超长钢护筒在某特大桥施工过程中重复利用实践

邢 磊 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230022）

1 工程概况

1.1 桥梁总体概况

S316裕溪河特大桥全长1454.4m。24#、25#为水中墩基础，本次施工的，桥承台下为26-Φ2m钻孔灌注桩。承台平面尺寸为13.5m×40.5m，厚度为4m，采用拉森Ⅳ钢板桩施工。桥梁宽度19m，主桥为75m+130m+75m变截面预应力混凝土连续箱梁，采用挂篮悬臂浇注。

1.2 桩基所在地地质情况

桩基入土涉及的地质情况为：从上往下依次为软土层、粉质粘土层、砂层、软石土、粉砂岩。软土距水面平均7m且软土平均厚度16.15m，最大厚度20.9m，主要分布在河岸河漫滩区（即主桥主墩位置处），天然含水率33.1%～83.0%，天然孔隙比0.882～2.495，标贯击数0～3.0击，承载力基本容许值70kPa，摩阻力标准值20kPa。软土具有流变性、触变性、高压缩性、低承载力等特点。钢护筒必须入软土一定深度才能保证不下沉。

2 确定技术方案

根据规范要求，选用钢护筒内径为2.2m用厚10mm的Q235钢板进行卷制。钢板放置要和卷板机保持垂直，否则钢护筒拼接不垂直，下沉钢护筒困难。钢护筒焊缝厚度不小于6mm满焊。根据计算选用钢护筒长度为12m，钢护筒入软土6m，用护筒与软土摩阻力与钢护筒自重保持平衡。钢护筒自重t=3.14×2.2×12×0.0786=6.51t（查表可知10mm厚钢板重78.6kg/m2）。当钢护筒入软土层6m时侧壁摩阻力加端载力 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，满足钢护筒平衡自重。相邻护筒之间用滑槽相互连接，已是相邻护筒能作泥浆池使用。超长钢护筒施工，是将超长钢护筒重复利用的一种工法，是指在桩基础施工结束后利用吊车配合振动锤将钢护筒拔出并沉入下一桩位进行施工，并将下一桩位上钢护筒当做循环池使用，通过钢护筒多次循环使用，达到节约材料及成本的一种施工方法。

DZ-90型振动锤，电动机功率90kW，偏心距500Nm，激振力677kN，空载振幅9.0mm，允许拔桩力300kN，锤重质量5864kg，配单夹具。

拔钢护筒需要克服的阻力F1=t+f+振动锤自重=65.1kN+87.75kN+58.64kN=211.49kN=21.149t，根据50t汽车吊参数表可知，当主臂10.8m，工作幅度6m时，起重额度为25.6t大于21.149t，满足施工要求。

本深水基坑共26根桩基，采用8根钢护筒，钢护筒最高重复使用次数为3次，两根钢护筒组合使用，一根作为正常护筒1根作为泥浆储备池使用，满足施工要求。

3 施工准备

3.1 施工钢平台搭设

施工平台及钢护筒平面布设图

施工平台及钢护筒剖面图

主体结构主要有贝雷梁钢栈桥、起吊插打设备和钢护筒等三大系统。由贝雷片搭设的钢梁作为支撑系统，形成整个体系的操作平台，通过操作平台上的起吊设备起吊振动锤，将钢护筒固定并吊至施工桩位，通过现场放样使钢护筒准确就位，实施插打作业。平台面板为专用桥面板，用配套的U型螺栓固定在在中心间距250mm的I25b工字钢横梁上，工字钢横梁安装在净距3000mm的单层三排贝雷梁上，计算时可保守按照简支梁3000mm跨径。最大受力位置出现在机械转向区域，转向区域专设并增加响应的限位措施。贝雷主梁由双拼单层贝雷组合梁组成梁组，组与组间距4000mm，安装在2根I56a钢管桩顶横梁上。最大跨径为9m。贝雷桁架梁采用6排布置，横向连系梁用专用花栏连接，桥面采用专用2×6m大桥面板满铺。在钻孔灌注桩位置处，提前预留孔，用临时钢板盖住。

3.2 钢护筒制作

钢护筒采用长6.9m宽2m厚0.01mQ235钢板通过卷板机卷制而成，内径2.2m钢护筒为2m一节，12m长钢护筒通过6节相互焊接而成，在最上口处加圈1cm钢板加强，防止卷口。为了满足桩基垂直度要求，钢护筒误差控制在2mm以内。

3.3 施工用电准备

在施工场所50m处架设500kW的变压器，已供施工要求。同时考虑到钢护筒插打及拔出施工时用电不宜间断，现场配备1台发电机组，停电立即启动发电机供电。

3.4 钢护筒插打

根据相关规范要求及桩基成桩检查验收标准，钢护筒插打控制的主要质量指标是要求保证钢护筒插打的位置准确性和垂直度，要求位置偏差不大于50mm，倾斜度不大于0.5%。同时插打时控制落锤力度，以防落锤过多造成护筒顶面标高低于设计高度。

3.5 振动锤进场准备

振动锤进场后进行专业调试，确认好接线的正负极，同时对钢护筒进行试夹，以保证夹具力度满足使用要求，不在使用过程中出现脱夹现象。

4 施工工艺

4.1 施工方法

施工工艺流程程序：①桩基施工钢平台搭设安装→②桩基位置放线及定位→③汽车吊机就位→④钢护筒起吊安装并精准定位（提前通过井字架固定定位）→⑤振动锤施加压力→⑥钢护筒就位固定及相邻钢护筒滑槽连接→⑦冲击钻机就位→⑧泥浆制作→⑨钻机成孔⑩清孔→⑪桩基钢筋笼安装→⑫导管安装及二次清孔→⑬灌注水下混凝土→⑭拔出钢护筒→⑮下个桩定位，并打入钢护筒进入下根桩施工。

4.2 施工机械

25t吊车1辆，50t吊车1辆，冲击钻4台，罐车4辆，50拌合站1座，220挖机1台，水泵8台。

4.3 主要施工工序

钢平台搭设完成后，测量组根据桩基坐标放样图用全站仪放出桩基中心桩，设立护桩，校核无误且经监理工程师确认后方可进行下步施工。在成桩过程中由测量组多次进行复测、监控，以保证成桩后桩基础的位置满足施工规范及设计要求。

汽车吊在钢平台就位后，先吊起振动锤，用振动锤夹起钢护筒起吊至桩位处，精确定位后下放至不下沉时，开启振动锤下放吊车吊钩，使钢护筒下沉至设计位置。然后用滑槽连接两个相邻钢护筒，一个做钢护筒使用，一个作泥浆池使用。用钢护筒作为沉淀池、泥浆池，钻渣沉淀后要及时挖出并外弃。为防止泥浆流入河道污染水源，对钢护筒有漏缝的地方及时补焊，封闭。

钻机精确就位后，固定好钻机，启动卷扬机吊起冲击锥，把冲击锥徐徐放进护筒中准备冲击钻进，冲孔之前，对主要机具及配套设备需进行检查、维修。在钢护筒段要缓慢锤击，减少行程。

在钻进过程中不断用试验仪器对泥浆的各项性能指标进行测试，根据泥浆性能和地层情况及时调整泥浆的浓度，必要时添加外加剂，以保证钻孔在经过软土层时泥浆不外漏。

开钻前施工人员必须熟悉施工设计图纸所提供的地质、水文资料，以供对不同地层选用不同冲程及适当的泥浆比重。钻进过程中，要经常注意土层变化，在土层变化处均应捞取渣样，判断土层，记入施工记录表中，并与地质柱状图土层核对，是否满足承载力要求，作为终孔时的重要依据。

钻进。钻机安装就位后，底座和顶端要平稳，与钢平台采用焊接固定方式，不得产生位移以防锤头碰撞钢护筒造成钢护筒位移及下沉。初钻时进尺适当控制，采用小冲程，使最初成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌。进入正常钻进后，采用4～5m中、大冲程，但最大冲程不超过6m。钻进过程中及时排渣，并保持泥浆的密度和粘度。同时经常注意地层的变化，在地层的变化处均应捞取渣样，判断地质的类型，填入记录表中，并与设计提供的地质剖面图相对照。钻渣渣样均编号保存，以便分析备查。钻孔作业要连续进行，不得间断，因故必须停钻时，孔口应加盖，并严禁把冲击锥留在孔内，以防埋钻。

钻孔达到要求深度后，对孔深、孔位、孔径、孔形和倾斜度进行检查，并将检查结果填入终孔检查表。确认满足设计要求后，立即填写终孔检查证书，进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。孔径、孔形和倾斜度采用检孔器吊入钻孔内检测。

孔检合格后进行钢筋笼安装，钢筋笼上安装4根声测管，声测管头漏出水面1m以上，以备桩基检测需要。钢筋笼下放完毕，须进行二次清孔，当泥浆浓度、含沙率及沉渣厚度达到设计要求和规范要求后，才可以进行灌注水下混凝土。清孔后，从孔底提取的泥浆指标要符合规范要求，即相对密度：1.03～1.10；粘度：17～20Pa·s；含砂率：＜2%；胶体率：＞98%。在灌注水下混凝土前，孔底沉淀物厚度不超过设计图纸的规定值，提前做好灌注水下混凝土准备工作，缩短清孔至灌注水下混凝土间隔时间，整个过程要保证钢护筒内的水位差，以防止塌孔。

确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上多灌注50～100cm，待混凝土强度达到70%后，用人工凿除多余的混凝土，以保证桩头混凝土质量良好。

灌注水下混凝土时，施工人员要全程值班，并准备好备用发电机及搅拌机。施工人员必须认真细致记录好浇注过程中的混凝土顶面标高和导管长度，以计算埋管深度，一般要求每灌注两斗混凝土测量1次，每次沿桩周均匀测3点，最低点处的埋管深度须满足规范要求的2～6m。

混凝土灌注高度要准确监控，以防混凝土混凝土没灌注到位造成质量问题，或者灌注过高，混凝土与钢护筒连接面积过多，造成钢护筒与混凝土摩阻力过大，无法拔出。

混凝土浇筑完成后1h后，混凝土已达到初凝时间但未达到終凝，此时钢护筒与混凝土摩阻力小，且拔出钢护筒后混凝土已具备一定强度，不会被水流冲刷造成质量问题。钢护筒拔出前，把冲击钻机及杂物移至其他空地，50t吊车就位起吊振动锤，用振动锤夹起钢护筒，吊车保证上下不动。开启振动锤，当电流达到20A，此时振动锤转速达到1500r/min、功率达到75kW左右。吊车慢慢起吊，当吊车起吊至钢护筒底离开土层时，关闭振动锤电源。用吊车吊钢护筒至下一个新桩位，把钻机安装至原来作为泥浆池的钢护筒位置处进行钻孔施工。

桩基检测。当混凝土浇筑满14d后。用超声波检测仪通过声测管对桩基质量进项检测，因声测管漏出水面1m，在钢平台上即可对桩基进行检测。通过桩基检测显示本工程桩基质量良好，全部达到一类桩基标准。

钢护筒拔出前准备

钢护筒拔出

5 总结

在大跨度桥梁建设中，水中墩的施工是不可避免的，超长钢护筒施工，是将超长钢护筒重复利用的一种工法，是指在桩基础施工结束后利用吊车配合振动锤将钢护筒拔出并沉入下一桩位进行施工，并将下一桩位上钢护筒当做循环池使用，通过钢护筒多次循环使用，达到节约材料及成本的一种施工方法。通过超长钢护筒重复利用，节约金钱时间，同时也使得桩基质量充分保证，施工速度明显提高，能有效控制桩位偏差在允许范围之内，同时因为钢护筒可以充当循环池和重复利用，而且在钢平台上施工，不但降低了工人的劳动强度、提高施工效率、加快施工进度，而且大大降低施工安全风险，创造良好的施工安全环境。应用该工艺取得良好效果，增加施工经济效益和社会效益。随着国家对公路桥梁建设的重视，加快了新建道路和老路改扩建工作，全国各地新建桥梁的数量和规模不断扩大，该工艺的应用前景广阔，也为其他项目水中基础施工提供借鉴。