裸岩陡坡钢护筒施工技术

桥梁桩基施工是桥梁主体施工前最关键的工程之一，尤其在裸岩陡坡中桩基的施工显得更加重要。研究出一套合理有效的施工方案，达到降低施工难度，提高施工进度，从而解决裸岩陡坡条件下钢护筒的埋设技术难题，在同类工程中具有重要意义。

工程概况

贵州省贞望特大桥是望谟、贞丰两个县城的交通连接纽带，跨越北盘江龙滩水库，是连接两岸交通的关键性控制工程。贞望大桥为跨越北盘江龙滩水库而设，河谷呈V型，河谷两岸地势较陡，望谟岸水平倾角25°～30°，贞丰岸水平倾角30°～45°。

贞望大桥5#、6#主墩基础采用9根∅2.8m钻孔桩，丰水期时位于水中，桩间中心距5.6m，采用∅3.2m钢护筒施工。

自然条件

地质地貌

桥位区地貌为构造剥蚀、溶蚀低山河谷地貌。境内地势西北高、东南低，山峦起伏，河流纵横，沿河两岸有大小不等的坝地。

5号桥墩覆盖层为充填土及软塑红黏土层，厚度为1.8m～2.9m，土质较软，不宜做地基持力层。6号桥墩覆盖层为充填土及红黏土层，厚度为1.8m～2.9m，充填土主要为北盘江蓄水后堆积而成，含有细沙、粗砂、软粘土等，结构松散；红粘土土质不均匀，含有风化石细颗粒及残块，呈块状、湿软塑状态。

水文气象

贞望大桥位于北盘江上，北盘江乐元段受下游龙滩水电站蓄水影响，水位变化幅度较大。水库库区死水位为330.00m，最低通航水位355.00m，龙滩电站一期最高蓄水位375.00m。

桥位区属于亚热带温湿季风气候，具有明显的春早、夏长、秋晚、冬短的特点。年平均气温19℃，极端最低气温为零下4.8℃，极端最高气温41.8℃。

原理介绍

本文介绍了一种“埋入法”桥梁桩基钢护筒施工技术，适用于岩层条件下桩基钢护筒施工，尤其适用于倾斜裸岩复杂条件下，可保证钢护筒嵌固在岩层中稳定工作，且具有施工难度低、工艺简单、投入少、适用性强等特点。

如图1（a）所示，“埋入法”技术即首先确定钢护筒嵌岩位置，在钢平台上利用冲击钻整平倾斜裸岩层，再使用大冲程钻机钻至钢护筒预埋的深度，其钻孔的大小须比钢护筒外径略大，钻进过程中及时排出碎石渣。安装钢护筒导向架系统，系统上下设置两层导向架，确保下沉中钢护筒的竖向倾斜度在规范要求范围内。下沉钢护筒至预埋深度处，在定位孔内钢护筒外浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，拆除下层导向架，用填土将其填埋压实，如图1（b）所示。

图1 施工原理图

施工方案

在斜坡、裸岩条件下沉设钢护筒，主要存在“岩面倾斜较大、对钢护筒限位不足”两个问题。对此，分别采取了“预先凿平岩面、设置导向架”两项应对措施。

预先凿平岩面

岩层凿平可直接在平台上利用钻机进行，采用比钢护筒直径大100mm以上的钻锤对岩面理坡。检验理坡效果，观察冲击锤自由下落时钻头是否平稳，采用测深锤检查岩面凿平效果，当桩位处的岩面最大高差小于100mm时视为合格，可进行后续施工。

钢护筒定位孔钻击成形

在平台上安装钻机并精准定位，采用略大于钢护筒直径的大冲程钻机，在定位孔处钻击基岩，直至钻到钢护筒底设计深度处。

根据冲击钻的活塞效应工作原理，增加定位孔的深度加大冲击锤冲击时的活塞效应，如图2所示，故可在定位孔处加设2m的钢套箱，在钢套箱内继续冲孔成形。

钢护筒加工、拼装

为了保证钢护筒下放的垂直度，先进行岸上预拼装，在导向架系统的控制下整体插入定位孔内。首先，在岸上水平布置型钢预拼台座。台座采用型钢进行制作，主横梁材料为工字钢，立柱材料为角钢对焊成方钢，立柱间斜撑材料为角钢或螺纹粗钢筋，在预拼台座的主横梁上安放滑轮组，使钢护筒在预拼时可以随意滚动，保证相邻的两节钢护筒调整到最佳的对接位置。

图2 钢套箱示意图

为了保证钢护筒在制作加工、运输过程中的圆弧度，采用螺旋撑杆安装在钢护筒两段和中间。螺旋撑杆由两根可调节的刚性材料制成，通过旋转十字架检查和校正钢护筒的圆弧度。钢护筒拼接前不拆除螺旋撑杆，以保证钢护筒在运输安装过程中不变形。

钢护筒沉放

弧形限位计导向架设计与施工：导向架系统采用槽钢25a双拼组成，在上下两层中每层的横架中点各设有弧形限位计四个，呈四边形布置，导向架每层呈“口”字型，尺寸为3320mm×3320mm。顶层导向架与平台型钢焊接，保证钢护筒下放过程中钢护筒与导向架的整体稳定性。弧形限位计与钢护筒外侧最大空隙达60mm，便于下放钢护筒（如图3所示）。

图3 弧形限位计导向架

图4 有限元分析结果

限位计制成与钢护筒弧度一致的弧形，四个均固定在液压千斤顶上，其中千斤顶紧固于导向架的横架上，控制千斤顶可进行调节弧形限位计伸缩。

弧形限位计导向架通过各层限位计对钢护筒进行限位，钢护筒下沉过程中可对钢护筒平面位置及倾斜度进行有效控制。

平面位置及倾斜度控制：钢护筒在下放过程中平面位置和倾斜度控制是重要的环节，在施工中加以控制和调整。下沉钢护筒时，将钢护筒沿着导向架系统准确沉放至定位孔内，若有倾斜角度，则调节液压千斤顶，直至满足竖直度要求为止。

浇筑混凝土及填埋

钢护筒平面位置和倾斜度调整好后，采用C35水下速凝混凝土，使用导管沿着钢护筒外围在定位孔内均匀浇筑混凝土，浇筑至定位孔上部处。等到混凝土达到一定强度后，拆除导向架系统的下半部分，将土石填料分层填埋钢护筒上半部分并压实，形成阶梯形平台。

有限元模型分析

为了进一步验证嵌固在岩层与埋入在土层中的钢护筒稳定性，建立有限元模型，分别对钢护筒的位移和应力状态进行分析，确保钢护筒能够正常工作。

有限元分析模型的建立

钢护筒厚δ=10mm，直径D=3.2m，高度取H=6.0m，材料选取A3钢。采用有限元软件MIDAS Civil建立分析模型，对模型进行网格划分，纵向划分为40个单元，横向划分为15个单元，共划分为600个有限单元进行分析。钢护筒外侧土压力采取线性荷载施加，其荷载的添加采用流体压力荷载代替周围土压力荷载。

有限元分析结果

钢护筒埋入填土中深度取4m，其分析结果如下图4所示。

从应力和位移分析图中可以看出，钢护筒的有效应力和位移最大值均出现在下部，σmax=2.70×104KN/m2＜[σ]，umax=0.37mm，均满足稳定性要求，钢护筒能够正常工作。