超長鋼護筒在某特大橋施工過程中重復利用實踐

邢 磊 （安徽省路港工程有限責任公司，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1454.4m。24#、25#為水中墩基礎，本次施工的，橋承臺下為26-Φ2m鉆孔灌注樁。承臺平面尺寸為13.5m×40.5m，厚度為4m，采用拉森Ⅳ鋼板樁施工。橋梁寬度19m，主橋為75m+130m+75m變截面預應力混凝土連續箱梁，采用掛籃懸臂澆注。

1.2 樁基所在地地質情況

樁基入土涉及的地質情況為：從上往下依次為軟土層、粉質粘土層、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（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，標貫擊數0～3.0擊，承載力基本容許值70kPa，摩阻力標準值20kPa。軟土具有流變性、觸變性、高壓縮性、低承載力等特點。鋼護筒必須入軟土一定深度才能保證不下沉。

2 確定技術方案

根據規范要求，選用鋼護筒內徑為2.2m用厚10mm的Q235鋼板進行卷制。鋼板放置要和卷板機保持垂直，否則鋼護筒拼接不垂直，下沉鋼護筒困難。鋼護筒焊縫厚度不小于6mm滿焊。根據計算選用鋼護筒長度為12m，鋼護筒入軟土6m，用護筒與軟土摩阻力與鋼護筒自重保持平衡。鋼護筒自重t=3.14×2.2×12×0.0786=6.51t（查表可知10mm厚鋼板重78.6kg/m2）。當鋼護筒入軟土層6m時側壁摩阻力加端載力 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，滿足鋼護筒平衡自重。相鄰護筒之間用滑槽相互連接，已是相鄰護筒能作泥漿池使用。超長鋼護筒施工，是將超長鋼護筒重復利用的一種工法，是指在樁基礎施工結束后利用吊車配合振動錘將鋼護筒拔出并沉入下一樁位進行施工，并將下一樁位上鋼護筒當做循環池使用，通過鋼護筒多次循環使用，達到節約材料及成本的一種施工方法。

DZ-90型振動錘，電動機功率90kW，偏心距500Nm，激振力677kN，空載振幅9.0mm，允許拔樁力300kN，錘重質量5864kg，配單夾具。

拔鋼護筒需要克服的阻力F1=t+f+振動錘自重=65.1kN+87.75kN+58.64kN=211.49kN=21.149t，根據50t汽車吊參數表可知，當主臂10.8m，工作幅度6m時，起重額度為25.6t大于21.149t，滿足施工要求。

本深水基坑共26根樁基，采用8根鋼護筒，鋼護筒最高重復使用次數為3次，兩根鋼護筒組合使用，一根作為正常護筒1根作為泥漿儲備池使用，滿足施工要求。

3 施工準備

3.1 施工鋼平臺搭設

施工平臺及鋼護筒平面布設圖

施工平臺及鋼護筒剖面圖

主體結構主要有貝雷梁鋼棧橋、起吊插打設備和鋼護筒等三大系統。由貝雷片搭設的鋼梁作為支撐系統，形成整個體系的操作平臺，通過操作平臺上的起吊設備起吊振動錘，將鋼護筒固定并吊至施工樁位，通過現場放樣使鋼護筒準確就位，實施插打作業。平臺面板為專用橋面板，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，計算時可保守按照簡支梁3000mm跨徑。最大受力位置出現在機械轉向區域，轉向區域專設并增加響應的限位措施。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，橫向連系梁用專用花欄連接，橋面采用專用2×6m大橋面板滿鋪。在鉆孔灌注樁位置處，提前預留孔，用臨時鋼板蓋住。

3.2 鋼護筒制作

鋼護筒采用長6.9m寬2m厚0.01mQ235鋼板通過卷板機卷制而成，內徑2.2m鋼護筒為2m一節，12m長鋼護筒通過6節相互焊接而成，在最上口處加圈1cm鋼板加強，防止卷口。為了滿足樁基垂直度要求，鋼護筒誤差控制在2mm以內。

3.3 施工用電準備

在施工場所50m處架設500kW的變壓器，已供施工要求。同時考慮到鋼護筒插打及拔出施工時用電不宜間斷，現場配備1臺發電機組，停電立即啟動發電機供電。

3.4 鋼護筒插打

根據相關規范要求及樁基成樁檢查驗收標準，鋼護筒插打控制的主要質量指標是要求保證鋼護筒插打的位置準確性和垂直度，要求位置偏差不大于50mm，傾斜度不大于0.5%。同時插打時控制落錘力度，以防落錘過多造成護筒頂面標高低于設計高度。

3.5 振動錘進場準備

振動錘進場后進行專業調試，確認好接線的正負極，同時對鋼護筒進行試夾，以保證夾具力度滿足使用要求，不在使用過程中出現脫夾現象。

4 施工工藝

4.1 施工方法

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

4.2 施工機械

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

4.3 主要施工工序

鋼平臺搭設完成后，測量組根據樁基坐標放樣圖用全站儀放出樁基中心樁，設立護樁，校核無誤且經監理工程師確認后方可進行下步施工。在成樁過程中由測量組多次進行復測、監控，以保證成樁后樁基礎的位置滿足施工規范及設計要求。

汽車吊在鋼平臺就位后，先吊起振動錘，用振動錘夾起鋼護筒起吊至樁位處，精確定位后下放至不下沉時，開啟振動錘下放吊車吊鉤，使鋼護筒下沉至設計位置。然后用滑槽連接兩個相鄰鋼護筒，一個做鋼護筒使用，一個作泥漿池使用。用鋼護筒作為沉淀池、泥漿池，鉆渣沉淀后要及時挖出并外棄。為防止泥漿流入河道污染水源，對鋼護筒有漏縫的地方及時補焊，封閉。

鉆機精確就位后，固定好鉆機，啟動卷揚機吊起沖擊錐，把沖擊錐徐徐放進護筒中準備沖擊鉆進，沖孔之前，對主要機具及配套設備需進行檢查、維修。在鋼護筒段要緩慢錘擊，減少行程。

在鉆進過程中不斷用試驗儀器對泥漿的各項性能指標進行測試，根據泥漿性能和地層情況及時調整泥漿的濃度，必要時添加外加劑，以保證鉆孔在經過軟土層時泥漿不外漏。

開鉆前施工人員必須熟悉施工設計圖紙所提供的地質、水文資料，以供對不同地層選用不同沖程及適當的泥漿比重。鉆進過程中，要經常注意土層變化，在土層變化處均應撈取渣樣，判斷土層，記入施工記錄表中，并與地質柱狀圖土層核對，是否滿足承載力要求，作為終孔時的重要依據。

鉆進。鉆機安裝就位后，底座和頂端要平穩，與鋼平臺采用焊接固定方式，不得產生位移以防錘頭碰撞鋼護筒造成鋼護筒位移及下沉。初鉆時進尺適當控制，采用小沖程，使最初成孔豎直、圓順，防止孔位偏心、孔口坍塌。進入正常鉆進后，采用4～5m中、大沖程，但最大沖程不超過6m。鉆進過程中及時排渣，并保持泥漿的密度和粘度。同時經常注意地層的變化，在地層的變化處均應撈取渣樣，判斷地質的類型，填入記錄表中，并與設計提供的地質剖面圖相對照。鉆渣渣樣均編號保存，以便分析備查。鉆孔作業要連續進行，不得間斷，因故必須停鉆時，孔口應加蓋，并嚴禁把沖擊錐留在孔內，以防埋鉆。

鉆孔達到要求深度后，對孔深、孔位、孔徑、孔形和傾斜度進行檢查，并將檢查結果填入終孔檢查表。確認滿足設計要求后，立即填寫終孔檢查證書，進行孔底清理和灌注水下混凝土的準備工作?？讖?、孔形和傾斜度采用檢孔器吊入鉆孔內檢測。

孔檢合格后進行鋼筋籠安裝，鋼筋籠上安裝4根聲測管，聲測管頭漏出水面1m以上，以備樁基檢測需要。鋼筋籠下放完畢，須進行二次清孔，當泥漿濃度、含沙率及沉渣厚度達到設計要求和規范要求后，才可以進行灌注水下混凝土。清孔后，從孔底提取的泥漿指標要符合規范要求，即相對密度：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設計圖紙的規定值，提前做好灌注水下混凝土準備工作，縮短清孔至灌注水下混凝土間隔時間，整個過程要保證鋼護筒內的水位差，以防止塌孔。

確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上多灌注50～100cm，待混凝土強度達到70%后，用人工鑿除多余的混凝土，以保證樁頭混凝土質量良好。

灌注水下混凝土時，施工人員要全程值班，并準備好備用發電機及攪拌機。施工人員必須認真細致記錄好澆注過程中的混凝土頂面標高和導管長度，以計算埋管深度，一般要求每灌注兩斗混凝土測量1次，每次沿樁周均勻測3點，最低點處的埋管深度須滿足規范要求的2～6m。

混凝土灌注高度要準確監控，以防混凝土混凝土沒灌注到位造成質量問題，或者灌注過高，混凝土與鋼護筒連接面積過多，造成鋼護筒與混凝土摩阻力過大，無法拔出。

混凝土澆筑完成后1h后，混凝土已達到初凝時間但未達到終凝，此時鋼護筒與混凝土摩阻力小，且拔出鋼護筒后混凝土已具備一定強度，不會被水流沖刷造成質量問題。鋼護筒拔出前，把沖擊鉆機及雜物移至其他空地，50t吊車就位起吊振動錘，用振動錘夾起鋼護筒，吊車保證上下不動。開啟振動錘，當電流達到20A，此時振動錘轉速達到1500r/min、功率達到75kW左右。吊車慢慢起吊，當吊車起吊至鋼護筒底離開土層時，關閉振動錘電源。用吊車吊鋼護筒至下一個新樁位，把鉆機安裝至原來作為泥漿池的鋼護筒位置處進行鉆孔施工。

樁基檢測。當混凝土澆筑滿14d后。用超聲波檢測儀通過聲測管對樁基質量進項檢測，因聲測管漏出水面1m，在鋼平臺上即可對樁基進行檢測。通過樁基檢測顯示本工程樁基質量良好，全部達到一類樁基標準。

鋼護筒拔出前準備

鋼護筒拔出

5 總結

在大跨度橋梁建設中，水中墩的施工是不可避免的，超長鋼護筒施工，是將超長鋼護筒重復利用的一種工法，是指在樁基礎施工結束后利用吊車配合振動錘將鋼護筒拔出并沉入下一樁位進行施工，并將下一樁位上鋼護筒當做循環池使用，通過鋼護筒多次循環使用，達到節約材料及成本的一種施工方法。通過超長鋼護筒重復利用，節約金錢時間，同時也使得樁基質量充分保證，施工速度明顯提高，能有效控制樁位偏差在允許范圍之內，同時因為鋼護筒可以充當循環池和重復利用，而且在鋼平臺上施工，不但降低了工人的勞動強度、提高施工效率、加快施工進度，而且大大降低施工安全風險，創造良好的施工安全環境。應用該工藝取得良好效果，增加施工經濟效益和社會效益。隨著國家對公路橋梁建設的重視，加快了新建道路和老路改擴建工作，全國各地新建橋梁的數量和規模不斷擴大，該工藝的應用前景廣闊，也為其他項目水中基礎施工提供借鑒。