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海上大直径钢护筒整根沉放技术

摘要：文章结合浙江台州椒江二桥建设实例,首先对钢护筒设计、钢护筒加工进行了分析,然后对钢护筒施打进行了详细的探究,保证了大直径钢护筒整根施打质量,有效防止出现质量安全事故.

关键词：钢护筒设计钢护筒施打精确定位

1.钢护筒设计

1.1钢护筒内径的确定

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）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.

1.2钢护筒长度的确定

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年最高水位1~2m,对有潮汐、台风及较大涌浪等诸多因素影响的地方,护筒高出水面的高度还应综合考虑各方面因素,取其最大值,并高出其1~2m.

护筒下口标高在深水软塑土层时,应穿透到不透水的粘土层中1~1. 5m；河床下无粘土层时,应穿透到砾石（或卵石）层1m；河床为凇泥、软土、砂类土时,护筒底埋深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.

1.3钢护筒厚度的确定

钢护筒厚度的确定主要根据钢材材质、钢护筒的长度、水的侧压力、钢护筒的摩擦力、水的侵蚀程度、护筒钻空后内外的压力差等综合考虑,保证下放不变形,在高低潮位护筒裸露时和钻进后护筒内不发生变形.

1.4钢护筒吊耳的确定

根据护筒的长度、重量、吊装设备的起吊高度等因素确定吊耳,对于超长护筒一般设置吊点5处,在钢护筒上端设置3个吊点,在钢护筒下端设置2个吊点.

在设置吊耳时,如果承台施工要下放有底套箱时,最上端吊耳不宜高与套箱底板底面,以免造成要切割吊耳,造成下放时耽误时间,或者遗漏吊耳未及时割除,造成水下切割困难.

2.钢护筒加工

（1）钢护筒加工方式选择

目前国内加工钢护筒的方法按照接头类型按焊缝可分为直缝焊管、螺旋焊管.螺旋焊管的优点是可直接采用卷板,不用开平,产生的废料较少；而直缝管具有以下缺点：钢板要开平,较不经济,直缝在施打时损坏几率较大.

（2）钢板铣边

试卷成功后,开始流水作业,钢卷上机械开平,开平后上铣边机进行铣边,去除钢板边的铁绣、并将钢板边接缝全部坡口.

（3）焊接内米字撑

为防止钢护筒在吊装运输形,加工完成的钢护筒要及时加设米,一般除顶端和底端必须设置米外,中间每隔10 m 左右应设置一道米,以防变形.

设置顶口米时应比套入的替打高度略底与15cm以上,以防影响替打套入,且应焊接牢固,防止施打时落入护筒内.

（4）吊耳、加厚端焊接

吊耳用材一般采用制作钢护筒时遗留下来的边角料,废物利用.本道工序完成后,对有损伤的防腐涂层进行补涂,对防腐部位的吊耳补涂防腐.

3.钢护筒施打

3.1船舶组织

打桩船为钢护筒施打的主要设备.椒江二桥采用的是路桥建设日本产“桩8号”无动力打桩船,其主要由以下4部分组成：船体系统（包括船体、动力系统、锚位系统）、桩架与吊桩系统、沉桩系统（含桩锤、替打）、沉桩GPS测量定位系统.

选择打桩船的主要依据有船舶的吃水深度、吊高、锤,钢护筒的长度、重量等,考虑打桩船的吊装系统是否能满足桩的起吊（主要考查内容为桩架的高度、吊桩系统的最大吊桩t 位）；锚泊系统能否满足在海域中安全、稳定驻位（主要考查内容为锚机的配置数量、起锚能力,锚型及锚重）；船体的船型是否能满足在桩群沉桩时移位、驻位的要求（主要考查内容为船长、船宽等）,此项关系到桩群是否能抛锚一次,按照一定的沉桩顺序全部施工完毕（也可通过变更桩群个别桩的参数来满足船型的要求）,特别对于固定桩架打桩船要给予充分的考虑；另外,打桩船的抱桩器、栊口半径是否满足桩径要求；船舶抗风能力是否满足施工海域水文和气象要求.

3.2替打加工

替打为锤击沉桩中的能量传递设备,并兼有保护桩头的作用.根据打设钢护筒的直径和壁厚选择合适的替打,本工程由于有不同直径的钢护筒打设,通过巧妙设计替打,使一个替打实现了4种不同直径钢护筒仅用一个替打便全部完成,大大节约了成本.

将替打内外圈设计成阶梯型,外圆可打大直径钢护筒,里面可以打小直径护筒,呈阶梯形缩小,极为巧妙.不足之处替打给予可调节空间太小,近允许钢护筒变形为2cm,在实际操作中部分钢护筒超出了预期,造成无法施打,一部分采用千斤顶将钢护筒变形重新顶回到允许范围内.一部分后通过现场改进替打,将替打凸出部分进行坡口处理后,彻底解决问题.

3.3钢护筒的起吊与套替打

船舶全部就位后,打桩船靠到运桩船上,开始割顶层钢护筒上的米字支撑（如果顶口有变形,为防止起吊继续变形,顶口米可施打完成后再割）,米应保存好,可用于桩基钢筋笼支撑再利用.到运桩船顶部选择1根钢护筒,先挂上面4根吊耳,吊起离地后,再挂背面顶端1个吊耳,由于劳动强度较大,运桩船上一般需配备≥6人用与割支撑和挂钩.打桩船平吊时一般采用4点起吊,逐步转换到端部的3点起吊就位,保证钢护筒垂直.

钢护筒起吊垂直后,放入打桩船抱桩器内,替打位于钢护筒最上端开始逐步下降,套入替打内,解掉底部缆绳,初调垂直度,抱桩器抱住限位.

3.4初调定位

利用打桩船自带的“ 海上沉桩GPS-RTK测量定位系统”,指挥打桩船根据打桩顺序移动就位,移动主要依靠打桩船上8根锚缆伸缩来达到最终定位的目的,同时在岸侧采用两台全站仪在两个垂直方向复核定位.

3.5精确定位

测量人员复核定位情况,主要观察抱桩器位置的平面位置,和自抱桩器至钢护筒顶部的垂直度,垂直度左右调节主要依靠抱桩器调节,垂直度前后调节主要依靠桩架后面的千斤顶伸缩桩架完成.

3.6下放

经复测满足要求,上吊点主吊索慢慢下放,使钢管桩在重力作用下自动插入地下,因潮汐或风浪变化影响定位时,应随时观察、随时局部微调；特别是垂直度,入土后根据偏斜率及时进行微调.

3.7锤击钢护筒直至完全就位

（1）松开钢管桩上吊索,桩锤下滑,压锤稳桩.

（2）松开抱桩器抱桩,打开桩锤离合器,启动打桩锤,锤击沉桩.如图所示.

（3）沉桩初始要重锤轻打,防止溜桩,待贯入度正常后,逐步加大冲击势能.

（4）在沉桩中,若出现贯入度异常时（比如桩身突然下降、倾斜过大、桩身移位等）,应立即停止沉桩,查明问题,采取措施.