水中樁護(hù)筒施工技術(shù)樣本

[摘要]本文詳細(xì)簡(jiǎn)介了水中樁施工用鋼護(hù)筒各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)選用、施工設(shè)備、施工技術(shù)以及施工中常用問(wèn)題。

[核心詞]水中樁護(hù)筒施工技術(shù)

1、富春江大橋概況

富春江大橋全長(zhǎng)1543.04m，橋跨布置為：10跨30m+8跨40m+68m+120m+68m+6跨40m+14跨30m，11號(hào)墩至27號(hào)墩在富春江水域中。主橋下部為矩形實(shí)心墩、高樁承臺(tái)、樁基本，主墩單個(gè)承臺(tái)尺寸10.6×9.6×5m，下接4根φ2.5m樁基，邊墩單個(gè)承臺(tái)尺寸7.7×6.2×2.5m，承臺(tái)頂標(biāo)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(hào)墩由于挖砂船挖砂作業(yè)導(dǎo)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(tái)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(hù)筒施工簡(jiǎn)介

富春江大橋11號(hào)墩至27號(hào)水中樁基所有需要沉設(shè)護(hù)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(hù)筒共計(jì)40根；18、21＃邊墩直徑1.5m樁基采用直徑為1.8m、壁厚10mm鋼護(hù)筒共計(jì)16根；19、20＃主墩直徑2.5m樁基采用直徑為2.8m、壁厚14mm鋼護(hù)筒共計(jì)16根。

3、護(hù)筒施工技術(shù)

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

3、1護(hù)筒作用和種類

護(hù)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(hù)筒、泥漿、水頭差），護(hù)筒有固定樁位，引導(dǎo)鉆錐方向，隔離地面水免其流入井孔，保護(hù)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(hù)孔壁免于坍塌等作用。

護(hù)筒是重復(fù)使用設(shè)備，故在構(gòu)造上規(guī)定結(jié)實(shí)耐用，便于安裝、拆除，不漏水。依照所用材料，重要分為木護(hù)筒、鋼筋混凝土護(hù)筒和鋼護(hù)筒三種。深水樁基本施工中重要使用是焊接整體式鋼護(hù)筒。

3、2鋼護(hù)筒構(gòu)造與技術(shù)參數(shù)

焊接整體式鋼護(hù)筒有其強(qiáng)度高、剛度大、構(gòu)造簡(jiǎn)樸、施工以便、適應(yīng)性強(qiáng)、有助于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，加快施工進(jìn)度等長(zhǎng)處。

3.2.1內(nèi)徑

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

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

3.2.2長(zhǎng)度

護(hù)筒長(zhǎng)度由護(hù)筒上口高程和下口埋設(shè)深度決定，護(hù)筒上口與下口高程差及是護(hù)筒長(zhǎng)度。

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

。河床下無(wú)粘質(zhì)土層時(shí)，應(yīng)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?xí)r，護(hù)筒底埋置深度要能防止護(hù)筒內(nèi)水頭減少（如橋位處在潮水區(qū)或河流水位上漲時(shí)）產(chǎn)生涌砂（即流砂）現(xiàn)象，從而使護(hù)筒傾陷。詳細(xì)埋置深度，可按照公式1-1計(jì)算，但安全系數(shù)應(yīng)不不大于2；有沖刷影響河床，應(yīng)埋入局部沖刷線如下不大于1.0m

3.2.3壁厚、加強(qiáng)辦法

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

3.2.4分段設(shè)立

普通護(hù)筒長(zhǎng)度超過(guò)一定長(zhǎng)度后就需要分段加工，沉設(shè)現(xiàn)場(chǎng)吊入導(dǎo)向架后拼接成整體。這樣做重要是由于護(hù)筒自身是一種大體積、大重量物體，施工過(guò)程中要受到加工場(chǎng)地、轉(zhuǎn)運(yùn)起重機(jī)械、轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)送機(jī)械、存儲(chǔ)場(chǎng)地、下沉起重設(shè)備等等因素限制。以富春江大橋2.5米樁基為例，護(hù)筒內(nèi)徑2.8m，長(zhǎng)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(shè)立一道50cm寬14mm厚包箍，中間范疇每隔2m設(shè)立一道20cm寬14mm厚包箍，整個(gè)護(hù)筒重33t,平均每延米重量1.1t。這樣一種龐然大物要整個(gè)一起加工、運(yùn)送、吊裝是非常困難。施工中轉(zhuǎn)運(yùn)起重機(jī)械采用30t輪胎吊，轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)送機(jī)械為13米長(zhǎng)平板拖車，下沉起重設(shè)備為50t履帶吊，護(hù)筒分兩段加工，每段15米長(zhǎng)，并在每段上下口內(nèi)增設(shè)一種十字撐，以保護(hù)護(hù)筒在吊裝時(shí)不因吊點(diǎn)集中力作用發(fā)生變形。

3.2.5護(hù)筒蓋

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

3、3施工機(jī)械設(shè)備、設(shè)施

3.3.1震動(dòng)樁錘、液壓鉗

震動(dòng)樁錘是保證護(hù)筒沉設(shè)核心設(shè)備，它為護(hù)筒下沉提供擊振力。震動(dòng)樁錘型號(hào)辨認(rèn)如下：

□DZ□△□

12345

1更新變型代號(hào)：按大寫印刷體漢語(yǔ)拼音字母順序表達(dá)

2主參數(shù)代號(hào)：電動(dòng)機(jī)功率，kw

3特性代號(hào)：無(wú)代號(hào)普通型震動(dòng)錘

P變頻型震動(dòng)錘

4組型代號(hào)：震動(dòng)樁錘

5電動(dòng)機(jī)數(shù)（單電動(dòng)機(jī)不注）

例：DZP180B表達(dá)單電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)功率為180kw、變頻、第二次改進(jìn)設(shè)計(jì)震動(dòng)錘。

依照工程規(guī)定震動(dòng)樁錘

下表為各功率震動(dòng)樁錘激振力、許用拔樁力相應(yīng)表。項(xiàng)目數(shù)

值電動(dòng)機(jī)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(dòng)樁錘和鋼護(hù)筒連接設(shè)備，它向上通過(guò)高強(qiáng)螺栓與震動(dòng)樁錘鏈接在一起，向下通過(guò)液壓系統(tǒng)夾住鋼護(hù)筒實(shí)現(xiàn)與鋼護(hù)筒連接。震動(dòng)樁錘與液壓鉗構(gòu)成成套設(shè)備進(jìn)行購(gòu)買或者租賃（我公司振動(dòng)錘可由主機(jī)與夾具成套進(jìn)行租賃）。一種震動(dòng)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(dāng)振沉小直徑鋼管樁時(shí)采用單夾具液壓鉗，振沉大直徑鋼護(hù)筒時(shí)采用雙夾具液壓鉗。

3.3.2導(dǎo)向架

導(dǎo)向架作用是控制并引導(dǎo)護(hù)筒在樁孔對(duì)的位置豎直沉入河床。護(hù)筒是一種大體積、大噸位鋼構(gòu)件，在安裝過(guò)程中起重設(shè)備無(wú)法對(duì)其進(jìn)行細(xì)部定位調(diào)節(jié)，需要借助導(dǎo)向架協(xié)助。護(hù)筒導(dǎo)向架一方面擬定護(hù)筒平面位置，另一方面能保證護(hù)筒垂直度。導(dǎo)向架有兩層型鋼框架構(gòu)成，兩層型鋼框架可以分別固定在施工平臺(tái)上，借助平臺(tái)形成穩(wěn)固整體；也可以用大型號(hào)型鋼連接在一起，自成體系。型鋼框架凈空比護(hù)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(jī)械、運(yùn)送設(shè)備

護(hù)筒沉設(shè)時(shí)，起重機(jī)械需要同步吊起震動(dòng)錘和鋼護(hù)筒，在護(hù)筒震動(dòng)下沉過(guò)程中起重機(jī)械還需要承受震動(dòng)力，因此需要大噸位起重設(shè)備，水中棧橋法施工時(shí)，普通采用履帶吊車；船只法施工時(shí)，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(hù)筒是一種大體積、大噸位鋼構(gòu)件，運(yùn)送過(guò)程中，車輛應(yīng)有足夠穩(wěn)定性和安全儲(chǔ)備。富春江大橋施工嘗試過(guò)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(zhǎng)半掛車。

3、4鋼護(hù)筒制作

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

第二步：用卷板機(jī)將整張鋼板卷制成護(hù)筒短節(jié)段。

第三步：在加工臺(tái)上，將護(hù)筒短節(jié)段接長(zhǎng)成為單端護(hù)筒，并加上抱箍。短節(jié)段接頭采用雙面滿焊，抱箍?jī)啥伺c護(hù)筒筒身焊接，每個(gè)10cm焊一段10cm焊縫。護(hù)筒上下口和單端接頭處抱箍與端頭留

3、5鋼護(hù)筒存儲(chǔ)

由于護(hù)筒沉設(shè)施工比加工速度快諸多，普通需要提前制作鋼護(hù)筒，然后將鋼護(hù)筒集中存儲(chǔ)，待護(hù)筒沉設(shè)施工開始后，可以不間斷運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，保證護(hù)筒沉設(shè)施工持續(xù)進(jìn)行。

護(hù)筒存儲(chǔ)時(shí)只能單層存儲(chǔ)，擺放位置要有助于再次起吊時(shí)，吊車與運(yùn)送車輛協(xié)調(diào)作業(yè)。由于護(hù)筒單節(jié)重量達(dá)到15T以上，轉(zhuǎn)運(yùn)使用普通為25T吊車，為了保證吊裝安全，吊車吊起護(hù)筒后，不能再轉(zhuǎn)向，只能由運(yùn)送車開到護(hù)筒下，吊車將吊起護(hù)筒落放到汽車上。

3、6鋼護(hù)筒沉設(shè)

第一步：測(cè)量放樣。護(hù)筒中線點(diǎn)即樁基本中心點(diǎn)。放樣時(shí)，普通是將中心點(diǎn)引到兩邊型鋼上，以以便施工工程控制。

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

第三步：將護(hù)筒轉(zhuǎn)運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)。

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

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

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

第七步：到護(hù)筒底口距離河床面50cm時(shí)，停止下放，測(cè)量護(hù)筒夾角為90度兩個(gè)方向垂直度。測(cè)量垂直度用線錘接近護(hù)筒，導(dǎo)向架上下兩層位置各測(cè)出一種測(cè)線與護(hù)筒在同一水平面距離，兩個(gè)數(shù)值之差與兩個(gè)測(cè)點(diǎn)垂直高差之比及為護(hù)筒垂直度。若此時(shí)垂直度不滿足規(guī)定，調(diào)節(jié)吊車大臂，運(yùn)用護(hù)筒重心變化和其在導(dǎo)向架內(nèi)可活動(dòng)空間調(diào)節(jié)護(hù)筒垂直度，直到滿足規(guī)定。

第八步：將鋼板或型鋼頂住護(hù)筒后焊牢在導(dǎo)向架上，以填塞護(hù)筒外壁與導(dǎo)向架內(nèi)壁之間空隙，已使得護(hù)筒在下一步沉設(shè)過(guò)程中，在導(dǎo)向架內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)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(hù)筒入河床，直到護(hù)筒靠自身重力不能再下沉，吊車不受力。吊車松，鉤取下護(hù)筒頂口鋼絲繩。

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

第十一步：吊起震動(dòng)錘，將雙液壓夾具兩個(gè)夾頭套住護(hù)筒壁，啟動(dòng)液壓，夾緊護(hù)筒。

第十二步：?jiǎn)?dòng)震動(dòng)錘，將護(hù)筒沉設(shè)到預(yù)定標(biāo)高，下沉過(guò)程中吊車吊住震動(dòng)錘但不受力，且隨著護(hù)筒下沉同步下放吊鉤。

震動(dòng)錘開始提供激振力使護(hù)筒下沉初期，激振力不適當(dāng)過(guò)大，以防止護(hù)筒在河床表層軟弱層中，下沉速度過(guò)快，吊車放鉤速度跟不上，導(dǎo)致吊車翻車安全事故。控制激振力辦法為：變頻型震動(dòng)錘，啟動(dòng)后來(lái)調(diào)到10Hz，然后每次增長(zhǎng)2Hz后，穩(wěn)定后10秒觀測(cè)護(hù)筒，若只是跳動(dòng)，但不下沉，繼續(xù)加大2Hz，若護(hù)筒開始下沉，不再加大激振力，觀測(cè)1分鐘，若護(hù)筒下沉速度加大，則減小2Hz再觀測(cè)；加大2Hz后，護(hù)筒下沉速度不變或者減小，則再加大2Hz觀測(cè)，如此重復(fù)，直到調(diào)到最大60Hz。當(dāng)變頻器調(diào)到30Hz以上時(shí)，每次調(diào)節(jié)可以加到5Hz。

第十三步：護(hù)筒沉設(shè)到位后，填寫護(hù)筒沉設(shè)記錄，測(cè)量最后護(hù)筒垂直度和上口中心偏位。

3、7特殊條件下鋼護(hù)筒沉設(shè)施工

3.7.1河床基巖裸露狀況下鋼護(hù)筒沉設(shè)

當(dāng)河床基巖裸露時(shí)，鋼護(hù)筒在振動(dòng)樁錘作用下不能沉入河床，但樁基本施工規(guī)定護(hù)筒必要沉入河床一定深度，富春江大橋施工中11號(hào)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(hù)筒采用直徑2.3m壁厚12mm。

第一步平臺(tái)搭設(shè)完畢后，先用沖擊鉆機(jī)在鉆孔位置沖孔，沖孔時(shí)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(hù)筒孔；第二步然后