文／焦作市新时代高速公路有限公司 马海君

1、钢管桩支撑式固定工作平台

某水库大桥桥址区所处地貌单元属于中低山区，中部地势较低，为U字型沟谷，现为水库，水面宽约500m。水库最低库容水位8.00m，流速为2m/s，水位变化幅度约8.00m。设计桥面横跨水库，桥长658.90m，桥梁宽2×16.50m。上部结构采用跨径50m预应力混凝土T型连续梁，下部采用承台柱式桥墩基础，桥位布置如图1所示，0#和13#U形台下采用扩大基础。1#～12#墩下采用水下钻孔灌注桩基础，共计129根，其中Φ1500mm桩120根，φ1800mm桩9根，桩长50m，自由长度24m，4#墩～10#墩的桩基施工处于深水之中，水深20～40m，需搭建水上施工平台。

图1 大桥桥位立面图

本工程采用钢管桩支撑固定式工作平台，如图2、图3所示，施工平台采用贝雷架做纵梁，型钢做横梁，横梁上铺设槽钢形成桁架桥。每个平台采用24根φ426mm钢管作为平台的垂直支撑杆件，并与φ650mm的斜钢管桩共同抵抗风、水流力和波浪力，14a槽钢和φ80mm钢管作为钢管桩之间起联系作用的杆件；平台主梁与次梁均采用25a工字钢。施工平台及桁架桥上行车道板均采用22a槽钢铺设，间距为70mm。平台钢管桩要求有足够的强度、刚度和稳定性，以承受竖向荷载及振动力，平台钢管桩之间设置多道横向联结以保证平台的稳定性和抗扭能力。

2、平台结构数值计算分析

本文采用ANSYS有限元分析软件进行平台结构的受力分析。钢管桩、主次梁均采用空间梁单元beam188；钢管桩之间采用link8二维杆单元。钢材弹性模量E=2.06×105N/mm2，μ=0.3。在保证足够计算精度和较快运算速度的情况下，合理划分单元，平台结构的有限元模型如图3所示。

钢管桩及钢护筒长度根据规范提供的弹性长桩嵌固点的计算办法确定，在弹性长桩的受弯嵌固点处将其作为固定端施加约束。

（1）荷载分析

① 平台板荷载：平台板由22a槽钢倒扣，间距70mm铺设于次梁之上。

② 钻机荷载：钻孔灌注桩采用冲击钻成孔，其底座尺寸为1.5m×4m，重5t，考虑1.3的动力系数，通过钻机下的走管将荷载以集中荷载形式传到次梁之上。

③ 主次梁、钢管桩：构件自重由ANSYS程序自动考虑，钢材容重取为78.5kN/m3。

图2 施工平台平面布置图

图3 施工平台剖面图

④ 风荷载：风荷载偏安全地布于露出水面的平台E向节点上，风荷载标准值由下式计算：

式中wk为风荷载标准值（kN/m2）；βz为高度Z处的风振系数；μs为风荷载体形系数；μz为风压高度变化系数；w0为基本风压（kN/m2），按规范取50年一遇的基本风压为0.35kN/m2。

⑤ 水流力：水流力计算参照《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）计算，并等值均布于处于水中的钢管桩节点上。

⑥ 波浪力：波浪力按《海港水文规范》（JTJ213-98）进行计算，并等值均布于处于水中的钢管桩节点上。

⑦ 混凝土运输车荷载：混凝土运输车轴距取3.0m，轮距取1.8m，前轴重50kN,后轴重300 kN，以集中荷载的形式作用于主次梁之上。

（2）施工平台承载能力极限状态作用效应计算

钢管桩独立插打时的计算荷载组合时，偏于安全和计算方便的考虑，风荷载作用在平台迎风面较大的方向，即从E至S，水流力、波浪力从两个方向作用，因此施工平台承载力作用效应的计算有如下两种工况：① 风力由E至W，水流力、波浪力由N至S；② 风力由E至W，水流力、波浪力由E至W。

（3）结果分析

钢管桩独立插打时，桩的内力和稳定应力计算结果表示，平台中起支撑作用的钢管桩均能满足强度、稳定要求，通过计算对比分析，设置的斜钢管桩能明显提高抗侧移能力，在有较大风浪的水域，固定式施工平台设置斜桩是较好选择。

3、工作平台的施工

3.1 钢管桩的施工

单根钢管桩需穿透5米厚卵石层，达到岩层。钢管桩下沉就位受水流冲击力的影响较大，因此施工时应选择在水流速度较慢时进行，这样有利于钢管桩的正确定位，减少变形量。

（1）钢管桩定位。利用大桥控制网布设的临时控制点，通过全站仪进行钢管桩的定位。

（2）钢管桩沉入。钢管桩施工采用振动打桩机，功率在60Kw以上，并辅以喷射法施工。喷射施工过程中，两根喷射管对称安装在桩的两侧，距离桩端0.5米处，喷射水压为0.7～1.4MP；钢管桩倾斜率控制在1%以内，位置偏差控制在300mm以内。钢管桩间连接如图4所示。

图4 钢管桩间连接方式

（3）在钢管桩和钢护筒底口外围抛沙袋，沙袋堆积高度为1.5m，保证钢管桩底的固定。

（4）钢管桩拔除。钢管桩使用完毕后，必须拔除回收利用。

3.2 斜钢管桩的施工

斜钢管桩的设置能明显地提高施工平台的抗侧移能力，提高平台的稳定性，确保桩基施工的安全。斜钢管桩的施工可以采用锤笼吊打法或者可移式水上平台施工法。在本平台施工中，用起重机起吊一个特殊的锤笼，并使锤笼具有与桩相同的倾斜度，套入由斜桩定位导架定位的斜桩。

3.3 平台结构施工

钢管桩全部下沉完毕后，根据水位和后续工作确定一个合理标高。在桩顶横梁上先安装纵桁梁，在横梁节间支点上安装横向工字钢梁，用抱箍固定，最后在横钢梁上铺设竹或木跳板、槽钢即成平台。施工时应注意钢管桩稳定。

3.4 钢结构节点的施工

一般平台采用桁架式或梁式结构且简支于钢桩之上，这种结构抗弯扭能力差，整体刚度不强。本平台钢管桩与主梁、主梁与次梁均采用刚接的形式。将平台主梁与钢管桩固结，增强了平台结构整体抗水流或波浪的能力。钢管桩与主梁的刚接节点及主梁与次梁刚接节点如图5所示。

图5 平台钢结构节点施工示意图

4、结语

钢管桩支撑固定式水上施工平台的特点是在墩位处采用锤击、震动或压入法下沉钢管桩至一定深度后，将桩互相联结，在桩顶架设施工平台，再于平台上安装沉桩和导桩设备。水中桩基施工的全部作业都在平台上完成。

（1）钢管桩支撑固定式水上施工平台在建造施工过程中，应该采取有效措施，保证平台受力与设计一致，从而保证平台稳定。

（2）钢管桩的施工必须连续进行，在施打钢管桩的同时，不断的将已就位的钢管桩连成一体，逐渐形成平台的刚度，可有效地提高钢管桩受水流、波浪作用时抵抗变形的能力。

（3）斜钢管桩的设置，能在增加用钢量不多的情况下较大地减小平台的侧移，斜钢管桩的施工可以采取锤笼吊打法施工，施工时可采用现有设备，经过创新性改装，造价较低。

（4）良好的连接是钢管桩固定式工作平台具有较强刚度的保证，钢管桩与平台主梁，主梁与次梁的连接均采用刚结形式。将平台与钢管桩固结，可增强平台整体抗水流或波浪的能力，尤其适合于有风浪的水域作业。

[1]刘自明,桥梁深水基础[M].北京：人民交通出版社，2003

[2]郭莉.水上钢管桩施工平台的受力分析[J].建筑施工，2003(4),311～312

[3]中华人民共和国建设部,《钢结构设计规范》(GB50017-2003)北京：中国计划出版社,2003.10;

[4]中华人民共和国交通部,《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）北京：人民交通出版社，1998.8.

[5]中华人民共和国交通部,《港口工程混凝土结构设计规范》（JTJ267-98）北京：人民交通出版社,2001.10

[6]中华人民共和国交通部,《海港水文规范》（JTJ213-98）北京：人民交通出版社,2000.3