水中桩护筒施工技术样本

[摘要]本文详细简介了水中桩施工用钢护筒各项技术参数选用、施工设备、施工技术以及施工中常用问题。

[核心词]水中桩护筒施工技术

1、富春江大桥概况

富春江大桥全长1543.04m，桥跨布置为：10跨30m+8跨40m+68m+120m+68m+6跨40m+14跨30m，11号墩至27号墩在富春江水域中。主桥下部为矩形实心墩、高桩承台、桩基本，主墩单个承台尺寸10.6×9.6×5m，下接4根φ2.5m桩基，边墩单个承台尺寸7.7×6.2×2.5m，承台顶标高+5.5m，下接4根φ1.5m桩基；引桥下部为下部为排架式墩、桩基本，水中引桥桩基直径2.0m，其中16、17号墩由于挖砂船挖砂作业导致河床面下降，桩基直径后变更为2.2m，陆上引桥桩基直径1.8m；桥台桩基直径为1.2m。富春江大桥全桥水中2.5m直径桩基16根、水中2.2m直径桩基8根、水中2.0m直径桩基44根、水中1.5m直径桩基16根、陆上1.8m直径桩基92根、陆上1.2m直径桩基16根。

2、富春江大桥护筒施工简介

富春江大桥11号墩至27号水中桩基所有需要沉设护筒，其中11-15、22-27＃墩直径2.0m桩基采用直径为2.3m、壁厚12mm钢护筒共计40根；18、21＃边墩直径1.5m桩基采用直径为1.8m、壁厚10mm钢护筒共计16根；19、20＃主墩直径2.5m桩基采用直径为2.8m、壁厚14mm钢护筒共计16根。

3、护筒施工技术

护筒沉设施工是钻孔灌注桩施工开始，护筒平面位置与垂直度精确与否，护筒周边和护筒底脚与否紧密、不透水，对成孔、成桩质量均有重要影响。

3、1护筒作用和种类

护筒是水中钻孔灌注桩施工三要素之一（水中钻孔灌注桩施工三要素：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。

护筒是重复使用设备，故在构造上规定结实耐用，便于安装、拆除，不漏水。依照所用材料，重要分为木护筒、钢筋混凝土护筒和钢护筒三种。深水桩基本施工中重要使用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、构造简朴、施工以便、适应性强、有助于实现机械化作业，加快施工进度等长处。

3.2.1内径

依照《公路桥涵施工技术规范》规定护筒内径应比桩径大200-400mm，因素是护筒沉设时不也许做到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同样，钻机锥头在护筒下口就会遇到护筒壁，影响桩基钻孔施工。但是护筒内径增大后，护筒自身钢材和灌桩时混凝土用量需要增长，因此在护筒内径取值时要在技术性和经济性两方面权衡利弊。依照下沉工艺拟定护筒垂直度最大容许偏差，然后通过护筒总长度计算最大容许垂直度产生护筒下口偏位，再考虑一种钻机钻孔过程中锥头摆动，最后拟定护筒内径。

以富春江大桥主墩2.5m桩基本护筒内径取值为例：下沉施工用导向架上下两层间距为5m，护筒在导向架内容许摆动为1.0cm，导向架自身变形考虑1.0cm，则护筒垂直度最大容许偏差为（0.01+0.01）/5*100%=0.4%，护筒长度30m，最大容许垂直度产生护筒下口偏位30*0.4%=12cm，锥头摆动考虑5cm，则护筒内径2.5+0.12*2+0.05=2.79m，护筒内径取值为2.80m。

3.2.2长度

护筒长度由护筒上口高程和下口埋设深度决定，护筒上口与下口高程差及是护筒长度。

水中桩基施工护筒上口标高应高出施工期间最高水位1.5-2.0m，潮水影响地区还应考虑潮水影响，采用稳定护筒内水头办法。

。河床下无粘质土层时，应沉入到大砾石、卵石层内0.5-1.0m；河床为软土、凇泥、砂类土时，护筒底埋置深度要能防止护筒内水头减少（如桥位处在潮水区或河流水位上涨时）产生涌砂（即流砂）现象，从而使护筒倾陷。详细埋置深度，可按照公式1-1计算，但安全系数应不不大于2；有冲刷影响河床，应埋入局部冲刷线如下不大于1.0m

3.2.3壁厚、加强办法

壁厚、包箍选取问题本质上就是拟定护筒强度、刚度问题。护筒在下沉过程中需要将作用在护筒上口震动锤击振力传递到护筒下口，并刺穿地层达到护筒下沉目。护筒沉设采用震动锤都在120kw以上，富春江大桥施工采用是180kw震动锤（采用是我公司提供DZJ-180型振动锤），击振力达到118T。普通状况下，由于护筒材料使用是A3钢板，强度上不会有太大问题；核心是护筒刚度问题，震动锤击振力作用在护筒上口，在向下传递过程中，护筒产生圆截面变形颤抖，消耗掉一某些震动锤能量，使得到达下口击振力减小，护筒刚度越小，变形颤抖越大，消耗能量越大，下口击振力衰减越大，使得震动锤发挥不出其作用，导致护筒下沉困难，影响后续施工环节。要加强护筒刚度，就需要增长护筒壁厚，但完全依照刚度规定选取护筒壁厚要比依照强度规定选取护筒壁厚要大多，导致材料费用大幅增长，为理解决这个矛盾可以采用选取较小护筒壁厚，然后在护筒中设立加强办法办法解决护筒刚度规定和材料经济性统一。加强办法有两种：一是设立抱箍，即在护筒外侧，间隔一段距离，在护筒外壁上帮焊一种箍圈与护筒形成一种整体，箍圈宽度在护筒上下口普通为50cm80cm，中部为20cm40cm，间距为

3.2.4分段设立

普通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。这样做重要是由于护筒自身是一种大体积、大重量物体，施工过程中要受到加工场地、转运起重机械、转运运送机械、存储场地、下沉起重设备等等因素限制。以富春江大桥2.5米桩基为例，护筒内径2.8m，长度30米，上口如下27米壁厚为14mm，下口以上3米壁厚16mm，上下口各设立一道50cm宽14mm厚包箍，中间范畴每隔2m设立一道20cm宽14mm厚包箍，整个护筒重33t,平均每延米重量1.1t。这样一种庞然大物要整个一起加工、运送、吊装是非常困难。施工中转运起重机械采用30t轮胎吊，转运运送机械为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15米长，并在每段上下口内增设一种十字撑，以保护护筒在吊装时不因吊点集中力作用发生变形。

3.2.5护筒盖

当护筒已经沉设完毕，而未能及时钻进时，护筒顶部须设立护筒盖。其作用是防止人或工具掉进井孔内，保证施工安全。护筒盖普通用5cm厚木板制成。如木料困难时，也可用3mm厚花纹钢板制成。

3、3施工机械设备、设施

3.3.1震动桩锤、液压钳

震动桩锤是保证护筒沉设核心设备，它为护筒下沉提供击振力。震动桩锤型号辨认如下：

□DZ□△□

12345

1更新变型代号：按大写印刷体汉语拼音字母顺序表达

2主参数代号：电动机功率，kw

3特性代号：无代号普通型震动锤

P变频型震动锤

4组型代号：震动桩锤

5电动机数（单电动机不注）

例：DZP180B表达单电动机、电动机功率为180kw、变频、第二次改进设计震动锤。

依照工程规定震动桩锤

下表为各功率震动桩锤激振力、许用拔桩力相应表。项目数

值电动机功率/KW404555607590120150180200240激振力/KN170-512192-575234-704256-769320-961307-856410-1218513-410615-1692684-1180820-2256许用拔桩力(不不大于)/KN100120160160240240300300330330330

液压钳是震动桩锤和钢护筒连接设备，它向上通过高强螺栓与震动桩锤链接在一起，向下通过液压系统夹住钢护筒实现与钢护筒连接。震动桩锤与液压钳构成成套设备进行购买或者租赁（我公司振动锤可由主机与夹具成套进行租赁）。一种震动桩锤普通配有两套液压钳（一种单夹具液压钳、一种双夹具液压钳），当振沉小直径钢管桩时采用单夹具液压钳，振沉大直径钢护筒时采用双夹具液压钳。

3.3.2导向架

导向架作用是控制并引导护筒在桩孔对的位置竖直沉入河床。护筒是一种大体积、大吨位钢构件，在安装过程中起重设备无法对其进行细部定位调节，需要借助导向架协助。护筒导向架一方面拟定护筒平面位置，另一方面能保证护筒垂直度。导向架有两层型钢框架构成，两层型钢框架可以分别固定在施工平台上，借助平台形成稳固整体；也可以用大型号型钢连接在一起，自成体系。型钢框架净空比护筒外径大23cm，两层之间竖向距离在5m以上，净空小有助于平面位置控制，竖向距离大有助于垂直度控制。

3.3.3起重机械、运送设备

护筒沉设时，起重机械需要同步吊起震动锤和钢护筒，在护筒震动下沉过程中起重机械还需要承受震动力，因此需要大吨位起重设备，水中栈桥法施工时，普通采用履带吊车；船只法施工时，普通采用浮吊船。富春江大桥施工采用是50t履带吊车。

由于护筒是一种大体积、大吨位钢构件，运送过程中，车辆应有足够稳定性和安全储备。富春江大桥施工尝试过多样，涉及自加工拖式挂车、平板车、半挂车，最后选用是13米长半挂车。

3、4钢护筒制作

第一步：依照护筒尺寸定制钢板，钢板长度为护筒周长；宽度依照卷板机可加工单节长度拟定，普通为1.5m2.0m；钢板长度为护筒壁厚。

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，并加上抱箍。短节段接头采用双面满焊，抱箍两端与护筒筒身焊接，每个10cm焊一段10cm焊缝。护筒上下口和单端接头处抱箍与端头留

3、5钢护筒存储

由于护筒沉设施工比加工速度快诸多，普通需要提前制作钢护筒，然后将钢护筒集中存储，待护筒沉设施工开始后，可以不间断运到现场，保证护筒沉设施工持续进行。

护筒存储时只能单层存储，摆放位置要有助于再次起吊时，吊车与运送车辆协调作业。由于护筒单节重量达到15T以上，转运使用普通为25T吊车，为了保证吊装安全，吊车吊起护筒后，不能再转向，只能由运送车开到护筒下，吊车将吊起护筒落放到汽车上。

3、6钢护筒沉设

第一步：测量放样。护筒中线点即桩基本中心点。放样时，普通是将中心点引到两边型钢上，以以便施工工程控制。

第二步：安装导向架。导向架依照放样点位置安装，中心与设计护筒中心点重叠。导向架内净空要比护筒外径大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导向架时，上下两层型钢框架都要牢固焊接在平台上，且上下两层框架净空尺寸一致，中心点重叠；当采用两层框架通过自身型钢立柱连接形式导向架时，上层框架要可靠与平台焊接，导向架要保证自身垂直，型钢立柱要有足够刚度，在受到护筒作用时产生变形量很小，以保证护筒垂直度。

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，此时护筒下节重量所有由导向架承受。

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，使上下接整洁对接在一起，焊接牢固。若护筒分段超过2节，重复以上两个环节，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，重复以上三环节，直到拼接好整根护筒。

第七步：到护筒底口距离河床面50cm时，停止下放，测量护筒夹角为90度两个方向垂直度。测量垂直度用线锤接近护筒，导向架上下两层位置各测出一种测线与护筒在同一水平面距离，两个数值之差与两个测点垂直高差之比及为护筒垂直度。若此时垂直度不满足规定，调节吊车大臂，运用护筒重心变化和其在导向架内可活动空间调节护筒垂直度，直到满足规定。

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余地，保证调节好垂直度不在发生变化。

第九步：吊车下放护筒入河床，直到护筒靠自身重力不能再下沉，吊车不受力。吊车松，钩取下护筒顶口钢丝绳。

第十步：调节震动锤双液压夹具，使两夹头内侧不活动边距离比护筒内径小2cm。

第十一步：吊起震动锤，将双液压夹具两个夹头套住护筒壁，启动液压，夹紧护筒。

第十二步：启动震动锤，将护筒沉设到预定标高，下沉过程中吊车吊住震动锤但不受力，且随着护筒下沉同步下放吊钩。

震动锤开始提供激振力使护筒下沉初期，激振力不适当过大，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，导致吊车翻车安全事故。控制激振力办法为：变频型震动锤，启动后来调到10Hz，然后每次增长2Hz后，稳定后10秒观测护筒，若只是跳动，但不下沉，继续加大2Hz，若护筒开始下沉，不再加大激振力，观测1分钟，若护筒下沉速度加大，则减小2Hz再观测；加大2Hz后，护筒下沉速度不变或者减小，则再加大2Hz观测，如此重复，直到调到最大60Hz。当变频器调到30Hz以上时，每次调节可以加到5Hz。

第十三步：护筒沉设到位后，填写护筒沉设记录，测量最后护筒垂直度和上口中心偏位。

3、7特殊条件下钢护筒沉设施工

3.7.1河床基岩裸露状况下钢护筒沉设

当河床基岩裸露时，钢护筒在振动桩锤作用下不能沉入河床，但桩基本施工规定护筒必要沉入河床一定深度，富春江大桥施工中11号墩就遇到了这种状况，采用解决方案如下：11#墩桩基直径2.0m，护筒采用直径2.3m壁厚12mm。

第一步平台搭设完毕后，先用冲击钻机在钻孔位置冲孔，冲孔时采用2.5m钻锥，中心与桩基本中心重叠，不用泥浆循环系统，在桩孔位置河床上冲出一种深1.5m、直径不不大于护筒孔；第二步然后