壓力頂升法拔除橋梁樁基鋼護(hù)筒工藝

唐 寅

（中交二航局第四工程有限公司， 福建 福州 241000）

1 背景

福州洪塘大橋東起倉山區(qū)建新鎮(zhèn)，跨越烏龍江，西至閩侯縣上街大學(xué)城一帶，是連接福州市倉山區(qū)與閩侯縣上街大學(xué)城的重要交通樞紐，洪塘大橋拓寬改造工程采用保暢通的前提下，同軸線位置拓寬改建新橋、拆除老橋，路線總長約2.2078km。原設(shè)計(jì)預(yù)留與上街大學(xué)城一帶的洪塘互通匝道橋，后因設(shè)計(jì)變更，取消洪塘互通，橋梁樁基位置改變，已施工21-4#樁基鋼護(hù)筒需要拔除。

2 21-4#樁施工情況

鋼護(hù)筒規(guī)格：直徑Φ2500mm

壁厚δ22mm

長度18000mm

樁基位于河道淺灘區(qū)，護(hù)筒內(nèi)土質(zhì)如下：中砂層（松散～稍密）灰色、灰黃色，松散～稍密，局部呈中密狀，標(biāo)貫實(shí)測擊數(shù)5-～15，平均11.21擊，濕-飽和，成份以石英、長石顆粒為主，粒徑大于0.25mm的顆粒約占60%，含10～15%的泥質(zhì)，局部夾有個別礫石。

3 鋼護(hù)筒拔出工藝的選擇

針對拔出鋼護(hù)筒常用的方案進(jìn)行對比分析表如下：

序號方案名稱方案簡介 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 備注1振動錘直接拔除法使用浮吊配合高頻率振動錘拔除變形的鋼護(hù)筒。操作簡單、施工進(jìn)度快成功率極低經(jīng)過估算21-4#樁基鋼護(hù)筒為打樁船施工所受摩阻力約1500t左右，常規(guī)浮吊配合振動錘無法進(jìn)行拔除。2潛水員水下切割法將鋼護(hù)筒內(nèi)淤泥清除并降低泥漿的比重，通過潛水員潛入鋼護(hù)筒需割除區(qū)域進(jìn)行切割，利用電磁鐵配合吊機(jī)將變形的鋼板取出。投入成本較低施工進(jìn)度較慢；施工安全風(fēng)險及大，處理不徹底較易產(chǎn)生殘余護(hù)筒，嚴(yán)重影響后續(xù)正常施工21-4#樁基鋼護(hù)筒壁厚較厚，且埋設(shè)地質(zhì)主要以粉砂層為主，造成潛水員施工難度大，工作風(fēng)險大，材料浪費(fèi)較嚴(yán)重。3沖擊鉆沖磨法向鋼護(hù)筒內(nèi)回填石頭，通過沖擊鉆將鋼護(hù)筒沖磨形成孔道，循環(huán)回填石頭，循環(huán)進(jìn)行沖擊。操作簡便施工進(jìn)度及慢；施工風(fēng)險大，較易出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，施工成本極高，且鋼護(hù)筒無法回收利用21-4#樁基鋼護(hù)筒壁厚2.2cm,入土長度約11m。沖擊鉆施工過程中需循環(huán)回填石頭，通過沖擊鉆沖擊將鋼護(hù)筒磨碎，工效較低，而且易出現(xiàn)卡錘的風(fēng)險。類似情況：港珠澳大橋CB03標(biāo)45-5#樁，樁徑2.2m，樁長84m，護(hù)筒長約67m，當(dāng)鉆至約45m時，由于鋼護(hù)筒變形無法進(jìn)尺，最終采用沖擊鉆成孔工藝，成孔時間達(dá)6個月。4壓力 將鋼護(hù)筒上部密封，低碳節(jié)能、對鋼護(hù)筒的焊

頂升法先后利用高壓液泵、高壓氣泵對其頂部密封腔加一定的壓力，利用作用力與反作用力的原理，將鋼護(hù)筒從原地面中頂升出來，達(dá)到鋼護(hù)筒快速、安全、無損回收的目的，回收后的鋼護(hù)筒可再次使用充分體現(xiàn)綠色施工、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。環(huán)保；施工進(jìn)度快；施工工藝安全可靠；回收成功率較高接質(zhì)量和強(qiáng)度要求略高。

經(jīng)綜合分析，確定選用方案4：壓力頂升法拔除。

4 壓力頂升法工藝

壓力頂升法拔除工作原理如下：將鋼護(hù)筒上部進(jìn)行密封，利用高壓氣泵或高壓液泵對向鋼護(hù)筒內(nèi)加水或加氣，增加整個鋼護(hù)筒內(nèi)壓力，利用向上的氣壓力，克服土的摩阻力與鋼護(hù)筒的自重，將鋼護(hù)筒從樁位中頂升出來。

針對21-4#鋼護(hù)筒，計(jì)算頂升力如下：

套用《港口工程樁基規(guī)范》（JTJ254-98）第4.2.4條當(dāng)按承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法進(jìn)行試驗(yàn)護(hù)筒（長：29米，外徑2.5米，壁厚22mm）摩阻力計(jì)算:

式中：Qd—鋼護(hù)筒垂直極限承載力設(shè)計(jì)值（kN）；

U—鋼護(hù)筒截面周長 （m），本處鋼護(hù)筒外徑2.544m，周長：7.98m;

樁位土層摩阻力統(tǒng)計(jì)表

序號 土層名稱樁周摩阻力（kPa）頂面（m）底面高程（m）層厚（m）1 中砂 40 11.8 -17.2 20.6

qR—鋼護(hù)筒極限樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；

A-鋼護(hù)筒截面面積，7.98×0.022m 鋼護(hù)筒A=0.17556m2；

由Qd=1/rR(U∑qfili+qRA)求得：

鋼護(hù)筒變形后摩阻力增大暫定系數(shù)為2，即鋼護(hù)筒變形后摩阻力為9147 kN

試驗(yàn)鋼護(hù)筒（長：29米，外徑2.5米，壁厚22mm）自重為389.7kN

綜上可求出預(yù)計(jì)壓力頂升法處理變形鋼護(hù)筒所需要克服的阻力為9536.7 kN。

考慮到眾多不確定因素，試驗(yàn)鋼護(hù)筒總的阻力假定最大值取10000 kN

頂升壓力：10000＝P×π×1.252，P ＝2.038Mpa

5 現(xiàn)場施工

首先于21-4#鋼護(hù)筒頂口四周焊接4個吊耳焊。鋼護(hù)筒頂升的密封裝置為圓鍋形式，在專業(yè)加工廠加工好后運(yùn)至現(xiàn)場與鋼護(hù)筒焊接成整體，應(yīng)保證焊接的牢固性及密封性，在接口位置采用加勁板加勁。

待加壓設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場安裝完畢，應(yīng)對其進(jìn)行調(diào)試，主要觀察油泵、管線是否密封，鋼護(hù)筒是否漏氣等，然后進(jìn)行試增壓，檢驗(yàn)各種連接是否牢靠，防止因密封腔不密封而造成安全事故的發(fā)生。

21-4#樁基鋼護(hù)筒計(jì)劃一次性全部拔除，重復(fù)利用。正式頂升前，于鋼護(hù)筒內(nèi)加水至密封鍋釘扣往下約2m高度，然后開始正式頂升。本工程采用的是往鋼護(hù)筒利用增壓泵加水，使鋼護(hù)筒內(nèi)上部空氣壓縮產(chǎn)生壓力的辦法加壓，待達(dá)到計(jì)算所需的初始壓力值（2.038MPa），鋼護(hù)筒開始緩慢上升，此時應(yīng)保持恒壓，直至鋼護(hù)筒頂升出15cm至20cm后，汽車吊吊鉤配合頂升裝備一起受力，頂升出50cm高厚，鋼護(hù)筒內(nèi)開始緩慢的減壓，防止鋼護(hù)筒沖出，同時主要受力轉(zhuǎn)移至汽車吊，將其緩慢拔除。

頂升施工完成后，將鋼護(hù)筒密封鍋割除，采用汽車吊和平板車配合施工，將鋼護(hù)筒及加壓、密封設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)。

6 安全控制

樁基鋼護(hù)筒拔除施工過程中，必須對21-4#樁基鋼護(hù)筒進(jìn)行隔離處理，孔口四周擺放防護(hù)欄桿進(jìn)行圍護(hù)，保證施工安全。施工前，需要對加壓設(shè)備和儀器表逐一進(jìn)行檢查，保證設(shè)備正常、鋼護(hù)筒密封裝置焊接牢靠。首先需進(jìn)行試壓，確保鋼護(hù)筒處于密封狀態(tài)，加壓時，21-4#平臺施工現(xiàn)場所有人員撤離至加壓鋼護(hù)筒5m范圍外的安全地帶，確保現(xiàn)場施工人員安全。在鋼護(hù)筒拔至埋深5～8m時，需要適當(dāng)對鋼護(hù)筒進(jìn)行放壓，防止鋼護(hù)筒內(nèi)壓力過大引起安全事故的發(fā)生。

7 結(jié)語

橋梁施工過程中，鋼護(hù)筒基本上都是作為永久性措施材料，在樁基澆筑完成后，無法重復(fù)使用。本工藝在洪塘大橋拓寬改建工程中的成功應(yīng)用，將21-4#鋼護(hù)筒整根全部拔除，使其可重復(fù)利用，整個拔除時間僅為 3小時，大幅度降低了拔除成本，提高了工效，可為后續(xù)橋梁鋼護(hù)筒拔除提供經(jīng)驗(yàn)參考。