钢护筒方案.docx
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钢护筒方案
目标
一、工程概况
（一）、工程简介
曹妃甸工业区河北二桥及接线工程西起工业区唐曹高速连接线与新城中路（河北二路）的交叉口，东至向阳街，是连接工业区综合服务区高压走廊带东西两岸的生活性桥梁。
桥梁结构采用35+4×60+35m跨径，全长310m。
其中，主跨径60m，两边跨径均为35m；两桥台共长10m；基础采用1.8m、1.5m、1.2m的钻孔灌注桩共计100根。
（二）、建设标准
1）桥梁结构设计基准期：
100年；
2）桥梁设计荷载：
公路—Ⅰ级；
3）地震基本烈度：
地震动峰值加速度0.15g，抗震设防烈度Ⅶ度，抗震设防烈度的抗震设防措施等级为Ⅶ度。
4）工程环境类别为近海环境Ⅲ类。
（三）、地质地貌
场地在基底构造上沉积了巨厚的第三系和第四系地层，新第三系底面标高-1300米以下，顶面标高在-300～-600米，第四系全新统（Q4）底面标高约在-30米左右，上更新统（Q3）底面标高约在140米。
场地地层主要为第四系海相地层。
本桥所处地区地层自上至下根据土层分布、土性及工程特征划分为12个大层和8个亚层。
其中②－④层为全新式Q4沉积层，⑤－⑿层为上更新统Q3沉积层。
1层吹填土：
灰黄色，松散，饱和。
该层为新近人工吹填而成，主要以粉土、粉砂组成，夹粘性土。
在桥台附近及唐曹连接线该层土为山坯土，主要分布于路基部分，层厚4.00～5.00米，层底标高0.20～1.63米。
2层淤泥：
灰黑色，流塑，高压塑性，土质性质差。
该层主要分布于桥基部分，层厚1.50～1.91米，层底标高0.41～0.41米。
1层粉质粘土：
灰色，软塑～可塑，中等～高压塑性，夹粉土层。
该层分布较稳定，层厚0.70～1.90米，层底标高-0.69～-0.23米。
2层粉土：
灰色，饱和，松散～稍密，含有机质，局部夹粉砂、粉质粘土。
该层整个场地均有分布，层厚0.90～2.30米，层底标高-2.80～-1.58米。
3层粉砂夹粉土：
灰色，饱和，松散～稍密，主要成分为石英、长石、云母等，颗粒级配较差，含有机质，局部夹粉土、粉质粘土。
该层整个场地均有分布，厚度差异较大，厚度5.00～7.20米，层底标高-8.50～-6.56米。
1层淤泥质粉质粘土：
灰黑色，流塑，高压缩性，土质差。
该层整个场地均有分布，厚度差异较大，层厚1.30～2.60米，层底标高-19.20～-8.56米。
层粉质粘土：
灰色，流塑，高压缩性，与粉土粉砂互层，土质差。
该层整个场地均有分布，厚度差异较大，层厚0.7～7.00米，层底标高-17.30～-7.26m。
1层粉质粘土：
灰色，软塑，局部可塑，高压缩性，底部夹粉土，含碎贝壳。
该层分布较稳定，部分孔未钻穿，层厚2.30～4.00米，层底标高-23.00～-20.60米。
2层粘土：
灰色，软塑，局部可塑，高压缩性，底部夹粉土，含碎贝壳。
该层分布较稳定，部分孔未钻穿，层厚3.20～6.00米，层底标高-26.60～-25.19米。
3层粉土：
灰色，湿，稍密～中密，中高压缩性，底部夹粉质粘土，含碎贝壳。
该层主要分布桥的东部，西部缺失，层厚4.00～6.00米，层底标高-29.19～-29.00米。
1层粘土：
灰褐色，可塑～硬塑，中高压缩性，夹多层粉砂薄层，含少量贝壳。
该层分布较稳定，层厚3.20～4.00米，层底标高-34.19～-33.40米。
2层粉土：
灰色，湿，中密～密实，夹粘性土。
该层主要分布于桥的西部，东部缺失，揭露层厚1.00～3.60米，层底标高-33.40～-33.19米。
（四）、编制依据
1）中交公路规划设计院有限公司设计图纸。
2）河北二桥工程地质勘察报告。
3）公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范
4）其他技术规范及同类工程施工经验
二、施工方案确定
（一）、桩基耐久性设计
从地质报告上可以看到，曹妃甸所属的环渤海区域存在高浓度氯离子的海水浸蚀、海风、海冰、冻融等多种浸蚀因素，为保护桥梁的服役寿命，必须采取一定防腐措施。
根据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/TB07-01-2006）上要求及规定，本工程结构各主要部分分类及环境作用等级分类如下：
结构部位
海洋环境分类
环境作用等级
抗冻耐久性指数DF
钻孔灌注桩
土中区
D
60
承台
土中区
D
80
墩柱
大气区，重要盐雾区
E
60
主梁（铺装）
大气区，重要盐雾区
E
-
图纸要求混凝土结构的耐久性措施为：
1、采用高性能砼，2、内掺钢筋阻锈剂、砼外保护层涂层。
但桩基为隐蔽工程，无法在砼外保护层涂层；加之桩基钢筋笼砼保护层较大，导致砼开裂几率大大增加，而一旦砼开裂，氯离子很快浸入腐蚀桩基。
因此，为确保桥梁满足100年的设计指标，桩基耐久性措施需采取高性能砼及预留永久性钢护筒、钢筋阻锈剂等辅助措施。
（二）、保证成桩质量
因本工程位于高压走廊带的河道上，地质情况复杂。
经过详细查实，桥址原始地层已被搅吸扰动，船沉现场。
根据业主提供的派力公司的地勘报告柱状图证实，河北二桥桥址流塑状态的淤泥深达23.5米。
在这种情况下引起施工方对泥浆配比以及护壁的高度重视。
但河北二桥桩基是Φ1.8m深88米的超大超深钻孔灌注桩。
钢筋笼的连接是直螺纹套筒连接，从提钻—清孔—下钢筋笼—浇注砼完成需20多小时，在长达20多小时的施工过程中，由于淤泥层过厚，长时间不循环、护壁，再加上浇注250多立方混凝土，9立方的混凝土罐车，按8立方砼计算，需近30车。
50多吨的重车30多次对孔侧壁进行冲击。
因此桩基缩孔情况难以控制，无法满足设计防腐阻锈的要求，直接影响桩基的耐久性。
（三）、采取预埋钢护筒措施，确保桩基耐久性
综合以上两点，结合曹妃甸本桥址附近桥梁工程设计及施工的成功经验。
为确保成桩质量及桥梁百年耐久性要求，应根据不同地质情况埋设不同深度的永久性钢护筒。
三、施工前准备工作
钢护筒采用不小于10mm钢板卷制而成，其内径比桩径大20cm即可，即桩径为φ1.8m的钻孔桩护筒直径为φ2.0m，桩径为φ1.5m的钻孔护筒直径为φ1.7m。
（一）、钢护筒振沉激振力的计算方法
在振动锤、钢护筒和土壤这个体系中，满足下沉的施工条件为[1,2]：
P≥Tv，Q≥Rv，A≥Ao
式中，P为激振力；Tv为动侧摩阻力，与振动锤加速度和土壤性态有关；Q为振动锤、夹持器、钢护筒的重量之和；Rv为钢护筒下端阻力；A为实际振幅；Ao为临界振幅。
按以往施工经验只进行激振力计算。
目前，国内外对钢护筒振沉摩阻力的计算理论尚不完备。
且没有形成规范，为运用理论计算准确指导施工带来了一定困难，以下通过国内外几种常用的计算方法，计算钢护筒振沉摩阻力并取最大值用于指导施工（以整根钢护筒一次振沉为例）。
（1）日本建机调查株式会社经验公式。
极限静侧摩阻力对于砂性土为T=UHiNi/5，对于粘土为T=UHiNi/2，U为钢护筒周长，Hi为第i层地层厚度，Ni为第i层地层标准贯入值；动侧摩阻力为Tv=Ti·i，根据钢护筒入土深度及所经过的地层属性，计算得振动锤所需激振力为3040kn。
（2）美国ICE公司的估算方法。
美国ICE公司通过大量工程测试后得到结论：
高速振动对桩周土具有液化效应，使桩侧极限静摩阻力减低，减低率=0.1～0.4，取=0.25计算钢护筒所经过土层的累计桩侧极限静摩阻力为4400kn，即振动锤所需激振力为4400kn。
（3）我国采用桩周土极限摩阻力Ti推算动侧摩阻力Tv方法，Tv=UHiTi+RyFP（U为钢护筒周长；Hi为第i层地层厚度，Ti为第i层地层桩周土极限摩阻力；Ry为端承力系数；F为桩端容许承载力；P为桩端面积），计算钢护筒下沉到位动侧摩阻力为4800kn，即振动锤所需激振力为4800kn。
（4）采用单位动摩阻经验值；砂土6Kpa，软粘土8Mpa，饱和砂土15Mpa，计算钢护筒下沉到位动侧摩阻力为4700kn，即振动锤所需激振力为4700kn。
考虑土质的差异，根据上述4种方法估算分析判断后，该桥钢护筒整根下沉激振力需要为5000kn以上。
（二）、钢护筒振沉方案
振沉作业吊装主要包括：
钢护筒吊装、振动锤吊装、导管架和其他小型机具安装。
其中钢护筒整节重量为5.95t，振动锤最大重量（包括夹具和吊钩）15t，吊车吊高不小于（钢护筒长12m+锤高6m+吊钩等4m）22m，55t以上履带吊可满足吊装能力的吊车。
振沉过程中确保振动锤与吊车主臂杆之间安全净距1.5m以上。
四、钢护筒埋设方案
（一）、施工工艺
桩基定位放线—导向架吊装就位、固定—钢护筒吊装就位—锤击埋设钢护筒—导向架拆除
（二）、施工方案
1）测量放线
场地清理整平后，用全站仪坐标放样法来确定桩位，并设置水准点，采用三角高程或其他方式测出水准点的高程。
施工中按正常的水准测量，利用水准仪传递高程。
需要注意的是须对水准点持续进行沉降观测，以便更好的控制施工。
①、桩位放样：
用全站仪测放出桩位的中心点，并作出四点引桩。
引桩各边距钢护筒的距离控制在2m左右，便于埋设钢护筒过程中随时检查其中心位置。
如因场地原因，引桩位置可适当调整。
施工前及施工过程中注意保护引桩，并随时符合其准确性。
②、在已埋设的钢护筒顶放出护筒中心的十字线，并在护筒壁做出油漆标记，钻机就位时，使钻头中心与十字线交点重合，确保成孔时钻头顺利出护筒和钢筋笼的顺利安装。
③、测出钻孔平台的顶标高，并以此为基准进行成孔的孔底高程控制，钻进结束后复核钻孔平台顶标高，确保孔底高程准确。
2）导向架吊装就位
桩基中心线及引桩施工完毕后，报请现场测量监理工程师验线。
验线合格后，利用水准仪对桩基周围进行整平，保证导向架水平、垂直，确保埋设钢护筒的垂直度。
整平范围应大于导向架尺寸，待整平完毕后，现场测放出导向架位置，利用55t履带吊将导向架吊放到位，检查其垂直度、平整度、位置。
导向架吊装到位检查合格后，利用吊车配合振动锤将导向架4脚钢柱（工字钢）锤击到位。
必须保证钢柱紧靠在导向架上，防止钢护筒在锤击过程中导向架位移。
3）钢护筒吊装就位
导向架固定好后，由吊车配合振动锤将钢护筒垂直放在导向架内，施工人员及时检查钢护筒的平面位置及垂直度。
检测合格后安装导向架横梁，并在导向架各边焊接槽钢固定钢护筒，确保钢护筒的埋设质量。
4）锤击埋设钢护筒、导向架拆除
钢护筒位置、垂直度及导向架固定好后开始锤击埋设钢护筒。
在埋设钢护筒过程中各边均安排专人利用线坠实时监控其垂直度，并设专人指挥吊车进行配合。
如吊车与振动锤配合不好，直接影响钢护筒埋设质量。
钢护筒埋设深度根据现场土质结合现场监理确定。
钢护筒埋设顶标高距地面0.5～0.8m后拆除导向架，然后继续埋设钢护筒至顶标高高出地面30cm，钢护筒埋设完成后。
利用引线点检查钢护筒的平面位置，并用全站仪对引线点进行校正。
检查无误后重新测放桩基中心线，并在钢护筒顶部用油漆标注十字线以利于下步工序施工。
并在钢护筒指定位置标出高程点，并作为此根桩基的施工依据。
待上述工作全部完成后，报请现场监理工程师对钢护筒进行验收，验收合格后进行下道工序施工。
5）施工注意事项
①护筒埋设时顶面高出地面0.3m，护筒埋设的允许偏差为：
顶面中心偏差不得大于50mm，斜度不得大于1%。
②桩基钢护筒及其它钢材均采用Q235B钢，满足国家标准《碳素结构钢》（GB700-88）。
施工时，钢护筒不得有浮锈。
③振动锤及吊车均由专人指挥，持证上岗，其他任何人员不得随意指挥。
五、工程质量保证体系
工程质量保证体系见下图：
六、工程质量保证措施
（一）、确保工程质量的措施
从思想保证、组织保证、技术保证、施工保证、经济保证五个方面严格入手，制定切实可行的措施确保工程质量。
1、思想保证
1）做好开工前职工思想总动员，教育全员要以为国家、为人民高度负责的精神自觉搞好工程质量。
2）深入开展质量法规教育，组织
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