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杭州湾大桥钢管桩沉桩施工工艺【转】

已有 2643 次阅读2010-11-14 22:46 |个人分类:桥梁施工|

杭州湾大桥钢管桩沉桩施工工艺
胡晓伦1,杨江虎2
(1.同济大学桥梁工程系,上海200092;2.路桥华南工程有限公司,广东中山528403)
摘 要:结合杭州湾跨海大桥的桩基施工,介绍在水深浪大的海面环境下,采用打桩船锤击钢
管桩的沉桩施工工艺,以及“海上打桩GPS-RTK定位系统”在沉桩测量中的具体应用。钢管桩
均为超长大直径斜桩,施工难度极大,其施工经验值得推广应用。
关键词:钢管桩;沉桩;GPS-RTK;施工工艺
中图分类号:U445.551 文献标识码:A
ConstructionTechnologyforDrivingofSteel
PipePilesofHangzhouBayBridge
3UAi0o-E9n1,YA./<i0ng-h92
(1.DepartmentofBridgeEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.South
ChinaEngineeringCo.,Ltd.,ChinaRoadandBridgeGroup,Zhongshan528403,China)
Abstract:WithreferencetotheconstructionofpilefoundationsofHangzhouBayBridge,
thispaperpresentstheconstructiontechnologyfordrivingofsteelpipepileswithfloatingpile
driversatseawherewaterisdeepandwavesareviolent,andspecificapplicationoftheGPS-RTK
PositioningSystemforPileDrivingatSeatothemeasurementofthedrivenpiles.Thepilesin
questionareallofverylongandlargediameterbatterpiles,theconstructionofthesepilesisextremelydifficult,
andconstructionexperiencesthereofareworthyofpopularization.
Keywords:steelpipepile;piledriving;GPS-RTK;constructiontechnology
收稿日期:2005-04-15
作者简介:胡晓伦(1974-),男,1997年毕业于重庆交通学院桥梁与隧道工程专业,工学学士,2002年毕业于重庆交通学院结构工程专业,工
学硕士,2005年毕业于同济大学桥梁与隧道工程专业,工学博士。
1 工程概况
杭州湾大桥位于浙江省嘉兴市与宁波市之间,
总长35.7km。杭州湾为强潮汐河口,海潮类型为
不规则半日浅海潮,日潮不等现象明显,高潮位时从
湾口至湾顶逐渐增高,低潮位时则逐渐降低,波高浪
急,台风频袭。桥址处海底主要分布有淤泥质粘土、
亚粘土、粉砂等,含有第四系散岩类孔隙水,海底冲
刷深度不等。
大桥主要采用Q345C级Ф1.60m钢管桩基础,
均为斜桩,桩长76~86m,上部45m 段壁厚22
mm,填充C30水下海工防腐混凝土,下部壁厚20
mm。钢管桩采用打桩船锤击沉桩施工工艺,具有
如下特点:
(1)在海域中央沉桩作业,测量监控不能采用
常规测量仪器和手段,只能选用GPS定位系统。
(2)海况恶劣,波高浪急,台风频袭,地质条件
差,影响沉桩施工的因素极多,施工风险大。
(3)均为超长大直径斜桩,施工难度大,对打桩
船性能要求高。
2 沉桩施工工艺
2.1 作业顺序
大桥的常规跨径为70m,为减少施工干扰,提
高工作效率,采用逐段流水作业方法[1],由海桩8号
打桩船实施沉桩作业,下游向上游方向推进,一次抛
锚驻位施打完1个墩位。沉桩顺序见图1,作业流
52 桥梁建设 2006年第1期
程见图2。根据打桩船特点和杭州湾的施工环境,
计划工期为[1,2]:准备工作1.0d,抛锚1.0d,沉桩
施工5.5d,合计7.5d,气候影响系数取2.0,则1
个墩位沉桩施工的实际作业工期为15d。
图1 沉桩施工顺序
图2 沉桩施工流程
2.2 钢管桩运输
钢管桩验收后,在加工厂由龙门吊出运吊装落
驳,拖运至打桩现场。图3中序号为钢管桩的插打
顺序,与图1对应,其落驳顺序按序号由大到小进
行,按先中间后两边的顺序对称装船,交错叠成梯
形。考虑到钢管桩重量大、易滚动且表面涂有防腐
层,在驳船甲板上设置8道型钢底座和稳桩支架,与
钢管桩接触面贴有1层20mm厚的橡胶皮,每层钢
管桩间用宽500mm厚20mm的橡胶皮隔开,最后
用Ф60mm涤纶绳横向捆绑。每根桩落驳后,用海绵
包扎桩上的吊环,防止吊环碰坏桩壁涂层。考虑到海
上波高浪急,运桩驳船按额定吨位的60%使用。
图3 钢管桩在驳船上的叠放固定
2.3 船舶抛锚定位
打桩船由拖轮运至施工点附近,用8个10t重
的海军锚抛锚定位,每个锚上设立浮漂,抛锚艇配合
作业。运桩驳船停泊在打桩船附近,保持200m 左
右间距。打桩船抛八字锚,在四角设置斜向锚缆,相
互垂直,全船共8根,以保持船身平稳。运桩驳船设
4根锚缆,打桩船与驳船的抛锚定位见图4。
图4 打桩船和驳船的抛锚定位
2.4 打桩船沉桩
(1)起桩。紧松锚缆,将打桩船移至运桩驳船
一侧,令两船的中心线保持互相垂直状态;龙门梃前
倾,下放吊钩;钢管桩上设有4个吊点,主吊钩吊挂
靠近桩顶的前吊点,副吊钩吊其余3个吊点;主副吊
钩同步上升,使钢管桩脱离运桩驳船;仍然通过紧松
锚缆,让打桩船回至桩位附近,准备立桩。
(2)立桩。主吊钩上升,副吊钩下降,逐个解去
副吊钩,使钢管桩由水平姿态逐渐转成竖直姿态;龙
门梃后倾,使钢管桩与龙门梃滑道保持平行;桩入龙
杭州湾大桥钢管桩沉桩施工工艺 胡晓伦,杨江虎53
门梃卡背板,抱桩器启动,合拢抱桩并锁定;替打沿
龙门梃轨道滑移,套住桩顶。
(3)插桩。松紧锚缆,微调船位,使桩到达指定
的位置;按照打俯桩时前倾、打仰桩时后倾的原则,
前后倾斜龙门梃,将钢管桩粗略调整至设计斜率;慢
慢放开主吊钩,打开抱桩器,使钢管桩在重力作用下
自动插桩;复测桩位,若桩位误差过大,起吊桩,重新
定位。
(4)锤击沉桩。解除上吊点,桩锤沿龙门梃下
滑,压锤稳桩,打开离合器,启动起落架,锤击沉桩。
沉桩的开始阶段要重锤轻打,以防溜桩,待贯入度正
常后再逐步加大冲击能量。作业要点包括:沉桩前,
张紧前后中心锚缆,在替打上垫废钢绳以传递锤击
能量;稳桩时,斜桩在脱离桩帽时会发生少量偏位,
应预留适当的偏移量;沉桩时,桩锤、替打、送桩器和
桩身宜保持在同一轴线上,替打保持平整;在沉桩过
程中,若出现贯入度异常、桩身突然下降、过大倾斜、
移位等现象,应立即停锤检查。
(5)停锤、移船。钢管桩停锤标准(见表1)以标
高控制为主,贯入度校核,锤击数在试桩时初步确
定,在测桩后修正。选取下游墩位的最后3根桩进
行高应变动力测桩试验[3],用CASE 法和CAPWAPC
法计算桩的承载力。测桩分初打和复打两
步进行,初打在打桩终锤后立即进行,复打在初打完
成14d后进行。检查桩身的完整性,桩身损坏程度
用损坏截面的力学阻抗与正常截面的力学阻抗的比
值来描述,称为桩身完整性系数β,见表2。
表1 沉桩停锤标准
桩顶超高
Δh/m
最后20cm平均
贯入度e/mm
处理方法
达到标高
0<Δh≤1.5
Δh>1.5
≤10
>10
≤3
≤3
可停锤
暂停后续沉桩,进行
高应变动力测桩
可停锤
暂停后续沉桩,与设
计人员联系
注:锤击数在试桩时初步确定,在测桩后修正。
表2 桩身完整性评价标准
桩身完整性系数β 评价标准
β=1.0 完整
0.8≤β<1.0 轻微损伤或轻微缺陷
0.6≤β<0.8 损伤或缺陷
β<0.6 严重损伤或严重缺陷
注:β=Z破坏截面/Z正常截面
2.5 钢管桩临时围囹
钢管桩呈倾斜状态,部分插入海底土层,容易遭
受波浪、潮流等的侵扰,应及时进行临时围囹牵固作
业[1,2],以保证桩群安全,方便桩位复测、桩头切割
等后续工序施工。将钢管桩调整至设计位置,由多
功能驳进行夹桩施工,2名电焊工配合吊机将挂笼
挂到桩头上,采用[16a型钢牵固,电焊工在挂笼内
同时施焊。
2.6 切桩
切桩前,在围囹型钢上铺设100mm×100mm
×3500mm方木,间距400mm,再铺设30mm 厚
的脚手板,搭设成临时工作平台;切桩时,吊机吊住
桩头,普通电气焊沿桩周缓慢切割,各桩头同时作
业。切割斜桩时,先切割桩身腹侧,再切割背侧,并
在桩身背侧预留一段不切割,防止桩头倾倒伤人。
桩头吊放到多功能驳上,由运料驳运回陆地。切桩
标高线分切割线和检查线2道,在1根钢管桩上精
确放样切桩线,用透明连通水管引测到(此词被过滤)桩上。
切桩后,依据检查线检查截桩偏差,复测桩位和桩身
倾斜度。
图5 移船界面示意
3 沉桩测量定位
3.1 海上打桩GPS-RTK定位系统
海上打桩GPS-RTK定位系统[5]是根据目前
跨海、跨江工程水上打桩施工定位的需要,采用了全
球定位系统(GPS)中的实时载波相位差分技术
(RTK)并结合免棱镜测距仪研制的一整套水上打
桩定位的测量方案,包括设备选择、船固坐标系统建
立、相应软件系统等。
在杭州湾南北两岸建立了装有固定频率数据链
发射电台的基准站,在施工海域设立4个参考站。3
台TRIMBLE5700GPS型双频接收机安装在打桩船
甲板上,形成稳定的三角形(图5),通过与基准站的
数据通信,实现对船体空间姿态的实时监测。同时,
3台GPS形成多余观测,可以校核测量数据的正确
性。2台免棱镜激光测距仪(即图5中D)被上下安
装在桩架上,以船体为参考坐标系,测量桩架的姿
态,因为钢管桩被平行固定在桩架上,调整桩架的倾
斜度就是调整桩身的倾斜度。“高程感应系统”安装
在桩架上,观测桩身上的刻度线,换算得到桩顶标
54 桥梁建设 2006年第1期
高。借助船体临时参考坐标系及桩身与桩架的相对
位置关系,实现GPS系统对钢管桩的实时监控。图
5是移船界面的示意图,阴影圆圈M1
表示设计桩
位,固定不动,十字圆圈M0
表示钢管桩的实际位
置,由打桩船控制M0
的移动,当M0
与M1
重合时,
表示钢管桩到达设计桩位。借助移船界面,操纵人
员可以直观地调整桩位。
3.2 常规测量校核首根沉桩的定位精度
为了检验首根沉桩的精度,需要用常规测量方
法[1,4]复测,作为该批沉桩的标准。
(1)平面扭角控制。见图6,在相邻承台上布设
控制点A1、A2,在打桩船上布设2点B1、B2,B1、B2
与船体主轴线平行。在A1
点上架设全站仪,后视
A2
点,测出B1、B2
点的坐标和B1B2
的方位角。测得
船体的真实姿态后,调整船体轴线方位,进而调整钢
管桩的平面扭角。用全站仪重复上述操作,直到调
整到设计位置。
图6 船体平面扭角控制
(2)倾斜度控制。从桩顶吊线锤,用铟钢尺量
出垂线距离和相应桩长,计算倾斜度。
(3)平面位置控制。用三角高程测出钢管桩某
点的高程,推算钢管桩中心点的高程;用全站仪测得
坐标,换算得到钢管桩中心点的坐标。根据倾斜度、
平面扭角和所测高程,换算得到整体坐标系下的
坐标。
以上3项测量指标与GPS定位系统测量值比
较,误差应满足表3要求,否则,需要复测。
3.3 沉桩后桩位复测
桩位复测是一项很重要的测量工序,包括以下
内容,相应要求见表3。
表3 钢管桩沉桩实测项目
序号项目规定值或允许偏差检验方法和频率
1
桩尖高程(mm)或
最后贯入度(mm/
击)
符合施工规定查沉桩记录
2
设计标高处桩顶
平面位置/mm
边桩d/4,中桩
d/4
用GPS定位
3 斜桩的倾斜度±15%tanθ
吊线,用铟钢尺
测量,抽查10%,
但不少于10根
注:θ为钢管桩的桩身倾斜角。
(1)插桩后、压锤稳桩前,需采用GPS定位系
统复测桩位,保证初始桩位的正确性。
(2)钢管桩的顶标高和平面偏角采用GPSRTK
控制点测量模式[5]复测,观测历元不少于180
个,测量不少于2次,取平均值。钢管桩中心点坐标
的复测方法相同。
(3)切桩完成后,复测桩位。
4 结 语
杭州湾大桥采用超长大直径斜桩,在水深浪急
海域施工,作业难度大。其打桩船沉桩的施工工艺
和GPS-RTK 定位系统的具体使用,所取得的成
功经验值得推广应用。
参 考 文 献:
[1] 路桥建设杭州湾大桥Ⅳ合同项目经理部.杭州湾跨海
大桥Ⅳ合同钢管桩沉桩施工方案[R].2004.
[2] 杭州湾大桥工程指挥部.杭州湾跨海大桥专用施工技
术规范[S].2003.
[3] JTJ249-2001,港口工程桩基动力检测规程[S].
[4] 杭州湾大桥工程指挥部.杭州湾跨海大桥工程测量专
用规范[S].2003.
[5] 同济大学.海上打桩GPS-RTK 定位系统[R].上
海:上海市科学技术委员会,2004

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