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深水长周期涌浪海域钢护筒施沉施工技术

文档作者：郗永磊刘勇王振文档来源：中交二航局第二工程有限公司		点击数：	更新时间： 2025年11月17日
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128
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2017年4月上
第46卷第7期
DOI：10．7672／s翻s2017070128
深水长周期涌浪海域钢护筒施沉施工技术
郗永磊，刘勇，王振
(中交二航局第二X-程有限公司，重庆401121)
[摘要]中马友谊大桥地处印度洋低纬度地区，桥位附近海域波浪条件恶劣，具有周期长、波高大的特点。利用波
浪实时监测系统+船舶运动姿态传感器对施工船舶进行实时监测，制定合理的船舶作业窗口指导现场作业，提高
了船舶作业工效、确保了安全生产。设置辅助平台+悬臂式导向架系统，保证了钢护筒施沉的精度要求。钢护筒
施工采用起重船两点起吊翻桩、单点立桩的起重方案，工艺新颖，大幅提高了施工工效。
[关键词]桥梁工程；涌浪海域；钢护筒；监测；施工技术
[中图分类号]U445 [文献标识码]A [文章编号]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
钻孑L灌注桩作为桥梁基础常见的结构形式，由
于其适应地质情况广泛、施工技术成熟，目前已较
多地应用于国内外桥梁、建筑、市政等工程领域。
钢护筒施沉是水上钻孔桩施工的关键工序，其施沉
精度直接影响到桩基质量，常规方法是首先进行钻
孑L平台的搭设，再在钻孔平台上设置定位导向架来
完成钢护筒的施沉。随着大型跨海桥梁的建设日
益增加，深水大直径桩基础也越来越多，部分桥梁
基础施工时直接将钢护筒作为钻孔平台基础，对护
筒施工精度要求极高。面对多变的海洋性气候、复
杂的水文地质条件、复杂的施工技术等诸多不利要
素，传统工艺已无法满足全部施工要求，需采取创
造性的施工工艺，以攻克一系列技术难题，满足大
[作者简介]郗永磊，工程师，E-mail：akilei@qq．com
[收稿日期]2016-1l一30
型跨海桥梁的建设需求。
1工程概述
中马友谊大桥位于马尔代夫北马累环礁(North
Mal6 Atoll)，跨越Gaadhoo Koa海峡，连接环礁上马
累岛、机场岛(瑚湖尔岛)和胡鲁马累岛3个相邻岛
屿，是马尔代夫最重要的岛屿连接线工程。路线全
长2．Okm，其中桥梁长度为1．39km，桥梁跨径布置
为18×30m(弓I桥)+(100m+2 x 180m+140m+
lOOm+60m)(主桥)+3×30m(引桥)。主桥为5
墩6跨组合混合梁V形墩刚构桥，桥长760m；引桥
为30m预应力混凝土I型梁桥，桥长630m；两侧接
线长610m。主桥桥跨结构如图1所示。
主桥基础采用咖3．2m／3．6m，4,2．8m／3．2m的
变截面钢管复合桩基础，其钢护筒材质为Q345c，规
格为4,3．2m x 32mm和西3．6m x 32ram 2种类型。
万方数据
2017 No．7 郗永磊等：深水{=乏周期涌浪海域钢护筒施沉施T技术129
钢护筒在桩基施工时作为钻孔平台的基础，成桩后
割除至设计标高，剩余部分参与桩基础结构受力。
根据各墩位水文及地质条件的区别，钢护筒长58～
73m，最大质量近210t。各墩位钢护筒参数如表1
所示。
2 施工条件
2．1地形条件
马尔代夫陆地平均海拔1．8m，马累岛平均海拔
仅1．2m。马累岛位于马尔代夫北马累环礁的南部
边缘，其北侧主要为珊瑚泻湖地貌，是与外海隔开
的平静的浅海水域，泻湖由几条水道与外海连通。
马累岛南侧为溺谷海岸地貌，水下斜坡深槽发育。
桥位所处Gaadhoo Koa海峡水深0～60m，马累岛东
北一东侧边坡陡峭，局部水深达60m以上，桥墩深
度最大的位置为21号墩，水深为46m。
2．2水文条件
工程区域潮汐为正规半日潮，桥位处高潮累积频
率10％的设计高潮位为0．55m，低潮累积频率90％
的设计低潮位为一0．51m，大潮期间实测潮差约
0．90m。桥位附近平均流速约1．33m／s。不同重现期
潮差及风速组合数学模型模拟结果显示，潮差对桥位
附近流速影响不明显，季风洋流对设计流速影响较
大，主桥主墩处50，20，10，2年一遇重现期下的最大
垂向平均流速分别为4．15，3．95，3．70，3．00m／s。
除了受季风和少量台风影响形成局部风浪外，
南印度洋涌浪对海域影响也较大。根据Surf．
forecost提供的马累东北约20km处的深水区涌浪资
料，工程区冬春季涌浪相对较大，夏秋季涌浪相对
较小。局部风浪一般周期在3～8s，涌浪周期在14
～20s，50，20，10，2年一遇重现期下的最大波高为
3．3’7，3．2，2．93，2．。71m o
本项目工程水域呈现的是波高大、波周期长的
特点，对工程影响较大的是风浪与涌浪合成的混
合浪。
3施工方案设计
根据设计要求，钢护筒施沉的精度要求为倾斜
度≤1／200，桩顶中心位置偏差≤25cm。在施工区
海况条件下，需先在墩位旁搭设平面位置精度要求
相对较低的辅助平台，在辅助平台上安装可实现精
确调位的悬臂式导向架，采用MHU800s／MHU550s
液压冲击锤进行钢护筒施沉。
3．1辅助平台
辅助平台是钢护筒悬臂式导向架的安装平台，
由下部钢管桩和上部整体式平台组成，主要作用是
使导向架精确调位时脱离恶劣海况的影响，提高导
向架定位精度。
19，23号墩辅助平台下部结构为4,3．2m×
25mm的钢管桩，20—22号墩辅助平台下部结构为
4,3．6m×30mm的钢管桩。上部整体式平台通过
4,2．2m×30mm的连接钢管与钢管桩连接，连接钢
管外侧焊接套筒，套筒与钢管桩之间注浆处理。辅
助平台结构示意如图2所示。
3．2悬臂式导向架
悬臂式导向架由架体、龙口、调位机构、锚固装
置、辅助安装系统、适应分配梁及工作平台组成(见
图3)。主要作用是在钢护筒施沉过程中，对护筒的
平面位置及垂直度起约束作用，保证其在施沉过程
中不发生较大的偏差。
4船舶作业窗口分析
工程地处印度洋海域低纬度地区，施工船舶受
万方数据
施T技术第46卷
a平面布置
图3导向架
Fig．3 Guide ftame
出现的运动幅度较大问题，分别采用瑞典SMC公司
IMUS-108传感器、挪威Nortek公司AWAC“浪龙”波
浪仪实时监测船舶运动姿态及现场波浪情况。
IMUS一108传感器可实时监测船舶的横摇、纵摇
以及升沉运动，并记录时间历程曲线，通过对实测
数据进行统计分析，得到1 380t起重船的横摇、纵摇
以及升沉运动的统计特性，如平均幅值、三一幅值、
十一幅值及其所对应的周期等；AWAC“浪龙”波浪
仪可对现场波高及周期进行实时监测。
对波浪监测结果与作业船舶的十一纵摇、升沉
幅值进行对比分析(见图4，5)，可以看出，船舶的十
一纵摇、升沉变化趋势与波高实测趋势较为吻合，
得到有效波高／十一纵摇幅值的比值近似为1．2，有
效波高／十一升沉幅值的比值近似为2。
h立向布置
图2辅助平台结构
Fig．2 Auxiliary platform structure
长周期涌浪影响大。基于此施工条件，对钢护筒施
沉作业工效进行计算分析，制定作业窗口，保证船
舶作业安全。
4．1起重船性能参数
钢护筒施沉及钻孑L平台安装采用国内1 380t起
重船进行施工作业。1 380t起重船船体参数如表2
所示。
表2 1 380t起重船船体参数
Table 2 Hull parameters of 1 380t crane ship
项目数值项目数值
总长112．0m 垂线间长99m
型宽32．2m 型深8．0m
设计吃水4m 排水量11 684．88t
船体材质钢质额定起重量1 380t
4．2船舶运动姿态及统计特征分析
对外海起重施工影响最大的是船舶受波浪影响
产生的运动幅度。针对长周期涌浪作用下船舶作业
8一一有效波高||i；一掰图4有效波高和十一纵摇幅值对比
Fig．4 Comparison between the effective wave
height and one-tenth longitudinal
shake amplitude values
矗：
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图5 有效波高和十一升沉幅值对比
Fig．5 Comparison between the effective wave
height and one-tenth heave amplitude values
4．3钢护筒施沉作业窗口
根据前期钢护筒各工序对应的水文气象条件，
万方数据
郗永磊等：深水长周期涌浪海域钢护筒施沉施工技术131
结合Seasam软件对施工船舶运动敏感性分析，确定
不同工序的施工窗口条件要求如表3所示。
表3各工序施工窗口边界条件
Table 3 Boundary condition of each process
5主要施工工艺
5．1辅助平台搭设
辅助平台下部钢管桩施工时，利用安装在起重
船侧面的导向架定位钢管桩，采用冲击锤下沉，施
沉精度要求西3．2m钢管桩平面偏位≤30cm，西3．6m
钢管桩平面偏位≤50cm。钢管桩施沉完毕后，根据
钢管桩实测顶标高在上部整体式平台相应位置焊
接搁置板，并整体吊装上部结构与钢管桩相连，利
用水囊止水，抽除套筒与钢管桩之间的海水后压
浆，完成辅助平台安装。
5．2悬臂式导向架定位与安装
导向架安装与移位采用起重船整体吊装的方
式，起吊前在辅助平台上焊设限位装置，关闭上、下
龙口，选择合适的作业窗口进行吊装作业。吊装采
用单钩四点吊，缓慢起吊导向架至高出限位1～2m，
调整导向架到预定位置后下放。吊装就位后，复核
导向架上、下龙口的平面位置，需满足平面偏位<
25cm，倾斜度<1／1 000，最后将锚固支垫与导向架
进行焊接，完成导向架的安装。
5．3翻桩、人龙口
采用1 380t起重船两点起吊翻桩、单点立桩的
起重方案。套绳完成后，起重船水平起吊钢护筒脱
离驳船。驳船退离后，同时起升主钩、下降副钩，使
钢护筒缓慢翻转。翻桩完成后进行副钩解除，待作
业条件满足时即开始吊装入龙口(见图6)。
图6钢护筒翻桩
Fig．6 Piles turning over
钢护筒移人龙口后，立即关闭下龙口，着床后
再关闭上龙口，进行粗调。测量护筒垂直度与平面
位置，受波浪影响，钢护筒精度较难一次调整到位，
需通过起重船反复提升护筒的方式来调整护筒垂
直度和平面位置，直至钢护筒平面位置偏位≤
25cm、倾斜度≤1／200方可进行解钩。
通过悬臂式导向架上、下龙口的调位机构来精
确调整钢护筒倾斜度。精调要求倾斜度≤1／1 000，
调整完毕需对平面位置和垂直度进行复核，确保精
度满足要求。
5．4钢护筒施沉
钢护筒施沉时，套锤过程中起重船受长周期涌
浪的影响，桩锤与钢护筒之间会发生碰撞而导致钢
护筒的平面位置与垂直度产生变化。因此，钢护筒
施打之前需再次复核护筒垂直度，不满足要求须及
时通过龙口上的调位机构进行调整。
通过打桩分析软件GRLWEAP计算钢护筒达到
设计承载力时的最大贯入度，并以此作为钢护筒停
锤标准。同时采用高应变动力试桩法检测钢护筒
桩端阻力及桩侧摩阻力，用以校核停锤标准是否
准确。
钢护筒施打步骤为：小能量慢打一正常施打_÷
结尾重复各级能量复核贯入度。施打过程中实时
监测钢护筒垂直度与平面位置，发现问题立即调
整。高应变动力试桩法检测需在液压冲击锤距离
下龙口顶面100cm左右时开始安装检测仪器，在满
表4钢护简施沉停锤标准
Standard of plic hammer stop
(下转第135页)
万方数据
黄倩等：填塘地区软弱地基连续梁支架现浇施工技术135
证结构安全稳定的关键，斜钢管柱顶底应采取坡口
焊钢板的方式，利用十字钢板肋与顶底钢板对焊，
保证节点部位均匀受力，同时也应通过加焊肋板进
行局部加强，使斜钢管柱实现全周边受力。
4)考虑到桥址区地基承载力较弱，同时项目地
处南方多雨地区，应做好排水措施，以防雨季积水；
为防止支架搭设的相关机械设备不均匀下陷，宜简
易处理后顺接便道铺设钢板。
5)根据计算模型分析结果，对支架局部应力较
大的部位应进行严格控制，避免局部失稳而影响支
架整体稳定安全。
6)四拼工字钢搭接梁应在工字钢上下加焊钢
板进行局部加强处理，且要严格控制焊接质量，保
证搭接梁的整体性和自身刚度，搭设时应通过承台
上的预埋件进行锚固。
7)分配梁与贝雷梁、贝雷梁与主横梁之间的各
连接点应采用U形卡板连接，方木布置时应注意错
开纵向接头位置，对支架标高复核无误后进行底模
安装。箱梁施工前要求对支架进行预压，并对预压
砂袋做好防雨措施，以免砂袋吸水加重而压垮支架。
8)支架预压和箱梁浇筑过程中应对支架进行
实时监测，并根据监测结果及时对支架进行加固。
箱梁混凝土强度达到设计强度的85％以上方可进
行支架卸落，应先通过卸荷块让底模和梁体分离，
再按支架搭设的逆顺序依次拆除。
5 结语
借助墩身承台承载的钢管少支架施工方法在
本项目c匝道第2联的1，4跨和第3联的1，2跨现
浇箱梁中均已实施，从实施效果看，采取此措施，c
匝道的这几孔现浇箱梁的施工质量及线型均能满
足设计要求，且未发生任何局部失稳或倒塌的安全
事故。同时，钢管立柱直接布置在承台或156四拼
工字钢搭接梁上，既减少了软基处理的费用和工
序，也加快了施工进度，该方法已多次顺利实施，效
果良好。
参考文献：
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(上接第131页)
足停锤标准之后开始记录高应变数据进行检测，检
测承载力满足设计要求同时经过贯人度复核后即
停锤，钢护筒施沉完毕后提锤。
钢护筒施沉停锤标准如表4所示。
5．5平联安装
钢护筒受水深及流速影响会产生较大位移，施
沉到位后应立即进行平联安装，以增强护筒的稳定
性。平联采用击1．6m×25mm钢管，分2层布置，上
层平联标高为4．000m，下层平联标高为2．300m。
安装时通过起重船初步就位，手拉葫芦精确调整。
6 结语
在深水长周期波条件下，通过波浪实时监测系
统+船舶运动姿态传感器对施工船舶进行实时监
测，制定合理的作业窗口指导施工船舶作业。依靠
大刚度悬臂导向架对钢护筒进行导向与纠偏，钢护
筒采用单艘起重船两点起吊翻桩、单点立桩的起重
方案，并采用大功率液压冲击锤进行钢护筒施沉作
业，顺利完成了中马友谊大桥19～23号主墩35根
大直径超长钢护筒的施沉作业，保证了沉放精度均
满足设计要求。
参考文献：
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