深海基础施工技术

深海基础施工技术

内容提要：象山县三门口跨海大桥南门桥位于东海近海海域，其水中墩基础采用钻孔灌注桩，最大水深达42m。本文介绍了水中墩基础施工时施工栈桥、钻孔桩施工平台的方案选择、设计及施工方法，超长大直径钻孔桩施工，深水承台施工等。

关键词：钻孔桩平台栈桥施工深水承台施工

1. 工程概况

三门口跨海大桥工程位于浙江省象山县石浦镇西南约15公里处的三门口地区，连接象山县石浦镇和高塘岛，是石浦港的西门口。其南门桥桥位区水深最大达42m，河床高程-1.5～-42m，潮差最大6.63m，为北边相对较陡，南边较缓的不对称“V”型谷。该桥最长桩基础102.5 m（平台高+5m，桩底为-97.5m），是国内少有的深水桩基础桥梁。主桥为60 m +2×110 m +60m预应力混凝土连续刚构，引桥采用5孔30m简支T梁，桥面连续，桥面宽度12.5m。三个主墩共计16根桩（19#、20#、21#），其中19#墩4根桩，采用1.8m桩径，位于大于45度陡坡裸岩地段；20#、21#墩各6根桩，桩径2.5m，20号墩水深42m，覆盖层不到10m，主要为粘土夹砾石层；21号墩覆盖层厚度30m，最长桩长为102.5m，是国内少有的深水桩基础。

桥址海域属于热带季风区，气候温暖湿润，雨量集中在4～9月份，本海域四季分明，全年冬季多西北风，夏季多东南风，台风季节最大风力达12级以上。由于本工程位于海中，风、浪、流等自然条件十分复杂，平台搭设、海上大直径深水钻孔灌注桩和深水承台的施

工经验很少，给海上的施工带来较多困难。

2. 工程水文、气象情况

本桥位于东海近海海域，桥址区均为海水，对混凝土和钢材具有较强的腐蚀性，不可直接用于生产，施工用水从岛上的水库中引用。本海域为半日潮，潮差6.63m，涨潮潮水流速达2m以上，平时浪高可达1m。桥址海域属于热带季风区，气候温暖湿润，多年平均最高气温35.3℃，平均最低气温-4.7℃，雨季集中在4～9月份，以春雨、梅雨、台风雨为主，7～10月为台风期, 最大风力达17级。

本区全年海水盐度一般在10.0‰～32 ‰之间变化，不宜用来拌制混凝土。

3. 地质情况

4. 工程难点

4.1 施工条件恶劣

由于本工程在海中施工，施工条件相当恶劣。不利气象因素主要有大风（台风影响最为严重，2004年以来超过十二级的大风有4次）、雾、雨、及高温（2005、2006年最高气温达41℃）、寒流等气象条件。不利的水文条件主要为浪和潮汐，影响到钻孔桩施工作业的天数为168天，相应作业天数为197天，给工程的施工和管理带来了较大的难度。施工场地狭小，海边只够做钢筋加工场地，混凝土拌合站距海边400m，混凝土泵送距离过长，增大了施工难度和风险。

4.2 施工技术难度大

4.2.1 平台搭设

19号墩位于大于45度的斜坡裸岩地段，平台搭设、成孔十分困难；20号墩水深42m，覆盖层不足10m，主要为粘土夹砾石，平台钢管桩入泥不超过6m，平台和便桥搭设是最大难点。

4.2.2桩基施工

21号墩水深38m，覆盖层厚度在30m以上，在风、浪、流的作用下护筒底脚产生扰动，造成塌孔，成孔极其困难；单桩钢筋笼重量达90t，总长95m左右，分4节对接，单节接头168根，这给吊装和连接带来极大困难；本墩成桩长度84～94.5m，单桩混凝土数量最大达550m3，灌注时间超过24h，在30℃以上温度下灌注混凝土风险极大。

4.2.3承台施工

本桥有8个墩在水中，承台施工需要做吊箱，如何做好套箱定位、固定以及如何解决水浮力问题，是本工序一大难点。

5.主要施工方案

5.1平台搭设工艺流程图

5.2钻孔灌注桩工艺流程图

图3 钻孔灌注桩工艺流程图

5.3承台施工工艺流程图

5.4施工工艺选择

本工程采用正循环泥浆护壁，冲击钻进成孔，分节制作钢筋笼，钢筋笼在平台孔口处采用单面帮条焊连接后吊装入孔，水下灌注混凝

土成孔的施工方法。整个工艺分成孔与成桩两部分，成孔部分包括冲击钻进成孔，泥浆护壁和一次清孔，成桩部分包括钢筋笼制作，钢筋笼吊放，导管安装，二次清孔，混凝土灌注。

由于主墩的钻孔深度在100m左右，最深的达102.5m，直径为2.5m，穿过地层复杂多变，桩底进入微风化岩石较深（超过4m），在钻进过程中必须维持孔壁稳定与及时排渣，因此采用正循环钻孔方式。用气举反循环法二次清孔，对孔壁稳定彻底清孔非常有利。根据我们施工经验积累和总结，在这种超长，超大直径灌注桩施工中，跟进护筒是最理想的，可不受地域、地层等各种因素影响（苏通大桥钻孔也采用跟进护筒的方法）。

承台均处于海水中，因此采用双壁钢围堰施工。钢围堰采用吊箱施工法。

6.主要工序

6.1施工平台打设

6.1.1方案选择

根据以往的施工经验和相关深水基础施工资料，水上施工既可采用导向船作水中浮动平台，利用拖轮、驳船、浮吊进行施工，也可采用施工栈桥变水为岸的施工方案。经过充分考虑，认为前者使用的机械设备多、工作面少、工期长、阻水面积大、施工比较复杂、成本较高，且要设一个水上起重码头，这种方案只适用于离岸较远且墩距较大的情况，不适于本桥的情况，故采用栈桥方案。

栈桥方案又经过单、双线栈桥的比较。双线栈桥龙门吊机方案，

具有结构稳定、施工方便、可靠性好，但施工的辅助时间长，需用的机具、材料、设备、人员几乎是单线栈桥的2倍，因此造价也是单线栈桥的2倍，从工期和经济的角度考虑决定采取单线栈桥方案。

6.1.2单线栈桥及平台设计

6.1.2.1单线栈桥

单线栈桥有两种构思：一个是上面可以通过重型汽车，例如混凝土罐车，以方便灌注混凝土时应用；二是上面只能通过人力车和轻型物品，例如人力推车推土，推片石时应用。经过方案比选，考虑第一种方案需要材料多，工期长，对桥面系的要求很高，并且利用率不高，所以选择了后一种，栈桥桥面宽度定在1.5m。栈桥搭设在平台的一侧，由两根栈桥桩与平台桩连成整体，这样既节省了材料，又能增加平台的横向稳定性，利用率高。

栈桥基础为φ1000 mm的钢管桩（б=10mm）桩基结构。钢管桩桩长在28～50 m之间。桩之间用工字钢或槽钢连接（剪刀撑形式），桩顶(桩顶标高为5m)下4 m用工字钢或槽钢连成桩基连接系，使其成为整体。桩顶布置32或40工字钢作为联系和承重梁，并连成整体。上部铺设5cm厚的木板制成桥面系。在确定这个方案之前对栈桥使用的各种工况及钻孔平台受力状况进行过大量的计算，计算的结果表明有一定的储备系数。经过2年来的使用，特别是经受了2004年和2005年多个台风的考验，本桥栈桥及平台结构未出现任何变化。6.1.2.2平台

平台经过了单线栈桥护筒平台与单线栈桥辅助墩位平台之间的