水上桥梁钢管桩施工技术研究

水上桥梁钢管桩施工技术研究

黄东进

黄东进

上海宏波工程咨询管理有限公司中国上海201707

摘要：在大型的水上桥梁施工过程中，有很多常用的临时基桩，钢管桩就是其中之一。上海长江大桥工程使用了大量钢管桩，因为桥位过高，大型打桩船只无法到达，所以可利用平板驳船与履带吊车相结合的方式进行操作，最后用千斤顶反压的方法测试钢管桩的承载能力。本文结合现实情况提出了钢管桩在施工方面应该注意的事项和对打桩效率提升等的一些建议。

关键词：钢管桩；施工技术；施工方式；承载能力

引言

长江大桥位于长兴岛与崇明岛之间，它在钢管桩的快速定位和自动化操作方面都有了很多操作性的突破，堪称万里长江第一桥。

一、相关工程概况

长江大桥是由我国上海市政工程设计研究总院进行总设计的目前为止世界上最大的公轨合建斜拉桥，在它的桥面上设计人员还专门为将来开通城市轨道交通而预留了多条轨道空间，主塔的设计造型既不同于徐浦大桥的A字形，也不同于南浦大桥的H字形，而是和汉文字的“人”字形相同，桥的主通航孔跨径大约为730米，目前在世界上位居第五。基于可持续发展工程的理念，长江大桥把多项创新技术融合其中：主航道桥的公轨采用新型分离式钢箱梁；主航道首次大规模应用了连续组合箱梁桥等。

二、水文地质的有关状况

18世纪到20世纪，长江径流有了很大改变，水口动力条件也发生了明显的变化。长江大桥跨越了崇明岛和长兴岛，其中较大的崇明岛把长江口分为南支和北支，较小的长兴岛又把崇明岛分开的南支分为南港和北港。北支在历史发展中走向衰亡，海轮不再通行，南支在涨潮时有大量泥沙和盐水不断涌进，过量盐水会影响上海市的淡水水源地且不利于南支航道的整治规划。河口是海洋的一部分，但无法形成海岸，复杂而特殊，对流域的自然和人为的变化反应异常敏感。长江口水域独特的理化性质使人们对其运输和扩散开展了众多研究。

三、钢管桩的简要施工方式

钢管桩是大型水上桥梁施工中常用的基桩形式，它的施工主要方式有履带吊车振动沉桩和大型打桩船锤击沉桩等几种方式。虽然钢管桩的直径及打入地面的深度都很大，但因为其通航条件比较好，所以在海上码头和桥梁等的建设工程中，一般都会使用高效的大型打桩船进行打桩。如：洋山一期码头工程钢管桩就采用的是配有目前最先进的GPS沉桩电子定位系统的“洋山号”打桩船进行沉桩、打桩。利用改造传统的打桩船的方法可以对部分通航高度受到限制的内河进行施工，如：位于松浦大桥上游建造的黄浦江大桥，由于限制高度，大型打桩船无法进入施工现场，只能对其进行改造。

近些年，履带吊配合振动锤这一方法主要面对一般跨径不大且钢管桩直径小的栈桥基桩，它既可以减少水面上作业的船只数量，便于进行逐跨施工，又有利于公路相关单位和市政相关单位在陆上作业优势的发挥。采用此方法改造建设的工程目前有杭州湾大桥南岸桥和南翔桥等。

四、钢管桩的相关装置和步骤

（一）主要的施工船只及其装置

长明岛上游区域就是长江大桥工程的施工区域之一，因为在下游的桥梁会受到大桥的航通高度限制，所以在一般情况下，常规的普通打桩船不能到达施工现场。根据这一特征，企业选择了在平板驳船上用履带吊车振动沉桩的办法进行相关操作。在这一区域的施工中主要用到的运输船是主要负责钢管桩运送的“黄陵109号”大船，船上有很多用于整理、清洁施工区域的河床的挖掘机和起重机等，且船上安装的APE振动锤在水上进行施工时有克服普通电动振动锤需要接入电源电量的能力，更加具有安全性和可操作性，适合水上施工。

（二）钢管桩的主要施工步骤

钢管桩在海上的定位施工由于缺少参照物，所以整体过程比较慢。锚缆长度的调整可以使船只和履带定位，履带吊对于钢管桩的定位主要是由持续不断的旋转和升降实现的，由于操作人员在定位的时间过长，占据了大部分作业时间，所以如何快速并准确定位成为了水上工程中施工的关键。

水上桥梁工程使用的是全站仪和经纬仪进行的控制定位，主要步骤为：首先把打桩船转移到桩位周围并固定。接着操作人员应使用全站仪和定位架等仪器测试，找到精确的桩位，并迅速的把定位架点焊稳稳固定在打桩船上，复测其坐标位置，要把精确度尽量控制在2cm内。其次，操作人员用起重机把所有要用的钢管吊起，利用钢管的自重让其不断加速下沉。最后使用起吊振动锤柄，让其夹住下沉的钢管后，用吊机调整钢管的垂直度，在当前水位下沉钢管到工程的指定高度。操作人员在进行操作时应该及时注意的是，复测钢管坐标偏差能不超过5cm。

（三）接桩和沉桩

在定位了首节钢管之后，应进行的操作是接长钢管桩。单面坡口焊接是主要的焊接方式，要在壁管外面加贴4块合适的钢板，工作人员在使用前要及时检测钢管口是否平整、是否有较合适的倾斜程度及管的圆度大小，只要出现细微的偏差就要进行及时修正改造。现场人员在测量时注意检测钢管桩的垂直度并及时调整。最后在完成自重下压后，开启振动锤，调整下沉速度的频率，直到到达设计的高程，期间要一直注意垂直度是否有偏差，如有则应停止振动锤用吊机带动重新调整。

（四）在沉桩时的操作要点

在沉桩的操作中，一定要把握好质量与速度，应该注意到以下几点：

1.潮汐的影响

在涨、退潮时，水流速度太过湍急对于定位的影响是非常大的，为了使桩的定位和垂直度都有所保证，应该安装相应的导向架。实际操作中，绝大多数桩的定位都是在潮水很急的时候进行的，相关人员应该把钢管先起吊上升起来放置于水中，再不断下降直至河床的合适位置，观察并检测主要钢管的倾斜程度，然后根据水位的深浅度不断调整定位架的具体位置，主要是为了能够使首根钢管最低端的入土点尽量接近设计桩位。

2.不利的地质

在施工位置的地层里大概有3m左右的粉砂层，钢管的下沉速率因此受到了严重影响，还会导致振动锤的工作时间持续过长，出现一些夹具方面的故障，从而影响到施工的速度。在施工工程中，应注意控制桩长和频率，争取能够一次性通过这些不容易经过的土层或地质层，以免中途有停顿发生。

3.航道的安全

钢管桩在定位时会受到过往船只带来的波浪影响，工作人员的安全问题和施工的速率也会受到不小的影响。与此同时，施工操作也会对航道的安全造成一定的影响，所以在钢管桩进行施工时，尽量不占用航道，以减少相互间的影响。

五、质检和承载能力的测量

（一）焊缝的质检

虽然钢管桩只是临时桩，但是在承载能力和打桩、拔桩的施工安全方面上，其焊缝质量可能有直接影响，所以必须进行检验测试。质量的检验主要采用超声波，在其过程中如果发现焊缝厚度过薄或不够饱满，应该及时进行补焊和返修的操作。

（二）承载能力的测量

为了保证临时桩的受力安全问题，应该验证钢管桩的真实承载能力，使用千斤顶反压的方法进行。也就是在单排的五根桩之间选择其一进行试验，实验之前要利用钢筋把双拼工字钢的大梁及时固定在另外四根桩上，也要在试验桩的上方设置经过国家校验且标定的千斤顶。在进行实验前，相关人员应把桩顶的标高记录在册并开始利用千斤顶进行不断加压，有相关实验证明，如果加压到理论极限后仍然没有检测到明显的下沉，则可以证明实际的承载能力大于理论值，受力非常安全。

结束语

钢管桩的快速定位是工程中提升效率的关键，设计高自动化的定位架可以减轻潮汐对施工过程的影响、显著提升工程打桩的速率，应该尽量在平潮时期进行操作来提升相关桩的定位准确率、下降速度和垂直度，且要确保第一节桩的最低入土点和入土垂直度，这样不仅可以降低有关人员及企业工人的劳动强度，还可以保证工程的施工进度。

参考文献

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