1、水中樁護筒施工技術水中樁護筒施工技術摘自路橋論壇摘自路橋論壇水中樁護筒施工技術水中樁護筒施工技術文/陳凱摘自路橋論壇摘要摘要本文詳細介紹了水中樁施工用鋼護筒的各項技術參數的選取、施工設備、施工技術以及本文詳細介紹了水中樁施工用鋼護筒的各項技術參數的選取、施工設備、施工技術以及施工中常見的問題。施工中常見的問題。關鍵詞關鍵詞 水中樁水中樁 護筒護筒 施工技術施工技術1、富春江大橋概況、富春江大橋概況富春江大橋全長 1543.04m， 橋跨布置為： 10 跨 30m + 8 跨 40m+68m+120m+68m+6 跨 40m+ 14 跨 30m，11 號墩至 27 號墩在富春江水域中。主橋下部為

2、矩形實心墩、高樁承臺、樁基礎，主墩單個承臺尺寸 10.69.65m，下接 4 根2.5m 樁基，邊墩單個承臺尺寸7.76.22.5m，承臺頂標高+5.5m，下接 4 根1.5m 樁基；引橋下部為下部為排架式墩、樁基礎，水中引橋樁基直徑 2.0m，其中 16、17 號墩由于挖砂船挖砂作業造成河床面下降，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

3、16 根。2、富春江大橋護筒施工介紹、富春江大橋護筒施工介紹富春江大橋11號墩至27號水中樁基全部需要沉設護筒， 其中11-15、 22-27墩直徑2.0m樁基采用直徑為 2.3m、壁厚 12mm 的鋼護筒共計 40 根；18、21邊墩直徑 1.5m 樁基采用直徑為 1.8m、壁厚 10mm 的鋼護筒共計 16 根；19、20主墩直徑 2.5m 樁基采用直徑為2.8m、壁厚 14mm 的鋼護筒共計 16 根。3、護筒施工技術、護筒施工技術護筒沉設施工是鉆孔灌注樁施工的開始，護筒平面位置與垂直度準確與否，護筒周圍和護筒底腳是否緊密、不透水，對成孔、成樁的質量都有重要影響。3、1 護筒的作用和種類

4、護筒的作用和種類護筒是水中鉆孔灌注樁施工的三要素之一（水中鉆孔灌注樁施工的三要素：護筒、泥漿、水頭差），護筒有固定樁位，引導鉆錐方向，隔離地面水免其流入井孔，保護孔口不坍塌，并保證孔內泥漿高出地下水或施工水位一定高度， 形成靜水壓力 （水頭） ， 以保護孔壁免于坍塌等作用。護筒是重復使用的設備，故在構造上要求堅固耐用，便于安裝、拆除，不漏水。根據所用的材料，主要分為木護筒、鋼筋混凝土護筒和鋼護筒三種。深水樁基礎施工中主要使用的是焊接整體式鋼護筒。3、2 鋼護筒構造與技術參數鋼護筒構造與技術參數焊接整體式鋼護筒有其強度高、剛度大、結構簡單、施工方便、適應性強、有利于實現機械化作業，加快施工進度等

5、優點。內徑根據公路橋涵施工技術規范要求護筒內徑應比樁徑大 200-400mm，原因是護筒沉設時不可能做到 100% 垂直，總會或多或少存在傾斜度，這個傾斜度會使得護筒上口和下口中心產生偏位，當鉆機錐頭從護筒上口中心下放，落到護筒下口時就不在下口中心了，如果護筒內徑與樁徑一樣，鉆機錐頭在護筒下口就會碰到護筒壁，影響樁基鉆孔施工。但是護筒內徑增大后，護筒本身鋼材和灌樁時混凝土用量需要增加， 所以在護筒內徑取值時要在技術性和經濟性兩方面權衡利弊。 根據下沉工藝確定護筒垂直度最大允許偏差， 然后通過護筒總長度計算最大允許垂直度產生的護筒下口偏位，再考慮一個鉆機鉆孔過程中錐頭擺動，最終確定護筒內徑。以富

6、春江大橋主墩 2.5m 樁基礎護筒內徑取值為例： 下沉施工用導向架上下兩層間距為 5m，護筒在導向架內的允許擺動為 1.0cm，導向架本身變形考慮 1.0cm，則護筒垂直度最大允許偏差為（0.01+0.01）/5*100% =0.4%，護筒長度 30m，最大允許垂直度產生的護筒下口偏位 30*0.4% =12cm，錐頭擺動考慮 5cm，則護筒內徑 2.5+0.12*2+0.05=2.79m，護筒內徑取值為 2.80m。長度護筒的長度由護筒的上口高程和下口的埋設深度決定，護筒上口與下口的高程差及是護筒的長度。水中樁基施工護筒的上口標高應高出施工期間最高水位 1.52.0m，潮水影響地區還應考慮潮

7、水的影響，采取穩定護筒內水頭的措施。深水及河床軟土、淤泥層較厚處，應盡可能深入到不透水層粘質土內 1m-1.5m；河床下無粘質土層時，應沉入到大礫石、卵石層內 0.5-1.0m；河床為軟土、凇泥、砂類土時，護筒底埋置深度要能防止護筒內水頭降低（如橋位處于潮水區或河流水位上漲時）產生的涌砂（即流砂）現象，從而使護筒傾陷。具體埋置深度，可按照公式 1-1 計算，但安全系數應大于 2；有沖刷影響的河床，應埋入局部沖刷線以下小于 1.0m1.5m。在大河深水情況下的灌注樁施工時，護筒埋置深度的確定顯得十分復雜， 目前尚無法確切的定論， 因此護筒埋置深度應當引起高度重視。一旦護筒的埋深出現失諜，將導致出

8、現重大工程質量事故和經濟損失。壁厚、加強措施壁厚、包箍選擇的問題本質上就是確定護筒的強度、剛度的問題。護筒在下沉過程中需要將作用在護筒上口的震動錘的擊振力傳遞到護筒下口， 并刺穿地層達到護筒下沉的目的。 護筒沉設采用的震動錘都在 120kw 以上，富春江大橋施工采用的是富春江大橋施工采用的是 180kw 震動錘（采用的是我公司震動錘（采用的是我公司提供的提供的 DZJ-180 型振動錘型振動錘），擊振力達到 118T。一般情況下，由于護筒材料使用的是 A3 鋼板，強度上不會有太大的問題；關鍵是護筒的剛度問題，震動錘的擊振力作用在護筒上口，在向下傳遞的過程中，護筒產生圓截面變形顫動，消耗掉一部分

9、震動錘的能量，使得到達下口的擊振力減小，護筒剛度越小，變形顫動越大，消耗的能量越大，下口的擊振力衰減越大，使得震動錘發揮不出其作用，造成護筒下沉困難，影響后續施工環節。要加強護筒的剛度，就需要增加護筒的壁厚， 但完全根據剛度要求選擇的護筒壁厚要比根據強度要求選擇的護筒壁厚要大的多， 造成材料費用的大幅增加， 為了解決這個矛盾可以采取選擇較小的護筒壁厚， 然后在護筒中設置加強措施的方法解決護筒剛度要求和材料經濟性的統一。加強措施有兩種：一是設置抱箍，即在護筒外側，間隔一段距離，在護筒外壁上幫焊一個箍圈與護筒形成一個整體，箍圈的寬度在護筒的上下口一般為 50cm80cm，中部為 20cm40cm，

10、間距為 13 米，箍圈鋼板厚度比護筒鋼板薄2040%，這種加強措施不影響護筒沉設，簡單實用，效果也好；二是設置加強肋，加強肋的優點是護筒剛度增量大，缺點是增加了護筒與土層間的摩阻力，設置部位有限制。加強肋可以設置在護筒的內壁或外壁。 加強肋設置在護筒內壁需要根據厚度加大護筒直徑， 但是這種方法容易在打孔過程中掛錘， 使用不方便。 加強肋設置在護筒外壁會增加護筒與土層間的摩阻力， 除了均勻、松散的粉沙層外一般只用在護筒河床標高以上至上口的部分。分段設置一般護筒長度超過一定長度后就需要分段加工，沉設現場吊入導向架后拼接成整體。這樣做主要是因為護筒本身是一個大體積、 大重量的物體， 施工過程中要受到

11、加工場地、 轉運起重機械、轉運運輸機械、存放場地、下沉起重設備等等因素的限制。以富春江大橋 2.5 米樁基為例，護筒內徑 2.8m，長度 30 米，上口以下 27 米壁厚為 14mm，下口以上 3 米壁厚 16mm，上下口各設置一道 50cm 寬 14mm 厚包箍，中間范圍每隔 2m 設置一道 20cm 寬 14mm 厚包箍，整個護筒重 33t,平均每延米重量 1.1t。這樣一個龐然大物要整個一起加工、運輸、吊裝是非常困難的。施工中轉運起重機械采用 30t 輪胎吊，轉運運輸機械為 13 米長平板拖車，下沉起重設備為 50t 履帶吊，護筒分兩段加工，每段 15 米長，并在每段的上下口內增設一個十

12、字撐，以保護護筒在吊裝時不因吊點集中力的作用發生變形。護筒蓋當護筒已經沉設完畢，而未能及時鉆進時，護筒頂部須設置護筒蓋。其作用是防止人或工具掉進井孔內，保證施工安全。護筒蓋一般用 5cm 厚木板制成。如木料困難時，也可用 3mm 厚的花紋鋼板制成。3、3 施工機械設備、設施施工機械設備、設施震動樁錘、液壓鉗震動樁錘是保證護筒沉設的關鍵設備，它為護筒下沉提供擊振力。震動樁錘型號識別如下：DZ1 2 3 4 51 更新變型代號：按大寫印刷體漢語拼音字母順序表示2 主參數代號：電動機功率，kw3 特性代號：無代號普通型震動錘P 變頻型震動錘4 組型代號：震動樁錘5 電動機數（單電動機不注）例例：DZ

13、P180B 表示單電動機表示單電動機、電動機功率為電動機功率為 180kw、變頻變頻、第二次改進設計的震動錘第二次改進設計的震動錘。根據工程要求震動樁錘下表為各功率震動樁錘的激振力、許用拔樁力對應表。項目數值電動機404555607590120150180200240功率/KW激振力/KN170-512192-575234-704256-769320-961307-856410-1218513-410615-1692684-1180820-2256許用拔樁力(不小于)/KN100120160160240240300300330330330液壓鉗是震動樁錘和鋼護筒的連接設備，它向上通過高強螺栓與

14、震動樁錘鏈接在一起，向下通過液壓系統夾住鋼護筒實現與鋼護筒的連接。震動樁錘與液壓鉗構成成套設備進行購買或者震動樁錘與液壓鉗構成成套設備進行購買或者租賃（我公司振動錘可由主機與夾具成套進行租賃）租賃（我公司振動錘可由主機與夾具成套進行租賃）。一個震動樁錘一般配有兩套液壓鉗（一個單夾具液壓鉗、一個雙夾具液壓鉗），當振沉小直徑的鋼管樁時采用單夾具液壓鉗，振沉大直徑的鋼護筒時采用雙夾具液壓鉗。導向架導向架的作用是控制并引導護筒在樁孔的正確位置豎直的沉入河床。護筒是一個大體積、大噸位的鋼構件，在安裝過程中起重設備無法對其進行細部的定位調整，需要借助導向架的幫助。護筒的導向架一方面確定護筒的平面位置， 另

15、一方面能保證護筒的垂直度。 導向架有兩層型鋼框架組成，兩層型鋼框架可以分別固定在施工平臺上，借助平臺形成穩固的整體；也可以用大型號的型鋼連接在一起，自成體系。型鋼框架的凈空比護筒的外徑大 23cm，兩層之間的豎向距離在5m 以上，凈空小有利于平面位置的控制，豎向距離大有利于垂直度的控制。起重機械、運輸設備護筒沉設時，起重機械需要同時吊起震動錘和鋼護筒，在護筒震動下沉的過程中起重機械還需要承受震動力，所以需要大噸位的起重設備，水中棧橋法施工時，一般采用履帶吊車；船只法施工時，一般采用浮吊船。富春江大橋施工采用的是 50t 履帶吊車。由于護筒是一個大體積、大噸位的鋼構件，運輸過程中，車輛應有足夠的

16、穩定性和安全儲備。富春江大橋施工嘗試過多樣，包括自加工拖式掛車、平板車、半掛車，最終選用的是 13 米長半掛車。3、4 鋼護筒制作鋼護筒制作第一步：根據護筒尺寸定制鋼板，鋼板的長度為護筒的周長；寬度根據卷板機可加工單節長度確定，一般為 1.5m2.0m；鋼板的長度為護筒的壁厚。第二步：用卷板機將整張鋼板卷制成護筒短節段。第三步：在加工臺上，將護筒短節段接長成為單端護筒，并加上抱箍。短節段接頭采用雙面滿焊，抱箍兩端與護筒筒身焊接，每個 10cm 焊一段 10cm 的焊縫。護筒上下口和單端接頭處的抱箍與端頭留 20cm 的距離。3、5 鋼護筒存放鋼護筒存放由于護筒沉設施工比加工速度快很多，一般需要

17、提前制作鋼護筒，然后將鋼護筒集中存放，待護筒沉設施工開始后，可以不間斷的運到現場，保證護筒沉設施工的連續進行。護筒存放時只能單層存放，擺放位置要有利于再次起吊時，吊車與運輸車輛協調作業。由于護筒單節重量達到 15T 以上，轉運使用的一般為 25T 吊車，為了保證吊裝安全，吊車吊起護筒后，不能再轉向，只能由運輸車開到護筒下，吊車將吊起的護筒落放到汽車上。3、6 鋼護筒沉設鋼護筒沉設第一步第一步：測量放樣測量放樣。護筒的中線點即樁基礎的中心點。放樣時，一般是將中心點引到兩邊型鋼上，以方便施工工程控制。第二步第二步：安裝導向架安裝導向架。導向架根據放樣點的位置安裝，中心與設計護筒中心點重合。導向架的

18、內凈空要比護筒的外徑大 3cm，以保證護筒能順利進入導向架。當采用兩層框架分離借助平臺固定形式的導向架時， 上下兩層型鋼框架都要牢固的焊接在平臺上， 且上下兩層框架凈空尺寸一致，中心點重合；當采用兩層框架通過自身型鋼立柱連接形式的導向架時，上層框架要可靠與平臺焊接，導向架要保證自身的垂直，型鋼立柱要有足夠的剛度，在受到護筒作用時產生的變形量很小，以保證護筒的垂直度。第三步：將護筒轉運到施工現場。第三步：將護筒轉運到施工現場。第四步第四步：吊起護筒下節吊起護筒下節，喂入導向架喂入導向架。當護筒下節上口距導向架 1m 左右時，停止下放護筒上節，在護筒上焊接兩個反牛腿，將護筒上節掛在導向架上。吊車松

19、勾，此時護筒下節的重量全部由導向架承受。第五步第五步：吊起護筒上節吊起護筒上節。將護筒上節下口與護筒下節上口靠在一起，微調鋼板，使上下接整齊的對接在一起，焊接牢固。若護筒分段超過 2 節，重復以上兩個步驟，拼接好整個護筒。第六步第六步：吊車將護筒上節連同下節一起吊起吊車將護筒上節連同下節一起吊起。使反牛腿脫離導向架 10cm，割掉反牛腿，然后下放護筒。若護筒分段超過 2 節，重復以上三步驟，直到拼接好整根護筒。第七步第七步：到護筒底口距離河床面到護筒底口距離河床面 50cm 時時，停止下放，測量護筒夾角為 90 度的兩個方向的垂直度。 測量垂直度用線錘靠近護筒， 導向架上下兩層位置各測出一個測

20、線與護筒在同一水平面的距離， 兩個數值之差與兩個測點的垂直高差之比及為護筒的垂直度。 若此時垂直度不滿足要求，調整吊車大臂， 利用護筒重心的變化和其在導向架內可活動空間調整護筒垂直度， 直到滿足要求。第八步第八步：將鋼板或型鋼頂住護筒后焊牢在導向架上將鋼板或型鋼頂住護筒后焊牢在導向架上，以填塞護筒外壁與導向架內壁之間的空隙，已使得護筒在下一步沉設過程中，在導向架內沒有活動的余地，保證調整好垂直度不在發生變化。第九步第九步：吊車下放護筒入河床吊車下放護筒入河床，直到護筒靠自身重力不能再下沉直到護筒靠自身重力不能再下沉，吊車不受力吊車不受力。吊車松，鉤取下護筒頂口的鋼絲繩。第十步：調整震動錘雙液壓

21、夾具，使兩夾頭內側不活動邊的距離比護筒內徑小第十步：調整震動錘雙液壓夾具，使兩夾頭內側不活動邊的距離比護筒內徑小 2cm。第十一步：吊起震動錘，將雙液壓夾具的兩個夾頭套住護筒壁，啟動液壓，夾緊護筒。第十一步：吊起震動錘，將雙液壓夾具的兩個夾頭套住護筒壁，啟動液壓，夾緊護筒。第十二步：開啟震動錘，將護筒沉設到預定的標高，下沉過程中吊車吊住震動錘但不受力第十二步：開啟震動錘，將護筒沉設到預定的標高，下沉過程中吊車吊住震動錘但不受力，且隨著護筒的下沉同步下放吊鉤。且隨著護筒的下沉同步下放吊鉤。震動錘開始提供激振力使護筒下沉的初期，激振力不宜過大，以防止護筒在河床表層軟弱層中，下沉速度過快，吊車放鉤速

22、度跟不上，導致吊車翻車的安全事故?？刂萍ふ窳Φ姆椒椋鹤冾l型震動錘， 啟動以后調到 10Hz， 然后每次增加 2Hz 后， 穩定后 10 秒觀察護筒， 若只是跳動，但不下沉，繼續加大 2Hz，若護筒開始下沉，不再加大激振力，觀察 1 分鐘，若護筒下沉速度加大，則減小 2Hz 再觀察；加大 2Hz 后，護筒下沉速度不變或者減小，則再加大 2Hz 觀察，如此反復，直到調到最大 60Hz。當變頻器調到 30Hz 以上時，每次調整可以加到 5Hz。第十三步：護筒沉設到位后，填寫護筒沉設記錄，測量最終的護筒垂直度和上口中心偏位第十三步：護筒沉設到位后，填寫護筒沉設記錄，測量最終的護筒垂直度和上口中心偏位。3、7 特殊條件下鋼護筒沉設施工特殊條件下鋼護筒沉設施工河床基巖裸露情況下的鋼護筒沉設當河床基巖裸露時，鋼護筒在振動樁錘的作用下不能沉入河床，但樁基礎施工要求護筒必須沉入河床一定深度，富春江大橋施工中 11 號墩就遇到了這種情況，采取的處理方案如下：11#墩樁基直徑 2.0m，護筒采用直徑 2.3m 壁厚 12mm。第一步平臺搭設完成后，先用沖擊鉆機在鉆孔位置沖孔，沖孔時采用 2.5m 的鉆錐，中心與樁基礎中心重