浮式钻孔平台设计及施工工艺

浮式钻孔平台设计及施工工艺

1前言

在桥梁水中钻孔桩基础施工中，必须设置钻孔平台。钻孔施工平台的种类主要有钢管桩支撑平台、钢护筒支撑平台、钢围堰支撑平台和浮式平台四大种类；施工中结合水中桥墩处的地质、水文条件等选择适宜的钻孔平台，对桥梁施工的安全、工期、经济河社会效益具有重要的意义。浮式钻孔平台适合在一些特殊的工程地质或水文条件下采用。

2 浮式钻孔平台的适用范围及特点

2.1 浮式钻孔平台的适用范围

（1）桥墩处河床无覆盖层或较薄、基岩较坚硬，钢管桩无法打入的工程地质条件。

（2）水流流速<2m/s、水深超过30m的水文条件，钢管桩支撑平台用钢量很大的情况。

2.2 浮式钻孔平台的特点

浮式钻孔平台具有施工方便、快捷，钢材用量较少的特点。

3 浮式钻孔平台构造

浮式钻孔平台分为浮箱式和船组式两种构造。

3.1 浮箱式钻孔平台构造

浮箱式钻孔平台由浮箱、定位锚碇系统、连接系统和承重分配梁、面板等组成，其结构如图1所示。连接系和承重分配梁一般合二为一，采用贝蕾梁、万能杆件或型钢组成；面板采用5cm厚的木板。

图1 浮箱式钻孔平台结构示意图

3.2 船组式钻孔平台构造

船组式钻孔平台由铁驳船、定位锚碇系统、联结系和承重分配梁、面板等组成，其结构如图2所示。联结系和承重分配梁一般合二为一，采用贝蕾梁、万能杆件或型钢组成；面板采用5cm厚的木板。

图2 船组式钻孔平台结构示意图

3.3 浮式钻孔平台的定位锚碇系统

浮式钻孔平台的定位锚碇系统由绞车、马口、将军柱、缆绳、锚碇及定位钢管桩等组成。锚碇按其构造分有铁锚（海军锚、霍尔锚）和钢筋混凝土锚两种；锚碇按其作用分主锚、尾锚、侧锚三种。

4 浮式钻孔平台设计

4.1 平台的承载力检算

4.1.1 平台设计荷载计算

G=G1+G2+G3+p s S p+ΣV（1）式中G——总设计荷载（kN）；

G1——船（箱）体自重（kN）；

G2——联结系和承重分配梁自重（kN）；

G3——钻机自重，kN；

p s——施工荷载（2.5kN/m2）；

S p——平台顶总面积（m2）；

ΣV—各锚碇缆绳拉力的垂直分力之和，kN；

4.1.2 平台承载力检算

K1= F / G >[K]=1.5 （2）式中K1——平台承载力安全系数；

F——船（箱）体设计承载力（kN）；

4.1.3 联结系、加固系检算

连接系和加固系的检算和其它平台的方法相同，本文从略。

4.2 定位锚碇系统检算

4.2.1 定位锚碇系统选择

（1）对于河床为粘性土、砂卵石或软质岩时宜采用铁锚，同时辅以定位钢管桩。定位钢管桩在平台外侧四个角和中部焊制定位耳环，用振动锤打入钢管桩而形成，如图1所示。

（2）对于河床为较坚硬裸岩、等，铁锚不容易锚固或铁锚数量不足时，一般采用钢筋混凝土锚，如图2所示。

（3）缆绳一般采用钢丝绳，在平台同一侧的缆绳长度应相等，以免产生锚碇受力不均匀而导致弱锚移动，强度集中，引起缆绳拉断等危险。

（4）平台应顺水流方向安放，主锚设在平台上游，一般设3~4个；如果水流方向是双向的（如临海水域），则应在平台两端都设置主锚。

4.2.2 锚碇系统验算

（1）钢护筒下沉到位后的水流阻力R1

R1=ω1γA g v2/2g （3）式中ω1——钢护筒阻力系数，取0.8；

γ——水的容重（10kN/m3）；

v——水的流速（m/s）；

A g——钢护筒的挡水面积（m2）；

g——重力加速度（9.81m/s2）；

由于钢护筒定位稳定后，钢护筒与浮式平台脱开，所以，作用于承重船之阻力仅为下沉钢护筒时一个钢护筒上的水流阻力。

（2）船（箱）身水流阻力R2。

R2=γ（fS+ω2A d）v2/g （4）式中f——船（箱）摩阻系数，取0.17；

S——船（箱）浸水面积（m2）；

v——水的流速（m/s）；

ω2——船（箱）端头阻力系数，取5；

A d ——船（箱）入水部分垂直于水流方向的投影面积；

（3）水面以上部分船（箱）体及其附属物的风阻力R3。

R3=ω3A f q （5）式中ω3——阻力系数，取1.0；

A f——挡风面积（m2）；

q——单位面积风压力（kPa）；

（4）主锚碇计算。

1）主锚总水平拉力。

R=R1+R2+R`3（6）2）主锚重量W。

铁锚：W=R/10nK3（7）

钢筋混凝土锚：W=R/10nK4（8）式中W——每个锚碇重量（t）；

n——主锚碇个数；

K3——铁锚效率系数，根据河床覆盖层地质情况取4~12；

K4——钢筋混凝土锚效率, 根据河床覆盖层地质情况取0.3~0.5。

（5）缆绳计算。

1）缆绳选择。

[T]=p[K] （9）式中[K]——缆绳破断安全系数，取5；

[T]——单个锚碇的钢丝绳破断拉力（kN）；

P——单个锚碇的水平拉力（kN）。

根据计算的[T]，从有关钢丝绳性能的材料手册中查找选择适合规格的钢丝绳。

2）缆绳长度计算。

（10）式中p——缆绳总长度（m）；

h——缆绳马口到河床面的高度（m）；

q——钢丝绳在水中的重力（kN/m）。

4.2.3 尾锚、边锚布设

因水流方向变化，尾

锚、侧锚的拉力不易计

算，一般按主锚拉力的

30%配置。为尽量减少对

通航的影响，侧锚的一般

采用短缆绳。

5浮式钻孔平台的

施工工艺及操作要

点

5.1 施工工艺流程图

及说明

浮式钻孔平台施工

工艺流程如图3所示。