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深水長周期涌浪海域鋼護(hù)筒施沉施工技術(shù)

文檔作者：郗永磊劉勇王振文檔來源：中交二航局第二工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月17日
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128
施工技術(shù)
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2017年4月上
第46卷第7期
DOI：10．7672／s翻s2017070128
深水長周期涌浪海域鋼護(hù)筒施沉施工技術(shù)
郗永磊，劉勇，王振
(中交二航局第二X-程有限公司，重慶401121)
[摘要]中馬友誼大橋地處印度洋低緯度地區(qū)，橋位附近海域波浪條件惡劣，具有周期長、波高大的特點(diǎn)。利用波
浪實時監(jiān)測系統(tǒng)+船舶運(yùn)動姿態(tài)傳感器對施工船舶進(jìn)行實時監(jiān)測，制定合理的船舶作業(yè)窗口指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)，提高
了船舶作業(yè)工效、確保了安全生產(chǎn)。設(shè)置輔助平臺+懸臂式導(dǎo)向架系統(tǒng)，保證了鋼護(hù)筒施沉的精度要求。鋼護(hù)筒
施工采用起重船兩點(diǎn)起吊翻樁、單點(diǎn)立樁的起重方案，工藝新穎，大幅提高了施工工效。
[關(guān)鍵詞]橋梁工程；涌浪海域；鋼護(hù)筒；監(jiān)測；施工技術(shù)
[中圖分類號]U445 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1002—8498(2017)07．0128—04
Construction of Steel Casing Sinking in Long Period Sea Swell
Area with Abyssal Region
XI Yonglei，LIU Yong，WANG Zhen
(China Communications 2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co．，Ltd．，Chongqing 401 121，China)
Abstract：China—Maldives Friendship Bridge is located in the lOW latitudes area of Indian Ocean．The
wave condition nearby bridge site is severe，presents the characteristics of long—period and large—wave
height．Based on the real-time wave monitoring system and the ship motion attitude sensor on the floating
crane，the reasonable operation window is formulated to guide the floating crane operation at sea which
has effectively improved barge construction efficiency and ensure the safety．By use of the auxiliary
platform plus cantilever guide frame system，the accuracy of the steel pipe casing driving is well
controlled．The steel pipe casing adopts the method that one floating crane to lift and roll steel pipe casing
with two fulcrums，and lift steel pipe casing with the single fulcrums，which innovates the construction
technology，and improves the construction efficiency．
Key words：bridges；sea swell area；steel casing；monitoring；construction
鉆孑L灌注樁作為橋梁基礎(chǔ)常見的結(jié)構(gòu)形式，由
于其適應(yīng)地質(zhì)情況廣泛、施工技術(shù)成熟，目前已較
多地應(yīng)用于國內(nèi)外橋梁、建筑、市政等工程領(lǐng)域。
鋼護(hù)筒施沉是水上鉆孔樁施工的關(guān)鍵工序，其施沉
精度直接影響到樁基質(zhì)量，常規(guī)方法是首先進(jìn)行鉆
孑L平臺的搭設(shè)，再在鉆孔平臺上設(shè)置定位導(dǎo)向架來
完成鋼護(hù)筒的施沉。隨著大型跨海橋梁的建設(shè)日
益增加，深水大直徑樁基礎(chǔ)也越來越多，部分橋梁
基礎(chǔ)施工時直接將鋼護(hù)筒作為鉆孔平臺基礎(chǔ)，對護(hù)
筒施工精度要求極高。面對多變的海洋性氣候、復(fù)
雜的水文地質(zhì)條件、復(fù)雜的施工技術(shù)等諸多不利要
素，傳統(tǒng)工藝已無法滿足全部施工要求，需采取創(chuàng)
造性的施工工藝，以攻克一系列技術(shù)難題，滿足大
[作者簡介]郗永磊，工程師，E-mail：akilei@qq．com
[收稿日期]2016-1l一30
型跨海橋梁的建設(shè)需求。
1工程概述
中馬友誼大橋位于馬爾代夫北馬累環(huán)礁(North
Mal6 Atoll)，跨越Gaadhoo Koa海峽，連接環(huán)礁上馬
累島、機(jī)場島(瑚湖爾島)和胡魯馬累島3個相鄰島
嶼，是馬爾代夫最重要的島嶼連接線工程。路線全
長2．Okm，其中橋梁長度為1．39km，橋梁跨徑布置
為18×30m(弓I橋)+(100m+2 x 180m+140m+
lOOm+60m)(主橋)+3×30m(引橋)。主橋為5
墩6跨組合混合梁V形墩剛構(gòu)橋，橋長760m；引橋
為30m預(yù)應(yīng)力混凝土I型梁橋，橋長630m；兩側(cè)接
線長610m。主橋橋跨結(jié)構(gòu)如圖1所示。
主橋基礎(chǔ)采用咖3．2m／3．6m，4,2．8m／3．2m的
變截面鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)，其鋼護(hù)筒材質(zhì)為Q345c，規(guī)
格為4,3．2m x 32mm和西3．6m x 32ram 2種類型。
萬方數(shù)據(jù)
2017 No．7 郗永磊等：深水{=乏周期涌浪海域鋼護(hù)筒施沉施T技術(shù)129
鋼護(hù)筒在樁基施工時作為鉆孔平臺的基礎(chǔ)，成樁后
割除至設(shè)計標(biāo)高，剩余部分參與樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力。
根據(jù)各墩位水文及地質(zhì)條件的區(qū)別，鋼護(hù)筒長58～
73m，最大質(zhì)量近210t。各墩位鋼護(hù)筒參數(shù)如表1
所示。
2 施工條件
2．1地形條件
馬爾代夫陸地平均海拔1．8m，馬累島平均海拔
僅1．2m。馬累島位于馬爾代夫北馬累環(huán)礁的南部
邊緣，其北側(cè)主要為珊瑚瀉湖地貌，是與外海隔開
的平靜的淺海水域，瀉湖由幾條水道與外海連通。
馬累島南側(cè)為溺谷海岸地貌，水下斜坡深槽發(fā)育。
橋位所處Gaadhoo Koa海峽水深0～60m，馬累島東
北一東側(cè)邊坡陡峭，局部水深達(dá)60m以上，橋墩深
度最大的位置為21號墩，水深為46m。
2．2水文條件
工程區(qū)域潮汐為正規(guī)半日潮，橋位處高潮累積頻
率10％的設(shè)計高潮位為0．55m，低潮累積頻率90％
的設(shè)計低潮位為一0．51m，大潮期間實測潮差約
0．90m。橋位附近平均流速約1．33m／s。不同重現(xiàn)期
潮差及風(fēng)速組合數(shù)學(xué)模型模擬結(jié)果顯示，潮差對橋位
附近流速影響不明顯，季風(fēng)洋流對設(shè)計流速影響較
大，主橋主墩處50，20，10，2年一遇重現(xiàn)期下的最大
垂向平均流速分別為4．15，3．95，3．70，3．00m／s。
除了受季風(fēng)和少量臺風(fēng)影響形成局部風(fēng)浪外，
南印度洋涌浪對海域影響也較大。根據(jù)Surf．
forecost提供的馬累東北約20km處的深水區(qū)涌浪資
料，工程區(qū)冬春季涌浪相對較大，夏秋季涌浪相對
較小。局部風(fēng)浪一般周期在3～8s，涌浪周期在14
～20s，50，20，10，2年一遇重現(xiàn)期下的最大波高為
3．3’7，3．2，2．93，2．。71m o
本項目工程水域呈現(xiàn)的是波高大、波周期長的
特點(diǎn)，對工程影響較大的是風(fēng)浪與涌浪合成的混
合浪。
3施工方案設(shè)計
根據(jù)設(shè)計要求，鋼護(hù)筒施沉的精度要求為傾斜
度≤1／200，樁頂中心位置偏差≤25cm。在施工區(qū)
海況條件下，需先在墩位旁搭設(shè)平面位置精度要求
相對較低的輔助平臺，在輔助平臺上安裝可實現(xiàn)精
確調(diào)位的懸臂式導(dǎo)向架，采用MHU800s／MHU550s
液壓沖擊錘進(jìn)行鋼護(hù)筒施沉。
3．1輔助平臺
輔助平臺是鋼護(hù)筒懸臂式導(dǎo)向架的安裝平臺，
由下部鋼管樁和上部整體式平臺組成，主要作用是
使導(dǎo)向架精確調(diào)位時脫離惡劣海況的影響，提高導(dǎo)
向架定位精度。
19，23號墩輔助平臺下部結(jié)構(gòu)為4,3．2m×
25mm的鋼管樁，20—22號墩輔助平臺下部結(jié)構(gòu)為
4,3．6m×30mm的鋼管樁。上部整體式平臺通過
4,2．2m×30mm的連接鋼管與鋼管樁連接，連接鋼
管外側(cè)焊接套筒，套筒與鋼管樁之間注漿處理。輔
助平臺結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
3．2懸臂式導(dǎo)向架
懸臂式導(dǎo)向架由架體、龍口、調(diào)位機(jī)構(gòu)、錨固裝
置、輔助安裝系統(tǒng)、適應(yīng)分配梁及工作平臺組成(見
圖3)。主要作用是在鋼護(hù)筒施沉過程中，對護(hù)筒的
平面位置及垂直度起約束作用，保證其在施沉過程
中不發(fā)生較大的偏差。
4船舶作業(yè)窗口分析
工程地處印度洋海域低緯度地區(qū)，施工船舶受
萬方數(shù)據(jù)
施T技術(shù)第46卷
a平面布置
圖3導(dǎo)向架
Fig．3 Guide ftame
出現(xiàn)的運(yùn)動幅度較大問題，分別采用瑞典SMC公司
IMUS-108傳感器、挪威Nortek公司AWAC“浪龍”波
浪儀實時監(jiān)測船舶運(yùn)動姿態(tài)及現(xiàn)場波浪情況。
IMUS一108傳感器可實時監(jiān)測船舶的橫搖、縱搖
以及升沉運(yùn)動，并記錄時間歷程曲線，通過對實測
數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到1 380t起重船的橫搖、縱搖
以及升沉運(yùn)動的統(tǒng)計特性，如平均幅值、三一幅值、
十一幅值及其所對應(yīng)的周期等；AWAC“浪龍”波浪
儀可對現(xiàn)場波高及周期進(jìn)行實時監(jiān)測。
對波浪監(jiān)測結(jié)果與作業(yè)船舶的十一縱搖、升沉
幅值進(jìn)行對比分析(見圖4，5)，可以看出，船舶的十
一縱搖、升沉變化趨勢與波高實測趨勢較為吻合，
得到有效波高／十一縱搖幅值的比值近似為1．2，有
效波高／十一升沉幅值的比值近似為2。
h立向布置
圖2輔助平臺結(jié)構(gòu)
Fig．2 Auxiliary platform structure
長周期涌浪影響大。基于此施工條件，對鋼護(hù)筒施
沉作業(yè)工效進(jìn)行計算分析，制定作業(yè)窗口，保證船
舶作業(yè)安全。
4．1起重船性能參數(shù)
鋼護(hù)筒施沉及鉆孑L平臺安裝采用國內(nèi)1 380t起
重船進(jìn)行施工作業(yè)。1 380t起重船船體參數(shù)如表2
所示。
表2 1 380t起重船船體參數(shù)
Table 2 Hull parameters of 1 380t crane ship
項目數(shù)值項目數(shù)值
總長112．0m 垂線間長99m
型寬32．2m 型深8．0m
設(shè)計吃水4m 排水量11 684．88t
船體材質(zhì)鋼質(zhì)額定起重量1 380t
4．2船舶運(yùn)動姿態(tài)及統(tǒng)計特征分析
對外海起重施工影響最大的是船舶受波浪影響
產(chǎn)生的運(yùn)動幅度。針對長周期涌浪作用下船舶作業(yè)
8一一有效波高||i；一掰圖4有效波高和十一縱搖幅值對比
Fig．4 Comparison between the effective wave
height and one-tenth longitudinal
shake amplitude values
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圖5 有效波高和十一升沉幅值對比
Fig．5 Comparison between the effective wave
height and one-tenth heave amplitude values
4．3鋼護(hù)筒施沉作業(yè)窗口
根據(jù)前期鋼護(hù)筒各工序?qū)?yīng)的水文氣象條件，
萬方數(shù)據(jù)
郗永磊等：深水長周期涌浪海域鋼護(hù)筒施沉施工技術(shù)131
結(jié)合Seasam軟件對施工船舶運(yùn)動敏感性分析，確定
不同工序的施工窗口條件要求如表3所示。
表3各工序施工窗口邊界條件
Table 3 Boundary condition of each process
5主要施工工藝
5．1輔助平臺搭設(shè)
輔助平臺下部鋼管樁施工時，利用安裝在起重
船側(cè)面的導(dǎo)向架定位鋼管樁，采用沖擊錘下沉，施
沉精度要求西3．2m鋼管樁平面偏位≤30cm，西3．6m
鋼管樁平面偏位≤50cm。鋼管樁施沉完畢后，根據(jù)
鋼管樁實測頂標(biāo)高在上部整體式平臺相應(yīng)位置焊
接擱置板，并整體吊裝上部結(jié)構(gòu)與鋼管樁相連，利
用水囊止水，抽除套筒與鋼管樁之間的海水后壓
漿，完成輔助平臺安裝。
5．2懸臂式導(dǎo)向架定位與安裝
導(dǎo)向架安裝與移位采用起重船整體吊裝的方
式，起吊前在輔助平臺上焊設(shè)限位裝置，關(guān)閉上、下
龍口，選擇合適的作業(yè)窗口進(jìn)行吊裝作業(yè)。吊裝采
用單鉤四點(diǎn)吊，緩慢起吊導(dǎo)向架至高出限位1～2m，
調(diào)整導(dǎo)向架到預(yù)定位置后下放。吊裝就位后，復(fù)核
導(dǎo)向架上、下龍口的平面位置，需滿足平面偏位<
25cm，傾斜度<1／1 000，最后將錨固支墊與導(dǎo)向架
進(jìn)行焊接，完成導(dǎo)向架的安裝。
5．3翻樁、人龍口
采用1 380t起重船兩點(diǎn)起吊翻樁、單點(diǎn)立樁的
起重方案。套繩完成后，起重船水平起吊鋼護(hù)筒脫
離駁船。駁船退離后，同時起升主鉤、下降副鉤，使
鋼護(hù)筒緩慢翻轉(zhuǎn)。翻樁完成后進(jìn)行副鉤解除，待作
業(yè)條件滿足時即開始吊裝入龍口(見圖6)。
圖6鋼護(hù)筒翻樁
Fig．6 Piles turning over
鋼護(hù)筒移人龍口后，立即關(guān)閉下龍口，著床后
再關(guān)閉上龍口，進(jìn)行粗調(diào)。測量護(hù)筒垂直度與平面
位置，受波浪影響，鋼護(hù)筒精度較難一次調(diào)整到位，
需通過起重船反復(fù)提升護(hù)筒的方式來調(diào)整護(hù)筒垂
直度和平面位置，直至鋼護(hù)筒平面位置偏位≤
25cm、傾斜度≤1／200方可進(jìn)行解鉤。
通過懸臂式導(dǎo)向架上、下龍口的調(diào)位機(jī)構(gòu)來精
確調(diào)整鋼護(hù)筒傾斜度。精調(diào)要求傾斜度≤1／1 000，
調(diào)整完畢需對平面位置和垂直度進(jìn)行復(fù)核，確保精
度滿足要求。
5．4鋼護(hù)筒施沉
鋼護(hù)筒施沉?xí)r，套錘過程中起重船受長周期涌
浪的影響，樁錘與鋼護(hù)筒之間會發(fā)生碰撞而導(dǎo)致鋼
護(hù)筒的平面位置與垂直度產(chǎn)生變化。因此，鋼護(hù)筒
施打之前需再次復(fù)核護(hù)筒垂直度，不滿足要求須及
時通過龍口上的調(diào)位機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。
通過打樁分析軟件GRLWEAP計算鋼護(hù)筒達(dá)到
設(shè)計承載力時的最大貫入度，并以此作為鋼護(hù)筒停
錘標(biāo)準(zhǔn)。同時采用高應(yīng)變動力試樁法檢測鋼護(hù)筒
樁端阻力及樁側(cè)摩阻力，用以校核停錘標(biāo)準(zhǔn)是否
準(zhǔn)確。
鋼護(hù)筒施打步驟為：小能量慢打一正常施打_÷
結(jié)尾重復(fù)各級能量復(fù)核貫入度。施打過程中實時
監(jiān)測鋼護(hù)筒垂直度與平面位置，發(fā)現(xiàn)問題立即調(diào)
整。高應(yīng)變動力試樁法檢測需在液壓沖擊錘距離
下龍口頂面100cm左右時開始安裝檢測儀器，在滿
表4鋼護(hù)簡施沉停錘標(biāo)準(zhǔn)
Standard of plic hammer stop
(下轉(zhuǎn)第135頁)
萬方數(shù)據(jù)
黃倩等：填塘地區(qū)軟弱地基連續(xù)梁支架現(xiàn)澆施工技術(shù)135
證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵，斜鋼管柱頂?shù)讘?yīng)采取坡口
焊鋼板的方式，利用十字鋼板肋與頂?shù)卒摪鍖福?
保證節(jié)點(diǎn)部位均勻受力，同時也應(yīng)通過加焊肋板進(jìn)
行局部加強(qiáng)，使斜鋼管柱實現(xiàn)全周邊受力。
4)考慮到橋址區(qū)地基承載力較弱，同時項目地
處南方多雨地區(qū)，應(yīng)做好排水措施，以防雨季積水；
為防止支架搭設(shè)的相關(guān)機(jī)械設(shè)備不均勻下陷，宜簡
易處理后順接便道鋪設(shè)鋼板。
5)根據(jù)計算模型分析結(jié)果，對支架局部應(yīng)力較
大的部位應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免局部失穩(wěn)而影響支
架整體穩(wěn)定安全。
6)四拼工字鋼搭接梁應(yīng)在工字鋼上下加焊鋼
板進(jìn)行局部加強(qiáng)處理，且要嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，保
證搭接梁的整體性和自身剛度，搭設(shè)時應(yīng)通過承臺
上的預(yù)埋件進(jìn)行錨固。
7)分配梁與貝雷梁、貝雷梁與主橫梁之間的各
連接點(diǎn)應(yīng)采用U形卡板連接，方木布置時應(yīng)注意錯
開縱向接頭位置，對支架標(biāo)高復(fù)核無誤后進(jìn)行底模
安裝。箱梁施工前要求對支架進(jìn)行預(yù)壓，并對預(yù)壓
砂袋做好防雨措施，以免砂袋吸水加重而壓垮支架。
8)支架預(yù)壓和箱梁澆筑過程中應(yīng)對支架進(jìn)行
實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時對支架進(jìn)行加固。
箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的85％以上方可進(jìn)
行支架卸落，應(yīng)先通過卸荷塊讓底模和梁體分離，
再按支架搭設(shè)的逆順序依次拆除。
5 結(jié)語
借助墩身承臺承載的鋼管少支架施工方法在
本項目c匝道第2聯(lián)的1，4跨和第3聯(lián)的1，2跨現(xiàn)
澆箱梁中均已實施，從實施效果看，采取此措施，c
匝道的這幾孔現(xiàn)澆箱梁的施工質(zhì)量及線型均能滿
足設(shè)計要求，且未發(fā)生任何局部失穩(wěn)或倒塌的安全
事故。同時，鋼管立柱直接布置在承臺或156四拼
工字鋼搭接梁上，既減少了軟基處理的費(fèi)用和工
序，也加快了施工進(jìn)度，該方法已多次順利實施，效
果良好。
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(上接第131頁)
足停錘標(biāo)準(zhǔn)之后開始記錄高應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，檢
測承載力滿足設(shè)計要求同時經(jīng)過貫人度復(fù)核后即
停錘，鋼護(hù)筒施沉完畢后提錘。
鋼護(hù)筒施沉停錘標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。
5．5平聯(lián)安裝
鋼護(hù)筒受水深及流速影響會產(chǎn)生較大位移，施
沉到位后應(yīng)立即進(jìn)行平聯(lián)安裝，以增強(qiáng)護(hù)筒的穩(wěn)定
性。平聯(lián)采用擊1．6m×25mm鋼管，分2層布置，上
層平聯(lián)標(biāo)高為4．000m，下層平聯(lián)標(biāo)高為2．300m。
安裝時通過起重船初步就位，手拉葫蘆精確調(diào)整。
6 結(jié)語
在深水長周期波條件下，通過波浪實時監(jiān)測系
統(tǒng)+船舶運(yùn)動姿態(tài)傳感器對施工船舶進(jìn)行實時監(jiān)
測，制定合理的作業(yè)窗口指導(dǎo)施工船舶作業(yè)。依靠
大剛度懸臂導(dǎo)向架對鋼護(hù)筒進(jìn)行導(dǎo)向與糾偏，鋼護(hù)
筒采用單艘起重船兩點(diǎn)起吊翻樁、單點(diǎn)立樁的起重
方案，并采用大功率液壓沖擊錘進(jìn)行鋼護(hù)筒施沉作
業(yè)，順利完成了中馬友誼大橋19～23號主墩35根
大直徑超長鋼護(hù)筒的施沉作業(yè)，保證了沉放精度均
滿足設(shè)計要求。
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