台顶层50cm采用灰土进行填筑，石灰含量控 制在5～10％，起到隔水的作用。
⑸在填土平台上进行桥梁桩基、木桩和钢管桩的施工放样，在填土平台中插 打木桩和钢管桩；钢管桩使用25T吊车配合60型振动锤进行插打施工，插打时钢 管桩位置严格按照设计图纸位置进行插打，防止钢管桩偏位严重影响后期护筒埋 设，钢管桩顶部标高与杉木桩顶部保持一致，以保证顶部钢板铺设的平整度。杉 木桩使用人工配合挖掘机进行插打，使用前对杉木桩进行检查，表面无虫蛀、弯 折现象，且要求直径在10～15cm之间。插打杉木桩时，杉木桩底部适当进行削尖 处理，以利于进行插打，插打时要保证杉木桩竖直，以防止倾斜影响后期桩基护 筒埋设施工，杉木桩顶部高度保持一致，以利于后期钢板铺设。插打木桩时，主 要利用木桩在插打过程中由于挤压周围的土体，使土体变得更为密实，木桩和土 体协同作用整体受力。
⑹在填土平台的顶面上铺设16mm厚的钢板，且钢板位于木桩和钢管桩的顶 端，钢板的作用是增大施工机具承载力受力面积。钢板在后场进行防滑处理后运 至施工现场严格按照设计位置进行铺设。钢板铺设完成后对平台顶部其他区域重 新使用推土机进行整平、碾压，完成浅水区钻孔平台施工。再埋设护筒，静置10～ 15天后进行桥梁桩基施工。
桥梁桩基及下部结构施工完成后，逐步使用挖机配合自卸车运输填筑的土体至 弃土场地，完成河道疏通和清理工作。对浅水区水中墩较多的桥梁，挖出的土体 经过晾晒后，可直接用于下一施工平台的填筑，起到周转利用的目的。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技 术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明承重桩还 可以使用其它类型的桩，比如混凝土桩；木桩也可以采用其它木材制成；钢管桩 和木桩在河床中的插入深度由公式⑴计算得到，即钢管桩或木桩的长度减去填土 平台的高度即得。桥梁桩基不仅仅可以为一排，还可以是两排以上，当为两排以 上时，根据实际施工情况和选择的钻孔施工机具来确定承重桩的排布方式。另外， 承重桩可以仅采用木桩或者钢管桩，也可以采用木桩和钢管桩配合使用，具体使 用根据实际施工情况确定。因此，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换 或变更，均落在本发明权利保护范围之内。