港珠澳大桥深水区非通航孔桥钢管复合桩基础施工设备选型配置与应用

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1、港珠澳大桥深水区非通航孔桥钢管复合桩基础施工设备选型配置与应用　　摘要：根据港珠澳大桥水文、地质、设计资料和环保要求等，对深水区非通航孔桥钢管复合桩施工的相关设备配置、平台结构和机具等进行对比选型。综合分析，提出科学合理的配置方案，为提高作业效率、降低施工成本和减少环境影响等提供有效保障。关键词：港珠澳大桥；桩基础施工；设备选型；应用中图分类号：TU473.1文献标识码：A文章编号：1工程概况港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是我国继三峡工程、青藏铁路、南水北调、西气东输、京沪高铁之后又一重大基础设施项目。海中桥隧工程总长约35.6km，按6车道高速公路标准建设，行车速度100km/

2、h。主体工程采用桥隧组合方案，其中桥梁长约22.9km，深水区非通航孔桥梁长约13.7km，位于江海直达船航道桥以东（K13+413～K17+633，K18+783～K27+253）及以西（K28+247～K29+237），水深5～10m，基岩埋深60～89m。该处位于潮流主通道，采用110m跨径，整幅六边形承台。每个承台设6根钢管复合桩，横桥向3排。港珠澳大桥总体布置图和非通航孔桥效果图如图1所示：7图1港珠澳大桥总体布置图和非通航孔桥效果图钢管复合桩身由上、下两段组成，上段为钢管混凝土结构，下段为钢筋混凝土结构。上段桩基础钢管外径分2.0m和2.2m两种，嵌入承台1.6m，承台

3、以下钢管长度根据施工和运营阶段的结构受力和刚度需求等综合因素确定。下段桩基础外径对应钢管外径为1.75m和1.95m，桩底嵌入中风化岩石持力层对应深度为不小于4m和不小于5m两种。非通航孔桥桩基础施工根据桩基础特点，采用装配式施工平台，在钢管桩打设完毕后整体吊装，然后布置桩基础成孔设备、成孔配套设备以及生活办公设施等。港珠澳大桥桥梁工程采用大型化、工厂化、标准化、装配化施工方案以缩短海上作业时间，提高作业效率。桥梁墩台和钢箱梁均预先场内制造加工完毕，运输至施工海域进行装配吊装。这样以来，桩基础施工成为桥梁施工在海洋环境中持续作业时间最长的一个重要工序，且有对设备要求高、设备需求量大

4、、施工耗能大、施工环境恶劣等特点。因此，科学的选择设备类型，进行合理的设备配置，将对成本控制和工期控制起着极其重要的作用。2工序介绍7钢管复合桩施工主要分七大工序：钢管桩加工、钢管桩打设、平台安装、桩基础成孔、钢筋笼制作、下放钢筋笼、灌注水下混凝土。工序流程如图2所示：图2钢管复合桩基础施工主要工序3设备选型钢管桩复合桩基础施工的每个工序可通过不同的方案和设备配置，现通过对比分析，来选择最合适的设备配置方案。3.1钢管桩沉桩设备选型钢管桩沉桩设备主要有桩锤、配套打桩船舶和配套运输船舶。根据配套打桩船舶的不同，可分起重船导向吊打方案和悬挂打桩架打设方案。3.1.1桩锤的选型桩锤可分为

5、坠锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、振动锤和液压锤，在此处主要对柴油打桩锤、液压振动锤和液压打桩锤进行比较选型。适用范围、优缺点对比和选用结果如表1所示：表1三种锤型适用范围参考表钢管桩采用Q345C低合金钢，直径有2m和2.2m两种，其中桩尖2m范围内32mm厚，其余部分壁厚25mm。桩长度约50m～60m，重量约在60t～90t，桩底对应土层为密实粉细沙层及粗、砾沙层、强风化岩层等。7根据钢管桩桩长长、质量大、对应地质状况复杂等特点，和项目处于白海豚保护区，环保要求苛刻等因素，确定选用液压打桩锤作为钢管桩沉桩施工设备。目前国内液压打桩锤相关产品较少，国际品牌占主要市场，主要有荷兰

6、IHC、德国MENCK、英国BSP、日本车辆、芬兰永腾等品牌。该项目上应用的液压打桩锤有IHC、MENCK和BSP等品牌。如图3所示：图3港珠澳项目上应用的液压打桩锤3.1.2配套打桩船舶选型根据配套打桩船舶的不同和施工精度的要求，主要有起重船导向吊打方案和悬挂打桩架打设方案。如图4所示：图4导向吊打和悬挂打桩架打设示意图根据两种方案设备配置及特点，进行成本及工作效率等的对比。如表2所示：表2两种打桩方案的对比综上对比，推荐选用打桩船配合打桩锤进行钢管桩的沉桩作业。7桥梁工程的打桩船臂架主要分固定臂架和全回转臂架两种。目前国内固定臂架代表船舶有：“长大海基”100M打桩船、“海威9

7、51”95M打桩船、“粤工桩8”93.5M打桩船、“路桥建设桩8号”92M打桩船等。大型全回转臂架打桩船舶国内主要有：“海力801”95M打桩船、“天威”92M打桩船。在该项目投入使用的船舶主要有：“长大海基”100M打桩船、“天威”92M打桩船、“路桥建设桩8号”92M打桩船，其中“天威”92M打桩船目前采用导向吊打方案。如图5所示：图5港珠澳项目上应用的打桩船3.1.3运桩船选型运转船主要根据桩长和桩径来确定运桩船的基本尺寸，船底板选择平底。根据钢管桩的生产、施工