时伟

摘要：通过东明黄河大桥水中桩基钢护筒的施工，了解黄河主河槽段桩基钢护筒施工过程的控制，了解深水、流水中长桩的钢护筒施工工艺，了解施工中的质量要点及质量控制。

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.

关键词：钢护筒；黄河主河槽；水中；施工工艺

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

中图分类号：U443.15 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）03-0086-04

0 引言

东明黄河公路大桥东接日东高速，西接在建的长济高速，项目的实施将黄河两岸紧密的相连，使两省的高速公路有效对接，对完善两省高速公路网络、增加高速公路网络效益有着深远意义，而且还会对山东、河南两省的地区经济产生重要影响。在此大环境下，项目应运而生，而且跨越黄河主河槽的项目也是我公司的第一个项目，这里就在黄河主河槽段的桩基钢护筒施工中的遇到的问题进行简单总结。

1 工程概况

东明黄河公路大桥东接日照至东明高速公路，西接河南济源至东明高速公路。共长3536m，主桥由（67m+7*120m+67m）+3*（67m+6*120m+67m）变截面连续梁组成。项目跨越黄河河段平原型地上悬河，洪水主要靠两岸堤防约束，河床总宽为8～10km左右，主河槽宽约1000m，两岸河滩宽阔。该河段河道整治工程较多，主河槽两侧修筑了多处导流堤，使主河道趋于稳定。大桥两岸为冲积平原，桥基土为堆积的第四系地层沉积，厚度在150米以上，根据地质钻探资料，自上而下依次是粉土、黏土、砂土层，水深0-2.8m，流速为1.5m/s。

其中109#-115#墩为跨越主河槽的水中7个墩，设计桩径1.8m，桩长在85～87.9m之间，桩顶标高在河水水平面以下3～5m，尤以长期在水中，水流较快，河床冲刷严重的114#、115#墩最为典型，两墩水深在3m左右，流速较快，工程难度在本项目段最大，在此以水中114#、15#墩为实例，介绍水中桩基钢护筒的施工及工艺。

2 水上桩基钢护筒施工及工艺

2.1 水上桩基钢护筒型号及要求

2.1.1 钢护筒厚度计算

T≧K*N/f

K为安全储备系数；f为钢护筒抗压强度设计值（MPa）。

N=P*D/2 P为作用在钢护筒的水土压力（N/mm）；D为护筒直径，不考虑钻头扰动时，钻孔时高水头（10m）对护筒压力最大；顾带入数据T≧2*1.1*9.8*10*2.2/2/2050=10.57mm。

考虑钻头扰动拟采用厚度为δ=12mm钢护筒，护筒外直径采用？准=2.2m，长度L=18-20m，护筒上口、下口加工时进行加强。

2.1.2 入土深度

根据以往经验及文献资料，钢护筒入坚硬河床5m（不含2m冲刷）。

2.1.3 技术要求

钢护筒采用工厂化加工，成型质量满足要求，运输采用临时加固，设置必要的支撑。

钢护筒在工厂内焊接成2节，现场设置1个接头，接头处护筒外侧壁板在工厂开好坡口，便于现场焊接；护筒顶、底内侧设置两道30cm宽、1.2cm厚的环向钢板，增加护筒刚度，减小切削土体、及夹锤对护筒影响引起的变形。

首节钢护筒设置环向Ф25钢筋牛腿，护筒切割、施焊作业时上铺防滑钢板。

2.2 水上桩基钢护筒插打施工

2.2.1 施工测量

施工平台建立后，确定桩位时采用全站仪坐标放样法。为了更好的控制施工，应对平台上设置的水准点持续进行沉降观测。钢护筒定位如图1所示。

钢护筒定位：利用坐标法在平台上分别测放出各护筒的设计纵、横轴线，并在平台上做出油漆标记，同时按此进行导向架定位，让导向架纵、横轴线与护筒设计轴线重合，在护筒下沉期间，由二台经纬仪前方交汇控制其倾斜度，并注意护筒平面位置校核。

钢护筒插打到位后，运用全站仪工具测量护筒中心坐标，同时为确定桩位偏差，应将其与设计坐标进行对比分析，需要注意的是单桩护筒中心允许偏位50mm。

钢护筒插打到位后，可利用水准仪测量护筒顶标高，同时估算出护筒底标高，应确保底标高偏差在-50～50mm之间。

施工测量必须严格依照相关规范标准操作，确保测量期间的参与人数至少在两人以上，如此才可相互校核，同时安排专人做好测量和校核记录工作。

2.2.2 钢护筒插打施工

①导向架的设计和制作。

设计制作钢护筒下沉导向架，如此可确保钢护筒的沉放精度。插打時采用DZ135型单夹液压振动锤，连接该振动锤与护筒用液压夹持器，之后用50t履带吊吊着插打。主墩护筒导向采用上层导向和底层兜缆结合定位的方案。为确保护筒定位准确，便于平面位置调整，上层导向架应设置可调的螺杆；底层设置钢丝绳兜缆，为防止护筒下端倾斜，用四个10吨手拉葫芦在四个方向带3～5吨以上的预拉力固定。主墩护筒导向如图2所示。

②钢护筒施振。

测量放线并定好导向架平面位置，使导向架精确垂直定位于桩位并与钢平台固接，如此在钢护筒下放时可控制钢护筒的方向，使其沿着导向垂直入土。

吊装钢护筒时，底部吊点采用一点吊装，顶端吊点采用两点吊装，如此确保钢护筒起吊时不变形。并且在起吊时应保证同时起吊底部吊点和顶部吊点，之后保持底部吊点不动，起升顶部吊点，使钢护筒的姿势由平卧变为斜吊，直到斜角大于90°，将底部吊点拆除，护筒内十字支撑和底部吊耳割除，垂直起吊护筒入孔。

护筒底节通过上层导向螺杆和底层兜缆确定平面位置和倾斜度。之后松钩下落，待护筒自重被土层摩阻克服，不再下沉的10分钟后再解钩，以防钢护筒刚下去，河床短时间受到较大冲刷，使得钢护筒产生自由不均匀下沉。

解除上部吊点，履带吊起吊打桩锤和液压夹持器及油管，安放振动锤时要对中，将液压夹持器和护筒壁夹紧连接，核对护筒平面位置和倾斜度，使其符合相关规范标准，在达标基础上开动打桩锤，先进行点振，再连续施振，在振动力的作用下钢护筒下沉。若护筒平面位置和倾斜度超标，需利用履带吊连同振动锤一起提升护筒，将其脱离河床面，通过调整使护筒平面位置和倾斜度处于正确位置，之后再施振。当护筒顶端距平台顶面约1.5m高时，下沉操作停止，把打桩锤和液压夹持器吊离护筒。

将在底节护筒顶端焊接定位挡块，起吊顶节钢护筒，松钩下落，使之与底节护筒对位，调整护筒倾斜度和接头错缝，符合标准后由3～4名焊工分段焊接，每个焊缝的施焊各安排一名焊工，明确责任。采用J502焊条焊接，但需事先烘干。每焊完一层应仔细核对是否达标，确保外观无异、表面无异物，每层均需如此检查，直至焊接完成。各焊工之间交叉部位的焊缝应格外注意，后一名焊工的焊缝应盖住前一名焊工焊缝3～5cm的长度。接缝处按圆周八等分焊固加强联接钢板。待桩基施工完成后拔出钢护筒，循环至下根桩处进行下一根桩基施工，实现钢护筒的循环使用。护筒平面控制偏移不大于5cm，斜率不大于0.5%H。

在护筒插打过程中，在岸上设置两台经纬仪观测护筒两个方向的倾斜度，若发现倾斜度不符合标准，应采取有效应对措施重新调整到位，确保护筒倾斜度符合相关规范标准。

结合不同机械和不同土质特点，通过试验决定振动的持续时间长短，通常不超过10～15min。若振动持续时间过长振动锤部件易遭破坏，反之过短则土的结构未被破坏。

插打钢护筒前后，应定期测量河床标高，同时为确保整体稳定性，可依据河床冲刷情况进行防护，保证钢护筒和平台施工安全。

③钢护筒打设过程常见问题及防治、处理方法。

2.3 水上桩基钢护筒成孔检测

成孔后检测孔深、孔径、孔型、竖直度等，孔深用测绳检测，用钻头高度、钻杆长度复核，孔型、孔径、倾斜度检测采用超声波孔壁回声检测仪。经检测钢护筒的插打垂直度对桩基的垂直度有着直接的影响。

2.4 水上桩基钢护筒拔出施工

灌注混凝土方量在240M3左右时，灌注时间在3～5小时之间，控制混凝土坍落度在180～200之间，混凝土的初凝时间大于7小时，灌注时要保持孔内水头，防止出现坍孔。为确保桩顶混凝土质量，桩顶混凝土应超灌同等混凝土1.5m以上，确保凿除桩顶混凝土至露出新鲜混凝土面后色泽一致，均匀密实，灌注完成后应尽快收拾现场，为拔出护筒赢得时间（最好在一个小时内）并及时回填2车钻渣，以保证拔出护筒时桩头混凝土的密实。

混凝土灌注完成后，桩基混凝土沁入钢护筒5～8m左右，钢护筒拔出采用DZ135型单夹液压振动锤，该振动锤与护筒用液压夹持器连接后用50t履带吊拔出，必要时50吨汽车吊配合，保证上拔力克服摩擦阻力。东明黄河大桥水中140根桩基总结，回填钻渣并在2小时内拔出护筒的桩头混凝土的密实，经检测单位检测，桩头质量达到一类桩要求。

在冲刷严重的114墩，5#桩基早期沉入18m钢护筒，河床距离平台深度有14m左右，护筒入土深度在4m左右，在第一次钻孔结束后，在保证桩基安全的的水头高度下，钢护筒下部穿孔，护筒内泥浆与黄河水贯通，为确保桩基质量，采用回填桩基及河床并加长护筒至24m二次钻孔的方法完成此桩基。此时桩基混凝土沁入钢护筒达到了12m左右，振动锤的激振力在钢护筒上传递有限，在2台50吨吊车的配合下无法克服钢护筒的摩擦阻力，此钢护筒未能拔出。（图6）

2.5 水上桩基钢护筒施工效益分析

东明黄河大桥水中桩基共140根，按照一般水上施工方案，要埋设140个护筒，每个护筒平均按15m长计算，则需要钢护筒重量为

140×2.1×3.14×0.012×7.86×15=1306.09t。

按照循环使用护筒方案，全桥共加工护筒42个，由于有2个护筒埋设较深，没有拔出，另外又加工2个，共计44个，还是按15m长度计算，共用钢护筒重量为44×2.1×3.14×0.012×7.86×15=410.48t。共节省钢护筒1306.09-410.48=896.42t。

新护筒加工价格为5100元/t，打设价格为600元/t，割护筒价格为300元/t，废旧护筒按可回收10m计算，回收价格为1600元/t。按照全部护筒方案，总费用为：1306.09*（5100+600+300）-1306.09/15*10*1600=6443377元。

按照循环使用护筒方案，增加了拔护筒的费用，拔护筒的价格为800元/t，总费用为410.48*（5100-1600）+1306.09*（600+800）=3265221元。节省成本6443377-3265221=31781586元，降低成本达49.3%，取得了良好的经济效益。因此，钢护筒一般情况下均可拔出，能够降低施工成本，具有良好的推广价值和应用价值。

3 结束语

目前东明黄河大桥的水中桩基已施工结束，承台也亦陆续施工，通过对基坑的开挖又发现了一些存在的问题：

黄河冲刷河床严重，河槽左右摆动，当河床底冲刷到桩顶标高时，钢护筒的拔出会造成桩头混凝土的流失，桩头质量得不到保证，115墩因此原因造成2根桩桩头混凝土流失，此时应该在浇筑混凝土前检查护筒外水深，必要时回填钻渣，以保证桩头混凝土质量，超灌混凝土量亦控制在2m左右；

回填的钻渣在下落过程中的冲击作用把桩头混凝土挤到四周，形成“夹心”，不利用桩头混凝土质量，在施工中不易采用；

因振动锤的激振力在钢护筒上传递有限，钢护筒的打入不易超过20m（两个24m的钢护筒未拔出），在冲刷严重的的114墩，采用回填钻渣，使河床上升，达到平衡护筒内外水压差，满足钻孔施工的要求。

通过东明黄河大桥的施工有许多值得学习的地方，随着工程的进行我将勤于总结，以便能系统性学习更多有关在黄河段桥梁施工的知识。

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