水中樁護筒施工技術樣本

[摘要]本文詳細簡介了水中樁施工用鋼護筒各項技術參數(shù)選用、施工設備、施工技術以及施工中常用問題。

[核心詞]水中樁護筒施工技術

1、富春江大橋概況

富春江大橋全長1543.04m，橋跨布置為：10跨30m+8跨40m+68m+120m+68m+6跨40m+14跨30m，11號墩至27號墩在富春江水域中。主橋下部為矩形實心墩、高樁承臺、樁基本，主墩單個承臺尺寸10.6×9.6×5m，下接4根φ2.5m樁基，邊墩單個承臺尺寸7.7×6.2×2.5m，承臺頂標高+5.5m，下接4根φ1.5m樁基；引橋下部為下部為排架式墩、樁基本，水中引橋樁基直徑2.0m，其中16、17號墩由于挖砂船挖砂作業(yè)導致河床面下降，樁基直徑后變更為2.2m，陸上引橋樁基直徑1.8m；橋臺樁基直徑為1.2m。富春江大橋全橋水中2.5m直徑樁基16根、水中2.2m直徑樁基8根、水中2.0m直徑樁基44根、水中1.5m直徑樁基16根、陸上1.8m直徑樁基92根、陸上1.2m直徑樁基16根。

2、富春江大橋護筒施工簡介

富春江大橋11號墩至27號水中樁基所有需要沉設護筒，其中11-15、22-27＃墩直徑2.0m樁基采用直徑為2.3m、壁厚12mm鋼護筒共計40根；18、21＃邊墩直徑1.5m樁基采用直徑為1.8m、壁厚10mm鋼護筒共計16根；19、20＃主墩直徑2.5m樁基采用直徑為2.8m、壁厚14mm鋼護筒共計16根。

3、護筒施工技術

護筒沉設施工是鉆孔灌注樁施工開始，護筒平面位置與垂直度精確與否，護筒周邊和護筒底腳與否緊密、不透水，對成孔、成樁質(zhì)量均有重要影響。

3、1護筒作用和種類

護筒是水中鉆孔灌注樁施工三要素之一（水中鉆孔灌注樁施工三要素：護筒、泥漿、水頭差），護筒有固定樁位，引導鉆錐方向，隔離地面水免其流入井孔，保護孔口不坍塌，并保證孔內(nèi)泥漿高出地下水或施工水位一定高度，形成靜水壓力（水頭），以保護孔壁免于坍塌等作用。

護筒是重復使用設備，故在構造上規(guī)定結實耐用，便于安裝、拆除，不漏水。依照所用材料，重要分為木護筒、鋼筋混凝土護筒和鋼護筒三種。深水樁基本施工中重要使用是焊接整體式鋼護筒。

3、2鋼護筒構造與技術參數(shù)

焊接整體式鋼護筒有其強度高、剛度大、構造簡樸、施工以便、適應性強、有助于實現(xiàn)機械化作業(yè)，加快施工進度等長處。

3.2.1內(nèi)徑

依照《公路橋涵施工技術規(guī)范》規(guī)定護筒內(nèi)徑應比樁徑大200-400mm，因素是護筒沉設時不也許做到100%垂直，總會或多或少存在傾斜度，這個傾斜度會使得護筒上口和下口中心產(chǎn)生偏位，當鉆機錐頭從護筒上口中心下放，落到護筒下口時就不在下口中心了，如果護筒內(nèi)徑與樁徑同樣，鉆機錐頭在護筒下口就會遇到護筒壁，影響樁基鉆孔施工。但是護筒內(nèi)徑增大后，護筒自身鋼材和灌樁時混凝土用量需要增長，因此在護筒內(nèi)徑取值時要在技術性和經(jīng)濟性兩方面權衡利弊。依照下沉工藝擬定護筒垂直度最大容許偏差，然后通過護筒總長度計算最大容許垂直度產(chǎn)生護筒下口偏位，再考慮一種鉆機鉆孔過程中錐頭擺動，最后擬定護筒內(nèi)徑。

以富春江大橋主墩2.5m樁基本護筒內(nèi)徑取值為例：下沉施工用導向架上下兩層間距為5m，護筒在導向架內(nèi)容許擺動為1.0cm，導向架自身變形考慮1.0cm，則護筒垂直度最大容許偏差為（0.01+0.01）/5*100%=0.4%，護筒長度30m，最大容許垂直度產(chǎn)生護筒下口偏位30*0.4%=12cm，錐頭擺動考慮5cm，則護筒內(nèi)徑2.5+0.12*2+0.05=2.79m，護筒內(nèi)徑取值為2.80m。

3.2.2長度

護筒長度由護筒上口高程和下口埋設深度決定，護筒上口與下口高程差及是護筒長度。

水中樁基施工護筒上口標高應高出施工期間最高水位1.5-2.0m，潮水影響地區(qū)還應考慮潮水影響，采用穩(wěn)定護筒內(nèi)水頭辦法。

。河床下無粘質(zhì)土層時，應沉入到大礫石、卵石層內(nèi)0.5-1.0m；河床為軟土、凇泥、砂類土時，護筒底埋置深度要能防止護筒內(nèi)水頭減少（如橋位處在潮水區(qū)或河流水位上漲時）產(chǎn)生涌砂（即流砂）現(xiàn)象，從而使護筒傾陷。詳細埋置深度，可按照公式1-1計算，但安全系數(shù)應不不大于2；有沖刷影響河床，應埋入局部沖刷線如下不大于1.0m

3.2.3壁厚、加強辦法

壁厚、包箍選取問題本質(zhì)上就是擬定護筒強度、剛度問題。護筒在下沉過程中需要將作用在護筒上口震動錘擊振力傳遞到護筒下口，并刺穿地層達到護筒下沉目。護筒沉設采用震動錘都在120kw以上，富春江大橋施工采用是180kw震動錘（采用是我公司提供DZJ-180型振動錘），擊振力達到118T。普通狀況下，由于護筒材料使用是A3鋼板，強度上不會有太大問題；核心是護筒剛度問題，震動錘擊振力作用在護筒上口，在向下傳遞過程中，護筒產(chǎn)生圓截面變形顫抖，消耗掉一某些震動錘能量，使得到達下口擊振力減小，護筒剛度越小，變形顫抖越大，消耗能量越大，下口擊振力衰減越大，使得震動錘發(fā)揮不出其作用，導致護筒下沉困難，影響后續(xù)施工環(huán)節(jié)。要加強護筒剛度，就需要增長護筒壁厚，但完全依照剛度規(guī)定選取護筒壁厚要比依照強度規(guī)定選取護筒壁厚要大多，導致材料費用大幅增長，為理解決這個矛盾可以采用選取較小護筒壁厚，然后在護筒中設立加強辦法辦法解決護筒剛度規(guī)定和材料經(jīng)濟性統(tǒng)一。加強辦法有兩種：一是設立抱箍，即在護筒外側，間隔一段距離，在護筒外壁上幫焊一種箍圈與護筒形成一種整體，箍圈寬度在護筒上下口普通為50cm80cm，中部為20cm40cm，間距為

3.2.4分段設立

普通護筒長度超過一定長度后就需要分段加工，沉設現(xiàn)場吊入導向架后拼接成整體。這樣做重要是由于護筒自身是一種大體積、大重量物體，施工過程中要受到加工場地、轉運起重機械、轉運運送機械、存儲場地、下沉起重設備等等因素限制。以富春江大橋2.5米樁基為例，護筒內(nèi)徑2.8m，長度30米，上口如下27米壁厚為14mm，下口以上3米壁厚16mm，上下口各設立一道50cm寬14mm厚包箍，中間范疇每隔2m設立一道20cm寬14mm厚包箍，整個護筒重33t,平均每延米重量1.1t。這樣一種龐然大物要整個一起加工、運送、吊裝是非常困難。施工中轉運起重機械采用30t輪胎吊，轉運運送機械為13米長平板拖車，下沉起重設備為50t履帶吊，護筒分兩段加工，每段15米長，并在每段上下口內(nèi)增設一種十字撐，以保護護筒在吊裝時不因吊點集中力作用發(fā)生變形。

3.2.5護筒蓋

當護筒已經(jīng)沉設完畢，而未能及時鉆進時，護筒頂部須設立護筒蓋。其作用是防止人或工具掉進井孔內(nèi)，保證施工安全。護筒蓋普通用5cm厚木板制成。如木料困難時，也可用3mm厚花紋鋼板制成。

3、3施工機械設備、設施

3.3.1震動樁錘、液壓鉗

震動樁錘是保證護筒沉設核心設備，它為護筒下沉提供擊振力。震動樁錘型號辨認如下：

□DZ□△□

12345

1更新變型代號：按大寫印刷體漢語拼音字母順序表達

2主參數(shù)代號：電動機功率，kw

3特性代號：無代號普通型震動錘

P變頻型震動錘

4組型代號：震動樁錘

5電動機數(shù)（單電動機不注）

例：DZP180B表達單電動機、電動機功率為180kw、變頻、第二次改進設計震動錘。

依照工程規(guī)定震動樁錘

下表為各功率震動樁錘激振力、許用拔樁力相應表。項目數(shù)

值電動機功率/KW404555607590120150180200240激振力/KN170-512192-575234-704256-769320-961307-856410-1218513-410615-1692684-1180820-2256許用拔樁力(不不大于)/KN100120160160240240300300330330330

液壓鉗是震動樁錘和鋼護筒連接設備，它向上通過高強螺栓與震動樁錘鏈接在一起，向下通過液壓系統(tǒng)夾住鋼護筒實現(xiàn)與鋼護筒連接。震動樁錘與液壓鉗構成成套設備進行購買或者租賃（我公司振動錘可由主機與夾具成套進行租賃）。一種震動樁錘普通配有兩套液壓鉗（一種單夾具液壓鉗、一種雙夾具液壓鉗），當振沉小直徑鋼管樁時采用單夾具液壓鉗，振沉大直徑鋼護筒時采用雙夾具液壓鉗。

3.3.2導向架

導向架作用是控制并引導護筒在樁孔對的位置豎直沉入河床。護筒是一種大體積、大噸位鋼構件，在安裝過程中起重設備無法對其進行細部定位調(diào)節(jié)，需要借助導向架協(xié)助。護筒導向架一方面擬定護筒平面位置，另一方面能保證護筒垂直度。導向架有兩層型鋼框架構成，兩層型鋼框架可以分別固定在施工平臺上，借助平臺形成穩(wěn)固整體；也可以用大型號型鋼連接在一起，自成體系。型鋼框架凈空比護筒外徑大23cm，兩層之間豎向距離在5m以上，凈空小有助于平面位置控制，豎向距離大有助于垂直度控制。

3.3.3起重機械、運送設備

護筒沉設時，起重機械需要同步吊起震動錘和鋼護筒，在護筒震動下沉過程中起重機械還需要承受震動力，因此需要大噸位起重設備，水中棧橋法施工時，普通采用履帶吊車；船只法施工時，普通采用浮吊船。富春江大橋施工采用是50t履帶吊車。

由于護筒是一種大體積、大噸位鋼構件，運送過程中，車輛應有足夠穩(wěn)定性和安全儲備。富春江大橋施工嘗試過多樣，涉及自加工拖式掛車、平板車、半掛車，最后選用是13米長半掛車。

3、4鋼護筒制作

第一步：依照護筒尺寸定制鋼板，鋼板長度為護筒周長；寬度依照卷板機可加工單節(jié)長度擬定，普通為1.5m2.0m；鋼板長度為護筒壁厚。

第二步：用卷板機將整張鋼板卷制成護筒短節(jié)段。

第三步：在加工臺上，將護筒短節(jié)段接長成為單端護筒，并加上抱箍。短節(jié)段接頭采用雙面滿焊，抱箍兩端與護筒筒身焊接，每個10cm焊一段10cm焊縫。護筒上下口和單端接頭處抱箍與端頭留

3、5鋼護筒存儲

由于護筒沉設施工比加工速度快諸多，普通需要提前制作鋼護筒，然后將鋼護筒集中存儲，待護筒沉設施工開始后，可以不間斷運到現(xiàn)場，保證護筒沉設施工持續(xù)進行。

護筒存儲時只能單層存儲，擺放位置要有助于再次起吊時，吊車與運送車輛協(xié)調(diào)作業(yè)。由于護筒單節(jié)重量達到15T以上，轉運使用普通為25T吊車，為了保證吊裝安全，吊車吊起護筒后，不能再轉向，只能由運送車開到護筒下，吊車將吊起護筒落放到汽車上。

3、6鋼護筒沉設

第一步：測量放樣。護筒中線點即樁基本中心點。放樣時，普通是將中心點引到兩邊型鋼上，以以便施工工程控制。

第二步：安裝導向架。導向架依照放樣點位置安裝，中心與設計護筒中心點重疊。導向架內(nèi)凈空要比護筒外徑大3cm，以保證護筒能順利進入導向架。當采用兩層框架分離借助平臺固定形式導向架時，上下兩層型鋼框架都要牢固焊接在平臺上，且上下兩層框架凈空尺寸一致，中心點重疊；當采用兩層框架通過自身型鋼立柱連接形式導向架時，上層框架要可靠與平臺焊接，導向架要保證自身垂直，型鋼立柱要有足夠剛度，在受到護筒作用時產(chǎn)生變形量很小，以保證護筒垂直度。

第三步：將護筒轉運到施工現(xiàn)場。

第四步：吊起護筒下節(jié)，喂入導向架。當護筒下節(jié)上口距導向架1m左右時，停止下放護筒上節(jié)，在護筒上焊接兩個反牛腿，將護筒上節(jié)掛在導向架上。吊車松勾，此時護筒下節(jié)重量所有由導向架承受。

第五步：吊起護筒上節(jié)。將護筒上節(jié)下口與護筒下節(jié)上口靠在一起，微調(diào)鋼板，使上下接整潔對接在一起，焊接牢固。若護筒分段超過2節(jié)，重復以上兩個環(huán)節(jié)，拼接好整個護筒。

第六步：吊車將護筒上節(jié)連同下節(jié)一起吊起。使反牛腿脫離導向架10cm，割掉反牛腿，然后下放護筒。若護筒分段超過2節(jié)，重復以上三環(huán)節(jié)，直到拼接好整根護筒。

第七步：到護筒底口距離河床面50cm時，停止下放，測量護筒夾角為90度兩個方向垂直度。測量垂直度用線錘接近護筒，導向架上下兩層位置各測出一種測線與護筒在同一水平面距離，兩個數(shù)值之差與兩個測點垂直高差之比及為護筒垂直度。若此時垂直度不滿足規(guī)定，調(diào)節(jié)吊車大臂，運用護筒重心變化和其在導向架內(nèi)可活動空間調(diào)節(jié)護筒垂直度，直到滿足規(guī)定。

第八步：將鋼板或型鋼頂住護筒后焊牢在導向架上，以填塞護筒外壁與導向架內(nèi)壁之間空隙，已使得護筒在下一步沉設過程中，在導向架內(nèi)沒有活動余地，保證調(diào)節(jié)好垂直度不在發(fā)生變化。

第九步：吊車下放護筒入河床，直到護筒靠自身重力不能再下沉，吊車不受力。吊車松，鉤取下護筒頂口鋼絲繩。

第十步：調(diào)節(jié)震動錘雙液壓夾具，使兩夾頭內(nèi)側不活動邊距離比護筒內(nèi)徑小2cm。

第十一步：吊起震動錘，將雙液壓夾具兩個夾頭套住護筒壁，啟動液壓，夾緊護筒。

第十二步：啟動震動錘，將護筒沉設到預定標高，下沉過程中吊車吊住震動錘但不受力，且隨著護筒下沉同步下放吊鉤。

震動錘開始提供激振力使護筒下沉初期，激振力不適當過大，以防止護筒在河床表層軟弱層中，下沉速度過快，吊車放鉤速度跟不上，導致吊車翻車安全事故?？刂萍ふ窳k法為：變頻型震動錘，啟動后來調(diào)到10Hz，然后每次增長2Hz后，穩(wěn)定后10秒觀測護筒，若只是跳動，但不下沉，繼續(xù)加大2Hz，若護筒開始下沉，不再加大激振力，觀測1分鐘，若護筒下沉速度加大，則減小2Hz再觀測；加大2Hz后，護筒下沉速度不變或者減小，則再加大2Hz觀測，如此重復，直到調(diào)到最大60Hz。當變頻器調(diào)到30Hz以上時，每次調(diào)節(jié)可以加到5Hz。

第十三步：護筒沉設到位后，填寫護筒沉設記錄，測量最后護筒垂直度和上口中心偏位。

3、7特殊條件下鋼護筒沉設施工

3.7.1河床基巖裸露狀況下鋼護筒沉設

當河床基巖裸露時，鋼護筒在振動樁錘作用下不能沉入河床，但樁基本施工規(guī)定護筒必要沉入河床一定深度，富春江大橋施工中11號墩就遇到了這種狀況，采用解決方案如下：11#墩樁基直徑2.0m，護筒采用直徑2.3m壁厚12mm。

第一步平臺搭設完畢后，先用沖擊鉆機在鉆孔位置沖孔，沖孔時采用2.5m鉆錐，中心與樁基本中心重疊，不用泥漿循環(huán)系統(tǒng)，在樁孔位置河床上沖出一種深1.5m、直徑不不大于護筒孔；第二步然后