寨子沟2#特大桥深水桩基钢护筒沉设技术

2013-12-27史健

科学之友 2013年2期

史健

（山西振兴公路监理有限公司，山西太原 030006）

1 概况

寨子沟2#特大桥桥长1 543.04 m，上部布置为（10×30+8×40+68+120+68+6×40+14×30）m，主桥上部为（68+120+68）m变截面预应力混凝土连续箱梁，引桥上部为30 m，40 m先简支后连续预应力砼T梁，下部为桩基础，11#～27#墩为水中桩基，其中19#、20#为桥梁主墩。

寨子沟河床从上到下地质土层分布情况为：粉砂层—黏土层—砂砾层—卵石层—强分化砂岩—弱风化砂岩。由于施工前和施工期间，地方采砂队在桥位附近长时间采砂，造成桥位处河床标高降低，河床基床变薄，水深增加，与原设计地质情况不符，河床平均降低4 m左右。

大桥水中桩基施工的基础是材料输送道路、钻机施工平台和钢护筒沉设。该大桥施工采用了钢栈桥，钢平台搭设施工方案分别在北岸11#～19#墩、南岸20#～27#墩左侧，搭设6 m宽钢便桥，每排墩搭设钻机施工和吊装施工的施工平台，主墩间留为航道通车用。

水中桩基11#～27#排墩共84根，主墩桩径2.5 m，边墩桩径1.5 m，引桥墩桩径2 m，紧靠边墩的两排引桥桩径变为2.2 m，桩径大小形式不一，钢护筒加工大小按桩径+30 cm控制制作，其钢板采用A3钢板厚度为16 mm、14 mm和12 mm三种。

2 钢护筒沉设

钢栈桥及施工平台施工完后，给桩基施工提供了基本条件，保障了钢护筒沉设、钻机就位及施工。钢护筒沉设包括几方面工序：钢护筒卷制、加工；钢护筒运输；钢护筒导向架安装；钢护筒安放与焊接；钢护筒振沉控制。

2.1 钢护筒卷制、加工

钢护筒卷制在加工区进行，采用护筒卷板机卷制而成，人工配合小门吊起吊卷制焊接成圆。钢护筒材料进场是按要求预先定制好的，护筒直径按桩径直径+30 cm控制，每节护筒长度定尺150 cm，钢板长度按护筒大小提前预定由厂家提供。护筒卷制成后，在加工区场地上进行对焊接加工，每根桩基护筒根据预先确定的长度按两段加工控制，以便于运输与提吊。护筒卷制加工基本要求就是卷制圆，焊接严。为加强护筒的整体刚度，每2 m加设宽20 cm的钢带，护筒底脚处加设宽50 cm的钢带作为刃脚。焊接采用内外接缝双面焊，所有焊接必须连续，以保证不漏水。钢护筒口内侧用[10槽钢加焊十字支撑架，起吊防止筒口变形。

2.2 钢护筒运输

钢护筒加工完成后，钢护筒占用地方较大，加工较慢且费时，需要提前加工和临时存放。所以加工完成后，先运输到存放点临时存放，使用时，再运输到桩基护筒沉设现场。钢护筒转移运输，用30 t汽车吊起吊，12 m长平板拖车运输，运输事项：钢护筒起吊到平板车上，护筒两侧方木垫稳，手葫芦钢丝绳拉紧。

2.3 护筒导向架安装

钢护筒导向架起两个作用：定位；垂直导向。在安装导向架前，在平台上精确测量桩位中心及十字定位点，作为导向架安装控制依据。护筒导向架为上下两层组成。两层之间的高度根据水平面距平台的高度尽可能加大，上层导向架的承重横梁用2I25工钢组成，焊接在平台的H50钢上或贝雷架上，再用I25工钢联接两导向架承重横梁，形成矩形“井”字型框架，长宽尺寸略大于护筒外径3～5 cm为宜。导向架的下层用I25工钢纵桥向焊接在钢管桩平联上，在其上用I25工钢横向搭焊接，形成“井”字结构，下层“井”字结构安装由上层导向架垂球法吊线定位，且上、下“井”字框架垂直。上、下层导向架确保水平方向稳固，上、下方向垂直。

2.4 钢护筒安放、焊接

钢护筒转运到现场后，开始起吊并安放。护筒起吊采用“两点法”起吊。两点法起吊的基本原则是：吊环对称，高低相等，钢丝绳长度相等，这样钢护筒起吊起来才能垂直。吊环对称采用护筒口圆周等方法或采用护筒口两侧等高法来确定烧割吊环孔，从护筒口边向进5 cm为宜。起吊钢丝绳采用两根等长钢丝绳进行起吊，这样才能保证起吊对称。

履带吊提起钢护筒先切割掉下口十字内撑，顺着导向架缓缓向下安放，高出导向架横向承重梁50 cm左右时停放，在承重梁上焊接牛腿，将钢护筒与导向架承重梁固定起来，再用上述相同方法起吊上节钢护筒，履带吊提起上节钢护筒人工配合上下节钢护筒定位焊接。在焊接前，要先割除下节护筒口上十字撑。上下节钢护筒焊接时，控制好上下护筒垂直度，焊接牢固、密实，钢护筒焊接成一个整体护筒后，履带吊开始起吊，割掉固定在导向架承重梁上的牛腿，缓缓下放在河床上，刚到河床底时，采用垂球法在上下层导向架上测量钢护筒垂直度情况，测量上下间距≥5 m，如上下层测量的数据差为2 cm，表示护筒垂直度为0.02/5=0.4%，垂直度控制不应大于0.5%；如果钢护筒垂直度测量时上下间距5 m，上下层测量数字差≤2.5 cm，超过时应进行调整。当两个不同方向测量的垂直度均＜0.5%时，可以下沉钢护筒到底。钢护筒到底履带吊仪表读数为零时，再测量钢护筒垂直度和护筒顶口中心位置，满足要求后，可开始钢护筒振沉工作。履带吊仪表读数开始变小到变为零，是钢护筒从开始接触到完全触动的过程，是靠护筒自重和振动锤重量使钢护筒插入河床的过程，在这个过程安放下沉时，垂直度控制是至关重要的。

2.5 钢护筒振沉控制

钢护筒在振沉前，上层导向架四边与钢护筒间焊接定位卡，限制护筒在振沉时护筒口偏离。影响护筒垂直度一个重要的客观原因就是水流，主要是雨季水流影响较大，在护筒安放时和护筒振沉时，必须避开雨水，在水流相对稳定时进行。钢护筒振沉采用DZ—180型液压双夹口式振动锤，履带吊提起振动锤开启后，振动过程仔细观察钢护筒下沉情况，下沉2 m左右必须测量钢护筒垂直度，在控制范围内，才能继续下沉钢护筒，否则应拔起重新下沉。下沉到上层导向架附件时，停止下沉，测量垂直度基本符合时，可拆除上层导向架，继续下沉到要求位置或不能下沉为止。钢护筒振沉钢到位后再量测护筒垂直度，护筒振沉要点是：开始弱振慢沉，过程垂直度认真控制。

在钢护筒沉设中，直径1.8 m的钢护筒采用了10 mm厚钢板，发现振沉时护筒周壁晃动较大，柔性较大。直径2 m以上的钢护筒采用12 mm和14 mm钢板，护筒周壁晃动不明显。深水钢护筒较长，护筒钢板厚度不低于12 mm。

钢护筒振沉主要分三个步骤：①钢护筒安放后，护筒的垂直度必须满足要求，不大于0.5%，否则，应进行调整。可运用不对称起吊法；不对称单侧振沉法、护筒提起抛砂袋法来调整。②过程垂直度控制：振动锤振沉钢护筒，下沉2 m左右时，必须进行垂直度测量，不满足要求及时处理，单侧不对称振沉不能调整时，应拔出钢护筒重新振沉。振沉到上层导向架附近时，再次测量垂直度，满足要求后，才能割除上层导向架继续下沉。③钢护筒到位垂直度检查，垂直度大于1%，应进行调整。否则，钻机钻孔时，存在冲撞护筒和提挂护筒隐患，严重时会出现卡锤事故。

3 11#墩深水露岩钢护筒沉设

11#墩位水深约5 m左右，河床基床薄（10～20 cm），基本属于河床露岩，考虑以下几个方案：①采用先沉护筒再抛沙袋人造基床法施工，护筒底与河床岩面露浆问题无法处理。②采用先沉钢护筒再外套大护筒法中间浇灌水下砼，但外套大护筒不得小于4 m直径，受平台上部结构限制无法下沉，且也存在护筒底与河床面露浆处理问题。最后确定采用先上钻机用大钻锤先砸“锅底坑”，再用下沉钢护筒和浇灌水下砼方法施工。

在钻机平台上测量护筒下沉中心位置和十字控制点位，再上钻机就位。护筒直径为2.3 m，采用2.5 m钻锤先冲击2 m左右深的“锅底坑”，再移开钻机下沉护筒。护筒底离开坑底约20 cm为宜，固定钢护筒，在护筒内浇灌水下砼到河床面。

4 钢护筒沉设后的倾斜处理

钢护筒沉设时，由于受到多方面原因的影响会发生倾斜，在沉设过程中，发现倾斜时应停止下沉并及时处理。沉设完成后发生垂直度不能满足要求应进行处理。20#墩右侧2根钢护筒在沉设后，垂直度超过3%也就是说，30 m得护筒长度最底下偏移量超过90 cm，严重侵占了桩孔位置，钻孔无法进行。可能造成护筒倾斜的原因是：在护筒下沉过程中，已发生倾斜时没有及时处理；护筒底遇有大孤石，造成护筒下沉偏心。处理方法如下。

4.1 拔出钢护筒底离开河床

护筒自重30 t，仅靠履带吊提升是不可能的。将上层导向架承重横梁变成2I40工钢，再在承重横梁上安装5 t卷扬机，通过6轮滑轮组组合，履带吊提起180振动锤夹住钢护筒边振动边提升，两台卷扬机（一台卷扬机最大提升可达成60 t力）同时提升，钢护筒可通过多次提升拔出河床。

4.2 重新振沉钢护筒

履带吊提升钢护筒稍离开河床，测量护筒的中心位置和垂直度满足要求后，钢护筒慢慢落入河床上，待履带吊提升钢丝绳松开时，重新测量钢护筒垂直度，如果垂直度满足要求方可振沉，如不满足时采用如下方法：①单侧不对称时可提升钢护筒，调整钢护筒垂直度，仍不能调整到位时，采用第二种方法。②采用90振动锤液压单夹式单侧护筒顶口不对称振锤，仍不能满足垂直度要求时，采用第三种方法。③履带吊提起钢护筒，在钢护筒周边抛沙袋来调整河床使河床平整，再使钢护筒落到河床上，调整钢护筒垂直度。振沉钢护筒采用DZ—180双夹振动锤，振沉约2 m左右时，应测量钢护筒垂直度，如不满足垂直度向一侧倾斜时，应采用90振动锤单夹式单侧不对称振沉调整，调整到位后，仍采用180锤双夹对称振沉。如果钢护筒振沉中，遇有不可预见因素振沉不进时，可采用“冲抓斗”在护筒内将砾卵石取出，再跟进钢护筒的方法是护筒尽量下沉；埋深较浅时，可在护筒周围抛袋装砂石人造基床方法使钢护筒埋深稳定。