水下大直径桩基钢护筒施工技术

水下大直径桩基钢护筒施工技术吴纬功胡伟才（长江重庆航道工程局重庆400010）【摘要】本文以重庆某滨江路护岸挡墙排危加固工程为例，重点从钢护筒的设计、制作加工、定位下沉等方面对水下大直径桩基钢护筒施工技术进行阐述，对类似工程施工具有一定的参考意义。【关键词】水下大直径桩基；钢护筒；施工技术【中图分类号】U655文献标识码：A文章编号：1006-7973（2016）03-0001-051工程概况

重庆市某滨江路护岸挡墙排危加固工程项目位于主城区内，毗邻长江主航道，工程沿线码头密布，无大填大挖条件，采用重力式支挡结构施工难

度较大，设计采用桩板挡墙布置方案，沿滨江路一阶加筋土外侧1.0m布置悬臂桩板挡墙，桩顶高程174.0m，桩径为Φ2.8m～Φ3.2m，桩中心间距均为5.0m。抗滑桩断面布置如图1所示。

图1抗滑桩断面图

2016·31中国水运·航道科技

由于抗滑桩桩位距现状一阶加筋土挡墙较近，且施工抗滑桩钢护筒时，需穿越原加筋土挡墙抛石基础等人工构筑物及2.24～15.m厚的砂卵石地层，地质条件较为复杂，钢护筒沉放过程中极易造成现状加筋土挡墙基础被破坏，进而影响挡墙的安全与稳定，诱发安全事故，这给钢护筒的沉放施工带来较大的难度。

3钢护筒技术参数的选择

3.1钢护筒直径

Φ3.0m、抗滑桩直径有三种，分别为Φ2.8m、Φ3.2m，根据设计要求，护筒直径比桩径大20cm，因Φ3.2m、Φ3.4m，此护筒直径分别达到了Φ3.0m、

护筒直径较大。3.2钢护筒标高

考虑到施工区域水位的情况、钻孔平台的标高和泥浆循环的需要，结合现场实际地形及地质条件，综合确定钢护筒顶标高约为176.50m左右，底标高以进入强风化岩面为准。3.3壁厚选择

由于本工程钢护筒直径较大，分别达到Φ3.0m、Φ3.2m、Φ3.4m，且沉放深度较大，需穿过覆盖层并

2钢护筒的作用

本工程钢护筒作为桩基施工中的一种重要临时结构，主要有以下几个方面的作用：

1）准确确定桩（孔）位，并为后续钻孔施工起导向作用。

2）隔离江水，避免护筒内外水体相连，使护筒内泥浆形成封闭的循环系统，一方面可以确保泥浆循环的正常进行，保证成孔及成桩质量；另一方面可以避免江水污染，保护长江生态环境。

3）在高水位期施工时可以作为浇筑混凝土桩柱的水中模板，确保桩基一次成型，避免接桩。

4）使护筒内外岩（土）体完全隔离，减小冲孔施工对现状挡墙基础的影响；同时钢护筒作为临时支撑结构，可以充分利用自身的径向刚度和孔内泥浆的侧向压力共同抵抗桩孔四周的土压力，避免坍孔现象发生，从而确保冲孔过程中现状挡墙的安全与稳定。

表1

抗滑桩类型

钢护筒壁厚（mm）

水位：174.0m

A型桩

2022202218

C型桩

2022

22016·3进入强风化基岩面上。考虑到护筒刚度及稳定性要求，并根据钢护筒在施工过程中的受力状态，分为三种不同受力情况：一是在土压力等围压的作用下的空间稳定性（侧向失稳）；二是钢护筒在激振力作用下的空间稳定性（轴向失稳）；三是钢护筒在沉放过程中，同时受到土压力和激振力作用下的空间稳定性（组合失稳），利用有限元计算软件，采用shel163壳单元模拟钢护筒，借助于数值求解护筒结构的强度和稳定性，计算侧向失稳时分设计高水位（174.0m）和设计低水位（162.0m）两种不同的工况进行分析。钢护筒壁厚计算结果如表1所示。

钢护筒空间稳定性计算分析表

侧向压力作用下稳定系数

水位：162.0m

1.6792.1291.8502.3901.6522.2362.925

轴向压力作用下稳定系数2.853.493.4.213.6.555.43

组合应力作用下

稳定系数1.22.0501.4881.8561.4801.82.210

1.2721.5911.3611.7251.1451.5251.960

B型桩

根据以上计算结果可以看出，A型钢护筒的壁厚取20mm时，在174.0m高水位时侧向压力作用下的未定系数最小，为1.272，略小于临时结构的安全系数1.3；C型桩钢护筒壁厚取18mm时，在174.0m高水位时侧向压力作用下的稳定系数最小，为1.145，小于临时结构的安全系数1.3，极易出现变形。因此，综合经济、施工安全等多方面的因素考虑，最终确定钢护筒的壁厚取20mm。

4振沉设备选择

4.1土层动摩阻力计算

相对于护筒四周土层动摩阻力，钢护筒截面面积很小，因此，护筒底端的承载力在计算时可忽略不计，土层动摩阻力按下式确定（《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）式5.3.3-2）。

n

Tν=12U∑aTνiHi

i=1

式中：Tν为土层摩阻力值（kPa）；U为钢护筒周长（m），按最大Φ3.4m钢护筒取值10.68m；

a为振动沉桩对各土层桩侧摩擦力影响系数，按砂土计算，取0.9；Tνi为第i层土层的极限动摩阻力（Kpa），中密细砂取35kPa；Hi为第i层土厚度（m），按砂卵石层最大厚

度15.m计算。

则土层的动摩阻力为：

Tν=1×10.68×0.9×35×15.=2614kN

4.2振动锤选型

2钢护筒下沉时必须满足振动锤最大激振力F0>Tν，振动锤选型时，首先应考虑最大激振力满足

护筒下沉条件的要求。因此，理论上应选择最大激振力不小于2614kN的振动锤。但是由于大功率振动锤激振力过大，钢护筒振动下沉时可能对现状加筋土挡墙基础造成破坏，影响挡墙的稳定；且地勘资料显示：大部分地段砂卵石层的厚度都在10m以下，下沉所需的最大激振力在1600kN左右。

从经济技术角度综合考虑，本工程选择了DZJ-200振动锤，最大激振力1592kN,基本上能满

航道工程设计与施工

足大部分钢护筒沉放施工要求。

5钢护筒施工

5.1护筒制作

桩基钢护筒采用20mm厚Q235钢板卷制而成，焊缝采用螺旋缝埋弧焊。由于钢护筒直径及重量大，对机械设备要求高，现场制作困难，在工厂加工成6～10m的长度，现场接长至需要的长度。5.2护筒运输

钢护筒加工完毕并验收合格后，采用汽车将钢护筒运到施工现场。为防止钢护筒在运输过程中出现失圆，在钢护筒的上、下口及中间位置临时焊接十字或米字支撑进行加强。5.3护筒接长

钢护筒运至施工现场后，平放在港区道路上，下方采用枕木垫平并将两侧固定，使待接长的两节钢护筒切口齐平并位于同一轴线上，用两只10t手动葫芦缓缓将两节护筒逐渐合拢，然后焊接连接。焊接时，合拢的两节护筒均需设置“V”形坡口，坡口角度采用45°～55°，满焊连接，每个接头等间距在护筒外壁加焊8块150×150×10mm缀板，以保证接头在施沉中不出现裂纹，且在钻孔过程中不漏水。5.4护筒吊放就位5.4.1导向支架制作

考虑到长江水流的影响，在钻孔平台上设置导向支架辅助下沉，以满足钢护筒下沉平面位置及垂直度要求。

导向支架较护筒外径大10cm，采用槽钢焊接而成，包括中间设有大直径钢护筒通道的支撑架体，在支撑架体上部、中部和下部的四个角上各设置一个限位装置--步进式液压导向轮，支架高度5m（不含钻孔平台高度），底部采用工字钢与钻孔平台连接。导向支架结构示意图如下页图2所示。

安装时，上下层导向架中心与桩位中心应在同一竖直线上，以保证钢护筒精确定位，其倾斜度控制在1%之内。

2016·33中国水运·航道科技

图2导向支架结构示意图

5.4.2护筒就位

为防止钢护筒在吊装过程中发生挤压变形，采用两台履带吊车配合进行。吊装时，两台吊车同时施吊，将钢护筒悬空后进行整体的纵向调整，待整体的垂直度达到要求后，再慢慢松开下部吊绳，将钢护筒缓缓放入导向支架内，护筒底口距离河床面50cm时，停止下放，利用导向支架内的液压导向装

置来调整护筒的平面位置和垂直度，确认护筒中心平面位置符合要求后将护筒缓缓下放，直到刃脚自然下沉到河床面并入泥稳定后，钢护筒方能脱钩。

钢护筒垂直度控制采用两台经纬仪或全站仪竖丝法控制，两台经纬仪或全站仪分别控制钢护筒的互相垂直两侧面，钢护筒垂直度要求小于1%。钢护筒垂直度控制如图3所示。

图3钢护筒垂直度控制示意图

42016·35.5护筒下沉

护筒采用DZJ200型双夹振动锤进行下沉。下沉前，先调整振动锤夹具，使两夹头内侧不活动边的距离比护筒内径小2cm，吊起振动锤，将夹具的两个夹头套住护筒并夹紧，然后开启振动锤，轻打缓击，进行点振，缓慢通过抛石层。下沉过程中吊车吊住振动锤但不受力，且随着护筒的下沉同步下放吊钩，施振至导向支架顶口时，移走导向支架，再施振至设计标高。对于少部分砂卵石层厚度大于10m的桩基钢护筒，可采用分段施工方案，先施振至河床以下10m左右深度无法继续下沉时，即进行冲孔施工，冲孔至钢护筒底端以下0.5m～1m时，在孔口接长钢护筒，然后再继续沉放，如此反复，直到下沉到设计标高为止。

6钢护筒沉放施工中应注意的问题

（1）穿越抛石层时护筒顶、底口变形过大护筒在下沉过程中，顶、底口因承受集中荷载作用极易产生较大的屈曲变形，影响护筒的沉放质量。为了防止护筒顶、底口产生较大变形，在护筒顶、底口加焊一圈高300mm，厚10mm的钢板进行加强，也可在底口均匀加焊合金块作为刃脚，增加护筒下沉时的锋利度，使护筒能够在瞬间切断岩体，在一定程度上减小下沉阻力，从而避免出现底口变形过大的问题。

（2）护筒沉放困难在振沉设备满足要求的情况下，护筒下沉时如果中途停顿时间过长，护筒周边土体将会恢复到初始状态，护筒外壁的摩阻力将会增大，造成继续下沉困难。因此，护筒沉放作业应避免中途停顿，必须连续进行。

（3）遇到大块孤石造成护筒偏斜在河床砂卵石地层中遇到大块孤石时，由于下沉摩阻力不对称，容易造成下沉困难等情况，此时

航道工程设计与施工

暂停护筒沉放施工，向孔内加入少量片石后，采用冲击钻机低冲程轻打缓击，缓慢击碎孤石，再进行护筒沉放。若出现护筒偏斜过大，超出设计或规范要求的情况，则需将护筒拔出，重新进行定位和下沉，重新下沉至孤石上方约50cm～100cm时，将护筒临时固定在钻孔平台上，向孔内投入片石，重新冲孔，缓慢通过孤石区域后再进行护筒沉放施工。

（4）护筒焊缝开裂护筒现场接长后，对所有焊缝进行外观质量检查，确保焊缝饱满、平顺，无漏焊、裂纹、气孔、夹渣等质量问题，同时对现场接长的接头处等间距在护筒外壁加焊8块150×150×10mm缀板，防止焊缝开裂。在下沉过程中加强观测，出现焊缝开裂征兆时，立即停止下沉，及时进行补焊和加强处理。

7结束语

护筒施工是水下大直径桩基施工的重要组成部分，护筒的沉放质量将直接决定桩基的成孔质量，因此必须从护筒的设计、制作加工、定位下沉技术等各个环节加强控制，确保后续桩基施工的顺利进行。参考文献】

[1]余定军.胡文勇.袁锡权.辽河特大桥39#主墩桩基钢护筒施工技术[J].北方交通,2010.1.[2]张晓乐.深水桥墩基础钻孔平台及钢护筒施工技术[J].科技信息,2009.11.[3]中华人民共和国交通行业标准（JTGD63—2007）.公路桥涵地基与基础设计规范.北京：人民交通出版社,2007.2016-04-15

吴纬功（1981-），男，工程师，主要从事

市政路桥工程的施工工作。

2016·35【【收稿日期】【作者简介】