压力顶升法拔除桥梁桩基钢护筒工艺

2019-08-12 11:14
四川水泥 2019年6期
关键词:冲击钻钢护筒护筒

唐 寅

(中交二航局第四工程有限公司, 福建 福州 241000)

1 背景

福州洪塘大桥东起仓山区建新镇,跨越乌龙江,西至闽侯县上街大学城一带,是连接福州市仓山区与闽侯县上街大学城的重要交通枢纽,洪塘大桥拓宽改造工程采用保畅通的前提下,同轴线位置拓宽改建新桥、拆除老桥,路线总长约2.2078km。原设计预留与上街大学城一带的洪塘互通匝道桥,后因设计变更,取消洪塘互通,桥梁桩基位置改变,已施工21-4#桩基钢护筒需要拔除。

2 21-4#桩施工情况

钢护筒规格:直径Φ2500mm

壁厚δ22mm

长度18000mm

桩基位于河道浅滩区,护筒内土质如下:中砂层(松散~稍密)灰色、灰黄色,松散~稍密,局部呈中密状,标贯实测击数5-~15,平均11.21击,湿-饱和,成份以石英、长石颗粒为主,粒径大于0.25mm的颗粒约占60%,含10~15%的泥质,局部夹有个别砾石。

3 钢护筒拔出工艺的选择

针对拔出钢护筒常用的方案进行对比分析表如下:

序号方案名称方案简介 优点 缺点 备注1振动锤直接拔除法使用浮吊配合高频率振动锤拔除变形的钢护筒。操作简单、施工进度快成功率极低经过估算21-4#桩基钢护筒为打桩船施工所受摩阻力约1500t左右,常规浮吊配合振动锤无法进行拔除。2潜水员水下切割法将钢护筒内淤泥清除并降低泥浆的比重,通过潜水员潜入钢护筒需割除区域进行切割,利用电磁铁配合吊机将变形的钢板取出。投入成本较低施工进度较慢;施工安全风险及大,处理不彻底较易产生残余护筒,严重影响后续正常施工21-4#桩基钢护筒壁厚较厚,且埋设地质主要以粉砂层为主,造成潜水员施工难度大,工作风险大,材料浪费较严重。3冲击钻冲磨法向钢护筒内回填石头,通过冲击钻将钢护筒冲磨形成孔道,循环回填石头,循环进行冲击。操作简便施工进度及慢;施工风险大,较易出现卡钻现象,施工成本极高,且钢护筒无法回收利用21-4#桩基钢护筒壁厚2.2cm,入土长度约11m。冲击钻施工过程中需循环回填石头,通过冲击钻冲击将钢护筒磨碎,工效较低,而且易出现卡锤的风险。类似情况:港珠澳大桥CB03标45-5#桩,桩径2.2m,桩长84m,护筒长约67m,当钻至约45m时,由于钢护筒变形无法进尺,最终采用冲击钻成孔工艺,成孔时间达6个月。4压力 将钢护筒上部密封,低碳节能、对钢护筒的焊

顶升法先后利用高压液泵、高压气泵对其顶部密封腔加一定的压力,利用作用力与反作用力的原理,将钢护筒从原地面中顶升出来,达到钢护筒快速、安全、无损回收的目的,回收后的钢护筒可再次使用充分体现绿色施工、循环经济的理念。环保;施工进度快;施工工艺安全可靠;回收成功率较高接质量和强度要求略高。

经综合分析,确定选用方案4:压力顶升法拔除。

4 压力顶升法工艺

压力顶升法拔除工作原理如下:将钢护筒上部进行密封,利用高压气泵或高压液泵对向钢护筒内加水或加气,增加整个钢护筒内压力,利用向上的气压力,克服土的摩阻力与钢护筒的自重,将钢护筒从桩位中顶升出来。

针对21-4#钢护筒,计算顶升力如下:

套用《港口工程桩基规范》(JTJ254-98)第4.2.4条当按承载力经验参数法进行试验护筒(长:29米,外径2.5米,壁厚22mm)摩阻力计算:

式中:Qd—钢护筒垂直极限承载力设计值(kN);

U—钢护筒截面周长 (m),本处钢护筒外径2.544m,周长:7.98m;

桩位土层摩阻力统计表

序号 土层名称桩周摩阻力(kPa)顶面(m)底面高程(m)层厚(m)1 中砂 40 11.8 -17.2 20.6

qR—钢护筒极限桩端阻力标准值(kPa);

A-钢护筒截面面积,7.98×0.022m 钢护筒A=0.17556m2;

由Qd=1/rR(U∑qfili+qRA)求得:

钢护筒变形后摩阻力增大暂定系数为2,即钢护筒变形后摩阻力为9147 kN

试验钢护筒(长:29米,外径2.5米,壁厚22mm)自重为389.7kN

综上可求出预计压力顶升法处理变形钢护筒所需要克服的阻力为9536.7 kN。

考虑到众多不确定因素,试验钢护筒总的阻力假定最大值取10000 kN

顶升压力:10000=P×π×1.252,P =2.038Mpa

5 现场施工

首先于21-4#钢护筒顶口四周焊接4个吊耳焊。钢护筒顶升的密封装置为圆锅形式,在专业加工厂加工好后运至现场与钢护筒焊接成整体,应保证焊接的牢固性及密封性,在接口位置采用加劲板加劲。

待加压设备运至现场安装完毕,应对其进行调试,主要观察油泵、管线是否密封,钢护筒是否漏气等,然后进行试增压,检验各种连接是否牢靠,防止因密封腔不密封而造成安全事故的发生。

21-4#桩基钢护筒计划一次性全部拔除,重复利用。正式顶升前,于钢护筒内加水至密封锅钉扣往下约2m高度,然后开始正式顶升。本工程采用的是往钢护筒利用增压泵加水,使钢护筒内上部空气压缩产生压力的办法加压,待达到计算所需的初始压力值(2.038MPa),钢护筒开始缓慢上升,此时应保持恒压,直至钢护筒顶升出15cm至20cm后,汽车吊吊钩配合顶升装备一起受力,顶升出50cm高厚,钢护筒内开始缓慢的减压,防止钢护筒冲出,同时主要受力转移至汽车吊,将其缓慢拔除。

顶升施工完成后,将钢护筒密封锅割除,采用汽车吊和平板车配合施工,将钢护筒及加压、密封设备转运。

6 安全控制

桩基钢护筒拔除施工过程中,必须对21-4#桩基钢护筒进行隔离处理,孔口四周摆放防护栏杆进行围护,保证施工安全。施工前,需要对加压设备和仪器表逐一进行检查,保证设备正常、钢护筒密封装置焊接牢靠。首先需进行试压,确保钢护筒处于密封状态,加压时,21-4#平台施工现场所有人员撤离至加压钢护筒5m范围外的安全地带,确保现场施工人员安全。在钢护筒拔至埋深5~8m时,需要适当对钢护筒进行放压,防止钢护筒内压力过大引起安全事故的发生。

7 结语

桥梁施工过程中,钢护筒基本上都是作为永久性措施材料,在桩基浇筑完成后,无法重复使用。本工艺在洪塘大桥拓宽改建工程中的成功应用,将21-4#钢护筒整根全部拔除,使其可重复利用,整个拔除时间仅为 3小时,大幅度降低了拔除成本,提高了工效,可为后续桥梁钢护筒拔除提供经验参考。

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