水中樁鋼護(hù)筒氣液混合頂升法拔除工藝課件

1、水中樁鋼護(hù)筒氣液混合頂升法拔除工藝溫州洞頭項(xiàng)目中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部匯報(bào)提綱 一 工程概況 二 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 三 要解決的技術(shù)問題 四 主要采用的技術(shù)方案 五 關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)及主要技術(shù)特征 六 經(jīng)濟(jì)效益分析 七 社會(huì)效益評(píng)價(jià) 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部一、工程概況 本項(xiàng)目77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段，路線全長3.675km，含橋梁、路基、隧道等工作內(nèi)容，工程造價(jià)4.6億，合同工期32個(gè)月。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路

2、工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 其中洞頭峽跨海特大橋橋長2638.5m，是本項(xiàng)目的關(guān)鍵性工程。全橋共計(jì)樁基304根，多為水中樁、超長樁，因橋址區(qū)地質(zhì)條件不佳，淤泥層最大層達(dá)20余米，鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)長度較大，鋼材總重達(dá)6321t。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 常規(guī)而言，水中樁的鋼護(hù)筒僅樁頂露出水面的部分可回收利用，鋼材投入量巨大。若能將鋼護(hù)筒整體拔除，實(shí)現(xiàn)無損回收并循環(huán)利用，將大幅降低項(xiàng)目經(jīng)營成本。根據(jù)該思路，項(xiàng)目立足工程實(shí)際，開展了一系列試驗(yàn)研究工作，對(duì)護(hù)筒拔除的可行性進(jìn)行了論證。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路

3、工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀 基于經(jīng)濟(jì)效益的考慮，國內(nèi)多家施工單位對(duì)護(hù)筒拔除工藝進(jìn)行了研究，當(dāng)前在水中樁施工中已成功應(yīng)用的主要有雙護(hù)筒法、液舉頂升法等，其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下： 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 工藝雙護(hù)筒法液舉頂升法外護(hù)筒回收內(nèi)外護(hù)筒回收原理 先用外護(hù)筒進(jìn)行常規(guī)性的護(hù)壁保水頭成孔，內(nèi)護(hù)筒隨最后一節(jié)鋼筋籠下放，使大護(hù)筒隔離與砼隔離，待樁身砼形成一定強(qiáng)度后拔除外護(hù)筒。 已成功實(shí)施的有青島海灣大橋等。 鉆孔前內(nèi)、外護(hù)筒同時(shí)埋設(shè)，內(nèi)外護(hù)筒間充填細(xì)砂或粘土。砼灌注完畢后立刻拔除內(nèi)護(hù)筒，外護(hù)筒待樁身形成一定強(qiáng)度后拔除。 已成功實(shí)施的有

4、木蘭溪大橋等。 待樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在鋼護(hù)筒上焊接球形封頭，使之形成一個(gè)密封的壓力容器，向其內(nèi)注水，通過水壓形成的反作用力使鋼護(hù)筒蠕動(dòng)上升，配合起重設(shè)備拔除。 已成功實(shí)施的有杭州灣跨海大橋等。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 工藝雙護(hù)筒法液舉頂升法外護(hù)筒回收內(nèi)外護(hù)筒回收優(yōu)點(diǎn) 護(hù)筒無須特殊處理；在靜力可提拔外護(hù)筒的前提下，樁身質(zhì)量有保障。 護(hù)筒無須特殊處理；內(nèi)外護(hù)筒均可回收，經(jīng)濟(jì)效益高。 針對(duì)護(hù)筒埋設(shè)深度的適用范圍較廣；對(duì)樁基質(zhì)量無影響。缺點(diǎn) 因內(nèi)護(hù)筒不能回收，一般采用壁厚較小的鋼板制作護(hù)筒，存在變形、撕裂等隱患；當(dāng)靜力不能提升外護(hù)筒時(shí)

5、，須采用振動(dòng)錘拔除，對(duì)樁身存在一定影響；當(dāng)護(hù)筒埋深較大時(shí)，回收率大幅降低，適用范圍有限。 內(nèi)護(hù)筒拔除過程中，存在砼面下降、樁身夾泥等質(zhì)量隱患；當(dāng)靜力不能提升外護(hù)筒時(shí)，須采用振動(dòng)錘拔除，對(duì)樁身存在一定影響；當(dāng)護(hù)筒埋深較大時(shí)，回收率大幅降低，適用范圍有限。 護(hù)筒與砼之間產(chǎn)生的摩阻力較大，當(dāng)埋深較大時(shí)，對(duì)護(hù)筒本身提出了較高要求，須進(jìn)行特殊處理；當(dāng)護(hù)筒在壓力下產(chǎn)生位移時(shí)，與樁身之間易產(chǎn)生縫隙從而因漏水導(dǎo)致壓力不足，效率降低。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 通過對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，液舉頂升法適用范圍較廣，針對(duì)水中樁、超長樁更具有可行性。但液壓加載較為緩慢，

6、一旦護(hù)筒頂升后與樁身產(chǎn)生較大縫隙，將無法提供足夠壓力以確保護(hù)筒的順利拔除，仍然存在一定風(fēng)險(xiǎn)。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 在國內(nèi)既有研究成果的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化與創(chuàng)新，擬采用氣液混合的方式實(shí)施護(hù)筒頂升，先以液壓令護(hù)筒與樁身分離，再通過氣壓提供足夠的壓力，加快護(hù)筒拔除效率。這樣一來，既解決了液舉法效率較低的缺陷，也避免了單純依賴氣壓所導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部三、要解決的技術(shù)問題（一）鋼護(hù)筒與混凝土之間摩阻力的克服 為保證樁身質(zhì)量，氣液混合頂升法須待

7、樁身混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可實(shí)施，因而需克服鋼護(hù)筒與混凝土之間的摩阻力。 經(jīng)多方搜集的資料表明，鋼護(hù)筒與混凝土之間的摩阻力大小目前并無定論。參考類似工程承臺(tái)鋼套箱封底計(jì)算的模式，水下砼澆注時(shí)取值一般在120kPa-150kPa之間；干作業(yè)條件下最大取值達(dá)300kPa；通過建模分析的取值，高值接近200kPa。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 以洞頭峽跨海特大橋49#墩為例，設(shè)計(jì)樁徑1.5m，采用海工C35砼，單樁承載力為7510kN，護(hù)筒埋設(shè)深度范圍內(nèi)地質(zhì)條件從上往下依次為：流泥0.5m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土19.5m，淤泥3.6m，粉質(zhì)粘土。

8、護(hù)筒設(shè)計(jì)長度33m，其中水中長度7.75m，樁身范圍內(nèi)長度25.5m，護(hù)筒內(nèi)徑1700mm，壁厚10mm，外徑1900mm。則按照前述取值，護(hù)筒與樁身摩阻力最小值亦達(dá)18826kN，考慮護(hù)筒外側(cè)土體的摩阻力、護(hù)筒變形等不利因素，實(shí)際所需力值更大，存在安全質(zhì)量隱患。 故此，有必要采取有效措施，減小鋼護(hù)筒與混凝土之間的摩阻力。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部（二）球形接頭的密封性 為方便護(hù)筒內(nèi)側(cè)施焊，球形接頭須一分為二，待焊接完成后連接成整體。這樣一來，對(duì)球形接頭兩構(gòu)件拼裝的密封性提出了較高的要求，否則無法達(dá)到預(yù)定壓力。 中交第一公路工程局有

9、限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部四、采用的主要技術(shù)方案（一）頂升設(shè)備加工 頂升設(shè)備主要由動(dòng)力系統(tǒng)與球形接頭構(gòu)成，其工作原理是通過球形接頭與護(hù)筒的連接在護(hù)筒與樁身之間形成一個(gè)密封空間，然后通過施加水壓/氣壓產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于樁身的作用力，使護(hù)筒克服摩阻力蠕動(dòng)上升。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 球形接頭由上、下兩部分構(gòu)成，上部設(shè)置進(jìn)水孔、進(jìn)氣孔、卸壓孔，其構(gòu)造如下圖所示： 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部（二）鋼護(hù)筒加工 鋼護(hù)筒以整根卷制管為宜。若護(hù)筒長度

10、過大需分節(jié)焊接，應(yīng)盡量減少焊縫數(shù)量，并對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，減小錯(cuò)臺(tái)以避免額外的阻力。 考慮護(hù)筒的回收再利用，護(hù)筒徑厚比不宜大于120，以避免沉設(shè)過程中護(hù)筒變形，從而增加護(hù)筒周轉(zhuǎn)次數(shù)。 為減小護(hù)筒與樁身之間的摩阻力，對(duì)護(hù)筒內(nèi)壁進(jìn)行打磨處理，并涂刷1mm-2mm厚的瀝青涂層。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 洞頭峽跨海特大橋1#試樁的鋼護(hù)筒采用現(xiàn)場分節(jié)卷制然后焊接成整體的工藝，未進(jìn)行特殊處理，拔除試驗(yàn)中護(hù)筒在4MPa的壓力下上升，位移8cm后壓力突然下降，護(hù)筒周邊的海面出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，判斷為護(hù)筒接縫焊接質(zhì)量不佳導(dǎo)致撕裂，試驗(yàn)以失敗告終；2#

11、試樁（設(shè)于合作方所在的靈昆大橋）采用經(jīng)過特殊處理后卷制管，護(hù)筒與樁身接觸長度為12m，水壓達(dá)到5MPa后護(hù)筒緩慢上升，位移20cm后加氣壓，護(hù)筒順利拔除。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部（三）球形接頭安裝 利用起重設(shè)備起吊球形接頭的下半部分，使之與護(hù)筒對(duì)接。人工分別對(duì)護(hù)筒外壁/內(nèi)壁施焊。焊接完畢后向護(hù)筒內(nèi)注水，然后安裝球形接頭的上半部分，使之形成整體。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 球形接頭的上

12、、下部分采用螺栓連接。為保證螺栓受力均勻、密封性良好，螺栓施擰采用先初擰再終擰的方法，首先按照順時(shí)針/逆時(shí)針方向依次對(duì)處于對(duì)角位置的一對(duì)螺栓進(jìn)行預(yù)緊，然后逐級(jí)擰緊直至終擰。各階段施擰扭矩通過扭矩扳手控制。 上、下部分接縫處設(shè)置密封圈，密封圈材料應(yīng)耐高壓。試驗(yàn)中采用聚乙烯四氟板材質(zhì)。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部（四）頂升 如上文所述，在球形接頭的下半部分安裝就位后，向護(hù)筒內(nèi)注水（亦可連接完畢后注水）。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 球形接頭連接完畢后，將各管路接通、通電，施加一定

13、壓力檢查是否存在漏水、漏氣現(xiàn)象，并及時(shí)采取相應(yīng)措施保證其密封性。檢查、處理完畢后通過高壓水泵施加水壓，一般壓力達(dá)到4-5MPa左右時(shí)護(hù)筒開始蠕動(dòng)上升。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 待護(hù)筒上升一定高度（20cm左右）、與樁身砼脫離后，利用高壓氣泵施加氣壓，帶動(dòng)護(hù)筒逐步上升。 待護(hù)筒上升至一定高度時(shí)，采用吊車等起重設(shè)備配合起吊，使護(hù)筒豎直，保證施工安全。當(dāng)護(hù)筒將要頂出樁頂（護(hù)筒底口距樁頂5m左右）時(shí)，打開卸壓閥，將高壓氣體排出以免發(fā)生危險(xiǎn)，然后關(guān)閉卸壓閥，啟動(dòng)高壓液泵，將鋼護(hù)筒緩慢頂出樁身。 當(dāng)護(hù)筒設(shè)計(jì)長度較大、吊車無法一次提起時(shí)，可按照

14、（一）至（四）的步驟重復(fù)施工。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部五、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)及主要技術(shù)特征（一）頂升裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 頂升裝置采用氣液混合動(dòng)力，高壓氣泵與高壓液泵配合作業(yè)，在確保安全的基礎(chǔ)上，大幅提高了護(hù)筒拔除的效率。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部 控制系統(tǒng)采用無線遙控裝置，同時(shí)設(shè)置了高、低壓安全控制，既當(dāng)護(hù)筒內(nèi)壓力超過或低于設(shè)定值時(shí)泵將自動(dòng)斷開，停止工作。通過該系統(tǒng)，有效保證了施工安全。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部（二）

15、護(hù)筒處理 為減小鋼護(hù)筒與樁身砼之間的摩阻力，采用了對(duì)護(hù)筒內(nèi)壁的凸起進(jìn)行打磨、涂刷瀝青涂層的處理方案。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部（三）應(yīng)用擴(kuò)展1、應(yīng)用于護(hù)筒修復(fù) 水中樁護(hù)筒沉設(shè)過程中，可能因底口觸碰孤石等原因發(fā)生變形，導(dǎo)致鉆孔施工無法順利實(shí)施，須將護(hù)筒拔除并進(jìn)行修復(fù)。常規(guī)處理方案有振動(dòng)錘拔除、潛水員水下切割等。實(shí)踐表明，在護(hù)筒埋深較大的情況下，前者成功率不高，后者則存在安全風(fēng)險(xiǎn)大、漏漿等缺陷。而氣液混合頂升法可很好的解決這些問題，在洞頭峽跨海特大橋已有成功應(yīng)用。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部2、應(yīng)用于鋼管樁拔除 水中棧橋常因使用時(shí)間長、通行荷載大等原因造成鋼管樁拔除困難。遇此問題時(shí)，大多采用大功率振動(dòng)錘配合浮吊進(jìn)行施工，但鋼管樁壁厚有限，在較大的激振力下易發(fā)生夾口處撕裂甚至融化的現(xiàn)象，施工效率低、設(shè)備費(fèi)用高。而氣液混合頂升法不但可提供足夠的頂升力，且僅需駁船搭載吊車配合施工，成本更低。 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸線龍灣至洞頭疏港公路工程第7標(biāo)段項(xiàng)目部六、經(jīng)濟(jì)效益分析 對(duì)大型水上橋梁項(xiàng)目而言，水中樁鋼護(hù)筒鋼材投