珠海大横琴股份有限公司
摘要：在跨江跨海桥梁施工、码头施工、水中预制场、临时钢便桥等水中作业平台施工中，钢管桩施工平台是一种首选的水上临时结构。然而传统的钢管桩施工平台从施工钢管桩到钢板平台焊接，在水面上作业量较大，施工时间长，进度较慢，由此引起的施工安全、质量问题较普遍。
本文通过某工程水上钢平台施工实例，对采用槽钢—钢板组合结构，拼装在钢管工字钢梁上，从施工工艺上进行改进，提高水上作业平台的施工速度、平整度，保证了平台施工安全和质量，可为施工类似的项目提供参考。
关键词：水上钢平台；钢管桩施工；槽钢—钢板组合结构；施工方法及质量控制
一、研究背景
横琴新区环岛西路二期工程高架桥主线桥长3.65km，匝道桥长0.8km；桥梁基础采用水下灌注桩。桥梁主线桥约3km均位于横琴西南浅海范围内，为保证施工期间周边山洪排洪通畅，减少施工对浅海的污染，需在河涌上搭设水上钢平台约130000m2，建成后的钢平台需满足在上面进行桩机作业、混凝土运输等施工作业，并保证在平台上作业的质量和安全。
针对该工程水上钢平台施工工程量大、工期紧以及根据桩位置的不规则开孔技术等特点在传统的一系列钢平台施工技术中寻求一种新的施工工艺，以提高平台施工速度、平整度及结构受力特性。
二、技术特点
本技术施工的水上作业平台结构采用工厂预制和现场拼装巧妙结合，充分利用工厂化生产，与施工现场钢管桩同步施工或率先预制，从而方便、快速，大大提高了施工的安全、质量。总结起来有以下几点：
（一）工字钢横梁及纵梁均由工厂根据现场施工长度要求分段或按尺寸裁割，运输至现场拼焊吊装，减少了施工现场加工的工作量，加快了现场施工速度。
（二）将槽钢与钢板由工厂标准化预制成12×1.2m的槽钢—钢板组合结构，巧妙的将槽钢与钢板焊接成一个整体，从而减少了施工现场槽钢与钢板的吊装次数及定位焊接次数，大大加快了施工进度，工厂化生产确保了槽钢与钢板之间的焊接质量，同时也保证了钢平台结构安装的整体平整性。
（三）槽钢—钢板组合结构的整体性在施工平台承受外载时能均布的将荷载分摊到纵向工字钢梁上，在一定程度上改善了结构承受荷载的能力。由于桥梁桩基础位置相对槽钢—钢板的不确定性，会在组合结构的表面不同位置开孔，但均不影响该结构的受力特性。
（四）槽钢—钢板组合结构由于其整体性较好，受荷载后变形量较小，因此可以重复回收使用，大大减少了成本投入。
三、施工方法
装配式水上钢平台施工工艺如图3.1所示：
图3.1装配式水上钢平台施工工艺图
3.1装配式水上钢平台具体施工方法
3.1.1钢管桩施打
1、工厂生产标准段现场根据所需长度焊接加工；
钢管桩选用长度12m，直径DN426×8mm的螺纹缝钢管合格材料，在现场加工场内根据施工需要进行焊接接长。加工完毕并经技术员验收合格后，采用平板车运至待插打区域。
2、GPS测量定位，导向架辅助控制钢管桩位置定位。
用GPS并借助导向架精确定位钢管桩位置，定位时应全面考虑好桥梁桩基础的具体位置，做好细致的计划避免在施工过程中桥梁桩基础与钢管桩、工字钢横梁及工字钢纵梁发生冲突。
3、钢管桩吊装施打
钢管桩采用25t汽车起重机吊起钢管桩，测量定位后，用90KW振动锤夹具夹起钢管桩到设计桩位后，慢慢放松吊机钢丝绳，直至桩落于河床，确定桩位与桩的垂直度满足要求后，开动振动锤振动，直至打至设计深度。每根桩的下沉一气呵成，不可中途停顿或中断，以免桩周围土恢复造成下沉困难。
钢管桩插打顺序为从下游向上游并测定水流速度，计算管桩下插位置；直至汽车吊工作半径不能满足钢管桩插打距离时，架设已插钢管桩区域工字钢主梁及分配梁并铺设面板，作为工作平台继续插打剩余桩基，以此类推，完成平台钢管桩插打工作。
除第一根钢管桩外，其它钢管桩均及时与已插打的桩利用剪刀撑连接。剪刀撑采用[20槽钢制作，与钢管桩间满焊，焊缝高度为5mm。若剪刀撑下部处于水下，采用抱箍与钢管桩连接。钢管桩插打时定位偏差≤0.1m，倾斜度≤1%。钢管桩插打完毕一个区域后，立即标定钢管桩顶面设计高程。切割钢管桩，切割后桩顶误差不得大于10mm。
振动沉桩过程中，出现桩的偏移、倾斜或回弹（严重时），以及其他不正常情况时，均应暂停，并查明原因，采取措施方可继续沉桩。
3.1.2钢管桩顶处理
钢管桩打入后，由测量人员测出钢管桩顶标高，割去多余的钢管桩，并对钢管工字梁穿进位置进行切割，并保证同一横向水平的两根钢管桩必须控制在同一条直线上，保证能准确放置通长的I36a工字钢加工图如图3.2、3.3。钢管桩顶施工的同时、施工槽钢及斜撑，并焊接连接构成整体在安装工字钢横梁及横撑、斜撑前，应把握好低潮位时间防止潮水淹没。
图3.2钢管桩顶凹形口切割图3.3加工完成的凹形口
3.1.3工字钢加工及与焊接就位
本项目采用36a工字钢作为横、纵梁，在安装前由工厂根据安装位置所需长度列表下料并标记，运送至工地材料加工场，由现场完成焊接拼装。
与钢管桩焊接之前，应将钢管桩焊接处除锈，焊接方式采用电弧焊焊接并保证焊缝满焊，焊接完成采用钢管切割钢板加焊牢固。如图3.4所示：
图3.4横梁焊接及钢板加焊大样图
钢管桩、槽钢斜撑焊接连接构成整体后，钢管桩顶焊接工字钢主梁及分配梁，主梁及分配梁接长时应将接头错开并绑焊加强钢板，工字钢之间采用焊接连接，形成钻孔平台的骨架。分配梁架设过程中应在桩位处预留2.4m×2.4m空间，作为钢护筒下沉及护筒导向架安装空间。
3.1.4面板铺设
1、铺装面板由槽钢与钢板由工厂标准化预制成12×1.2m的槽钢—钢板组合结构，在工字钢横纵梁安装完成并与横向工字钢焊接完成后进行吊运、拼装。如图3.5、3.6、3.7所示：
图3.5工字钢横纵梁安装焊接完成图3.6组合板吊运拼装完成图
图3.7槽钢—钢板组合不规则开孔图
2、组合板吊运、拼装完成后及时对组合板与纵梁搭接部位进行点焊固定组合板位置搭设完毕后，四周设置安全护栏，护栏高度为1.2m，立杆的间距为6m，立杆焊接在钢面板钢上，立杆及扶手均采用φ48钢管，扶手应设置两道。
3、施工完成根据现场施工需要进行桩基础开孔，或作为施工便便道行驶施工机械。
四、质量控制
4.1测量控制
1、施工用的测量仪器，均按计量要求定期到指定单位进行校定，精度满足要求后方能使用。
2、对建设单位提交的控制桩立即进行复核，确认无误后以书面的形式交给各施工作业面，各施工作业面再次进行复核，合格后方可作为施工放样的依据。
3、施工过程中，对控制桩严加保护，发现损坏或移动迹象应提请上级单位及时恢复或另行补设，在未恢复或补设之前不得使用该控制桩。
4、项目成立一支测放迅速准确、计算精确的专业测量组，严格执行测量放样复核制度，做到有放必复，经复核认可后方可进行施工。外业完成后，对测量一手资料进行整理，复核无误后提请监理进行复核并予以签证。
4.2拼装质量控制
1、对于进行焊接连接的构件，其组装质量应符合规定，低合金钢定位应用定位焊（不得用点焊）。采用定位焊所用的焊接材料的型号应与该构件的相同，定位焊高度，不宜超过设焊缝高度的2/3。长度不小于100mm，间距为300～400mm。
2、磨光顶紧接触的部位应有75%的面积紧贴，用0.3mm塞尺检查，其塞入面积之和不得大于总面积的25%，边缘最大间隙不得大于0.8mm。
4.3焊缝质量控制
焊接检测应由质量管理部门合格的检验员按照焊接检验工艺执行。详见焊接工程质量控制程序。
1、焊工检查（过程中检查）
焊工应在焊前，焊接时和焊后检查以下项目：
（1）焊前
焊工必须具有相关焊接资质，并在焊接证件许可范围及有效期内从事相关焊接工作。任何时候开始焊接前都要检验构件标记并确认该构件；检验焊接材料；清理现场；预热。
（2）焊接过程中
清理焊道；按认可的焊接工艺焊接预热和保持层间温度；检验填充材料；打底焊缝外观。
清除焊渣和飞溅物；焊缝外观；咬边；焊瘤；裂纹和弧坑。
4.4预防焊接变形措施
1、设计和构造
（1）在保证结构安全的前提下，焊缝尺寸不宜过大。
（2）对接焊缝避免过高、过大。
（3）对称设置焊缝，减少交叉焊缝和密集焊缝。
（4）受力不大功不受力结构中，可考虑用间断焊缝。
（5）尽量使用焊缝通过截面重心，两侧焊缝量相等。
2、下料和组装
（1）严格控制下料尺寸。
（2）放足电焊后的收缩余量。
（3）组装尺寸做到准确、正直、避免强制装配、采用简单装配胎具和夹具。
（4）小型结构宜一次装配，用定位焊固定后，用合适的焊接顺序一次完成。
3、焊接顺序
（1）选择合理的焊接顺序，以减小变形、如先由跨中向两侧对称施焊，后焊两端。
（2）几种焊缝施焊时，先焊收缩变形较大的横缝，而后焊纵向焊缝或者先后对接缝，而后再焊角焊缝。
（3）当多名焊工同时焊接圆形工件时，应采用对称位置同方向施焊法
4、焊接规范和操作方法
（1）选用恰当的焊接工艺系数，尽量采用焊接工艺系数小的方法施焊。
（2）先焊焊接变形较大的焊缝，遇有交叉焊缝时，设法消除，起弧点缺陷。
（3）手工焊接长焊缝时，宜用反向逆焊法（即对称分段退步焊接法）或分层反向焊法（分层分段退步焊接法）减少分层次数，采用断续施焊。
（4）尽量采用对称施焊，对大型结构更宜多焊工同时对称施焊，自动焊可不分段焊成，并采取焊缝缓冷措施
（5）对主要受力节点，采取分层、分段轮流施焊，焊第一遍适当加大电流，减慢焊速，焊第二遍，不使过热，以减小变形。
（6）对焊缝不多的节点，采取一次施焊完毕
（7）防止随意加大焊肉，引起过大过量变形和焊接应力集中。
5、反弯和刚性固定措施
（1）对角变形可用反弯法，可杆件对接焊时，将焊缝处垫高1°5′~2°5′以抵消角变形。
（2）焊接时在台座上或在重叠的构件上设置夹层、固定卡具或辅助定位板，强制焊缝不使其变形。此法宜用开低碳钢焊接，不宜用于中碳钢和可焊性更差的钢材，以免焊接应力集中，使焊件产生裂纹
（3）钢板V形坡口对接，焊前将对接口适量垫高以使焊后基本变平。
五、结束语
装配式水上钢平台与传统水上施工平台相比，装配式水上施工平台施工简便、拼装快速，整体受力条件好、承载能力高（可以根据需要不规则开孔，且开孔后对其受力条件影响较少），拼装安全、质量易得到保证，回收利用率高（大约可以周转三次，周转后其分摊综合成本约为普通钢平台施工成本的80%左右），经济效益、社会效益良好，对环境影响较少。
因此，对于需承受上部荷载、需快速完成施工、周转次数较多、需根据需要不规则开孔的场合采用该方法相对于传统方式，不失为一个很好的替代方案。
参考文献：
[1]《水上钢平台及钢便桥的设计与施工》，作者：刘热强《探索•技术》2013年7期；
[2]《可移式水上平台及水上基础施工技术》，作者：雷少全等《探矿工程》1994年3期；
[3]《深水桥钢平台的设计与施工技术》，作者：杨利权等《铁道建筑技术2007年6期；
[4]《装配式卸料钢平台的构造及施工》，作者：侯立林《广西城镇建筑》2008年12期；