浅谈繁忙航道大直径桩基钢护筒沉放施工工艺

谢鹏

摘要： 肇庆西江大桥防撞工程是西江（界首至肇庆）航道扩能升级工程桥梁防撞处理工程之一，其航道非常繁忙，水深且急，防撞墩桩基钢护筒定位难度较大，施工环境危险。本文分析了在封航条件下，搭设水上施工平台，采用导向架精准定位大直径桩基钢护筒沉放施工工艺，为今后类似桥梁防撞处理工程提供了有价值的参考资料。

Abstract： Zhaoqing Xijiang Bridge Collision Avoidance Project is one of the bridge anti-collision treatment projects for the expansion project of the Xijiang （Jieshou-Zhaoqing） channel. The channel is very busy， the water is deep and urgent， the collapsible pier pile foundation steel casing is difficult to locate and the construction environment is dangerous. This paper analyzes the construction of a water-construction platform under the conditions of sealing and adopts a guide frame to accurately locate the construction technology of large-diameter piled steel sheathed steel caisson， providing valuable reference materials for similar bridge anti-collision engineering in the future.

关键词： 繁忙航道；施工平台；导向架；大直径；钢护筒

Key words： busy channel；construction platform；guide frame；large diameter；steel casing

中图分类号：U445.55+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0160-03

1 工程概况

肇庆西江大桥位于肇庆市区与高要城区之间西江的江面上，是连接肇庆与高要的主要交通要道，同时也是国道324线与三茂铁路的主干交通枢纽，属公路铁路两用桥。为确保桥梁安全，需在两通航孔两侧的三个主桥墩上、下游约5m处设分离式防撞墩。

该桥防撞墩基础采用8根直径为2.8m的灌注桩，呈梅花形布置，共三排五列，左右两排桩各布置3根，中间排桩布置两根，排间距为3.53m，列间距为4.35m。

2 整体思路

西江沿线航道是广东省内较为重要的水上交通要道，每天来往船只较多，航道繁忙。为确保水上施工安全，施工前与当地海事和有关部门协商，封闭下通航孔，开辟临时下通航孔，并下发封航通知单，办理水上许可证书等相关证书，以保证在不影响通航的条件下，顺利完成工程施工。

防撞墩位于原桥墩上、下游约5m处，钢护筒施工时必须提前搭设水上操作平台，然后利用起重船配合液压振动锤进行沉桩施工。

3 施工平台设计

根据2010年至2014年当地水文站提供的历年水位图，考虑经济效益与施工安全，肇庆西江大桥防撞墩施工平台顶面标高按+6.5m设计，施工平台采用矩形布置，长26m，宽25m。深水区施工平台基础采用φ820mm×10mm钢管桩，桩间距8m，平台自下而上依次为：平联φ426×6、横撑φ426×6、主横梁2HM588×300mm型、纵梁单层双排贝雷架、I32a@75cm、[28 a槽钢@33cm反扣，四周设钢护栏。在铺设面层槽钢时，在相应桩基位置处预留钢护筒孔洞。

4 钢护筒施工

4.1 钢护筒制作

桩基钢护筒采用内径 3.1m，壁厚16mm，材质为Q235B的钢管，两端设置高为30cm的加强箍，加强箍采用12mm钢板制作，以减少护筒在沉放过程中的变形量。钢护筒在专业厂家分节制作，长度根据现场实际参数进行确定，螺旋焊接。

4.2 设备选型

4.2.1 振动锤选型

根据美国ICE公司的估算方法：在高速振动时，桩的周围土壤产生液化效果，使桩侧极限静摩阻力减低率μ=0.1～0.4，根據工程的具体土质，在0.1～0.4之间选取一个值计算。

Tvi=Ti*μ，其中Ti为第i层土层的极限静侧摩阻力（kN）。

钢护筒摩擦力按照计算最大入砂层35-24=11m，已知中砂极限桩周摩阻力为50kPa。

Ti=π×3.132×11×50≈5409kN，钢护筒振动下沉摩擦力为（桩侧极限静摩阻力减低率μ取0.4）Tvi=Ti×0.4≈2164kN，选择ICE1412液压型振动锤满足要求。

具体振动锤参数见表2。

4.2.2 工索具选择

4.2.3 起重船选择

钢护筒吊放拟采用130t起重船“恒圣2号”进行。130t起重船的主要技术性能参数如表3。

钢护筒最大吊装长度34m，吊重41.8t，作业半径21m，满足施工要求。

4.3 导向架设计与制作

为了确保钢护筒的沉放精度，特设计和制作导向架进行钢护筒沉放。导向架设计总高度为2m的点接触式导向架，采用双拼工32a型钢焊接，内框为3.232m的方形布置，分上下两层，之间用双拼工32a型钢连接，导向架所用的工字钢全部采用满焊处理。

导向架制作完成后，测量放出导向架的平面位置，利用起重船起吊安放在事先测量的平面位置处，底部型钢与平台槽钢面板固定牢固。

4.4 钢护筒下沉

φ3.1m钢护筒在中砂层中每米静摩擦力为T=3.14×3.132×50=491.7kN，34m长钢护筒重41.8t，靠自重可以入砂层418/491.7=0.85m，此时导向架顶以上露出34-（2+6.5+24+0.85）=0.65m，方便钢护筒对接。

钢护筒加工完成后，对所有钢护筒按照桩位编号进行编号，每个桩位对应一个编号，由运输船运到施工现场，停靠在130t起重船旁边。

通过130t起重船将第一节钢护筒从运输船吊至施工平台处，钢护筒穿过导向架下放至设计桩位处，下放到位后将护筒顶部与导向架固定，解除起重船吊钩与第一节护筒连接。

起吊第二节钢护筒，与第一节钢护筒进行对接焊接，焊接完成后，解除起重船吊钩与第二节护筒连接。起吊ICE1412振动锤，将振动锤夹具对准第二节钢护筒顶口，然后夹紧夹具，启动振动锤，下沉钢护筒至靠近导向架顶部，松开夹具，放置振动锤，移除导向架，继续起吊振动锤下沉护筒至设计标高。

钢护筒对接方法：钢护筒对接前在原钢护筒顶口设置码板，倾斜度的调整通过千斤顶调节，接长时，用全站仪监控对接的倾斜度，满足要求后先点焊固定，定型后再正式焊接，采用二氧化碳气体保护焊，接长焊缝形式采用单边V形坡口，上节的坡口角度采用45°～55°，下节不开坡口，焊缝等级为一级，在内壁设内衬套或内衬环。

焊接材料采用与母材相匹配的焊丝、焊剂和手工焊条，CO2气体纯度不小于99.9%，各材料均应符合现行国家标准，焊接完成后拆除码板。如图6所示。

停锤标准：最后3min振锤进尺累计低于3cm。钢护筒施打到位后，将护筒与平台钢管桩之间采用水平撑焊接，以保证施工平台的稳定性。重复上述步骤，完成剩余防撞墩桩基钢护筒沉放施工。

5 施工注意事项

根据现场钢护筒实际施工情况，部分护筒在振动下沉至一定深度后不再下沉，即护筒实际入土深度小于设计入土深度，通过对液压振动锤的激振力分析，得出以下原因：

①下部砂层比较密实，护筒底部反力增大；

②护筒内砂层的摩擦力增大，导致护筒无法下沉；

③河床底部存在坚硬的异物。

处理方案：对于第一、二种原因，可采用回旋钻将护筒内砂层用正循环方式抽出至护筒底50～100cm，对钢护筒进行第二次下沉，直至达到设计深度为止；对于第三种原因，先采用回旋钻将护筒内砂层抽至异物处，改用冲击钻机对异物进行冲击，冲碎异物后在原有护筒内沉放较小直径钢护筒进行下沉。

水上防撞墩桩基钢护筒施工质量的好坏直接影响后续桩基施工质量的好坏，为确保桩基垂直度满足设计要求，钢护筒施工时应注意以下几点：

①每节钢护筒加工后，在钢护筒上下口位置安装 “米”字撑，防此钢护筒失圆。

②起吊钢护筒时，最好设计扁担型吊具，避免集中力造成护筒变形。

③钢护筒下沉时，下沉速度控制在1～2m/min为宜。

④施工期的最大流速为1.5m/s，每日施工前需进行水流速测量，当流速小于1.5时才能施工，当流速大于1.5时不建议进行施工。

6 结语

本工程采用导向架定位桩基钢护筒进行下沉施工有效保证了大直径护筒的垂直度，合理选用施工设备和航道操作平台的布置，降低了施工风险，为今后同类桥梁防撞处理工程建设提供参考依据。

参考文献：

[1]孙平宽.海洋环境桥梁桩基钢护筒设计与施工技术研究[D].西安：西安大学，2016.

[2]尹江，台沐礼.用振动锤捶打钢护筒施工大直径桥桩基础[J].吉林地质，2008，27（3）：101-102.

[3]GB 50661-2011，钢结构焊接规范[S].

[4]JTJ 167-4-2012，港口工程樁基规范[S].