一种在抛石区等不良地质条件下进行钢护筒施工的新工艺

杨长虹，彭琳琳

(中交二航局第四工程有限公司)

1 前言

随着国内桥梁施工技术的不断发展，桥位所处的环境日趋复杂化，不断给施工带来更大的风险和挑战。尤其是对桩基础施工质量影响较大的钢护筒，随着地质环境的复杂化，施工难度也在不断增大。在常规地质条件下钢护筒的沉放施工技术已较成熟，钢护筒沉放采用振动锤通过定位导向直接振动下放到位。国内在江河、沿海等填筑围垦地区进行桥梁基础施工时，表层覆盖有较厚的抛石层。当钢护筒需要穿过该地层时，采用常规工艺在该地质条件下振动下沉往往造成钢护筒底部卷边、变形，护筒偏位较大，护筒精度无法满足要求。为克服抛石层影响，通常采用人工和机械进行石块的清理，清理工效低、投入大，工期难以保证。

2 新型工艺介绍

2.1 总体工艺

抛石区钢护筒的沉放，如何在不进行预先清理的情况下穿透石层时钢护筒沉放的关键。经多次论证和现场试验验证，通过对钢护筒进行桩尖加强改造以提高其刚度和冲击韧性，提出了“挖坑栽树法”的钢护筒沉放工艺，通过钢护筒的两次振沉的方式，从而有效解决了抛石区等不良地质区进行钢护筒沉放的施工难题。采用振动锤将带桩尖加强装置的钢护筒沉放在需要沉放护筒的位置进行振沉，由于该钢护筒带有端部桩尖加强装置，较容易将部位堆积的块石挤开，穿透块石层。穿透石层后，将该装置拔出。在桩位形成一个穿透石层且直径略大于钢护筒的坑槽。迅速将钢护筒通过导向装置沿着已形成的坑槽下放，采用振动锤将钢护筒振沉到位。由于形成的坑槽较钢护筒直径略大，较容易将钢护筒沿坑槽下沉并穿透石块堆积层。继而通过振动锤振沉到位。总体施工工艺流程图如图1所示。

2.2 桩尖加强关键装置制作技术

桩尖加强装置(冲桩)由护筒和桩尖两部分组成。护筒采用需要沉放的原型钢护筒，桩尖采用厚度不小于2倍钢护壁厚的钢板焊接，桩尖加强制作成锥形，锥形高度一般不低于1.5 m。桩尖内部采用“十”或“米”字形钢板加劲，确保桩尖在振沉中具有足够的刚度。桩尖表面采用开孔处理，以平衡在振沉过程中由于水头差等存在而形成内外压力差，防止桩尖变形。同时，桩尖与护筒连接处，桩尖较护筒外壁适当增大3～5 cm，以使桩尖振沉出足够的空间，形成略大于钢护筒直径的孔洞。使钢护筒再次下放时，顺利沿着已形成的孔洞穿越石层。冲桩如图2所示。

2.3 施工关键设备选择

根据钢护筒振沉所需的设备，主要设备为沉放所需的振动锤。由于抛石层地质情况复杂，目前尚未有针对抛石区钢护筒沉放所需激振力的计算。且由于石层堆积情况的不同，直接影响桩侧摩阻的受力，故“冲桩”下沉所需的振动锤无法精确计算。可根据抛石区所在正常地层所需的摩阻力进行估算。正常计算时，考虑钢护筒沉放到位所需振动锤激振力Fv＞土的动摩阻力Fr。

Fr=μ∑fULi

式中:f为土体单位面积极限摩阻力，kN/m2;U为护筒周长，m;Li为入土深度，m;μ为动摩阻系数(通常地勘报告给出的是不含石块时μ的取值)。

图1 施工总体流程图

图2 桩尖加强结构图

根椐经验，对于超长、超大直径钢护筒沉放，宜选用大激振振动锤。且对于抛石区钢护筒沉放，由于钢护筒底部存在石块堆积，大激振振动锤使激振力易于到达护筒底端，进而容易将“冲桩”底部的石块冲开，形成孔洞。根据振动锤选用方法，Fv＞Fr。由于抛石区有石块的存在，故一般振动锤激振力Fv应大于2Fr，振动锤可据此选用合适的型号。

3 结语

经关键技术攻关，通过自主研发的钢护筒沉放的施工新装置和“挖坑栽树法”的钢护筒沉放新方法，有效解决了多例抛石区长大钢护筒沉放难题。由于不需要事先采用机械进行石块清理，大大节省了施工工期和工程费用。目前，该装置已经获得国家专利(专利号:ZL201120514508.5)。

［1］ 游斌，李维洲.深水无覆盖层地层钢护筒沉放关键技术［J］.施工技术，2013，(8):11-12.

［2］ 一种用于管桩沉放的施工装置［P］.中国实用新型专利公报(201120514508.5).2012-08-17.

［3］ 李居昌.公路施工手册 桥涵［M］.北京:人民交通出版社，2000:509.