基于船載沖孔機的深水裸巖鋼管樁施工技術分析

中圖分類號：U445. 54⁺3 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.041

文章編號：1673-4874（2025）04-0148-03

0 引言

近年來，隨著我國高速公路建設的快速發展，跨越大江、大河、海灣、海峽等特大型橋梁不斷涌現，鋼棧橋及鋼平臺作為橋梁施工物資設備運輸通道以及水上臨時作業場地，在工程中的應用也越來越多。鋼棧橋及鋼平臺在深水裸巖地質條件下搭設時，由于鋼管樁無法直接插打進入持力層，須先引孔后再進行鋼管樁插打。常規做法是將沖孔機放置在懸挑貝雷梁端部，采用沖孔機將鋼管樁內的裸巖搗碎，再采用“釣魚法”將鋼管樁振動插打至指定深度[1-4]。該施工方法須逐跨引孔、逐跨搭設，因此引孔工序的快慢是影響鋼棧橋施工效率的關鍵因素。同時，深水裸巖地質成孔孔渣多為巖石沉渣，若采用傳統泥漿循環清孔，則泥漿制備、沉淀池及泥漿池的設置等均因場地問題較難實現，且泥漿循環清孔易污染江水，造成環境問題。

S514南寧江西至壇洛公路No1標段為解決上述兩個施工難題，將船只與沖孔機、空壓機、簡易門架、GPS定位系統等設備組合成一套可精確定位的船載沖孔清孔設備，將鋼管樁一部分工序的作業面從鋼棧橋轉移至船上，使得工序安排更為靈活。同時，利用氣舉反循環清孔，將高壓氣體泵入孔底，受氣壓影響孔底液體從底部快速向上流動形成負壓，將鉆渣懸浮帶出孔內，實現免泥漿清孔[5-7]。

1 工程概況

S514南寧江西至壇洛公路在""處設計一座中楞左江大橋（連續剛構橋）跨越左江，見圖1。擬建中楞左江特大橋位于南寧市西鄉塘區壇洛鎮上中村附近，在縣道X005中楞渡口上游650m處，路線 K7+720 處跨越左江。全橋跨徑布置為 （115+210+115）m+4x 30m+4×30m ，橋梁主橋長440m，引橋長240m，整橋全長 690.0m 1^?，2^?"主墩承臺尺寸為18 m×18m ，原河床線水深為 8～16m ，炸礁后常水位水深為 16.5～16.8m 所處地層主要為中風化角礫狀灰巖（鈣質膠結）和中風化白云質灰巖。中風化角礫狀灰巖（鈣質膠結）為灰白色，角礫狀結構，中厚層狀構造，角礫成分單一，主要為灰巖；中風化白云質灰巖為灰白色，隱晶質結構，中厚層狀構造，裂隙稍發育，局部有溶蝕現象，裂隙多為方解石脈閉合充填，巖質較堅硬，巖體較完整。

該工程設置兩座鋼棧橋，分別為江西岸的 $＼harpoonleft$ 鋼棧橋和壇洛岸的 2^? 鋼棧橋。 1^? 鋼棧橋搭設長度為 64m，2^? 鋼棧橋搭設長度為58m。主墩墩柱及上構搭設水上鋼平臺輔助施工。鋼平臺主要作為樁基施工、承臺施工、拼裝掛籃場地及主墩澆筑的施工場地，主要活荷載為50t混凝土運輸車、25t汽車吊及50t履帶吊作業荷載。

圖1中楞左江特大橋立面圖

2關鍵技術路線及操作要點

2.1關鍵技術路線（圖2）

圖2關鍵技術路線圖

2.2船載沖孔機設計及加工

2.2.1設備選用

采用船寬為 7.5m ，長為22.1m，凈噸位為49t的自有可移動支座鏟斗挖泥船進行改裝，船舶上原配置336D挖掘機整機工作重量約35t。根據船舶允許載重和鋼管樁最大直徑，引孔設備采用 CK900 沖孔機，沖錘直徑選擇 .530mm ，整機質量為6t，沖錘質量為1t，外形尺寸為60×2m×6.3m

根據船舶尺寸、空船重量、滿載排水量、重心坐標、初始穩定性高度，引孔設備重量、尺寸、重心位置等參數，進行船舶安裝設備后總重量、船舶新吃水深度、結構強度驗證及穩定性分析計算。船載沖孔機模型見圖3。

圖3船載沖孔機模型圖

2.2.2龍門架設計及加工

根據龍門架需要承受的荷載，即吊裝最長鋼護筒工況，采用有限元分析軟件MidasCivil進行桿件設計及選型，確保龍門架承載力能夠滿足安全要求。龍門架前端屬于懸挑結構，豎向荷載施加在前端，應著重對龍門架后端錨固焊接的焊縫進行計算分析，確定安全的焊縫尺寸。

龍門架利用雙拼25a工字鋼作為框架，長4m，寬3.65m，高3. 4m ，龍門架橫梁對稱設置兩個手拉葫蘆吊點，吊點間距為60cm，契合鋼護筒尺寸，用以吊裝鋼護筒。龍門架雙拼工字鋼采用上下翼緣板跳焊拼接，焊縫長度為10cm，焊縫間距為1m，豎桿、斜桿、水平桿、鋼板以及加勁板之間采用滿焊連接。龍門架設計圖見圖4。

圖4龍門架設計圖

2.2.3鋼護筒導向架

為防止鋼護筒頂部左右移動，在船設置鋼護筒導向架。導向架由2根槽鋼組成，兩根槽鋼間距為所用鋼護筒的外徑尺寸，即630mm；槽鋼整體長度為 1.6m ，懸挑長度為0.6m，固定段為1m。固定段與船體甲板焊接固定。

2.2.4船載沖孔機設備安裝

先將船上挖掘機拆卸吊至岸上，然后用履帶吊將沖孔機吊至船上進行安裝，調整就位后將沖孔機點焊固定在甲板上。采用履帶吊將加工好的龍門架、導向架依次吊裝，均采用點焊連接船體固定。將空壓機吊裝至船上，將輸氣管連接至空壓機。

2.3 鋼護筒設計加工

鋼護筒采用 ?630mm×9 mm的Q235鋼管，為了適配船載沖孔機，對鋼護筒下列細節進行設計加工。

2.3.1接長設計

距離鋼護筒頂部20cm向下每間隔2m設置鋼棒孔預留孔，孔徑為 10cm ，在鋼護筒接長時起臨時支撐作用，鋼護筒提升至鋼棒孔，高于導向架，用鋼棒穿過鋼護筒預留孔，可將鋼護筒臨時架設在導向架上，以便松解手拉葫蘆。利用手拉葫蘆起吊接長節段至護筒頂上進行護筒接長，接長采用4塊 10cm×20cm×1 cm鋼板滿焊在兩節對接部位的四周。

2.3.2底部防位移設計

鋼護筒底部設計為鋸齒狀，以便嵌入巖石，防正護筒底部滑動，鋸齒深度 35 cm。先采用石筆在鋼護筒上畫出鋸齒狀，采用氧割按照畫線進行切割，為增大鋼護筒對巖層咬合作用，對鋸齒頭部進行打磨削尖處理。

2.3.3氣體輸入設計

距鋼護筒底部1m位置設氣體輸送管接頭，用于連接空壓機輸氣管。采用手持電鉆按照接頭直徑尺寸在鋼護筒側壁進行鉆孔，將接頭插入孔洞后進行滿焊，防止漏氣。

2.4鋼護筒吊裝

鋼護筒加工完成后，利用岸上履帶吊將鋼護筒豎直吊起，輸氣管末端連接至鋼護筒的底部，緩慢吊裝鋼護筒至引孔船上，利用船載龍門架手拉葫蘆連接鋼護筒吊耳后，岸上履帶吊緩慢將護筒轉移至船載龍門架上。

2.5移船拋錨

由拖船把沖孔打樁船舶拖至作業區域后拋錨，共設置4個錨點，分別設置在引孔工作面區域的四個角之外3m，錨纜長度根據實際工作面確定，通過船上卷揚機收放纜繩移動船舶。采用RTK定位系統將引孔船移動至樁位，船舶就位后收緊纜繩穩固船身，下放船舶定位鋼樁，防止沖孔過程中發生較大位移。見圖5、圖6。

圖5船體位移示意圖

圖6引孔樁位順序示意圖

2.6 下放鋼護筒

利用GPS定位系統確定樁位，將引孔船上的沖孔機沖錘中心置于樁位正上方，通過龍門架設置的手拉葫蘆調整鋼護筒的高度及位置，使鋼護筒中心對準沖孔機沖錘中心后，開始下放鋼護筒。鋼護筒下放接觸河床后，利用自重嵌入巖層。若鋼護筒長度不足，則將鋼護筒臨時固定在導向架上進行接長處理。

2.7 船載沖孔機引孔

采用船上的沖孔機進行沖孔。根據地質條件確定沖程，針對該工程中風化白云質灰巖，選用 3～4m 沖程，當沖進速度明顯下降時，表示孔底存有大量碎屑，無法再繼續保持高效沖進，應及時進行清孔，排除孔內石屑。

2.8氣舉反循環清孔

沖孔后利用船舶上的螺旋式空壓機，通過輸氣管將高壓氣接入鋼護筒底部輸出，空氣混合液體快速向上移動，在導管底部形成負壓，將孔底的巖屑連續不斷吸出。清孔后應采用吊錘敲擊孔底，確保孔底無較厚沉渣。

2.9 測量孔深

清孔后采用測繩測量孔內深度，判斷是否達到設計要求，若達到設計要求，可終孔拔出鋼護筒，進行下一樁位引孔施工，否則應繼續沖進。

2. 10 提升鋼護筒

當孔深滿足設計要求后，利用船載龍門架上的手拉葫蘆，緩慢提起水下鋼護筒，使其脫離河床面1m以上，移船至下一引孔點位進行作業。

2. 11 插打鋼管樁

待沖孔打樁機船舶移出樁位后，方可進行鋼管樁插打。履帶吊起吊振動錘，振動錘夾緊鋼管樁，在引孔后的孔內進行鋼管樁的插打，插打過程記錄好插入深度，當插入深度滿足要求且進尺緩慢時，可判斷鋼管樁插打完成。

2.12 檢查驗收

通過全站儀復核驗收鋼管樁坐標，通過查看插打記錄確認鋼管樁嵌巖深度以及觸底情況。

3效益分析

相比于傳統施工方法，采用引孔船舶進行水下鋼管樁引孔作業，可將引孔提前完成，不占用棧橋施工總工期。以該工程132根鋼管樁為例，共計節約工期 30d 相比于傳統施工方法，增加1個月的船舶攤銷使用費用0.2萬元，增加引孔設備加工費0.3萬元，減少1個月的50t履帶吊租賃費用4.8萬元，減少1個月的人工費用（8個人）7.2萬元，共計節約 4.8+7.2-0.2-0.3=11.5 （萬元），平均每根樁節約 11.5÷132=0 087（萬元）。

4結語

4.1鋼管樁引孔與棧橋上部結構平行作業，提高施工效率

區別于傳統先棧橋后鋼管樁的流水施工工序，采用船上引孔技術，可實現鋼管樁引孔作業與棧橋上部結構搭設平行作業，且船載精確定位沖孔清孔協同施工，能夠大幅度提高沖擊引孔施工效率，從而大幅縮短了鋼棧橋施工工期。

4.2高壓氣舉法清孔底沉渣，成孔質量佳

沖孔后利用氣舉原理在鋼護筒底部形成負壓，及時將孔內巖石碎屑不斷從鋼護筒頂口懸浮排出，有效減少孔底巖屑厚度，減少沖孔阻力，有利于沖錘持續沖進，保證成孔深度滿足設計要求。

4.3免泥漿循環，綠色環保

傳統泥漿循環清孔工藝往往伴隨著泥漿排放問題，對鄰近的江河帶存在污染風險。采用氣舉反循環清孔替換常規泥漿循環清孔，不僅提高了清孔效率，還從根本上消除了泥漿對江河水質造成污染的可能性。

參考文獻

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