某跨海大橋鋼護筒制作及沉放施工技術(shù)

李永東 蘇有文

(1.5·12汶川特大地震紀念館管理中心,四川 綿陽 622761； 2.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽 621010)

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某跨海大橋鋼護筒制作及沉放施工技術(shù)

李永東1蘇有文2

(1.5·12汶川特大地震紀念館管理中心,四川 綿陽 622761； 2.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽 621010)

分析了某跨海大橋工程的施工條件及特點，探討了工程中鋼護筒的制作措施，并確定了鋼護筒沉放方案，從沉放設(shè)備選型、鋼護筒起吊、沉放等方面，闡述了鋼護筒沉放施工技術(shù)，達到了良好的施工效果。

跨海大橋，鋼護筒，沉放施工，打樁船

1 工程概況

某跨海大橋全長12.454 km，分南岸陸地引橋、南岸淺水區(qū)引橋、南岸深水區(qū)引橋、蚶江互通主線橋、通航主橋(70+130+400+130+70)m雙塔分幅組合梁斜拉橋、北岸深水區(qū)引橋、北岸淺水區(qū)引橋、秀涂互通主線橋九個區(qū)段。全線共設(shè)蚶江、秀涂、張坂、塔埔四個互通。本文主要對此項目中A4標(biāo)段的鋼護筒制作及沉放施工工藝進行研究，此標(biāo)段各類型鋼護筒共計318根。某跨海大橋橋型布置圖如圖1所示。

2 工程施工條件及特點

1)氣象條件。年平均氣溫20 ℃，極端最低氣溫-0.3 ℃；年平均降水量1 088.5 mm；年平均霧日15.9 d～29.4 d；本工程位于典型季風(fēng)區(qū)，冬季盛行偏北風(fēng)、夏季盛行偏南風(fēng)，因此熱帶氣旋(臺風(fēng))是影響大橋的主要災(zāi)害性天氣，持續(xù)時間一般從4月份～次年的1月份。橋位處海面開闊，平均潮位下水深1.4 m～5.7 m，最大7.8 m，浪高3 m左右。

2)地質(zhì)條件。地質(zhì)情況：典型地層共分6大層，自上而下分別為填土、淤泥、中細砂(含粉質(zhì)粘土)、卵石(含粗礫石)和花崗巖。

3)本工程為全棧橋施工，材料進場與相鄰標(biāo)段存在干擾。

4)鋼護筒自上而下至沖刷線以下3 m范圍內(nèi)(或整根)涂裝800 μm(主橋主墩以外為300 μm)。中心偏位不大于5 cm，傾斜度不大于1/220。主橋護筒底口位于膠結(jié)密實的卵石層和強風(fēng)化花崗巖層,增加了鋼護筒的加工和現(xiàn)場的沉放難度。

5)北岸深水區(qū)引橋下部結(jié)構(gòu)施工節(jié)點工期為12個月，工期短，施工任務(wù)重，需要交叉、連續(xù)流水作業(yè)，擬投入的支棧橋和鉆孔鋼平臺數(shù)量較多，使用周期相對較長。

6)本工程所涉及到的領(lǐng)域廣、工藝復(fù)雜、環(huán)境污染源多，且周邊存有大片養(yǎng)殖區(qū)，使環(huán)境保護工作的壓力增大。

3 鋼護筒制作

本工程施工條件復(fù)雜，鋼護筒直接在工廠中按照設(shè)計要求加工成型。與傳統(tǒng)制作方法相比，去除分節(jié)下放、焊接等環(huán)節(jié)，大大縮短了現(xiàn)場組裝的時間，加快施工進度并確保施工安全。

為提高鋼護筒利用率，減小海水對其的腐蝕性，采用螺旋管加工工藝，成型后用環(huán)氧粉末進行涂層并且同措施部分、永久部分一起加工成型。為確保其制作質(zhì)量達到設(shè)計要求，在正式制作前，分別選取具有代表性位置的鋼護筒進行試做：主橋Z3號墩的1號護筒、B015號墩的67號護筒、B002號墩上游側(cè)防撞墩的219號護筒。通過試做掌握制作過程中的注意事項，為后續(xù)護筒制作提供相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。

1號護筒材質(zhì)為Q345C，內(nèi)徑2.8 m，壁厚22 mm(措施護筒壁厚18 mm)，單根長度35.0 m。護筒底端外周設(shè)0.75 m、高12 mm鋼板抱箍，頂口設(shè)0.5 m、高12 mm鋼板抱箍加強。鋼護筒在-0.35 m標(biāo)高向下25 m范圍內(nèi)，外壁采用環(huán)氧粉末涂層，厚度不小于800 μm。

67號護筒頂標(biāo)高材質(zhì)為Q235B，內(nèi)徑2.3 m，壁厚16 mm(措施護筒壁厚16 mm)，單根長度25.3 m。護筒底端外周設(shè)0.75 m、高12 mm鋼板抱箍，頂口設(shè)0.5 m、高12 mm鋼板抱箍加強。鋼護筒在-1.25 m標(biāo)高向下14 m范圍內(nèi)，外壁采用環(huán)氧粉末涂層，厚度不小于300 μm。

219號護筒頂標(biāo)高材質(zhì)為Q235B，內(nèi)徑2.3 m，壁厚28 mm，單根長度36.3 m。護筒底端外周不設(shè)鋼板抱箍，頂口措施部分壁厚16 mm，設(shè)0.5 m,高12 mm鋼板抱箍加強。防撞墩鋼護筒在1.46 m標(biāo)高向下13.76 m不等范圍內(nèi)，外壁采用環(huán)氧粉末涂層，厚度不小于800 μm。

4 鋼護筒沉放

4.1 沉放方案

本工程施工方案中擬采取的鋼護筒沉放的方案有兩種：

方案一：鋼護筒在加工工廠分節(jié)完成以后，分節(jié)運送到施工現(xiàn)場，然后搭設(shè)施工平臺，預(yù)留鋼護筒的沉放通道，采用履帶吊進行鋼護筒的沉放，每節(jié)制護筒沉放的過程要進行鋼護筒的焊接施工。

方案二：鋼護筒在加工工廠按照設(shè)計要求，每根鋼護筒按照實際的長度進行加工，送到施工現(xiàn)場，直接進行鋼護筒的沉放。采用改裝后的打樁船進行鋼護筒的沉放，每根鋼護筒無需在現(xiàn)場進行焊接連接，鋼護筒的整體性好，對環(huán)氧涂層破壞較小，抗海水腐蝕性能好，鋼護筒沉放完畢后進行施工平臺的搭設(shè)。同方案一相比，每個施工平臺的搭設(shè)中可以節(jié)省6根鋼護筒，但是受海浪風(fēng)力的影響較大，是目前鋼護筒沉放方法中的一種新興工藝。

綜合考慮本橋址施工過程中的各項因素，采用第二種方案進行鋼護筒的沉放。

4.2 準備工作

1)施工測量坐標(biāo)系統(tǒng)。根據(jù)本工程特征，施工測量采用坐標(biāo)系統(tǒng)如下：a.WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)：地心坐標(biāo)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于基準點GPS定位測量。b.控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)：平面和高程坐標(biāo)系統(tǒng)采用設(shè)計圖紙?zhí)峁┑南到y(tǒng)。

2)定位監(jiān)測。采用導(dǎo)向架法棧橋施工，施工現(xiàn)場對每個護筒做單根定位。為達到放樣設(shè)計精度，在每個墩臺(棧橋)上增加點位2個(如果相鄰墩有出水結(jié)構(gòu)物，也可在其上加密)監(jiān)測點。采用GPS相對靜態(tài)定位模式或全站儀自由設(shè)站法測設(shè)加密點平面，高程測設(shè)采用EDM三角高程進行跨河水準測量或GPS高程擬合法。加密點測設(shè)完畢后，用全站儀三維坐標(biāo)法進行鋼護筒的放樣定位。沉放時，為控制其垂直度、監(jiān)控其下沉，需在兩個互相垂直的測站上布設(shè)一臺經(jīng)緯儀。沉放完畢，在護筒頂口用全站儀放出樁位設(shè)計縱橫軸線，用測斜儀測出擴筒的垂直度，用鋼尺量取護筒頂口的偏移量。

4.3 鋼護筒沉放施工

鋼護筒沉放施工工藝流程圖，如圖2所示。

1)沉放設(shè)備選型。打樁船的主要作用是抱樁定位。為適應(yīng)本標(biāo)段不同直徑鋼護筒的抱樁需求，開工前對打樁船的抱樁器進行改造。為保證本標(biāo)段鋼護筒在實行抱樁后，護筒底口仍在水面以上，能滿足GPS的監(jiān)測要求，本工程打樁船樁架高度為55 m。除此之外，在打樁船上布設(shè)2臺GPS，通過其前方交匯調(diào)整船位，以達到確定鋼護筒平面位置的目的。通過微調(diào)樁架確保護筒的傾斜度。

振動錘的激振力和振幅決定了鋼護筒能否被順利沉放到位且不發(fā)生底口變形，因此針對本工程，采用標(biāo)貫擊數(shù)進行動摩阻測算，最大激振力約為240 t，驗證振動錘的振幅：115/((9.05+12.02)+7 249)=1.23 mm，小于36 mm。

2)鋼護筒起吊。起吊前，打樁船通過絞錨，將船緩緩靠向運樁船，打樁船樁架為固定扒桿，不能在水平方向進行轉(zhuǎn)動。因此打樁船在靠近運樁船過程中，須調(diào)整方向，與運樁船呈垂直狀態(tài)。待鋼護筒起吊豎直后，通過絞錨，將船體緩慢移動到樁位，準備沉放。鋼護筒起吊采用三點吊，即樁頂兩個吊耳+樁身下部用繩索捆綁后的一個吊點。

3)沉放。選用平扳駁船將鋼護筒運輸至施工水域，采用粵航工3號打樁船并配合ICE 1412振動錘直接沉放到位。根據(jù)工程實際情況，利用船上GPS定位系統(tǒng)確定打樁船拋錨定位，精度要求為平面定位±50 mm，高程±80 mm(距基站25 km以內(nèi)時)。沉放時以樁底設(shè)計標(biāo)高為主，貫入度為輔。針對部分覆蓋層墩位較淺區(qū)域，鋼護筒到位后，為達到穩(wěn)樁目的，立即進行平聯(lián)焊接。平聯(lián)與鋼護筒焊接連接都采用“哈佛接頭”。

4)鋼護筒沉放施工中的重難點。鉆孔樁中心偏位不大于5 cm，鋼護筒傾斜度不大于1/220，需最大限度地提高護筒的定位精度；護筒底口主墩進入卵石層和強風(fēng)化花崗巖層，引橋進入中砂層，需采取必要手段防止護筒底口變形。

振動錘液壓夾頭的2只夾鉗對稱分布，避免偏心引起鋼護筒的傾斜。樁位計算要復(fù)核，防止出差錯，打樁前對基線控制點進行驗收，在使用過程中要經(jīng)常復(fù)查校正。為防止振動錘出現(xiàn)較大偏心振動，要嚴格控制其安裝精度。先點振至護筒沉入土層且完全起振后，采用連續(xù)振動下沉。整個過程中進行垂直度監(jiān)測實時監(jiān)測。樁位計算要有復(fù)核，防止出差錯，打樁前對基線控制點進行驗收，在使用過程中要經(jīng)常復(fù)查校正。

沉樁施工前檢查衛(wèi)星信號，防止出現(xiàn)假鎖現(xiàn)象。根據(jù)實際情況編排打樁順序，經(jīng)常檢查調(diào)整打樁船錨纜，防止錨纜相互干擾，保證船舶穩(wěn)定性。每沉放完一個鋼護筒后要進行復(fù)測，并與打樁船GPS測量結(jié)果進行對比。

5 結(jié)語

1)在鋼護筒制作過程中采用環(huán)氧涂層粉末的施工工藝，能有效提高鋼護筒抗海水侵蝕能力和循環(huán)利用率。

2)為有效節(jié)約鋼護筒的沉放時間，當(dāng)鋼護筒設(shè)計長度不超過35 m時，采用工廠一次性加工完成的施工工藝，施工現(xiàn)場一次性安放到位的施工方法。

3)利用打樁船進行鋼護筒的沉放，與先搭設(shè)施工平臺后利用履帶吊沉放鋼護筒相比較，能有效節(jié)約材料，減少施工成本。

[1] SY/JT 035—2005，鋼質(zhì)管道單層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB/T 18593—2010，熔融結(jié)合環(huán)輯粉末蛉料的防腐蝕涂裝[S].

[3] GB/T 8923—88，涂裝前制材表面銹蝕等級和除銹等級[S].

[4] Q/CNPC 38—2002，埋地鋼質(zhì)管道雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)規(guī)范[S].

The steel tube production and sinking construction technology of sea-crossing bridge

Li Yongdong1Su Youwen2

(1.5·12WenchuanEarthquakeMemorialHallAdministrationCenter,Mianyang622761,China; 2.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,China)

The paper analyzes the construction conditions and features of the sea-crossing bridge engineering, explores the steel tube production measures, determines steel tube sinking scheme, and describes steel tube sinking construction technologies from aspects of sinking equipment selection, steel tube hoisting and sinking, so as to achieve great construction effect.

sea-crossing bridge, steel tube, sinking construction, pile-driving ship

1009-6825(2016)11-0196-02

2016-01-23

李永東(1978- )，男，工程師

U445

A