淺談繁忙航道大直徑樁基鋼護筒沉放施工工藝

謝鵬

摘要： 肇慶西江大橋防撞工程是西江（界首至肇慶）航道擴能升級工程橋梁防撞處理工程之一，其航道非常繁忙，水深且急，防撞墩樁基鋼護筒定位難度較大，施工環境危險。本文分析了在封航條件下，搭設水上施工平臺，采用導向架精準定位大直徑樁基鋼護筒沉放施工工藝，為今后類似橋梁防撞處理工程提供了有價值的參考資料。

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.

關鍵詞： 繁忙航道；施工平臺；導向架；大直徑；鋼護筒

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

中圖分類號：U445.55+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0160-03

1 工程概況

肇慶西江大橋位于肇慶市區與高要城區之間西江的江面上，是連接肇慶與高要的主要交通要道，同時也是國道324線與三茂鐵路的主干交通樞紐，屬公路鐵路兩用橋。為確保橋梁安全，需在兩通航孔兩側的三個主橋墩上、下游約5m處設分離式防撞墩。

該橋防撞墩基礎采用8根直徑為2.8m的灌注樁，呈梅花形布置，共三排五列，左右兩排樁各布置3根，中間排樁布置兩根，排間距為3.53m，列間距為4.35m。

2 整體思路

西江沿線航道是廣東省內較為重要的水上交通要道，每天來往船只較多，航道繁忙。為確保水上施工安全，施工前與當地海事和有關部門協商，封閉下通航孔，開辟臨時下通航孔，并下發封航通知單，辦理水上許可證書等相關證書，以保證在不影響通航的條件下，順利完成工程施工。

防撞墩位于原橋墩上、下游約5m處，鋼護筒施工時必須提前搭設水上操作平臺，然后利用起重船配合液壓振動錘進行沉樁施工。

3 施工平臺設計

根據2010年至2014年當地水文站提供的歷年水位圖，考慮經濟效益與施工安全，肇慶西江大橋防撞墩施工平臺頂面標高按+6.5m設計，施工平臺采用矩形布置，長26m，寬25m。深水區施工平臺基礎采用φ820mm×10mm鋼管樁，樁間距8m，平臺自下而上依次為：平聯φ426×6、橫撐φ426×6、主橫梁2HM588×300mm型、縱梁單層雙排貝雷架、I32a@75cm、[28 a槽鋼@33cm反扣，四周設鋼護欄。在鋪設面層槽鋼時，在相應樁基位置處預留鋼護筒孔洞。

4 鋼護筒施工

4.1 鋼護筒制作

樁基鋼護筒采用內徑 3.1m，壁厚16mm，材質為Q235B的鋼管，兩端設置高為30cm的加強箍，加強箍采用12mm鋼板制作，以減少護筒在沉放過程中的變形量。鋼護筒在專業廠家分節制作，長度根據現場實際參數進行確定，螺旋焊接。

4.2 設備選型

4.2.1 振動錘選型

根據美國ICE公司的估算方法：在高速振動時，樁的周圍土壤產生液化效果，使樁側極限靜摩阻力減低率μ=0.1～0.4，根據工程的具體土質，在0.1～0.4之間選取一個值計算。

Tvi=Ti*μ，其中Ti為第i層土層的極限靜側摩阻力（kN）。

鋼護筒摩擦力按照計算最大入砂層35-24=11m，已知中砂極限樁周摩阻力為50kPa。

Ti=π×3.132×11×50≈5409kN，鋼護筒振動下沉摩擦力為（樁側極限靜摩阻力減低率μ取0.4）Tvi=Ti×0.4≈2164kN，選擇ICE1412液壓型振動錘滿足要求。

具體振動錘參數見表2。

4.2.2 工索具選擇

4.2.3 起重船選擇

鋼護筒吊放擬采用130t起重船“恒圣2號”進行。130t起重船的主要技術性能參數如表3。

鋼護筒最大吊裝長度34m，吊重41.8t，作業半徑21m，滿足施工要求。

4.3 導向架設計與制作

為了確保鋼護筒的沉放精度，特設計和制作導向架進行鋼護筒沉放。導向架設計總高度為2m的點接觸式導向架，采用雙拼工32a型鋼焊接，內框為3.232m的方形布置，分上下兩層，之間用雙拼工32a型鋼連接，導向架所用的工字鋼全部采用滿焊處理。

導向架制作完成后，測量放出導向架的平面位置，利用起重船起吊安放在事先測量的平面位置處，底部型鋼與平臺槽鋼面板固定牢固。

4.4 鋼護筒下沉

φ3.1m鋼護筒在中砂層中每米靜摩擦力為T=3.14×3.132×50=491.7kN，34m長鋼護筒重41.8t，靠自重可以入砂層418/491.7=0.85m，此時導向架頂以上露出34-（2+6.5+24+0.85）=0.65m，方便鋼護筒對接。

鋼護筒加工完成后，對所有鋼護筒按照樁位編號進行編號，每個樁位對應一個編號，由運輸船運到施工現場，停靠在130t起重船旁邊。

通過130t起重船將第一節鋼護筒從運輸船吊至施工平臺處，鋼護筒穿過導向架下放至設計樁位處，下放到位后將護筒頂部與導向架固定，解除起重船吊鉤與第一節護筒連接。

起吊第二節鋼護筒，與第一節鋼護筒進行對接焊接，焊接完成后，解除起重船吊鉤與第二節護筒連接。起吊ICE1412振動錘，將振動錘夾具對準第二節鋼護筒頂口，然后夾緊夾具，啟動振動錘，下沉鋼護筒至靠近導向架頂部，松開夾具，放置振動錘，移除導向架，繼續起吊振動錘下沉護筒至設計標高。

鋼護筒對接方法：鋼護筒對接前在原鋼護筒頂口設置碼板，傾斜度的調整通過千斤頂調節，接長時，用全站儀監控對接的傾斜度，滿足要求后先點焊固定，定型后再正式焊接，采用二氧化碳氣體保護焊，接長焊縫形式采用單邊V形坡口，上節的坡口角度采用45°～55°，下節不開坡口，焊縫等級為一級，在內壁設內襯套或內襯環。

焊接材料采用與母材相匹配的焊絲、焊劑和手工焊條，CO2氣體純度不小于99.9%，各材料均應符合現行國家標準，焊接完成后拆除碼板。如圖6所示。

停錘標準：最后3min振錘進尺累計低于3cm。鋼護筒施打到位后，將護筒與平臺鋼管樁之間采用水平撐焊接，以保證施工平臺的穩定性。重復上述步驟，完成剩余防撞墩樁基鋼護筒沉放施工。

5 施工注意事項

根據現場鋼護筒實際施工情況，部分護筒在振動下沉至一定深度后不再下沉，即護筒實際入土深度小于設計入土深度，通過對液壓振動錘的激振力分析，得出以下原因：

①下部砂層比較密實，護筒底部反力增大；

②護筒內砂層的摩擦力增大，導致護筒無法下沉；

③河床底部存在堅硬的異物。

處理方案：對于第一、二種原因，可采用回旋鉆將護筒內砂層用正循環方式抽出至護筒底50～100cm，對鋼護筒進行第二次下沉，直至達到設計深度為止；對于第三種原因，先采用回旋鉆將護筒內砂層抽至異物處，改用沖擊鉆機對異物進行沖擊，沖碎異物后在原有護筒內沉放較小直徑鋼護筒進行下沉。

水上防撞墩樁基鋼護筒施工質量的好壞直接影響后續樁基施工質量的好壞，為確保樁基垂直度滿足設計要求，鋼護筒施工時應注意以下幾點：

①每節鋼護筒加工后，在鋼護筒上下口位置安裝 “米”字撐，防此鋼護筒失圓。

②起吊鋼護筒時，最好設計扁擔型吊具，避免集中力造成護筒變形。

③鋼護筒下沉時，下沉速度控制在1～2m/min為宜。

④施工期的最大流速為1.5m/s，每日施工前需進行水流速測量，當流速小于1.5時才能施工，當流速大于1.5時不建議進行施工。

6 結語

本工程采用導向架定位樁基鋼護筒進行下沉施工有效保證了大直徑護筒的垂直度，合理選用施工設備和航道操作平臺的布置，降低了施工風險，為今后同類橋梁防撞處理工程建設提供參考依據。

參考文獻：

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