水上平台钻孔桩钢护筒施工技术

水上平台钻孔桩钢护筒施工技术一、桥梁概况本专用线为惠州港荃湾港区东部新建煤码头的配套工程，本项目煤码头位于广东省惠州市惠阳区东南部的大亚湾石化区，惠州荃湾港规划区南部的纯洲以北，黄浪角以东附近海域上，属浅海区内。专用线自惠大进港线铁路K5+100处接轨，向东南进入白寿湾浅海区，经黄浪角岛北部海滩转向东进入黄猫洲、纯洲以北浅海区域。海水深1.0m～2.5m，海底地形比较平坦，终点至惠州荃湾港规划区新建5万吨散货码头场地北侧边缘的新建纯州装卸站，专用线全长2.715公里。其中荃湾特大桥桥长1430.02m，桥梁里程为DK0+387.01~DK1+817.03m。详见《荃湾特大桥施工图主要工程数量表》（惠纯专施桥-01～19）。桥梁孔跨式样：8.5mT型桥台+84x16.7m单门刚构+11.0mT型桥台。二、荃湾特大桥护筒施工介绍2.1主材：钢板材质为Q345B（16Mn钢）。钢护筒内径1.45m，壁厚10mm。2.2板材规格：单块钢板进场尺寸采用宽1.5m，长4.63m（已考虑1道焊缝1cm），厚10mm钢板，钢板进场宽度以实际进场尺寸为准，交底中暂按1.5m考虑。2.3作业班组加工数量及进度必须满足钻孔桩施工进度要求，首批钢护筒共加工600延米，后续钢护筒加工数量需根据现场施工进度向项目部物资部分批提报材料计划，以便材料供应满足施工需求。2.4用于加工制作的主材和焊接材料都必须有产品质量证明书，且符合相关规范要求。三、护筒施工技术护筒沉设施工是钻孔灌注桩施工的开始，护筒平面位置与垂直度准确与否，护筒周围和护筒底脚是否紧密、不透水，对成孔、成桩的质量都有重要影响。3.1护筒的作用和种类护筒是水中钻孔灌注桩施工的三要素之一（水中钻孔灌注桩施工的三要素：护筒、泥浆、水头差），护筒有固定桩位，引导钻锥方向，隔离地面水免其流入井孔，保护孔口不坍塌，并保证孔内泥浆高出地下水或施工水位一定高度，形成静水压力（水头），以保护孔壁免于坍塌等作用。

护筒是重复使用的设备，故在构造上要求坚固耐用，便于安装、拆除，不漏水。根据所用的材料，主要分为木护筒、钢筋混凝土护筒和钢护筒三种。深水桩基础施工中主要使用的是焊接整体式钢护筒。3.2钢护筒构造与技术参数焊接整体式钢护筒有其强度高、刚度大、结构简单、施工方便、适应性强、有利于实现机械化作业，加快施工进度等优点。3.2.1内径根据《铁路桥涵施工技术规范》要求护筒内径应比桩径大200-400mm，原因是护筒沉设时不可能做到100%垂直，总会或多或少存在倾斜度，这个倾斜度会使得护筒上口和下口中心产生偏位，当钻机锥头从护筒上口中心下放，落到护筒下口时就不在下口中心了，如果护筒内径与桩径一样，钻机锥头在护筒下口就会碰到护筒壁，影响桩基钻孔施工。但是护筒内径增大后，护筒本身钢材和灌桩时混凝土用量需要增加，所以在护筒内径取值时要在技术性和经济性两方面权衡利弊。根据下沉工艺确定护筒垂直度最大允许偏差，然后通过护筒总长度计算最大允许垂直度产生的护筒下口偏位，再考虑一个钻机钻孔过程中锥头摆动，最终确定护筒内径。3.2.2长度护筒的长度由护筒的上口高程和下口的埋设深度决定，护筒上口与下口的高程差及是护筒的长度。

水中桩基施工护筒的上口标高应高出施工期间钻孔平台0.5m高，采取稳定护筒内水头的措施。

深水及河床软土、淤泥层较厚处，应尽可能深入到不透水层粘质土内1m-1.5m；海底下无粘质土层时，应沉入到大砾石、卵石层内0.5-1.0m；海底为软土、凇泥、砂类土时，护筒底埋置深度要能防止护筒内水头降低（如桥位处于潮水区或河流水位上涨时）产生的涌砂（即流砂）现象，从而使护筒倾陷。护筒埋置深度的确定显得十分复杂，目前尚无法确切的定论，因此护筒埋置深度应当引起高度重视。一旦护筒的埋深出现失谍，将导致出现重大工程质量事故和经济损失。3.2.3壁厚、加强措施壁厚、包箍选择的问题本质上就是确定护筒的强度、刚度的问题。护筒在下沉过程中需要将作用在护筒上口的震动锤的击振力传递到护筒下口，并刺穿地层达到护筒下沉的目的。护筒沉设采用的震动锤都在120kw以上，荃湾特大桥施工采用的是180kw震动锤（采用的是DZJ-180型振动锤），击振力达到118T。一般情况下，由于护筒材料使用的是A3钢板，强度上不会有太大的问题；关键是护筒的刚度问题，震动锤的击振力作用在护筒上口，在向下传递的过程中，护筒产生圆截面变形颤动，消耗掉一部分震动锤的能量，使得到达下口的击振力减小，护筒刚度越小，变形颤动越大，消耗的能量越大，下口的击振力衰减越大，使得震动锤发挥不出其作用，造成护筒下沉困难，影响后续施工环节。要加强护筒的刚度，就需要增加护筒的壁厚，但完全根据刚度要求选择的护筒壁厚要比根据强度要求选择的护筒壁厚要大的多，造成材料费用的大幅增加，为了解决这个矛盾可以采取选择较小的护筒壁厚，然后在护筒中设置加强措施的方法解决护筒刚度要求和材料经济性的统一。加强措施有两种：一是设置抱箍，即在护筒外侧，间隔一段距离，在护筒外壁上帮焊一个箍圈与护筒形成一个整体，箍圈的宽度在护筒的上下口一般为50cm~80cm，中部为20cm~40cm，间距为9米，箍圈钢板厚度比护筒钢板薄20~40%，这种加强措施不影响护筒沉设，简单实用，效果也好；二是设置加强肋，加强肋的优点是护筒刚度增量大，缺点是增加了护筒与土层间的摩阻力，设置部位有限制。加强肋可以设置在护筒的内壁或外壁。加强肋设置在护筒内壁需要根据厚度加大护筒直径，但是这种方法容易在打孔过程中挂锤，使用不方便。加强肋设置在护筒外壁会增加护筒与土层间的摩阻力，除了均匀、松散的粉沙层外一般只用在护筒河床标高以上至上口的部分。3.2.4分段设置一般护筒长度超过一定长度后就需要分段加工，沉设现场吊入导向架后拼接成整体。这样做主要是因为护筒本身是一个大体积、大重量的物体，施工过程中要受到加工场地、转运起重机械、转运运输机械、存放场地、下沉起重设备等等因素的限制。以荃湾特大桥1.25米桩基为例，护筒内径1.45m，长度30米，这样一个庞然大物要整个一起加工、运输、吊装是非常困难的。施工中转运起重机械采用30t轮胎吊，转运运输机械为13米长平板拖车，下沉起重设备为50t履带吊，护筒分两段加工，每段9米长，并在每段的上下口内增设一个十字撑，以保护护筒在吊装时不因吊点集中力的作用发生变形。3.2.5护筒盖当护筒已经沉设完毕，而未能及时钻进时，护筒顶部须设置护筒盖。其作用是防止人或工具掉进井孔内，保证施工安全。护筒盖一般用5cm厚木板制成。如木料困难时，也可用3mm厚的花纹钢板制成。3.3钢护筒制作第一步：根据护筒尺寸定制钢板，钢板的长度为护筒的周长；宽度根据卷板机可加工单节长度确定，一般为1.45m-4.63m；钢板的长度为护筒的壁厚。第二步：用卷板机将整张钢板卷制成护筒短节段。第三步：在加工台上，将护筒短节段接长成为单端护筒。短节段接头采用双面满焊。3.4钢护筒存放由于护筒沉设施工比加工速度快很多，一般需要提前制作钢护筒，然后将钢护筒集中存放，待护筒沉设施工开始后，可以不间断的运到现场，保证护筒沉设施工的连续进行。

护筒存放时只能单层存放，摆放位置要有利于再次起吊时，吊车与运输车辆协调作业。由于护筒单节重量达到15T以上，转运使用的一般为25T吊车，为了保证吊装安全，吊车吊起护筒后，不能再转向，只能由运输车开到护筒下，吊车将吊起的护筒落放到汽车上。3.5钢护筒沉设第一步：测量放样。护筒的中线点即桩基础的中心点。放样时，一般是将中心点引到两边型钢上，以方便施工工程控制。第二步：安装导向架。导向架根据放样点的位置安装，中心与设计护筒中心点重合。导向架的内净空要比护筒的外径大3cm，以保证护筒能顺利进入导向架。当采用两层框架分离借助平台固定形式的导向架时，上下两层型钢框架都要牢固的焊接在平台上，且上下两层框架净空尺寸一致，中心点重合；当采用两层框架通过自身型钢立柱连接形式的导向架时，上层框架要可靠与平台焊接，导向架要保证自身的垂直，型钢立柱要有足够的刚度，在受到护筒作用时产生的变形量很小，以保证护筒的垂直度。第三步：将护筒转运到施工现场。第四步：吊起护筒下节，喂入导向架。当护筒下节上口距导向架1m左右时，停止下放护筒上节，在护筒上焊接两个反牛腿，将护筒上节挂在导向架上。吊车松勾，此时护筒下节的重量全部由导向架承受。第五步：吊起护筒上节。将护筒上节下口与护筒下节上口靠在一起，微调钢板，使上下接整齐的对接在一起，焊接牢固。若护筒分段超过2节，重复以上两个步骤，拼接好整个护筒。第六步：吊车将护筒上节连同下节一起吊起。使反牛腿脱离导向架10cm，割掉反牛腿，然后下放护筒。若护筒分段超过2节，重复以上三步骤，直到拼接好整根护筒。第七步：到护筒底口距离平台面50cm时，停止下放，测量护筒夹角为90度的两个方向的垂直度。测量垂直度用线锤靠近护筒，导向架上下两层位置各测出一个测线与护筒在同一水平面的距离，两个数值之差与两个测点的垂直高差之比及为护筒的垂直度。若此时垂直度不满足要求，调整吊车大臂，利用护筒重心的变化和其在导向架内可活动空间调整护筒垂直度，直到满足要求。第八步：将钢板或型钢顶住护筒后焊牢在导向架上，以填塞护筒外壁与导向架内壁之间的空隙，已使得护筒在下一步沉设过程中，在导向架内没有活动的余地，保证调整好垂直度不在发生变化。第九步：吊车下放护筒入海，直到护筒靠自身重力不能再下沉，吊车不受力。吊车松，钩取下护筒顶口的钢丝绳。第十步：调整震动锤双液压夹具，使两夹头内侧不活动边的距离比护筒内径小5cm。第十一步：吊起震动锤，将双液压夹具的两个夹头套住护筒壁，启动液压，夹紧护筒。第十二步：开启震动锤，将护筒沉设到预定的标高，下沉过程中吊车吊住震动锤但不受力，且随着护筒的下沉同步下放吊钩。震动锤开始提供激振力使护筒下沉的初期，激振力不宜过大，以防止护筒在河床表层软弱层中，下沉速度过快，吊车放钩速度跟不上，导致吊车翻车的安全事故。控制激振力的方法为：变频型震