跨海桥梁钢管桩施工技术

Roads and Bridges

道路桥梁第46卷第3期

2019年2月

跨海桥梁钢管桩施工技术

刘才亮

（东南沿海铁路福建有限责任公司，福州 350000）

［摘 要］以新建福厦铁路客运专线3座跨海桥梁栈桥平台施工为例，结合现场实际情况，介绍不同水深、地质条件下，介绍钢管桩插打设备选取方法，并对钓鱼法、打桩船及定位架定位沉放+人造覆盖层+帷幕注浆等3种钢管桩施工方法及插打工艺进行总结，为以后类似海上钢管桩施工提供良好的借鉴。［关键词］钢管桩；钓鱼法；打桩船；帷幕注浆［中图分类号］U 445　　　　　［文献标志码］B　　　　　［文章编号］1001–523X（2019）03–0129–02

Construction Technology of Steel Pipe Piles for

Bridges Across Sea

Liu Cai-liang

［Abstract］This paper relies on the construction of the platform of three bridges for the construction of the Fuzhou-Xiamen Railway Passenger Dedicated Line. Based on the actual situation of the site，it is introduced how to select the steel pipe pile insertion equipment under different water depths and geological conditions，and the fishing method，piling ship and positioning. The three steel pipe pile construction methods and the insertion process of the positioning and sinking+man-made covering layer+curtain grouting are summarized，which provides a good reference for the construction of similar offshore steel pipe piles.［Keywords］steel pipe pile；fishing method；piling ship；curtain grouting；construction technology

1 工程概况

新建福州至厦门铁路是东南沿海铁路客运通道的重要组成部分。项目路线全长277.42 km，依次跨越湄洲湾、泉州湾、安海湾，设计时速350 km，是我国第一条跨海高速铁路。

工程所在区域为典型的海洋性季风气候区，冬季盛行偏北风、夏季盛行偏南风，热带气旋（台风）是影响大桥的主要灾害性天气。根据2001—2010年的热带气旋（包括热带低压、热带风暴、台风、强台风、超强台风）进行统计，平均每年影响桥址区域的热带气旋约6个。

工程海区的潮流性质为正规半日潮，呈往复流特征。桥址区覆盖层主要有：第四系冲海积（Q4al+m）淤泥、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、含砾粉质粘土、砂等；下伏基岩主要为燕山早期侵入（γ）花岗闪长岩、二长花岗岩、辉绿岩及混合岩。

桥位处海床面不平整，高差起伏较大，覆盖层薄厚不均，部分区段地段少许覆盖层或孤石裸露。

2 钢管桩施工难点

（1）气象、水文条件复杂，有效作业时间短。季风风力大、时间长，且年台风影响范围大；水深、涌浪、潮差等水文条件直接导致施工有效作业时间明显缩短。

（2）钢管桩施工困难。海底起伏变化大，部分海床孤石林立或岩面倾斜，钢管桩下放过程易出现滑移或卷边。

（3）相对位置控制难。单根钢管桩沉放过程最大受10余t水平力，钢管桩的倾斜度及平面位置控制难。

（4）环保要求高。大桥跨越航道，施工区周边多海产种植区，施工过程中环境保护要求高。

3 栈桥平台设计及钢管桩施工方法

3.1 栈桥、平台设计

3座海湾桥均采用除主航道外其余地段栈桥拉通，变海为陆，降低环境对施工的影响。

收稿日期：2018–10–15作者简介：刘才亮（1972—）󰀃，男，湖南湘潭人，工程师，主要研究方向

为铁路建设管理。

3.1.1 栈桥、钻孔平台顶标高的确定

栈桥、平台顶标高按10年重现期极端高潮位+50年重现期波高/2+上部结构高度+1.0 m安全高度计算。3.1.2 钢管桩的计算厚度

钢管桩管壁的厚度除考虑有效厚度外，按0.5 mm每年预留腐蚀厚度。3.1.3 设计准则

（1）设计使用年限：5年。

（2）栈桥设计满足罐车双向及100 t履带式起重机通行（总重不大于100 t）；钻孔平台根据钢护筒自重选择100 t履带式起重机通行、吊装作业。

（3）设计状态：按施工状态、工作状态、非工作状态、极限非工作状态4种状态进行结构设计。3.1.4 结构形式

栈桥宽7.5 m，栈桥两侧设栏杆，面板采用200 mm 厚预制混凝土板。纵梁采用贝雷；下横梁选用型钢 2HM588×300；下部采用桩基排架，标准断面排架横向间距 6 m，每一联为 6×12+6 m。栈桥每 2联设置一个制动墩，伸缩缝设置在制动墩处，钢管桩，横向位置设 2层Ø426×8 mm 平联，平联之间设置斜撑双拼[36a型钢。在浅滩区浅/无覆盖层取，栈桥断面由 2 根钢管桩变为 3根钢管桩。3.2 钢管桩施工方法3.2.1 浅水厚覆盖层地段钢管桩施工方法

浅水厚覆盖层地段采用履带式起重机配振动锤钓鱼法施工，桩运至现场后，使用履带式起重机起吊钢管桩，缓慢将桩竖直并放进临时固定架中，稳定后解钩，起吊安装振动锤，起吊钢管桩，测量定位后，开始点振，测量人员复核桩位以及倾斜度，振动下沉。3.2.2 深水厚覆盖层钢管桩施工方法

深水厚覆盖层地段除采用钓鱼法外，选用打桩船直接插打法施工。首先打桩船抛锚定位，然后起吊钢管桩，由测量指挥打桩船精确定位，复测打桩船的桩架位置及垂直度，并进行调整，下插迅速着床，插打管桩。3.2.3 浅（无）覆盖层地段钢管桩施工方法

在平潮期迅速形成板凳结构搭设临时作业平台进行锚桩施工；待锚桩施工完成后已稳定的锚桩平台为依托，安装管

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第46卷第3期

2019年2月

Roads and Bridges

道路桥梁建 筑 技 术 开 发

Building Technology Development桩定位架，对管桩进行精确定位并及时完成连接系施工，依次拓展施工。

4 关键施工设备选型

4.1 钓鱼法施工设备选型

采用钓鱼法施工，钢管桩施工设备采用履带式起重机配振动锤。4.1.1 钓鱼法施工履带式起重机的选型（1）吊幅：栈桥标准跨为 12 m，结合履带式起重机自身长度，最大吊幅按照 15 m 考虑。（2）吊重：钢管桩采用Ø800×12 的螺旋管，首节最大长度为 18 m，其重量为 4.2 t。履带式起重机选型考虑在不利条件选择 YZ-180 振动锤进行沉桩作业，故在 15 m 吊幅情况下吊重要求大于 14.2 t。（3）吊高及臂长：吊绳、履带式起重机钩头高度 5 m，加上振动锤、夹具高度 5 m 以及平台以上首节钢管桩长度 14 m则要求吊高不小于 24 m。

经过分析履带式起重机设备起重参数，80 t履带吊能满足要求，但 80 t 履带式起重机吊重富余量较少，从安全角度考虑，采用100 t 履带式起重机进行钢管桩施工。4.1.2 钓鱼法施工桩锤的选型

（1）振动锤选型原则。考虑振动锤是否满足施工地址条件的沉桩要求，主要考虑振动锤的激振力 P0 是否大于被振构件与土的动侧摩擦阻力。

（2）振动锤激振力的计算。根据桩的类型、尺寸和地质勘探资料计算振动锤的激振力是否可以克服桩的侧摩阻力，下沉至要求的深度。

经计算得到振动锤施打栈桥钢管桩克服最大动侧阻力所需要的最大激振力为102 t，考虑沉桩激振力及施工成本等因素，本项目采用 YZ-100 液压振动锤，若现场实际地质情况有较大偏差，选用YZ-180 液压式振动锤。4.2 打桩船施工设备选型4.2.1 打桩船的选定

打桩船主要有固定桩架和全旋转桩架式2种，主要由船体系统、锤击系统、桩架及吊桩系统、GPS定位系统组成。

打桩船选择须考虑以下条件：

（1）驻位稳定性较好，抗风浪能力大，适应深水急流等特点；

（2）吊桩便利，运桩船抛锚就位，打桩船移位、吊桩方便；（3）满足钢管桩施工垂直度满足1%；

（4）满足海上施钢管桩施工±10 cm精度要求。4.2.2 替打选择

替打主要作用是传递施工能量，同时对钢管桩桩头进行保护，本工程选用吊钟式，为整体浇铸，刚度强，能满足反复锤击要求。4.2.3 打桩船桩锤的选型

（1）打桩锤选锤原则。一是满足沉入桩单桩承载力要求；二是桩锤冲击能力能将钢管桩桩打入到设计持力层；三是冲击能量可自动调节，减少打桩中桩头不被破坏。

（2）打桩锤能量的计算。按照打桩锤的能量守恒及工作原理，同时结合工程柴油锤的打桩能量的有效率一般为40%左右施工经验进行综合计算考虑。一般采用海利打桩公式计算锤的打桩能力。

（3）桩锤的优缺点。目前，施工主要桩锤柴油打桩锤、液压打桩锤，其优缺点见表1。

5 钢管桩施工工艺

5.1 钓鱼法施工

利用导向架履带式起重机吊装夹具振动锤配合插打钢管桩，钢管桩之间平联、斜撑及横梁安装，依次安装贝雷片、

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表1 桩锤优缺点对比

桩锤类别优点

缺点

柴油锤

带动力，使用方便，能耗低，噪声大，废弃污染严重，

生产效率高，自动调节冲击力持续工作差液压锤

有效贯入能量大，冲击力可调节，适应条件多，废弃污染和噪声小

结构复杂，价格贵

分配梁、桥面板及附属设施，以栈桥为依托施工作业平台两侧支栈桥。

钓鱼法沉桩停锤标准：采取标高、贯入度双重控制，以标高控制为主，贯入度校核。贯入度控制标准：最后 3 min 振锤进尺累计低于 3 cm 时可停锤。5.2 打桩船插打钢管桩施工

（1）打桩船插打主要过程。利用GPS定位系统打桩船粗定位，抛锚船顶水抛锚，打桩船起吊钢管桩，使钢管桩竖直，抱桩器合拢抱桩并锁定。

（2）桩的定位、下桩、稳桩、锤击。通过松紧锚揽，打桩船通过GPS定位系统移动至设计桩位处，缓慢下放钢管桩，采用专用靠尺实测桩身倾斜度，按照试打桩参数，插打过程及时调整锤击能量。

（3）停锤标准。本工程以标高和贯入度双控，停锤标准以应用较广的海利打桩公式来计算打桩过程中桩的承载力。通过公式计算单桩最大承载力，结合钢管桩截面面积、平均应力计算锤击能量，避免锤击过程桩头打卷。5.3 浅/无覆盖层地段钢管桩施工

浅覆盖层或裸岩区钢管桩打入深度不足，受涌浪及涨、落潮影响，单桩难以稳定，在平潮期进行管桩插打，一次至少插打4根并采用临时连接系加固成“板凳结构” ，以板凳结构为依托进行扩展，同时进行永久连接系施工，施工完成后安装纵横梁及桥面板进行锚固桩施工。

锚桩施工后以栈桥为依托施工钻孔平台两侧支栈桥并设置定位架，利用定位架下放钢护筒，在钢护筒周边选用海砂人造覆盖层，在钢护筒的外侧布置2层高压旋喷桩形成帷幕，防止后期钻孔过程护筒漏浆。

6 结束语

新建福厦铁路客运专线3处跨海桥梁均为全线控制性工程，钢管桩施工是本桥施工重难点。通过对风浪流监测、海床面扫描及现场试桩，对施工条件进行了识别和验证，同时结合关键设备调研、比选，施工进度、安全、效益等方面进行多方案比选，确定了钓鱼法施工、打桩船插打、定位架沉放+人造覆盖层+帷幕注浆钢管桩施工方法，有效加快了施工进度，解决了施工难题。

参考文献

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