淺談黃河主河槽水中樁基鋼護筒施工

時偉

摘要：通過東明黃河大橋水中樁基鋼護筒的施工，了解黃河主河槽段樁基鋼護筒施工過程的控制，了解深水、流水中長樁的鋼護筒施工工藝，了解施工中的質量要點及質量控制。

Abstract： Through the construction of pile foundation steel casing in Dongming Yellow River Bridge， this paper understands the control of pile foundation steel casing construction process in the main channel section of the Yellow River， the construction technology of steel casing of deep piles in deep water and flowing water and the quality points in construction and quality control.

關鍵詞：鋼護筒；黃河主河槽；水中；施工工藝

Key words： steel casing；main channel of the Yellow River；in water；construction technology

中圖分類號：U443.15 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2019）03-0086-04

0 引言

東明黃河公路大橋東接日東高速，西接在建的長濟高速，項目的實施將黃河兩岸緊密的相連，使兩省的高速公路有效對接，對完善兩省高速公路網絡、增加高速公路網絡效益有著深遠意義，而且還會對山東、河南兩省的地區經濟產生重要影響。在此大環境下，項目應運而生，而且跨越黃河主河槽的項目也是我公司的第一個項目，這里就在黃河主河槽段的樁基鋼護筒施工中的遇到的問題進行簡單總結。

1 工程概況

東明黃河公路大橋東接日照至東明高速公路，西接河南濟源至東明高速公路。共長3536m，主橋由（67m+7*120m+67m）+3*（67m+6*120m+67m）變截面連續梁組成。項目跨越黃河河段平原型地上懸河，洪水主要靠兩岸堤防約束，河床總寬為8～10km左右，主河槽寬約1000m，兩岸河灘寬闊。該河段河道整治工程較多，主河槽兩側修筑了多處導流堤，使主河道趨于穩定。大橋兩岸為沖積平原，橋基土為堆積的第四系地層沉積，厚度在150米以上，根據地質鉆探資料，自上而下依次是粉土、黏土、砂土層，水深0-2.8m，流速為1.5m/s。

其中109#-115#墩為跨越主河槽的水中7個墩，設計樁徑1.8m，樁長在85～87.9m之間，樁頂標高在河水水平面以下3～5m，尤以長期在水中，水流較快，河床沖刷嚴重的114#、115#墩最為典型，兩墩水深在3m左右，流速較快，工程難度在本項目段最大，在此以水中114#、15#墩為實例，介紹水中樁基鋼護筒的施工及工藝。

2 水上樁基鋼護筒施工及工藝

2.1 水上樁基鋼護筒型號及要求

2.1.1 鋼護筒厚度計算

T≧K*N/f

K為安全儲備系數；f為鋼護筒抗壓強度設計值（MPa）。

N=P*D/2 P為作用在鋼護筒的水土壓力（N/mm）；D為護筒直徑，不考慮鉆頭擾動時，鉆孔時高水頭（10m）對護筒壓力最大；顧帶入數據T≧2*1.1*9.8*10*2.2/2/2050=10.57mm。

考慮鉆頭擾動擬采用厚度為δ=12mm鋼護筒，護筒外直徑采用？準=2.2m，長度L=18-20m，護筒上口、下口加工時進行加強。

2.1.2 入土深度

根據以往經驗及文獻資料，鋼護筒入堅硬河床5m（不含2m沖刷）。

2.1.3 技術要求

鋼護筒采用工廠化加工，成型質量滿足要求，運輸采用臨時加固，設置必要的支撐。

鋼護筒在工廠內焊接成2節，現場設置1個接頭，接頭處護筒外側壁板在工廠開好坡口，便于現場焊接；護筒頂、底內側設置兩道30cm寬、1.2cm厚的環向鋼板，增加護筒剛度，減小切削土體、及夾錘對護筒影響引起的變形。

首節鋼護筒設置環向Ф25鋼筋牛腿，護筒切割、施焊作業時上鋪防滑鋼板。

2.2 水上樁基鋼護筒插打施工

2.2.1 施工測量

施工平臺建立后，確定樁位時采用全站儀坐標放樣法。為了更好的控制施工，應對平臺上設置的水準點持續進行沉降觀測。鋼護筒定位如圖1所示。

鋼護筒定位：利用坐標法在平臺上分別測放出各護筒的設計縱、橫軸線，并在平臺上做出油漆標記，同時按此進行導向架定位，讓導向架縱、橫軸線與護筒設計軸線重合，在護筒下沉期間，由二臺經緯儀前方交匯控制其傾斜度，并注意護筒平面位置校核。

鋼護筒插打到位后，運用全站儀工具測量護筒中心坐標，同時為確定樁位偏差，應將其與設計坐標進行對比分析，需要注意的是單樁護筒中心允許偏位50mm。

鋼護筒插打到位后，可利用水準儀測量護筒頂標高，同時估算出護筒底標高，應確保底標高偏差在-50～50mm之間。

施工測量必須嚴格依照相關規范標準操作，確保測量期間的參與人數至少在兩人以上，如此才可相互校核，同時安排專人做好測量和校核記錄工作。

2.2.2 鋼護筒插打施工

①導向架的設計和制作。

設計制作鋼護筒下沉導向架，如此可確保鋼護筒的沉放精度。插打時采用DZ135型單夾液壓振動錘，連接該振動錘與護筒用液壓夾持器，之后用50t履帶吊吊著插打。主墩護筒導向采用上層導向和底層兜纜結合定位的方案。為確保護筒定位準確，便于平面位置調整，上層導向架應設置可調的螺桿；底層設置鋼絲繩兜纜，為防止護筒下端傾斜，用四個10噸手拉葫蘆在四個方向帶3～5噸以上的預拉力固定。主墩護筒導向如圖2所示。

②鋼護筒施振。

測量放線并定好導向架平面位置，使導向架精確垂直定位于樁位并與鋼平臺固接，如此在鋼護筒下放時可控制鋼護筒的方向，使其沿著導向垂直入土。

吊裝鋼護筒時，底部吊點采用一點吊裝，頂端吊點采用兩點吊裝，如此確保鋼護筒起吊時不變形。并且在起吊時應保證同時起吊底部吊點和頂部吊點，之后保持底部吊點不動，起升頂部吊點，使鋼護筒的姿勢由平臥變為斜吊，直到斜角大于90°，將底部吊點拆除，護筒內十字支撐和底部吊耳割除，垂直起吊護筒入孔。

護筒底節通過上層導向螺桿和底層兜纜確定平面位置和傾斜度。之后松鉤下落，待護筒自重被土層摩阻克服，不再下沉的10分鐘后再解鉤，以防鋼護筒剛下去，河床短時間受到較大沖刷，使得鋼護筒產生自由不均勻下沉。

解除上部吊點，履帶吊起吊打樁錘和液壓夾持器及油管，安放振動錘時要對中，將液壓夾持器和護筒壁夾緊連接，核對護筒平面位置和傾斜度，使其符合相關規范標準，在達標基礎上開動打樁錘，先進行點振，再連續施振，在振動力的作用下鋼護筒下沉。若護筒平面位置和傾斜度超標，需利用履帶吊連同振動錘一起提升護筒，將其脫離河床面，通過調整使護筒平面位置和傾斜度處于正確位置，之后再施振。當護筒頂端距平臺頂面約1.5m高時，下沉操作停止，把打樁錘和液壓夾持器吊離護筒。

將在底節護筒頂端焊接定位擋塊，起吊頂節鋼護筒，松鉤下落，使之與底節護筒對位，調整護筒傾斜度和接頭錯縫，符合標準后由3～4名焊工分段焊接，每個焊縫的施焊各安排一名焊工，明確責任。采用J502焊條焊接，但需事先烘干。每焊完一層應仔細核對是否達標，確保外觀無異、表面無異物，每層均需如此檢查，直至焊接完成。各焊工之間交叉部位的焊縫應格外注意，后一名焊工的焊縫應蓋住前一名焊工焊縫3～5cm的長度。接縫處按圓周八等分焊固加強聯接鋼板。待樁基施工完成后拔出鋼護筒，循環至下根樁處進行下一根樁基施工，實現鋼護筒的循環使用。護筒平面控制偏移不大于5cm，斜率不大于0.5%H。

在護筒插打過程中，在岸上設置兩臺經緯儀觀測護筒兩個方向的傾斜度，若發現傾斜度不符合標準，應采取有效應對措施重新調整到位，確保護筒傾斜度符合相關規范標準。

結合不同機械和不同土質特點，通過試驗決定振動的持續時間長短，通常不超過10～15min。若振動持續時間過長振動錘部件易遭破壞，反之過短則土的結構未被破壞。

插打鋼護筒前后，應定期測量河床標高，同時為確保整體穩定性，可依據河床沖刷情況進行防護，保證鋼護筒和平臺施工安全。

③鋼護筒打設過程常見問題及防治、處理方法。

2.3 水上樁基鋼護筒成孔檢測

成孔后檢測孔深、孔徑、孔型、豎直度等，孔深用測繩檢測，用鉆頭高度、鉆桿長度復核，孔型、孔徑、傾斜度檢測采用超聲波孔壁回聲檢測儀。經檢測鋼護筒的插打垂直度對樁基的垂直度有著直接的影響。

2.4 水上樁基鋼護筒拔出施工

灌注混凝土方量在240M3左右時，灌注時間在3～5小時之間，控制混凝土坍落度在180～200之間，混凝土的初凝時間大于7小時，灌注時要保持孔內水頭，防止出現坍孔。為確保樁頂混凝土質量，樁頂混凝土應超灌同等混凝土1.5m以上，確保鑿除樁頂混凝土至露出新鮮混凝土面后色澤一致，均勻密實，灌注完成后應盡快收拾現場，為拔出護筒贏得時間（最好在一個小時內）并及時回填2車鉆渣，以保證拔出護筒時樁頭混凝土的密實。

混凝土灌注完成后，樁基混凝土沁入鋼護筒5～8m左右，鋼護筒拔出采用DZ135型單夾液壓振動錘，該振動錘與護筒用液壓夾持器連接后用50t履帶吊拔出，必要時50噸汽車吊配合，保證上拔力克服摩擦阻力。東明黃河大橋水中140根樁基總結，回填鉆渣并在2小時內拔出護筒的樁頭混凝土的密實，經檢測單位檢測，樁頭質量達到一類樁要求。

在沖刷嚴重的114墩，5#樁基早期沉入18m鋼護筒，河床距離平臺深度有14m左右，護筒入土深度在4m左右，在第一次鉆孔結束后，在保證樁基安全的的水頭高度下，鋼護筒下部穿孔，護筒內泥漿與黃河水貫通，為確保樁基質量，采用回填樁基及河床并加長護筒至24m二次鉆孔的方法完成此樁基。此時樁基混凝土沁入鋼護筒達到了12m左右，振動錘的激振力在鋼護筒上傳遞有限，在2臺50噸吊車的配合下無法克服鋼護筒的摩擦阻力，此鋼護筒未能拔出。（圖6）

2.5 水上樁基鋼護筒施工效益分析

東明黃河大橋水中樁基共140根，按照一般水上施工方案，要埋設140個護筒，每個護筒平均按15m長計算，則需要鋼護筒重量為

140×2.1×3.14×0.012×7.86×15=1306.09t。

按照循環使用護筒方案，全橋共加工護筒42個，由于有2個護筒埋設較深，沒有拔出，另外又加工2個，共計44個，還是按15m長度計算，共用鋼護筒重量為44×2.1×3.14×0.012×7.86×15=410.48t。共節省鋼護筒1306.09-410.48=896.42t。

新護筒加工價格為5100元/t，打設價格為600元/t，割護筒價格為300元/t，廢舊護筒按可回收10m計算，回收價格為1600元/t。按照全部護筒方案，總費用為：1306.09*（5100+600+300）-1306.09/15*10*1600=6443377元。

按照循環使用護筒方案，增加了拔護筒的費用，拔護筒的價格為800元/t，總費用為410.48*（5100-1600）+1306.09*（600+800）=3265221元。節省成本6443377-3265221=31781586元，降低成本達49.3%，取得了良好的經濟效益。因此，鋼護筒一般情況下均可拔出，能夠降低施工成本，具有良好的推廣價值和應用價值。

3 結束語

目前東明黃河大橋的水中樁基已施工結束，承臺也亦陸續施工，通過對基坑的開挖又發現了一些存在的問題：

黃河沖刷河床嚴重，河槽左右擺動，當河床底沖刷到樁頂標高時，鋼護筒的拔出會造成樁頭混凝土的流失，樁頭質量得不到保證，115墩因此原因造成2根樁樁頭混凝土流失，此時應該在澆筑混凝土前檢查護筒外水深，必要時回填鉆渣，以保證樁頭混凝土質量，超灌混凝土量亦控制在2m左右；

回填的鉆渣在下落過程中的沖擊作用把樁頭混凝土擠到四周，形成“夾心”，不利用樁頭混凝土質量，在施工中不易采用；

因振動錘的激振力在鋼護筒上傳遞有限，鋼護筒的打入不易超過20m（兩個24m的鋼護筒未拔出），在沖刷嚴重的的114墩，采用回填鉆渣，使河床上升，達到平衡護筒內外水壓差，滿足鉆孔施工的要求。

通過東明黃河大橋的施工有許多值得學習的地方，隨著工程的進行我將勤于總結，以便能系統性學習更多有關在黃河段橋梁施工的知識。

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