桩基永久钢护筒安装施工工艺控制及技术研究

2021-03-12

工程技术研究 2021年4期

中交路桥南方工程有限公司，北京 101121

道路桥梁工程中，为了避免塌孔问题的发生，并确保孔内压力始终稳定在平衡水平，安装钢护筒是必然选择。出于对道路桥梁工程整体施工质量的考量，对桩基永久性钢护筒安装施工工艺以及技术展开探究与控制极为必要，分析相应施工技术要点以及质量控制具有极高的现实价值。

1 项目概述

陕西省西乡至镇巴高速公路XZ-10标合同段主线桩号K45+340～K49+554，路线全长为4.21km，主要工程内容有二郎摊特大桥1647.8m（全幅）、小河子1#桥102.45m（全幅）、小河子2#桥253.35m（全幅）、柴家庄径洋河大桥589.9m（全幅）、镇巴北立交主线桥545m（全幅），学堂坝隧道782.6m（单洞）、茶园咀隧道227m（单洞）、晒旗坝隧道587.8m（单洞），以及镇巴北立交1处、匝道桥6座。该项目桥梁工程居多，并且桥梁桩基多数在泾洋河道中，因此为减少对河道及河床的扰动破坏，加快施工进度，提高桩柱连接质量，项目采用桩基永久钢护筒安装施工方法，施工工艺流程如图1所示。

图1 桩基永久钢护筒安装施工工艺流程

2 桩基永久钢护筒安装施工的可行性分析

2.1 方案设计的可行性

针对全桥沿河道施工的现状，为减少对河道及河床的扰动，减少基坑开挖，降低施工难度，优化设计方案，取消地系梁，采用永久钢护筒进行桩柱连接。永久钢护筒有着制作简单、安装快速、运输加工方便等优点，在河道施工中基坑开挖工程量较大，采用永久钢护筒时只需开挖桩基处及施工作业区即可。

2.2 施工工艺的可行性

西镇项目为陕西省第一个大面积采用永久钢护筒代替地系梁的项目，应用理论分析、实际研究、现场考察和工程验证相结合的方法，形成了桩基永久钢护筒安装施工的技术研究成果，进一步指导工程实践。通过有永久钢护筒及河道处有地系梁的对比，较传统理论与技术研究方法有所突破，具有可行性。

2.3 进度及质量控制的可行性

永久钢护筒是由大于桩径20cm的12mm厚钢板卷制而成，加工方便、施工成本低，可以加快施工进度，大于桩径20cm可以更好地减小桩基偏位，实现桩柱同轴，提高质量，同时还可以为类似的地形环境施工提供相应的技术储备和借鉴。

3 桩基永久钢护筒安装施工关键技术要点

3.1 护筒装运

护筒装运过程中要引入垫木，实施多支垫堆放的方法，并确保垫木顶面维持在同一平面上。若是在实际的运输过程中存在路况复杂的问题，必须实施加固处理，避免钢护筒出现滚动或是倾倒的问题。

3.2 导向架安装

在进行导向架安装的过程中，可以依托履带吊吊装位移，在钻孔平台的预留钢护筒顶口区域进行锚固；使用螺栓连接导向构架及下部桁架，促使导向装置始终处于稳定状态，也为后续倒桩时的拆卸操作提供方便。在平台四周的钢管桩上下平联区域固定“井”字形钢，作为导向架的下端悬臂；在导向装置的内部设置液压千斤顶以及锁定装置，实现对钢护筒的定位、位置纠正以及调整，并将其锁定在合理位置。

3.3 首节钢护筒沉放与固定

在进行钢护筒的沉放前，需要提前完成对护筒底部埋深的计算。此时，可以使用的计算公式为

式中：L为护筒埋深，m；H为施工水位至河床表面的深度，m；h为护筒内水位与施工水位之差，m；rw为护筒内泥浆容重，kN/m3；ro为水的容重，kN/m3；rd为护筒外河床土的饱和容重，kN/m3[1]。rd可以使用以下公式计算：

式中：ds为土粒的相对密度，此次施工取2.76；e为饱和土的孔隙比，取0.6。

首节钢护筒沉放的要点如下：将第一节钢护筒使用50t履带吊吊起，在定位架内进行垂直放置，并进行临时固定；改挂DZ150振锤，用振锤下部液压夹持器夹紧护筒顶部，加设辅助钢丝绳；吊起钢护筒，对准导向架孔口放置，将钢护筒下放至河床面；着重落实首节护筒孔底坐标以及竖向直度的控制，可以应用浮球法（如图2所示）对钢护筒地面位置以及垂直度展开实时性检测与控制；完成护筒接长后，让护筒底口上游偏移2～5cm，抵消水流冲击护筒所造成的偏移。

图2 浮球法检测控制钢护筒地面位置以及垂直度

首节钢护筒固定的要点如下：在护筒着床定位后，第一时间在钢护筒上焊接倒挂牛腿，并依托导向架千斤顶导向锁定装置对钢护筒的垂直度展开调整，促使首节钢护筒在导向架上固定。同时，在完成首节护筒的固定后，可以展开第二节钢护筒的沉放[2]。在此过程中，可以应用线垂检查其竖直度，在保证钢护筒处于稳定状态后实施振动下沉。

3.4 吊耳设置

在实际的施工中，主要应用吊车对护筒进行两点起吊，将护筒平移至桩架前；竖直放置护筒，使用履带吊的起重机实施单点起吊，并进行护筒下放。在此过程中，需着重控制吊耳的质量。在该工程中，吊耳用厚度为20mm的Q345钢板制成。

3.5 质量控制与检验

（1）常见问题的治理。在进行钢护筒锤击沉桩的过程中，常会发生一些问题，出于对施工质量的考量，需要落实针对性的防治处理，具体如下：第一，桩达不到设计标高或是沉桩困难。防治处理方法包括更换合适桩锤；更换合适的桩帽与锤垫；清除障碍物，适当增加桩径；变更断桩面或改用开口装；对设计桩长进行变更等。第二，桩身破损。防治处理方法包括修复或更换；若桩身破损且程度较低，同时从设计角度来看还可以继续使用，则可在管内灌注混凝土。第三，桩顶破损。若破损区域的长度不高于1m，则可以挖出桩顶，补强钢筋并浇灌混凝土；若破损程度较大，则必须更换新桩。

（2）导向架定位控制。桩基永久钢护筒安装施工中，导向架定位控制的要点如下：钢护筒定位的精准程度与导向架测量定位息息相关，施工中，应尽可能选择风速相对较小（低于6级）的时间段进行导向架的起吊与安装；参考导向架的尺寸、待沉护筒的坐标实施导向架边线位置的确定，并预先在十字架上焊接限位板（2块），确保起吊导向架的定位迅速；严格把控导向架的安装精度，将平面偏移稳定在±100mm及以下，将倾斜度控制在1/100及以下（同时不得高于50cm）；在完成导向架的安装后，在导向架中展开桩位放线以提升定位精确度[3]。

（3）护筒施工质量控制及检验。出于对桩基永久钢护筒安装施工质量的考量，必须落实对护筒施工质量的控制及检验，操作要点如下：尽可能在平潮时期落实对钢护筒的沉放操作，并提前确定各项机械设备的运行情况；在平潮1h前，使用起重机将第一节钢护筒吊装至平台上，并在平潮后转变为垂直吊，在测量员的指导下落实对垂直度的调整；严格把控钢护筒平面位置和垂直度的技术要求，将平面偏移稳定在±100mm及以下，将倾斜度控制在1/100及以下（同时不得高于50cm）。必须对护筒展开质量检查，依托全站仪检查护筒中心位置，将偏差控制在100mm；依托记录检查钢护筒倾斜度，将偏差控制在1/100及以下（同时不得高于50cm）；依托记录检查钢护筒底高程，将相应数值控制在设计标高及以下。