薄壁內(nèi)護(hù)筒替代外護(hù)筒法在水上鉆孔樁成樁中的應(yīng)用

【摘 要】在水深較大，樁頂標(biāo)高高出施工水位，且數(shù)量較大的水上鉆孔樁施工中，用壁厚較薄的內(nèi)護(hù)筒代替較厚的外護(hù)筒作為鉆孔樁樁身的模板，從而解放外護(hù)筒，使外護(hù)筒可以反復(fù)使用，減少鋼材用量，以達(dá)到降低施工成本的目的。

【關(guān)鍵詞】鉆孔樁；薄壁內(nèi)護(hù)筒；外護(hù)筒；施工技術(shù)

1、工程概況

澳門氹仔新碼頭擴(kuò)建工程——基礎(chǔ)施工項(xiàng)目主要工程量為鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁主要分為EM4和EM5兩種類型，直徑分別為1.0m和1.2m。

北面擴(kuò)建區(qū)鉆孔灌注樁EM4的樁長平均為38.5m，入巖深度要求為3.0m，共773根；EM5的平均長度為39.5m，入巖深度要求為3.6m，共190根。西面擴(kuò)建區(qū)鉆孔灌注樁均為EM4，平均樁長43.0m，入巖深度要求為3.0m，共266根。其中北面擴(kuò)建區(qū)963根鉆孔樁全部位于水上，西面擴(kuò)建區(qū)166根位于水上，樁頂標(biāo)高0.5m～0.8m不等。

2、水文、地質(zhì)

施工區(qū)域與外海相連，受潮水影響，施工區(qū)域平均水深達(dá)到7m。根據(jù)地勘資料，由上至下土層分布為淤泥層，粘土層，中砂，殘積土，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖。其中淤泥層厚度超過10m。

3、施工方案

鋼護(hù)筒是鉆孔樁施工必不可少的專用鋼結(jié)構(gòu)，有如下三個(gè)主要作用：一是作為鉆具的初始導(dǎo)向和上部覆蓋層中樁孔的支護(hù)結(jié)構(gòu)；二是可以保持鉆孔施工時(shí)孔內(nèi)泥漿面標(biāo)高（即孔內(nèi)水頭高度），以確保不塌孔；三是作為樁身混凝土澆筑時(shí)的模板。

鋼護(hù)筒的板壁厚度可以根據(jù)薄壁鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和鋼樁的錘擊經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出，一般為D/125 ～D/100（D為鋼護(hù)筒直徑）。護(hù)筒內(nèi)徑則是根據(jù)成樁的垂直度、鉆具性能等確定，一般比樁身的設(shè)計(jì)直徑大約20cm。本項(xiàng)目中直徑1.0m和1.2m鉆孔樁的鋼護(hù)筒板厚分別為10mm和12mm，護(hù)筒內(nèi)徑分別為1.2m和1.4m。 水上鉆孔樁施工需設(shè)置鋼護(hù)筒以保證樁身從巖面延伸到水面以上。

根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)條件、潮水位及護(hù)筒內(nèi)外水頭差等條件，鋼護(hù)筒頂面標(biāo)高+3.1，護(hù)筒平均長度達(dá)到22m。如果采用常規(guī)方法設(shè)置水上鋼護(hù)筒，成樁后護(hù)筒不能被取出，而樁基設(shè)計(jì)不考慮外護(hù)筒參與受力，很長一段外護(hù)筒只充當(dāng)樁身混凝土模板，將耗費(fèi)大量鋼材。

為減少鋼材消耗量，進(jìn)而降低施工成本，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)經(jīng)過仔細(xì)研究最終采用薄壁內(nèi)護(hù)筒替代外護(hù)筒法施工水上鉆孔灌注樁。利用壁厚較薄的內(nèi)護(hù)筒代替較厚的外護(hù)筒作為樁身的永久模板，從而解放外護(hù)筒，使外護(hù)筒可以反復(fù)使用，同時(shí)減少混凝土浪費(fèi)量，以達(dá)到降低施工成本的目的。

4、薄壁內(nèi)護(hù)筒替代外護(hù)筒法施工技術(shù)

4.1 施工平臺(tái)、設(shè)備

本工程樁位布置絕大部分為8m 8m布置。結(jié)合吊機(jī)起吊能力，單個(gè)平臺(tái)承擔(dān)4個(gè)樁位施工。根據(jù)樁位平面圖及沖擊鉆外形尺寸確定鉆孔平臺(tái)尺寸，利用打入的Φ0.63m鋼管樁作為平臺(tái)的支撐。平臺(tái)鋼管樁的插打，由測量部門控制定位，利用浮吊安插施工，打樁設(shè)備采用BVP-300振動(dòng)打樁錘。鋼管樁安插完后安裝下橫梁及上層框架，在平臺(tái)上焊接簡易導(dǎo)向裝置插打鋼護(hù)筒，施工完畢的鋼護(hù)筒可與平臺(tái)連接成整體，以增加平臺(tái)的剛度和穩(wěn)定性。外護(hù)筒插打、拔除均采用BVP-600振動(dòng)錘，浮吊配合施工。

4.2 薄壁內(nèi)護(hù)筒替代外護(hù)筒法施工流程

薄壁內(nèi)護(hù)筒替代外護(hù)筒法施工工藝流程為：水上平臺(tái)樁插打→平臺(tái)搭設(shè)→外護(hù)筒插打→鉆機(jī)就位→終孔、清孔、驗(yàn)孔→薄壁內(nèi)護(hù)筒安裝→鋼筋籠子安裝→下導(dǎo)管二次清孔→水下混凝土灌注→外護(hù)筒拔除。

4.3 薄壁內(nèi)護(hù)筒構(gòu)造及制造

內(nèi)護(hù)筒采用2.5mm鋼板卷制而成，護(hù)筒內(nèi)徑與鉆孔樁直徑相同，以15.12m作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。為增加內(nèi)護(hù)筒剛度，每3.8m左右設(shè)置一道加勁板條，與內(nèi)護(hù)筒采用間斷焊接，加勁板條采用板厚5mm，板寬50mm鋼帶卷制，設(shè)置于內(nèi)護(hù)筒外側(cè)。為便于起吊及施工現(xiàn)場節(jié)段間對(duì)接，內(nèi)護(hù)筒兩端設(shè)置加強(qiáng)箍，加強(qiáng)箍采用板厚10mm，板寬100mm鋼帶卷制而成，設(shè)置于內(nèi)護(hù)筒外側(cè)，與內(nèi)護(hù)筒鋼板采用間斷焊。上下加強(qiáng)箍均設(shè)置4塊打梢吊耳板，打梢吊耳板上開孔使之能穿卡環(huán)，對(duì)稱布置。

打梢吊耳板的作用是便于定位、起吊；加強(qiáng)箍的作用增強(qiáng)內(nèi)護(hù)筒剛度，同時(shí)是便于對(duì)接焊接。

內(nèi)護(hù)筒結(jié)構(gòu)及對(duì)接如下圖所示：

4.4 薄壁內(nèi)護(hù)筒安裝

薄壁內(nèi)護(hù)筒在鉆孔樁終孔、清空、驗(yàn)孔結(jié)束后，鋼筋籠安裝前進(jìn)行。根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)勘探，內(nèi)護(hù)筒底口均已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，且內(nèi)護(hù)筒下放深度必須深于外護(hù)筒底口以下8m。薄壁內(nèi)護(hù)筒頂標(biāo)高低于外護(hù)筒30cm，避免影響拔除外護(hù)筒時(shí)振動(dòng)錘夾持器的使用。

由于內(nèi)護(hù)筒長度較長，受吊機(jī)起吊高度及運(yùn)輸船只船艙及內(nèi)護(hù)筒剛度限制需分節(jié)下放。內(nèi)護(hù)筒采用浮吊安裝。采用大小鉤同時(shí)起吊底節(jié)內(nèi)護(hù)筒，待內(nèi)護(hù)筒脫離船艙后大鉤提升直至該節(jié)段護(hù)筒豎直，下放至已成孔中，將底節(jié)內(nèi)護(hù)筒通過打梢吊耳板與外護(hù)筒頂口固定。以相同方法吊起第二節(jié)內(nèi)護(hù)筒，與底節(jié)內(nèi)護(hù)筒對(duì)接，對(duì)接時(shí)要保證兩節(jié)護(hù)筒軸線重合。重復(fù)上述步驟，直到下放到至設(shè)計(jì)深度，并保證其位置準(zhǔn)確、垂直度滿足要求。

內(nèi)護(hù)筒孔位處接長時(shí)，將上、下節(jié)內(nèi)護(hù)筒底、頂口加強(qiáng)箍焊接連接，采用手工電弧焊。工地焊接環(huán)境要求：工地焊接環(huán)境應(yīng)符合如下規(guī)定：風(fēng)力<5級(jí)，溫度≥5oC，濕度≤80%，雨天不能工地焊接。超出以上環(huán)境要求者，應(yīng)采取措施，確保能保證焊縫質(zhì)量時(shí)方可進(jìn)行施焊。

薄壁內(nèi)護(hù)筒下放到指定深度后采用4根鋼筋懸掛在外護(hù)筒上口，吊筋采用直徑12mm鋼筋，沿圓周均布。吊筋上口彎曲懸掛后與外護(hù)筒外側(cè)焊接。

4.5 外護(hù)筒拔除

薄壁內(nèi)護(hù)筒安裝完成后，吊裝鋼筋籠及聲測管，二次清孔后采用導(dǎo)管法灌注鉆孔樁水下混凝土。灌注完成后割除外護(hù)筒與平臺(tái)、內(nèi)護(hù)筒間聯(lián)系，采用吊機(jī)配合BVP-600振動(dòng)錘拔除外護(hù)筒。

外護(hù)筒拔除時(shí)間需嚴(yán)格控制，應(yīng)在混凝土初凝前，不宜過早，亦不宜過晚。在混凝土灌注完成后2-3小時(shí)內(nèi)拔除。拔除時(shí)間過早：混凝土尚能流動(dòng)，由于土層受拔樁振動(dòng)錘振動(dòng)，將能量傳遞至鉆孔樁，混凝土很容易從內(nèi)護(hù)筒底流出，造成混凝土面下沉。拔除最晚時(shí)間不得超過外護(hù)筒底口處混凝土初凝時(shí)間，初凝后拔除會(huì)影響樁身混凝土結(jié)構(gòu)，造成混凝土開裂，嚴(yán)重影響樁身質(zhì)量；此外，因灌注混凝土?xí)r，外護(hù)筒與內(nèi)護(hù)筒之間會(huì)流入一些混凝土，若拔除時(shí)間過晚，混凝土已經(jīng)固結(jié)，鋼護(hù)筒將難以拔出。

鋼護(hù)筒拔除時(shí)，采用雙夾持器震動(dòng)錘，必須嚴(yán)格控制吊機(jī)鋼絲繩垂直度，平穩(wěn)的拔出。若因不平穩(wěn)而碰撞到內(nèi)護(hù)筒，會(huì)造成樁身傾斜，嚴(yán)重的會(huì)造成內(nèi)護(hù)筒焊縫處開裂，混凝土迸出，形成斷樁。

5、薄壁護(hù)筒替代外護(hù)筒法施工效果

無論何種施工方法，保證成樁質(zhì)量是先決條件，經(jīng)過專業(yè)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測，所有鉆孔樁均滿足設(shè)計(jì)要求。

薄壁護(hù)筒鋼板厚度為2.5mm，薄壁內(nèi)護(hù)筒的重量遠(yuǎn)輕于外護(hù)筒，并且外護(hù)筒在灌注混凝土結(jié)束后可拔除，從而實(shí)現(xiàn)外護(hù)筒循環(huán)使用。本工程水中共計(jì)1129根鉆孔灌注樁，如按常規(guī)方法施工，鋼護(hù)筒平均長度約22m，承臺(tái)底以上高度護(hù)筒切割回收長約3m，護(hù)筒內(nèi)徑為1.2m，壁厚為10mm，則無法回收的護(hù)筒鋼材為6398t；而采用薄壁護(hù)筒法施工，薄壁護(hù)筒壁厚2.5mm，內(nèi)徑1.0m，無法回收長度27m，鋼材消耗量為1883t。本項(xiàng)目中優(yōu)化后的施工方法鋼材消耗數(shù)量減少約5215t，經(jīng)濟(jì)效益顯而易見。此外，在滿足設(shè)計(jì)要求和樁基定位的前提下，薄壁內(nèi)鋼護(hù)筒替代外護(hù)筒法還相應(yīng)地減少了6971m3混凝土，進(jìn)一步降低施工成本。

6、結(jié)束語

薄壁內(nèi)護(hù)筒替代外護(hù)筒法適用于鉆孔樁數(shù)量較多，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出施工水位，而水深較深，流塑性淤泥層較厚，樁徑小于1.4m的水上鉆孔樁施工。樁徑過大，內(nèi)護(hù)筒直徑大，剛度小，起吊易變形，且難以保證內(nèi)護(hù)筒圓度；數(shù)量過少使用薄壁護(hù)筒經(jīng)濟(jì)效果并不顯著。使用時(shí)需根據(jù)項(xiàng)目具體情況，結(jié)合地質(zhì)、水文等條件，在充分經(jīng)濟(jì)比選論證的前提下合理使用。

薄壁內(nèi)護(hù)筒替代外護(hù)筒法施工技術(shù)是在引進(jìn)、消化吸收以往同類工程施工技術(shù)的同時(shí)，采用自制薄壁內(nèi)護(hù)筒，降低了施工成本，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)國內(nèi)外類似工程積累了重要的經(jīng)驗(yàn)，具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]《港口工程地基規(guī)范》，人民交通出版社，JTS 147-1-2010

[2]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，JTG/T F50-2011

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，中國建筑工業(yè)出版社，2004