1 引言

钢护筒是深水桥梁桩基施工中不可缺少的一部分，由于桥梁钻孔灌注桩设计呈大直径、大孔深发展趋势，目前直径大于Φ2.5m、孔深超过100m的桥梁桩基已较为常见，有的桩径甚至已超过Φ3.5m。这导致钢护筒的直径及长度也随着日益加大，特别是在特大型跨江、跨海深水桥梁的钻孔灌注桩施工中，钢护筒已成为影响桩基施工质量的关键环节之一。钢护筒加工、安装质量的好坏直接关系到桩基施工的质量、进度，尤其是在特殊地质、不利因素较多的情况下，更应该加强钢护筒的加工、安装施工工艺的标准化。本文依托董家潭湘江特大桥主桥桩基Φ3.8m超大直径钢护筒施工，结合工程实例详细阐述深水裸岩超大直径桩基钢护筒制作、运输、安装及锚固施工工艺的应用。可作为类似工程的施工依据和参考，能够对超大直径钢护筒加工、安装质量进行有效控制，还可以降低安全风险、提高生产效率、节约施工成本，改善工作环境，缩短施工工期。

2、工程概况

董家潭湘江特大桥主桥跨径为(70+5×120+70)m的连续刚构桥梁，其桩基直径为3.6m，桩长为30m，常水位水深10m-13m。水上施工平台高出河床20-23m，钢护筒总长度约23-26m，钢护筒直径为3.8m，采用壁厚为2cm的Q235C钢板，质量约为50t。为了便于安装，分三节吊装，每节7.2m，并配置3.6m和1.8m长的调整节。单根钢板的宽度为1.8m,每节有四根钢板、三道环缝。

此桥位于湘江流域，根据湘江衡山段水文资料显示：历年最高洪水位52.498m，重现期20年一遇洪水位51.438，2018年最高洪水位43.258m，2019年最高洪水位51.788m，2020年最高洪水位46.798m；核心汛期一般情况出现在每年的7、8月，汛期持续时间3-4天。河床经过长年冲刷无土覆盖层，仅有少量卵石土，大部分基岩裸露，为中风化泥质灰岩，钢护筒安装需要进行锚固处理。经过前期调查、分析研究确定采用的安装方式为先引孔后锚固，钢护筒不需要振设，竖直度容易控制，所以钢护筒直径、壁厚相对较小。

表1主桥各桩位地质情况

3 主要施工工艺和方法

3.1 施工工艺流程

图1施工工艺流程图

3.2钢护筒加工工艺

3.2.1 施工准备

钢护筒正式加工前，应根据设计验算结果确定钢护筒的有关参数指标，并联系厂家确定钢板厚度、开平尺寸（长宽），并组织加工机具验收、作业人员培训交底。在钢板进场后，应对钢板进行验收，确保钢板厚度、尺寸、外观质量满足设计要求，有条件的应进行钢板原材料外委检测。

3.2.2钢板切割

钢板验收合格后，应采用龙门吊、专用夹具分四点起吊，缓慢转移至切割平台上。钢板应平整的放置于切割平台，不得有较大的翘曲。分别在四边量测、弹线切割线，并按照切割线布置自动切割机行走轨道。正式切割前，调整自动切割机气嘴角度，确保钢板坡口满足规范要求。切割过程中应及时观察出气压力，确保钢板能一次性切割透，且切割处平整无残渣。切割完成后检查切割平整度、坡口角度、尺寸等是否满足要求，如不满足及时补切。

3.2.3钢护筒卷制、纵缝焊接

钢板切割完成后检查尺寸、割缝顺直度、坡口角度等满足要求，吊运钢板至卷制区的卷板台上，一头插入卷板机内，开动卷板机均匀的卷制钢护筒。卷制过程中检查钢护筒的椭圆度，不合格处应调整机械确保质量。卷制完成后，人员站在焊接平台上采用二氧化碳保护焊进行点焊，将形状固定好后在钢护筒内部焊接十字架固定形状。

图1卷制钢护筒                                   图2临时点焊纵缝

3.2.4单根桩钢护筒拼装

钢护筒卷制完成后吊装至半成品区，每四节焊接成一根。焊接前应调整钢护筒的纵缝不能在同一轴线上。焊接时应采用手拉葫芦、千斤顶等机具调整钢护筒间的缝隙，使得钢护筒间的坡口坡脚相互紧挨，便于焊接。缝隙调整到位后检查钢护筒内侧、外侧接头的平整度，错台不应大于2mm，满足要求后采用二氧化碳保护焊临时焊接缝隙而形成整体，临时焊接间距应均匀，焊接长度应大于5cm。待四节钢护筒焊接成整体后，再次检查钢护筒的整体外形尺寸，确保满足要求后，焊接内侧环缝，焊接过程中严格控制焊缝质量，特别是起焊、收焊位置的顺接质量，不能有凸起、凹洼等情况。钢护筒内侧应放置焊气收集器，提高焊接环境的舒适度及环保效果。

图3内侧环缝焊接                           图4钢护筒临时存放

3.2.5单根钢护筒环缝同步焊接

内侧环缝焊接完成后将单根钢护筒吊运至自动焊接区，放置于自动滚筒机上，移动焊接平台至钢护筒上方，调整自动焊接机的出丝头与环缝的相对位置，调整出丝速度与滚筒机的速率相匹配，调整摆动控制器的摆动幅度与摆动频率与坡口宽度、滚筒速率相匹配。

图5调节自动焊接机

调试完成后开始焊接钢护筒外侧环缝，外侧环缝焊接两次，第一次填补坡口焊缝内侧2/3深度，第二次填补坡口焊缝外侧1/3深度，确保坡口焊缝深度、宽度均满足规范要求。焊接过程中每个焊头应有一名专业的焊工全过程查看焊接质量，如有焊缝宽度不足、出丝口摆动幅度与坡口宽度不符、出丝速率与滚筒速率不符等质量问题出现时，应立即暂停焊接，查明原因、调整设备后再次焊接。焊接过程中应全程佩戴安全防护用品。

图6外侧环缝焊接

3.2.6单根钢护筒存储

钢护筒存储前应规划好存储场地，并将场地平整并硬化。由于钢护筒直径大，重量重，存储过程中既要保证钢护筒不变形，还要保证钢护筒稳定不滚动。在每个钢护筒内侧设置首位两组十字形内支撑，确保钢护筒不变形。同时在每个钢护筒下方设置三组支垫，支垫高度不小于1/4钢护筒高度，即3.8/4=0.95m。钢护筒采用单层存放，不得采用跳仓多层存放。

图7钢护筒内撑                图8钢护筒支垫

3.2.7 钢护筒转运

钢护筒转运采用9m长板车，并在长板车上采用工字钢按照钢护筒直径加工专用托架，利用汽车吊多点吊运钢护筒至板车上，再拉紧缆风绳以固定牢固钢护筒。钢护筒转运过程中车辆匀速通行，避免振动。钢护筒转运至现场后，采用履带吊匀速起吊并安放在存储场地。

图9钢护筒转运固定装置示意图

3.2.8 钢护筒安装

钢护筒安装过程严格控制竖直度，首先在钢护筒侧壁上对称位置、距离顶部15cm位置上切割起吊孔并加劲，起吊后离地面15cm—30cm处悬停，待钢护筒静止后检测悬停状态竖直度以判断钢护筒自重条件下是否能满足竖直度要求，如能满足即可安装，如不能满足则需要通过调整起吊孔位置以使竖直度满足要求，即为竖直自重法安装钢护筒。钢护筒分节焊接应满焊后再间距均匀的焊接加劲板以提高焊缝处强度。

图10钢护筒吊装、下放

钢护筒悬空孔底20—40cm左右，待钢护筒竖直度满足要求后沿四周焊接II40工字钢牛腿，四根牛腿底部标高在同一水平线上，焊接完成后下放钢护筒至平台承重架上。

为提高钢护筒封底效果，确保护筒外侧封底混凝土充实且高差较小，提前在底节钢护筒开孔。钢护筒分节段安装，节段间拼装时严格控制错台、竖直度。

图11钢护筒开孔示意图

3.2.9 钢护筒锚固

待钢护筒竖直度检测合格后，吊运直径为360mm的导管及8m³大小的料斗至钢平台上，合理安排吊车、罐车位置，准备浇筑水下混凝土。首先采用水下摄像头检查锚固基坑底沉渣是否满足要求，如不满足要求应采用气举反循环法进行清孔。水下混凝土浇筑前应检查混凝土坍落度、流动性、扩展度满足要求，扩展度不小于550cm。灌注过程中应采取措施保证首盘混凝土封底效果良好，一方面采用两台罐车同时封底，确保首封混凝土量满足计算方量；另一方面严格控制导管底与坑底河床面的距离，确保导管首次封底埋深满足要求。

混凝土浇筑过程中勤检测护筒内外侧混凝土高差，内外高差不大于30cm，若外侧混凝土面远低于内侧，可将导管提出在外侧“拔管”浇筑，务必保证护筒外侧混凝土锚固深度满足方案要求。待混凝土强度达到设计强度的100%后可进行桩基施工。

通过混凝土锚固方式提高钢护筒稳定性及泌水性，能有效提高桩基施工质量。采用竖直自重法安装钢护筒提高了钢护筒竖直度合格率，一方面能有效降低钢护筒直径外扩量，本项目钢护筒大于桩基直径20cm，相较于传统钢护筒直径缩小了20cm左右，另一方面采用竖直自重法安装钢护筒避免了震动钢护筒，可以有效降低钢护筒的壁厚。

4 钢护筒施工质量控制

1、正式焊接前应采用气管式吹风机将环缝内灰尘、杂物清洗干净，焊接时应随时观察焊缝厚度，焊缝厚度及宽度不能小于设计。

2、焊缝厚度不能过大，焊缝余高尽量超出钢板不大于2mm。

3、环缝正式焊接前应进行试焊，根据试焊结果调整焊头高度、摆动速率及角度范围等参数，焊接过程中焊工应全程查看焊缝质量，如有问题应及时停止焊接，待调整完成后再重新开启自动焊接装置。

4、焊缝应进行探伤或气密性检测，减少焊疤、气孔等对结构质量的影响。

5、钢护筒下沉时，控制下沉速度，当有水面气泡上浮时，停止下沉，直至气泡消失后再继续下沉，下沉速度控制在1-2m/min

6、钢护筒下放安排在水流较缓的平潮期间，最好是在低平潮时段。

5 结束语

超大直径钢护筒在深水桥梁中的应用越来越广泛，大直径钢护筒制作及运输难度也越来越大，应根据工程具体情况选取合适的工艺。如果水上施工条件能满足，建议尽量采用在专业厂家整根制作、船运至现场沉放的工艺，有利于质量、进度的控制。在强涌潮水域施工时，对于工况条件的选择至关重要。建议仔细研究分析水文、气象、地质等资料，并结合施工工艺，慎重选取合理的控制参数，规避极端工况条件，确保安全的前提下最大可能的优化施工措施结构。

董家潭湘江特大桥主桥桩基Φ3.8m超大直径钢护筒的施工工艺是合理的，20根水中大直径裸岩桩基均顺利完工。本文所述施工技术适用于桩基钢护筒加工、安装施工，尤其超大直径桩基钢护筒的加工，其中引孔、锚固工序适用于裸岩地质情况。对于其他的地质、直径等不同条件下的钢护筒加工也具有部分适用功能。

参考文献：

[1]文锋.浅谈深水桩基钢护筒施工方法[C].2016:31-39.

[2]王修山.道路与桥梁施工技术[M].北京;机械工业出版社2015.

[3]陈绍蕃.钢结构稳定设计指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[4]朱洪涛.龙湖大桥深水裸岩桩基成孔施工技术[J].建筑技术开发,2020,47(8):160-162.

[5]潘军,李义民.广东清远北江三桥复杂岩溶地质桩基础施工[J].桥梁建设.2006,(2).58-60.

[6]周达培,周翰斌.深水裸岩钻孔桩施工中关键技术难题的处理[J].公路交通科技.2005,(11).

[7]王天宇.不同焊接方法对低合金钢焊接接头屈强比的影响研究.