超長(zhǎng)鋼護(hù)筒在某特大橋施工過(guò)程中重復(fù)利用實(shí)踐

邢 磊 （安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230022）

1 工程概況

1.1 橋梁總體概況

S316裕溪河特大橋全長(zhǎng)1454.4m。24#、25#為水中墩基礎(chǔ)，本次施工的，橋承臺(tái)下為26-Φ2m鉆孔灌注樁。承臺(tái)平面尺寸為13.5m×40.5m，厚度為4m，采用拉森Ⅳ鋼板樁施工。橋梁寬度19m，主橋?yàn)?5m+130m+75m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用掛籃懸臂澆注。

1.2 樁基所在地地質(zhì)情況

樁基入土涉及的地質(zhì)情況為：從上往下依次為軟土層、粉質(zhì)粘土層、砂層、軟石土、粉砂巖。軟土距水面平均7m且軟土平均厚度16.15m，最大厚度20.9m，主要分布在河岸河漫灘區(qū)（即主橋主墩位置處），天然含水率33.1%～83.0%，天然孔隙比0.882～2.495，標(biāo)貫擊數(shù)0～3.0擊，承載力基本容許值70kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值20kPa。軟土具有流變性、觸變性、高壓縮性、低承載力等特點(diǎn)。鋼護(hù)筒必須入軟土一定深度才能保證不下沉。

2 確定技術(shù)方案

根據(jù)規(guī)范要求，選用鋼護(hù)筒內(nèi)徑為2.2m用厚10mm的Q235鋼板進(jìn)行卷制。鋼板放置要和卷板機(jī)保持垂直，否則鋼護(hù)筒拼接不垂直，下沉鋼護(hù)筒困難。鋼護(hù)筒焊縫厚度不小于6mm滿(mǎn)焊。根據(jù)計(jì)算選用鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為12m，鋼護(hù)筒入軟土6m，用護(hù)筒與軟土摩阻力與鋼護(hù)筒自重保持平衡。鋼護(hù)筒自重t=3.14×2.2×12×0.0786=6.51t（查表可知10mm厚鋼板重78.6kg/m2）。當(dāng)鋼護(hù)筒入軟土層6m時(shí)側(cè)壁摩阻力加端載力 f=3.14×2.2×6×20+3.14×（1.11×1.11-1.1×1.1）×70=87.75kN=8.775t大于6.51t，滿(mǎn)足鋼護(hù)筒平衡自重。相鄰護(hù)筒之間用滑槽相互連接，已是相鄰護(hù)筒能作泥漿池使用。超長(zhǎng)鋼護(hù)筒施工，是將超長(zhǎng)鋼護(hù)筒重復(fù)利用的一種工法，是指在樁基礎(chǔ)施工結(jié)束后利用吊車(chē)配合振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒拔出并沉入下一樁位進(jìn)行施工，并將下一樁位上鋼護(hù)筒當(dāng)做循環(huán)池使用，通過(guò)鋼護(hù)筒多次循環(huán)使用，達(dá)到節(jié)約材料及成本的一種施工方法。

DZ-90型振動(dòng)錘，電動(dòng)機(jī)功率90kW，偏心距500Nm，激振力677kN，空載振幅9.0mm，允許拔樁力300kN，錘重質(zhì)量5864kg，配單夾具。

拔鋼護(hù)筒需要克服的阻力F1=t+f+振動(dòng)錘自重=65.1kN+87.75kN+58.64kN=211.49kN=21.149t，根據(jù)50t汽車(chē)吊參數(shù)表可知，當(dāng)主臂10.8m，工作幅度6m時(shí)，起重額度為25.6t大于21.149t，滿(mǎn)足施工要求。

本深水基坑共26根樁基，采用8根鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒最高重復(fù)使用次數(shù)為3次，兩根鋼護(hù)筒組合使用，一根作為正常護(hù)筒1根作為泥漿儲(chǔ)備池使用，滿(mǎn)足施工要求。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 施工鋼平臺(tái)搭設(shè)

施工平臺(tái)及鋼護(hù)筒平面布設(shè)圖

施工平臺(tái)及鋼護(hù)筒剖面圖

主體結(jié)構(gòu)主要有貝雷梁鋼棧橋、起吊插打設(shè)備和鋼護(hù)筒等三大系統(tǒng)。由貝雷片搭設(shè)的鋼梁作為支撐系統(tǒng)，形成整個(gè)體系的操作平臺(tái)，通過(guò)操作平臺(tái)上的起吊設(shè)備起吊振動(dòng)錘，將鋼護(hù)筒固定并吊至施工樁位，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)放樣使鋼護(hù)筒準(zhǔn)確就位，實(shí)施插打作業(yè)。平臺(tái)面板為專(zhuān)用橋面板，用配套的U型螺栓固定在在中心間距250mm的I25b工字鋼橫梁上，工字鋼橫梁安裝在凈距3000mm的單層三排貝雷梁上，計(jì)算時(shí)可保守按照簡(jiǎn)支梁3000mm跨徑。最大受力位置出現(xiàn)在機(jī)械轉(zhuǎn)向區(qū)域，轉(zhuǎn)向區(qū)域?qū)ＴO(shè)并增加響應(yīng)的限位措施。貝雷主梁由雙拼單層貝雷組合梁組成梁組，組與組間距4000mm，安裝在2根I56a鋼管樁頂橫梁上。最大跨徑為9m。貝雷桁架梁采用6排布置，橫向連系梁用專(zhuān)用花欄連接，橋面采用專(zhuān)用2×6m大橋面板滿(mǎn)鋪。在鉆孔灌注樁位置處，提前預(yù)留孔，用臨時(shí)鋼板蓋住。

3.2 鋼護(hù)筒制作

鋼護(hù)筒采用長(zhǎng)6.9m寬2m厚0.01mQ235鋼板通過(guò)卷板機(jī)卷制而成，內(nèi)徑2.2m鋼護(hù)筒為2m一節(jié)，12m長(zhǎng)鋼護(hù)筒通過(guò)6節(jié)相互焊接而成，在最上口處加圈1cm鋼板加強(qiáng)，防止卷口。為了滿(mǎn)足樁基垂直度要求，鋼護(hù)筒誤差控制在2mm以?xún)?nèi)。

3.3 施工用電準(zhǔn)備

在施工場(chǎng)所50m處架設(shè)500kW的變壓器，已供施工要求。同時(shí)考慮到鋼護(hù)筒插打及拔出施工時(shí)用電不宜間斷，現(xiàn)場(chǎng)配備1臺(tái)發(fā)電機(jī)組，停電立即啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電。

3.4 鋼護(hù)筒插打

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求及樁基成樁檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，鋼護(hù)筒插打控制的主要質(zhì)量指標(biāo)是要求保證鋼護(hù)筒插打的位置準(zhǔn)確性和垂直度，要求位置偏差不大于50mm，傾斜度不大于0.5%。同時(shí)插打時(shí)控制落錘力度，以防落錘過(guò)多造成護(hù)筒頂面標(biāo)高低于設(shè)計(jì)高度。

3.5 振動(dòng)錘進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備

振動(dòng)錘進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行專(zhuān)業(yè)調(diào)試，確認(rèn)好接線的正負(fù)極，同時(shí)對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行試夾，以保證夾具力度滿(mǎn)足使用要求，不在使用過(guò)程中出現(xiàn)脫夾現(xiàn)象。

4 施工工藝

4.1 施工方法

施工工藝流程程序：①樁基施工鋼平臺(tái)搭設(shè)安裝→②樁基位置放線及定位→③汽車(chē)吊機(jī)就位→④鋼護(hù)筒起吊安裝并精準(zhǔn)定位（提前通過(guò)井字架固定定位）→⑤振動(dòng)錘施加壓力→⑥鋼護(hù)筒就位固定及相鄰鋼護(hù)筒滑槽連接→⑦沖擊鉆機(jī)就位→⑧泥漿制作→⑨鉆機(jī)成孔⑩清孔→?樁基鋼筋籠安裝→?導(dǎo)管安裝及二次清孔→?灌注水下混凝土→?拔出鋼護(hù)筒→?下個(gè)樁定位，并打入鋼護(hù)筒進(jìn)入下根樁施工。

4.2 施工機(jī)械

25t吊車(chē)1輛，50t吊車(chē)1輛，沖擊鉆4臺(tái)，罐車(chē)4輛，50拌合站1座，220挖機(jī)1臺(tái)，水泵8臺(tái)。

4.3 主要施工工序

鋼平臺(tái)搭設(shè)完成后，測(cè)量組根據(jù)樁基坐標(biāo)放樣圖用全站儀放出樁基中心樁，設(shè)立護(hù)樁，校核無(wú)誤且經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后方可進(jìn)行下步施工。在成樁過(guò)程中由測(cè)量組多次進(jìn)行復(fù)測(cè)、監(jiān)控，以保證成樁后樁基礎(chǔ)的位置滿(mǎn)足施工規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

汽車(chē)吊在鋼平臺(tái)就位后，先吊起振動(dòng)錘，用振動(dòng)錘夾起鋼護(hù)筒起吊至樁位處，精確定位后下放至不下沉?xí)r，開(kāi)啟振動(dòng)錘下放吊車(chē)吊鉤，使鋼護(hù)筒下沉至設(shè)計(jì)位置。然后用滑槽連接兩個(gè)相鄰鋼護(hù)筒，一個(gè)做鋼護(hù)筒使用，一個(gè)作泥漿池使用。用鋼護(hù)筒作為沉淀池、泥漿池，鉆渣沉淀后要及時(shí)挖出并外棄。為防止泥漿流入河道污染水源，對(duì)鋼護(hù)筒有漏縫的地方及時(shí)補(bǔ)焊，封閉。

鉆機(jī)精確就位后，固定好鉆機(jī)，啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)吊起沖擊錐，把沖擊錐徐徐放進(jìn)護(hù)筒中準(zhǔn)備沖擊鉆進(jìn)，沖孔之前，對(duì)主要機(jī)具及配套設(shè)備需進(jìn)行檢查、維修。在鋼護(hù)筒段要緩慢錘擊，減少行程。

在鉆進(jìn)過(guò)程中不斷用試驗(yàn)儀器對(duì)泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)泥漿性能和地層情況及時(shí)調(diào)整泥漿的濃度，必要時(shí)添加外加劑，以保證鉆孔在經(jīng)過(guò)軟土層時(shí)泥漿不外漏。

開(kāi)鉆前施工人員必須熟悉施工設(shè)計(jì)圖紙所提供的地質(zhì)、水文資料，以供對(duì)不同地層選用不同沖程及適當(dāng)?shù)哪酀{比重。鉆進(jìn)過(guò)程中，要經(jīng)常注意土層變化，在土層變化處均應(yīng)撈取渣樣，判斷土層，記入施工記錄表中，并與地質(zhì)柱狀圖土層核對(duì)，是否滿(mǎn)足承載力要求，作為終孔時(shí)的重要依據(jù)。

鉆進(jìn)。鉆機(jī)安裝就位后，底座和頂端要平穩(wěn)，與鋼平臺(tái)采用焊接固定方式，不得產(chǎn)生位移以防錘頭碰撞鋼護(hù)筒造成鋼護(hù)筒位移及下沉。初鉆時(shí)進(jìn)尺適當(dāng)控制，采用小沖程，使最初成孔豎直、圓順，防止孔位偏心、孔口坍塌。進(jìn)入正常鉆進(jìn)后，采用4～5m中、大沖程，但最大沖程不超過(guò)6m。鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)排渣，并保持泥漿的密度和粘度。同時(shí)經(jīng)常注意地層的變化，在地層的變化處均應(yīng)撈取渣樣，判斷地質(zhì)的類(lèi)型，填入記錄表中，并與設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)剖面圖相對(duì)照。鉆渣渣樣均編號(hào)保存，以便分析備查。鉆孔作業(yè)要連續(xù)進(jìn)行，不得間斷，因故必須停鉆時(shí)，孔口應(yīng)加蓋，并嚴(yán)禁把沖擊錐留在孔內(nèi)，以防埋鉆。

鉆孔達(dá)到要求深度后，對(duì)孔深、孔位、孔徑、孔形和傾斜度進(jìn)行檢查，并將檢查結(jié)果填入終孔檢查表。確認(rèn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，立即填寫(xiě)終孔檢查證書(shū)，進(jìn)行孔底清理和灌注水下混凝土的準(zhǔn)備工作?？讖健⒖仔魏蛢A斜度采用檢孔器吊入鉆孔內(nèi)檢測(cè)。

孔檢合格后進(jìn)行鋼筋籠安裝，鋼筋籠上安裝4根聲測(cè)管，聲測(cè)管頭漏出水面1m以上，以備樁基檢測(cè)需要。鋼筋籠下放完畢，須進(jìn)行二次清孔，當(dāng)泥漿濃度、含沙率及沉渣厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求后，才可以進(jìn)行灌注水下混凝土。清孔后，從孔底提取的泥漿指標(biāo)要符合規(guī)范要求，即相對(duì)密度：1.03～1.10；粘度：17～20Pa·s；含砂率：＜2%；膠體率：＞98%。在灌注水下混凝土前，孔底沉淀物厚度不超過(guò)設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定值，提前做好灌注水下混凝土準(zhǔn)備工作，縮短清孔至灌注水下混凝土間隔時(shí)間，整個(gè)過(guò)程要保證鋼護(hù)筒內(nèi)的水位差，以防止塌孔。

確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上多灌注50～100cm，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，用人工鑿除多余的混凝土，以保證樁頭混凝土質(zhì)量良好。

灌注水下混凝土?xí)r，施工人員要全程值班，并準(zhǔn)備好備用發(fā)電機(jī)及攪拌機(jī)。施工人員必須認(rèn)真細(xì)致記錄好澆注過(guò)程中的混凝土頂面標(biāo)高和導(dǎo)管長(zhǎng)度，以計(jì)算埋管深度，一般要求每灌注兩斗混凝土測(cè)量1次，每次沿樁周均勻測(cè)3點(diǎn)，最低點(diǎn)處的埋管深度須滿(mǎn)足規(guī)范要求的2～6m。

混凝土灌注高度要準(zhǔn)確監(jiān)控，以防混凝土混凝土沒(méi)灌注到位造成質(zhì)量問(wèn)題，或者灌注過(guò)高，混凝土與鋼護(hù)筒連接面積過(guò)多，造成鋼護(hù)筒與混凝土摩阻力過(guò)大，無(wú)法拔出。

混凝土澆筑完成后1h后，混凝土已達(dá)到初凝時(shí)間但未達(dá)到終凝，此時(shí)鋼護(hù)筒與混凝土摩阻力小，且拔出鋼護(hù)筒后混凝土已具備一定強(qiáng)度，不會(huì)被水流沖刷造成質(zhì)量問(wèn)題。鋼護(hù)筒拔出前，把沖擊鉆機(jī)及雜物移至其他空地，50t吊車(chē)就位起吊振動(dòng)錘，用振動(dòng)錘夾起鋼護(hù)筒，吊車(chē)保證上下不動(dòng)。開(kāi)啟振動(dòng)錘，當(dāng)電流達(dá)到20A，此時(shí)振動(dòng)錘轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min、功率達(dá)到75kW左右。吊車(chē)慢慢起吊，當(dāng)?shù)踯?chē)起吊至鋼護(hù)筒底離開(kāi)土層時(shí)，關(guān)閉振動(dòng)錘電源。用吊車(chē)吊鋼護(hù)筒至下一個(gè)新樁位，把鉆機(jī)安裝至原來(lái)作為泥漿池的鋼護(hù)筒位置處進(jìn)行鉆孔施工。

樁基檢測(cè)。當(dāng)混凝土澆筑滿(mǎn)14d后。用超聲波檢測(cè)儀通過(guò)聲測(cè)管對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)項(xiàng)檢測(cè)，因聲測(cè)管漏出水面1m，在鋼平臺(tái)上即可對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)樁基檢測(cè)顯示本工程樁基質(zhì)量良好，全部達(dá)到一類(lèi)樁基標(biāo)準(zhǔn)。

鋼護(hù)筒拔出前準(zhǔn)備

鋼護(hù)筒拔出

5 總結(jié)

在大跨度橋梁建設(shè)中，水中墩的施工是不可避免的，超長(zhǎng)鋼護(hù)筒施工，是將超長(zhǎng)鋼護(hù)筒重復(fù)利用的一種工法，是指在樁基礎(chǔ)施工結(jié)束后利用吊車(chē)配合振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒拔出并沉入下一樁位進(jìn)行施工，并將下一樁位上鋼護(hù)筒當(dāng)做循環(huán)池使用，通過(guò)鋼護(hù)筒多次循環(huán)使用，達(dá)到節(jié)約材料及成本的一種施工方法。通過(guò)超長(zhǎng)鋼護(hù)筒重復(fù)利用，節(jié)約金錢(qián)時(shí)間，同時(shí)也使得樁基質(zhì)量充分保證，施工速度明顯提高，能有效控制樁位偏差在允許范圍之內(nèi)，同時(shí)因?yàn)殇撟o(hù)筒可以充當(dāng)循環(huán)池和重復(fù)利用，而且在鋼平臺(tái)上施工，不但降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高施工效率、加快施工進(jìn)度，而且大大降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造良好的施工安全環(huán)境。應(yīng)用該工藝取得良好效果，增加施工經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著國(guó)家對(duì)公路橋梁建設(shè)的重視，加快了新建道路和老路改擴(kuò)建工作，全國(guó)各地新建橋梁的數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，該工藝的應(yīng)用前景廣闊，也為其他項(xiàng)目水中基礎(chǔ)施工提供借鑒。