桥梁超长桩基钢护筒起吊装置设计与安装技术

胡 凯 周 珂 刘金鑫

(1.中国葛洲坝集团路桥工程有限公司，湖北 宜昌 443002； 2.防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学)，湖北 宜昌 443002； 3.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002)

1 概述

深水桥梁基础施工[1]时，不管是采用浮式平台还是固定平台，都需要配备大型起吊设备。但由于部分水域为小型水库或湖泊，大型的起吊设备无法进入施工现场，同时受工期和造价制约，必须针对钻孔平台类型选择合适的起吊设备进行施工。固定平台上可采用大型龙门吊起吊，但在浮式平台上采用大型龙门吊就需要较大的平台尺寸[2]，否则在偏载起吊作业时存在倾覆风险。大型龙门吊属于特种设备，安装质量高、手续繁琐，而汽车吊、履带吊更不适合在浮式平台上进行吊装作业。浮式平台上进行起吊作业也会受天气、水位变化、通航情况、钢护筒尺寸[3]大小等因素的影响，基于这些因素的综合考虑，本工程拟采用标准件八三军用梁和滑车组组装成水上浮动作业平台下放钢护筒的简易起吊装置，完成超长桩基钢护筒的起吊与下放。

2 工程背景

2.1 工程概况

龙湖大桥位于龙岩市棉花滩水库蓄水形成的大型人工湖泊龙湖景区，桥梁全长454 m，桥面宽23 m。龙湖大桥桩基础施工水深超70 m，单根护筒重量达80 t。库区与外界不通航，库区内也无大型船舶，导致大型浮式起吊设备无法进场。且库区河床倾斜角度达45°，河谷内覆盖层薄甚至裸露。因此，必须考虑工程地理环境、地形地貌和地质条件来确定合理的钻孔平台方案，并需在平台上搭设起吊设备，满足钢护筒起吊和下放需要。

2.2 浮式平台及起吊装置选择

本工程使用的浮式平台由9 m×2.7 m×1.65 m的浮箱拼装通过连接梁连接形成，并在浮体上安装龙门架、垫梁、转向马口等。根据该浮式平台的特点以及主墩钻孔平台定位桩[4]的参数(长度超70 m，重达40 t)，采用了标准件八三军用梁和滑车组组装成了水上浮动作业平台下放钢护筒的简易起吊装置。

3 起吊装置设计与安装

3.1 起吊装置组成

该装置主要包括：八三军用梁起吊门架，H型钢承重梁，滑车组和钢丝绳等等。该装置拼装方便、快速，成本低，起吊能力能满足施工要求。图1，图2分别为起吊装置的立面图与侧面图。

在图1中，挂梁为双拼H型钢，立柱及连接系、垫梁均为八三军用梁标准杆件，底座为20工字钢，其连接螺栓采用M22的高强螺栓，其所有钢材均为16Mn材质。

3.2 起吊装置安装

该装置安装步骤为：

1)先在水面上按照设计尺寸将单个浮箱拼装成浮式平台；

2)在浮式平台上根据设计图纸安装底座，底座与浮箱之间采用栓接；

3)在陆地上提前拼装立柱、连接系、垫梁；

4)将陆地拼装完成后的八三军用墩门架通过平板车运至码头，再由浮吊配合将其与浮平台底座进行连接安装；

5)安装设计位置的卷扬机、转向轮、滑车组、承重梁、φ40钢丝绳等辅助设施。

4 钢护筒吊放

4.1 吊放工艺

通过采用拼装八三军用梁作为起吊门架，H型钢作为承重梁，钢丝绳一端通过吊具与起吊物连接，一端通过承重梁下安装的滑轮组、转向滑轮与安装在浮体上的动力机构卷扬机相连接，实现水上钢护筒的起吊与下放。钢护筒下放示意图如图3所示。

4.2 技术难题

护筒埋设质量是直接影响深水桩基施工质量的关键，在深水钻孔灌注桩钢护筒埋设施工时，遇到河床为浅覆盖层或无覆盖层(部分覆盖层0.5 m～0.7 m)，采用导向架控制钢管桩垂直度的方案，随着水深的增加其精度会越来越差。例如水深超过10 m以后，会对预制承台和高桩吊箱底模安装形成较大的干扰，为此现阶段一般高桩吊箱都在桩周预留了较大的开口，待到位以后采用膜袋混凝土进行堵塞。

1)解决方案。

本项目钢护筒着床时长度为72 m，传统导向架无法对钢护筒的垂直度进行一个很好的控制，经过项目人员研究，发明了一种针对此情况下钢护筒垂直度检测和调整的设备及工艺，解决了超长钢护筒在倾斜裸岩面上的着床和垂直度检测的问题。

2)方案原理。

钢护筒的垂直度检测装置是通过定位架、测绳和浮球在浮力和重力的共同作用下(定位架大小根据钢护筒内径进行制作，保证测绳底部始终位于钢管桩中心，其减去浮力后的重量，不小于浮球的浮力)，通过观测浮球位置或测绳与钢护筒的角度来确定钢护筒的垂直度。因测绳足够长，能够直观地反映钢管桩的整体竖直度，在不好直接观察浮球位置时，在浮球内安装角度传感器，通过无线发射装置发送角度信息至接收终端。

在钢管桩靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环；在钢管桩内放入钢管桩垂直度检测装置；根据钢管桩垂直度检测装置返回的垂直度信息，用钢管桩缆绳调整钢管桩的垂直度；在钢管桩缆绳的约束下打设钢管桩，直至达到设计深度。

4.3 技术优点

该起吊装置安装方便，并且可以节省大量资金。采用租赁大型组装式的浮吊，一个月租金约35万元/台，使用时间6个月(6个月起租)，一台租金约210万元，一台进出场费10万元，单台总费用约为220万元；采用本工法搭设提升架安装龙门吊的安装工艺所需花费：军用梁租赁费约10万元，其他辅助材料费约11万元，人工费用32万元，共计约53万元。全桥共需2台起吊设备，累积可节省金额约为334万元。

5 施工工艺

该起吊设备设计与安装技术的施工工艺主要有以下几点：

1)在已有钻孔平台上测量定位钢护筒的平面位置，并安装导向架；

2)利用导向架安装钢护筒，并在靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环，钢护筒缆绳与栓缆环连接，拼装接长钢护筒，直至钢护筒的底部接触地面；

3)在钢护筒内放入钢护筒垂直度检测装置；

4)通过浮体上或岸边的卷扬机拉紧缆绳；

5)通过垂直度检测装置返回的垂直度信息，利用卷扬机调整钢护筒的垂直度；

6)在缆绳的约束下打设钢护筒，直至达到设计深度。

6 结语

采用标准件八三军用梁和滑车组，组装成的水上浮动作业平台下放钢护筒的简易起吊装置，安装方便、经济实用，在交通困难地段成功应用，为大型设备无法进场的深水桥梁超长桩基钢护筒起吊施工提供了重要的参考。同时，本文采用的全新钢护筒垂直度检测及调整的设备及工艺，有效解决了超长钢护筒在倾斜裸岩面上的着床和垂直度检测的问题。