灘涂區(qū)樁基鋼護(hù)筒無損回收技術(shù)

曾增杰

上海隧道工程有限公司臺(tái)州分公司 浙江 臺(tái)州 318000

引言

橋梁工程樁基施工過程中，為了保證樁基周邊土質(zhì)穩(wěn)定、防止地下水滲入，通常采用鋼護(hù)筒對(duì)樁孔進(jìn)行保護(hù)。過去由于施工技術(shù)落后，護(hù)筒回收成本過高，并未對(duì)鋼護(hù)筒回收進(jìn)行要求，或者只回收露出水面部分鋼護(hù)筒，因而造成大量鋼材浪費(fèi)。在環(huán)境影響方面，未回收的鋼護(hù)筒在樁基完成后長期處于水下、土層中，鋼材的銹蝕會(huì)對(duì)水土資源及周邊環(huán)境造成污染。為了響應(yīng)我國節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，降低施工成本，需要對(duì)樁基鋼護(hù)筒回收技術(shù)開展研究。

既有樁基鋼護(hù)筒回收的研究主要集中在水下、陸地區(qū)域，可概括為單護(hù)筒和雙護(hù)筒回收兩種形式。其中，單護(hù)筒回收主要采用大型器械直接拔出，如用壓力頂升法配合起重設(shè)備拔出，或通過旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)等方式減小樁土摩阻力后直接拔出[1-2]。但是，該方法會(huì)導(dǎo)致樁頭混凝土變形嚴(yán)重，需要將樁頭不合格的部分鑿除接樁，拔出使用的大型機(jī)械設(shè)備也增加了施工成本。雙護(hù)筒回收主要為兩種形式：一種是將鋼護(hù)筒分為一段整體式鋼護(hù)筒和一段剖分式鋼護(hù)筒。整體式鋼護(hù)筒直接插打進(jìn)河床，不進(jìn)行回收；剖分式鋼護(hù)筒處于河床以上，是由一對(duì)半圓環(huán)體相互拼合，通過連接裝置與整體式鋼護(hù)筒連接，后期僅對(duì)剖分式鋼護(hù)筒進(jìn)行回收。另一種雙鋼護(hù)筒回收方法則是采用內(nèi)、外護(hù)筒的形式，在樁基孔內(nèi)設(shè)置內(nèi)、外兩層護(hù)筒并且在兩個(gè)護(hù)筒間填充間隔材料，通過錯(cuò)開內(nèi)、外護(hù)筒的拔出時(shí)間實(shí)現(xiàn)鋼護(hù)筒的回收[3-5]?，F(xiàn)有灘涂樁基回收技術(shù)的研究較少，由于灘涂樁基施工環(huán)境與水下、陸地有較大的區(qū)別，灘涂區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，淤泥、粉沙等薄弱層多，地基承載力較弱，易造成塌孔，現(xiàn)有水下、陸地樁基的回收方法能否應(yīng)用于灘涂樁基護(hù)筒回收，仍需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，為了滿足灘涂區(qū)復(fù)雜施工條件下的樁基鋼護(hù)筒無損回收需求，保證樁基外露部分的混凝土質(zhì)量，本文提出了一種新型的灘涂樁基鋼護(hù)筒無損回收技術(shù)及裝置。

1 銅護(hù)筒無損回收關(guān)鍵技術(shù)

1.1 工程概況

寧海某公路工程橋梁主體位于淺灘區(qū)，設(shè)計(jì)樁徑1.2m。灘涂面標(biāo)高0.6m，系梁頂（即樁頂）標(biāo)高1.8m。灌樁時(shí)，為保證樁頭混凝土的質(zhì)量，混凝土的灌注標(biāo)高控制在1.6m，即樁頭比淤泥面高1.0m左右。樁基施工設(shè)計(jì)方案中沒有使用永久鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒需要回收利用。

1.2 方案比選

由于灘涂區(qū)樁基施工鋼護(hù)筒的無損回收技術(shù)參考范圍較少，本文對(duì)比分析了現(xiàn)有陸地、水下樁基施工單、雙護(hù)筒回收技術(shù)。

1.2.1 單護(hù)筒回收。為了保證鋼護(hù)筒順利拔出，需要在樁基混凝土灌注結(jié)束后進(jìn)行拔除。由于該工程處于灘涂區(qū)，灘涂面以上的樁基部分在拔出過程中容易受到損傷而垮塌、樁頭外露被水沖散，從而導(dǎo)致樁頭高度不夠、樁頂在樁檢時(shí)混凝土質(zhì)量不合格等問題。若要保證處于灘涂面以上的樁基不出現(xiàn)上述情況，就要推遲拔出護(hù)筒的時(shí)間，但混凝土凝固后可能會(huì)導(dǎo)致外護(hù)筒無法拔出。

在實(shí)際施工過程中，嘗試通過降低灘涂面以上樁頭長度以減少樁頭損傷，但是成樁后的樁頭高度不夠，樁檢得出部分樁的樁頂混凝土出現(xiàn)質(zhì)量問題，如圖1所示。因此，該方法不適用于灘涂區(qū)樁基鋼護(hù)筒回收。

圖1 樁頭長度不足

1.2.2 雙護(hù)筒回收?，F(xiàn)有可以循環(huán)使用的雙護(hù)筒法回收方法中，主要是通過在雙護(hù)筒中設(shè)置間隔材料實(shí)現(xiàn)的。該方法利用外護(hù)筒和間隔材料作為支撐部件，在混凝土澆筑時(shí)，將內(nèi)護(hù)筒拔出；待混凝土逐漸成形時(shí)，再將外護(hù)筒拔出[6]。雖然外護(hù)筒在混凝土凝固前能夠防止外部環(huán)境對(duì)樁頭的損傷，但是該方法在混凝土初凝前拔出內(nèi)護(hù)筒的過程已經(jīng)對(duì)樁頭造成了擾動(dòng)。另外，由于外護(hù)筒較長，在混凝土成型后拔出外護(hù)筒的過程雖然有間隔材料的保護(hù)，但也會(huì)對(duì)樁體帶來一定損傷。特別是在外護(hù)筒拔出后，間隔材料受到灘涂區(qū)水流的長期沖刷，會(huì)在樁土之間留下空隙，樁基的耐久性也會(huì)受到影響。因此，該方法仍然不適用于灘涂區(qū)樁基施工的鋼護(hù)筒回收。

在上述研究的基礎(chǔ)上，本文優(yōu)選出了一種新型的灘涂樁基鋼護(hù)筒無損回收技術(shù)及裝置。利用雙護(hù)筒回收方法，通過連接裝置，錯(cuò)開了內(nèi)外護(hù)筒的回收時(shí)間；先拔出外護(hù)筒，保證樁頭混凝土終凝前不受擾動(dòng)，然后通過一組較短的內(nèi)護(hù)筒保護(hù)樁頭，避免灘涂區(qū)復(fù)雜環(huán)境的擾動(dòng)，待混凝土終凝后拔出內(nèi)護(hù)筒，從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外護(hù)筒的無損回收。

1.3 施工方案

該工程采用內(nèi)、外雙護(hù)筒方法對(duì)灘涂樁基進(jìn)行施工，其中外護(hù)筒直徑比設(shè)計(jì)樁徑大20cm，長度保證樁基正常成孔即可，根據(jù)護(hù)筒總長和外界水壓，本文外護(hù)筒壁厚度為1.2cm。內(nèi)護(hù)筒整體呈圓錐臺(tái)狀，采用0.6cm鋼板卷制而成，內(nèi)護(hù)筒的高度應(yīng)保證內(nèi)護(hù)筒埋入淤泥面以下的長度大于外露在淤泥面以上的長度，本文高200cm。內(nèi)護(hù)筒上端口內(nèi)徑比設(shè)計(jì)樁徑大6cm，下端口內(nèi)徑比上端口大8cm。在內(nèi)護(hù)筒的上端口焊接一圈高10cm，厚0.6cm的加強(qiáng)圈。以1.2m樁徑的鋼護(hù)筒回收為例，鋼護(hù)筒無損回收裝置如圖2所示。

圖2 鋼護(hù)筒無損回收裝置

采用該裝置進(jìn)行樁基施工并對(duì)其無損回收步驟如下：

1.3.1 外護(hù)筒安裝。在樁基成孔并清孔完成后，將外護(hù)筒固定在孔內(nèi)，外護(hù)筒安裝與正常樁基成孔的工序一致。

1.3.2 內(nèi)護(hù)筒安裝。在內(nèi)護(hù)筒的內(nèi)外表面設(shè)置脫模隔離層，將內(nèi)護(hù)筒放置在外護(hù)筒內(nèi)部，其中脫模隔離層為模板漆。在內(nèi)護(hù)筒上端口均勻分布四個(gè)吊點(diǎn)鋼板，通過四個(gè)吊點(diǎn)鋼板與外護(hù)筒上口臨時(shí)固定。

1.3.3 鋼筋籠安裝。正常安裝樁基鋼筋籠，安裝最后一節(jié)鋼筋籠時(shí)，根據(jù)樁基系梁底的標(biāo)高加上樁頭超灌高度，調(diào)整內(nèi)護(hù)筒在鋼筋籠上的固定高度，本文為0.6m。然后，使用四根Z字形鋼筋將內(nèi)護(hù)筒固定在鋼筋籠的豎向主筋上。

1.3.4 樁基混凝土灌注。灌注混凝土的高度應(yīng)以密實(shí)混凝土超過樁基鋼筋籠頂為準(zhǔn)，目的是防止在拔出外護(hù)筒時(shí)，混凝土需要填充外護(hù)筒在土層里所占體積和內(nèi)外護(hù)筒之間的空隙，導(dǎo)致已澆筑好的樁頂混凝土下沉，從而出現(xiàn)樁頭混凝土質(zhì)量不合格的情況。

1.3.5 外護(hù)筒拔出。在混凝土初凝前，一般控制在澆筑完成后的3～4小時(shí)。排完外護(hù)筒內(nèi)泥漿水后，解除外護(hù)筒與內(nèi)護(hù)筒相對(duì)固定的連接裝置，采用振動(dòng)錘松動(dòng)外護(hù)筒，然后拔出。

1.3.6 內(nèi)護(hù)筒拔出。混凝土終凝后，解除內(nèi)護(hù)筒與鋼筋籠之間連接的Z型鋼筋，使用吊車掛住內(nèi)護(hù)筒上口其中一個(gè)吊耳，將內(nèi)護(hù)筒輕微松動(dòng)，然后換到對(duì)角的另一個(gè)吊耳上，將內(nèi)護(hù)筒來回松動(dòng)。最后同時(shí)掛上四個(gè)吊耳，保持內(nèi)護(hù)筒四角平衡受力的情況下將其拔出，切不可掛住單個(gè)吊耳將內(nèi)護(hù)筒拔出。

1.3.7 回收循環(huán)利用。內(nèi)、外護(hù)筒拔出后，修整護(hù)筒的局部變形，并涂抹隔離層，從而實(shí)現(xiàn)無損回收，循環(huán)使用。

1.4 施工工藝控制要點(diǎn)

為了保證樁基的質(zhì)量以及方便裝置的安裝、拆除，應(yīng)注意以下要點(diǎn)：

1.4.1 外、內(nèi)護(hù)筒和鋼筋籠應(yīng)保證同軸心。下放鋼筋籠時(shí)，應(yīng)注意鋼筋籠在內(nèi)護(hù)筒內(nèi)的中心偏位和保護(hù)層厚度要求，可以設(shè)置墊塊作為內(nèi)護(hù)筒的支撐，防止其偏位。

1.4.2 在拔出外護(hù)筒前，先將外護(hù)筒內(nèi)剩余的泥漿水排出。避免在外護(hù)筒拔出時(shí)的泥漿水壓過大對(duì)樁頭混凝土沖刷過猛，導(dǎo)致樁頭混凝土質(zhì)量不合格。

1.4.3 排完泥漿水后，使用振動(dòng)錘松動(dòng)外護(hù)筒。振動(dòng)錘松動(dòng)外護(hù)筒后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉震動(dòng)功能，減少振動(dòng)錘對(duì)樁基混凝土的擾動(dòng)。

1.4.4 當(dāng)拔出外護(hù)筒時(shí)，其下端口到達(dá)淤泥面時(shí)應(yīng)當(dāng)停止一段時(shí)間，當(dāng)外護(hù)筒內(nèi)的泥漿以及混凝土混合物靜止后繼續(xù)將外護(hù)筒向外拔。

1.5 樁身完整性評(píng)價(jià)

采用超聲波透射法對(duì)樁身混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，以使用常規(guī)回收方法的左幅17#-2樁基為例。樁頂往下0～1.5m處，首波平緩，波幅??；第一周波的后半周，甚至到第二個(gè)周波，幅度增加得仍不夠，接收波的包絡(luò)線呈喇叭形；第一、二個(gè)周期的波形有時(shí)有畸變，且聲時(shí)增大，聲速和主頻降低，PSD（聲波的功率譜密度）值增大，推斷造成此缺陷的原因可能為護(hù)筒回收時(shí)導(dǎo)致樁頭損傷或坍塌，且部位位于灘涂區(qū)，澆筑后的混凝土與泥沙結(jié)合成混合物造成此處樁身混凝土夾泥；其余剖面未發(fā)現(xiàn)異常測(cè)點(diǎn)。結(jié)合以上各聲學(xué)特征，可判定該基樁完整性為Ⅱ類。采用無損回收技術(shù)后，以左幅58#-0基樁為例。該樁各聲測(cè)剖面波形均正常，且各測(cè)點(diǎn)聲速值、波幅值均大于臨界值，無畸變?；谝陨下晫W(xué)特征，該基樁完整性評(píng)價(jià)為Ⅰ類。

通過比較兩種回收方法的樁檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在灘涂區(qū)樁基護(hù)筒回收，若采用常規(guī)回收方法，灘涂區(qū)的復(fù)雜環(huán)境以及施工工藝都容易對(duì)樁頭產(chǎn)生損傷，影響樁基評(píng)價(jià)結(jié)果。若采用本文雙護(hù)筒回收，對(duì)樁頭的影響較小。

2 結(jié)束語

本文以寧海某公路工程橋梁在灘涂區(qū)樁基施工為對(duì)象，提出了一種新型的灘涂樁基鋼護(hù)筒無損回收技術(shù)及裝置，該裝置解決了目前灘涂樁基施工鋼護(hù)筒回收的技術(shù)難題，避免鋼護(hù)筒受損，使得鋼護(hù)筒能夠重復(fù)利用，降低灘涂區(qū)樁基混凝土的損傷，保證了樁基質(zhì)量，可為灘涂區(qū)類似工程提供參考。