沪苏通长江大桥北岸正桥钢护筒施工技术

周胜国,李品宏

[1.中交二航局第四工程有限公司,安徽 芜湖 241000; 2.中交（长沙）建设有限公司,湖南 长沙 410215]

0 引言

水上桥梁钢护筒施工是项目前期打开施工局面的关键，往往具有施工条件复杂、技术难度大的特点，施工工艺选择至关重要。根据起重设备不同，钢护筒常用的工艺有打桩船施工、浮吊施工、履带吊施工，其中浮吊和履带吊施工过程中常设置定位导向架以保证定位精度。针对具体项目，往往需要从经济、质量、进度、安全等方面综合考虑选择合适的施工工艺。

1 工程概况

1.1 北岸正桥基础设计

沪苏通长江大桥北岸正桥包括北岸跨大堤2×112 m钢桁梁桥（0#～2#墩）、主跨336 m专用航道桥（2#～5#墩）、跨横港沙21×112 m 钢桁梁桥（5#～16#墩）。桥梁均采用钻孔桩基础，摩擦桩设计，桩基直径2.0～2.5 m，桩长110 m～120 m。北岸正桥立面见图1，正桥桩基参数见表1。

图1 北岸正桥立面图 （单位：m）

表1 北岸正桥桩基参数表

续表1 北岸正桥桩基参数表

1.2 地形地貌

跨横港沙21×112跨钢桁梁区域为浅水区，5#～23#墩处泥面标高一般为−1.5～−1 m，24#墩处泥面标高约为−3 m，25# 墩处泥面标高约为 −4.5 m。

天生港水道河床泥面标高一般均在−8～−20 m间。其中3#主墩处河床标高约−3.5～−6 m，4#主墩处河床标高约 −8～−11.5 m。

1.3 水文特征

桥址位于长江下游，桥位每日两涨两落潮。每年的5月至10月是主汛期，11月至次年4月为枯水季。20年一遇设计高潮位和低潮位标高分别为+5 m和−1.27 m。设计潮位如表2所示。

表2 设计潮位

1.4 地质情况

桥址位于长江三角洲平原区，海陆交互频繁，地层成因复杂，区内第四系为一套河湖、滨海相松散沉积物，总厚度可达300 m 以上，其厚度受基岩面标高变化及长江侵蚀深度控制。桥位地质从上到下主要分为三个层，呈由细到粗的沉积韵律，地层由松散～中密状粉土、粉质黏土、粉砂等变换至中密～密实状粉土、粉细砂、中粗砂、砾砂[1]。

2 钢护筒施工总体方案选择

水上正桥部分为沪苏通大桥北岸控制性工程，钢护筒施工方案选择如下：

（1）专用航道桥为主跨336 m的钢桁梁柔性拱桥，上部结构采取“先梁后拱”的施工工艺，即首先在3#、4#主墩向两侧双悬臂拼装钢桁梁，待钢桁梁合龙完成后在梁上支架上拼装拱肋，后转体施工。上部结构施工工序复杂，工期较长，主墩工期要求高，项目实施前期需尽快完成钢护筒施工。

3#、4#墩在涨潮情况下水深15 m左右，为保证钻孔过程中反穿孔的要求，钢护筒需入泥深度较深，钢护筒尺寸长、重量大，且对垂直度要求高。

为满足以上施工需求，对深水基础的3#、4#主墩采用先进的全回转打桩船“海力801”进行钢护筒沉放。

（2）江中横港沙水域低潮时水深仅1 m左右，大型船舶无法入内正常作业，水上施工组织难度非常大。在项目建设期，通州区横港沙圈围工程项目在推进，为保证两个项目相协调，与横港沙圈围工程空间上存在交叉的大桥9#～22#墩区间提前启动吹填施工，吹填平台宽67.2 m。由此，变9#～22#墩区间水上施工为陆上施工，大大促进施工工效。

吹填区钢护筒采用履带吊配合震动锤的方式进行沉放。

（3）对浅水区2#、5#～8#、23#～25#墩钢护筒施工，常规做法为采用浮吊配合震动锤施工，过程中采用导向架对护筒沉放精度进行控制。该工艺过程中导向架在每根护筒施工前均需重新吊装、定位，常需搭设钻孔起始平台作为导向架定位依托，钻孔平台的完善与钢护筒沉放交叉进行。

该工艺导向架吊装、定位施工过程较为繁琐，涉及多次大型吊装，且过程中需完善钻孔平台，单个墩位施工工期较长。2#、5#～8#、23#～25#墩合计8个墩共242根钢护筒，若采用该工艺施工，施工组织较为困难。

若采用打桩船沉放，类似“海力801”的大型打桩船吃水深度大，此区段施工水域不满足水深要求。而吃水深度较小的打桩船龙口和打桩锤不满足Φ2.8 m的钢护筒施工要求。

经综合比选，最终选择采取“一种依托于打桩船的定位导向架”进行钢护筒沉放。该工艺将打桩船龙口替换为特制的双层导向架，新投入适用大型护筒施工的打桩锤一台，利用打桩船上方的起吊系统提升打桩锤。该工艺充分利用打桩船的结构特点对其改造，利用桩架和导向架实现护筒定位，移动便捷、高效。钢护筒施工采取工艺见图2。

图2 北岸正桥施工总平面及钢护筒施工采取工艺布置图

3 钢护筒沉放施工

3.1 专用航道桥主墩钢护筒施工

3#、4#主墩钢护筒长45.85 m，其中护筒上端23.75 m范围内护筒壁厚16 mm，护筒下端22.1 m范围内护筒壁厚20 mm，在护筒顶底口分别设置0.5 m和1 m长16 mm厚加长抱箍，单根护筒重量约58.8 t。

鉴于深水区超长钢护筒定位精度要求高，采用海力801#（600 t）多功能打桩船施打。该船舶配备IHC S-280液压锤，全旋转的桩架使得吊桩便利。

沉桩施工主要流程如下：

（1）海力801#抛锚定位。在打桩船抛锚定位完成后，运桩驳船停靠打桩船，并系缆。

（2）钢护筒起吊、就位。利用全旋转桩架起吊钢护筒，水平吊装时采用四点起吊钢护筒，然后完成钢护筒从水平至竖直状态的“翻身”作业，进龙口采用桩头两点吊。护筒吊起后，旋转到船首部，立桩，同时将桩架立直。抱桩器抱住护筒，提升护筒使护筒顶套进替打。

（3）钢护筒定位。护筒定位主要用过调整船的平面位置和桩架的角度来实现。在操作过程中通过借助桩架上的角度测量仪来调整桩架的倾斜度，从而完成护筒倾斜度的调整；再根据提前输入的护筒坐标数据完成平面位置调整。

（4）锤击沉护筒。护筒定位完成后，插下打桩船的定位桩，保证施工中护筒位置和船体稳定。在锤击钢护筒的过程中，对护筒的位置进行监测，如果变化量超过容许值，需停止施工，将护筒拔起，重新定位。

（5）停锤标准。钢护筒沉桩停锤标准以标高控制，护筒顶面高程控制在100 mm以内。

3.2 9#～22#墩吹填区钢护筒施工

横港沙水域河床面以下为淤泥质粉质黏土层，地质条件较差，在此地质条件下钻孔成孔质量差，易发生坍孔。钢护筒长度选择上考虑护筒底口穿过淤泥质粉质黏土层2 m以上。根据不同墩位的地勘资料，护筒长度取值 14～18 m。Φ2.2 m 桩基钢护筒直径取 Φ2.4 m，护筒壁厚14 mm，顶底部各设置0.5 m长加强抱箍。单根护筒最大重量约 15.7 t。

钢护筒埋置主要采用150型的振动锤进行施打，人工配合沉放。沉放必须准确、水平、垂直和稳固。护筒振沉过程中随时监测其垂直度。护筒沉放误差按照平面位置50 mm、垂直度1%进行控制，以保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。

钢护筒就位后，在护筒周边区域用25 cm厚C25混凝土硬化处理，护筒顶部设置限位钢筋浇筑于硬化地面内，以防止护筒下沉、偏斜及渗水造成孔口坍塌。

3.3 非吹填浅水区钢护筒施工

浅水区钢护筒长度取24 m，Φ2.2 m桩基钢护筒直径取Φ2.4 m，Φ2.5 m桩基钢护筒直径取Φ2.8 m，护筒壁厚14 mm，顶底部各设置0.5 m长加强抱箍。单根护筒最大重量约 24.1 t。

为快速打开浅水区基础施工作业面，采用航工桩8#打桩船进行钢护筒沉设。浅水区泥面标高约−1 m～−4.5 m左右，低潮时，水深较浅，打桩船无法进入，因此考虑打桩船及运输船趁高潮进入施工区域（每日两次高潮期，能较好满足打桩船和运输船趁潮进入需要）。

在打桩船桩架底座上设置双层导向架，对钢护筒进行精确定位。导向架采用双层结构，设两层龙口，上下龙口间距4.9 m，上层龙口设活动龙门，下层龙口不设置活动门。导向架龙口各边均设千斤顶和调位箱（可调范围为200 mm），由调位箱对钢护筒进行精确调位。上层龙口由调位箱对钢护筒四向调位，下层龙口由调位箱对钢护筒三向调位[2,3]。导向架布置见图3。

图3 导向架布置示意图

航工桩8#打桩船配置了GPS定位系统，GPS−RTK定位精度达到20 mm，可满足钢护筒沉设定位精度要求；另外，作为复核措施，在施工现场布设一台全站仪和一台经纬仪对钢护筒平面位置及垂直度进行交汇校核观测。

4 结语

结合桥位水文、地质条件确定的不同钢护筒施工工艺保证沪苏通长江大桥北岸正桥水上部分钻孔桩作业面顺利全面打开，施工质量和功效良好。专用航道桥采用的海力801全回转打桩船保证超长钢护筒沉放精度优于1/400，高峰期每天沉放13根钢护筒；9#～22#墩吹填筑岛平台的实施为浅水区施工提供了极大便利，在此基础上采用履带吊施工钢护筒使得工艺简化，且减短了护筒长度；在浅水区，“一种依托于打桩船的定位导向架”实现导向架的便捷定位，且充分将打桩船的桩架和起重设备利用起来，大大提高施工工效。