裸巖陡坡鋼護筒施工技術

橋梁樁基施工是橋梁主體施工前最關鍵的工程之一，尤其在裸巖陡坡中樁基的施工顯得更加重要。研究出一套合理有效的施工方案，達到降低施工難度，提高施工進度，從而解決裸巖陡坡條件下鋼護筒的埋設技術難題，在同類工程中具有重要意義。

工程概況

貴州省貞望特大橋是望謨、貞豐兩個縣城的交通連接紐帶，跨越北盤江龍灘水庫，是連接兩岸交通的關鍵性控制工程。貞望大橋為跨越北盤江龍灘水庫而設，河谷呈V型，河谷兩岸地勢較陡，望謨岸水平傾角25°～30°，貞豐岸水平傾角30°～45°。

貞望大橋5#、6#主墩基礎采用9根?2.8m鉆孔樁，豐水期時位于水中，樁間中心距5.6m，采用?3.2m鋼護筒施工。

自然條件

地質地貌

橋位區地貌為構造剝蝕、溶蝕低山河谷地貌。境內地勢西北高、東南低，山巒起伏，河流縱橫，沿河兩岸有大小不等的壩地。

5號橋墩覆蓋層為充填土及軟塑紅黏土層，厚度為1.8m～2.9m，土質較軟，不宜做地基持力層。6號橋墩覆蓋層為充填土及紅黏土層，厚度為1.8m～2.9m，充填土主要為北盤江蓄水后堆積而成，含有細沙、粗砂、軟粘土等，結構松散；紅粘土土質不均勻，含有風化石細顆粒及殘塊，呈塊狀、濕軟塑狀態。

水文氣象

貞望大橋位于北盤江上，北盤江樂元段受下游龍灘水電站蓄水影響，水位變化幅度較大。水庫庫區死水位為330.00m，最低通航水位355.00m，龍灘電站一期最高蓄水位375.00m。

橋位區屬于亞熱帶溫濕季風氣候，具有明顯的春早、夏長、秋晚、冬短的特點。年平均氣溫19℃，極端最低氣溫為零下4.8℃，極端最高氣溫41.8℃。

原理介紹

本文介紹了一種“埋入法”橋梁樁基鋼護筒施工技術，適用于巖層條件下樁基鋼護筒施工，尤其適用于傾斜裸巖復雜條件下，可保證鋼護筒嵌固在巖層中穩定工作，且具有施工難度低、工藝簡單、投入少、適用性強等特點。

如圖1（a）所示，“埋入法”技術即首先確定鋼護筒嵌巖位置，在鋼平臺上利用沖擊鉆整平傾斜裸巖層，再使用大沖程鉆機鉆至鋼護筒預埋的深度，其鉆孔的大小須比鋼護筒外徑略大，鉆進過程中及時排出碎石渣。安裝鋼護筒導向架系統，系統上下設置兩層導向架，確保下沉中鋼護筒的豎向傾斜度在規范要求范圍內。下沉鋼護筒至預埋深度處，在定位孔內鋼護筒外澆筑混凝土，待混凝土達到一定強度后，拆除下層導向架，用填土將其填埋壓實，如圖1（b）所示。

圖1 施工原理圖

施工方案

在斜坡、裸巖條件下沉設鋼護筒，主要存在“巖面傾斜較大、對鋼護筒限位不足”兩個問題。對此，分別采取了“預先鑿平巖面、設置導向架”兩項應對措施。

預先鑿平巖面

巖層鑿平可直接在平臺上利用鉆機進行，采用比鋼護筒直徑大100mm以上的鉆錘對巖面理坡。檢驗理坡效果，觀察沖擊錘自由下落時鉆頭是否平穩，采用測深錘檢查巖面鑿平效果，當樁位處的巖面最大高差小于100mm時視為合格，可進行后續施工。

鋼護筒定位孔鉆擊成形

在平臺上安裝鉆機并精準定位，采用略大于鋼護筒直徑的大沖程鉆機，在定位孔處鉆擊基巖，直至鉆到鋼護筒底設計深度處。

根據沖擊鉆的活塞效應工作原理，增加定位孔的深度加大沖擊錘沖擊時的活塞效應，如圖2所示，故可在定位孔處加設2m的鋼套箱，在鋼套箱內繼續沖孔成形。

鋼護筒加工、拼裝

為了保證鋼護筒下放的垂直度，先進行岸上預拼裝，在導向架系統的控制下整體插入定位孔內。首先，在岸上水平布置型鋼預拼臺座。臺座采用型鋼進行制作，主橫梁材料為工字鋼，立柱材料為角鋼對焊成方鋼，立柱間斜撐材料為角鋼或螺紋粗鋼筋，在預拼臺座的主橫梁上安放滑輪組，使鋼護筒在預拼時可以隨意滾動，保證相鄰的兩節鋼護筒調整到最佳的對接位置。

圖2 鋼套箱示意圖

為了保證鋼護筒在制作加工、運輸過程中的圓弧度，采用螺旋撐桿安裝在鋼護筒兩段和中間。螺旋撐桿由兩根可調節的剛性材料制成，通過旋轉十字架檢查和校正鋼護筒的圓弧度。鋼護筒拼接前不拆除螺旋撐桿，以保證鋼護筒在運輸安裝過程中不變形。

鋼護筒沉放

弧形限位計導向架設計與施工：導向架系統采用槽鋼25a雙拼組成，在上下兩層中每層的橫架中點各設有弧形限位計四個，呈四邊形布置，導向架每層呈“口”字型，尺寸為3320mm×3320mm。頂層導向架與平臺型鋼焊接，保證鋼護筒下放過程中鋼護筒與導向架的整體穩定性。弧形限位計與鋼護筒外側最大空隙達60mm，便于下放鋼護筒（如圖3所示）。

圖3 弧形限位計導向架

圖4 有限元分析結果

限位計制成與鋼護筒弧度一致的弧形，四個均固定在液壓千斤頂上，其中千斤頂緊固于導向架的橫架上，控制千斤頂可進行調節弧形限位計伸縮。

弧形限位計導向架通過各層限位計對鋼護筒進行限位，鋼護筒下沉過程中可對鋼護筒平面位置及傾斜度進行有效控制。

平面位置及傾斜度控制：鋼護筒在下放過程中平面位置和傾斜度控制是重要的環節，在施工中加以控制和調整。下沉鋼護筒時，將鋼護筒沿著導向架系統準確沉放至定位孔內，若有傾斜角度，則調節液壓千斤頂，直至滿足豎直度要求為止。

澆筑混凝土及填埋

鋼護筒平面位置和傾斜度調整好后，采用C35水下速凝混凝土，使用導管沿著鋼護筒外圍在定位孔內均勻澆筑混凝土，澆筑至定位孔上部處。等到混凝土達到一定強度后，拆除導向架系統的下半部分，將土石填料分層填埋鋼護筒上半部分并壓實，形成階梯形平臺。

有限元模型分析

為了進一步驗證嵌固在巖層與埋入在土層中的鋼護筒穩定性，建立有限元模型，分別對鋼護筒的位移和應力狀態進行分析，確保鋼護筒能夠正常工作。

有限元分析模型的建立

鋼護筒厚δ=10mm，直徑D=3.2m，高度取H=6.0m，材料選取A3鋼。采用有限元軟件MIDAS Civil建立分析模型，對模型進行網格劃分，縱向劃分為40個單元，橫向劃分為15個單元，共劃分為600個有限單元進行分析。鋼護筒外側土壓力采取線性荷載施加，其荷載的添加采用流體壓力荷載代替周圍土壓力荷載。

有限元分析結果

鋼護筒埋入填土中深度取4m，其分析結果如下圖4所示。

從應力和位移分析圖中可以看出，鋼護筒的有效應力和位移最大值均出現在下部，σmax=2.70×104KN/m2＜[σ]，umax=0.37mm，均滿足穩定性要求，鋼護筒能夠正常工作。