滩涂区桩基钢护筒无损回收技术

曾增杰

上海隧道工程有限公司台州分公司 浙江 台州 318000

引言

桥梁工程桩基施工过程中，为了保证桩基周边土质稳定、防止地下水渗入，通常采用钢护筒对桩孔进行保护。过去由于施工技术落后，护筒回收成本过高，并未对钢护筒回收进行要求，或者只回收露出水面部分钢护筒，因而造成大量钢材浪费。在环境影响方面，未回收的钢护筒在桩基完成后长期处于水下、土层中，钢材的锈蚀会对水土资源及周边环境造成污染。为了响应我国节约资源和保护环境的基本国策，降低施工成本，需要对桩基钢护筒回收技术开展研究。

既有桩基钢护筒回收的研究主要集中在水下、陆地区域，可概括为单护筒和双护筒回收两种形式。其中，单护筒回收主要采用大型器械直接拔出，如用压力顶升法配合起重设备拔出，或通过旋转、振动等方式减小桩土摩阻力后直接拔出[1-2]。但是，该方法会导致桩头混凝土变形严重，需要将桩头不合格的部分凿除接桩，拔出使用的大型机械设备也增加了施工成本。双护筒回收主要为两种形式：一种是将钢护筒分为一段整体式钢护筒和一段剖分式钢护筒。整体式钢护筒直接插打进河床，不进行回收；剖分式钢护筒处于河床以上，是由一对半圆环体相互拼合，通过连接装置与整体式钢护筒连接，后期仅对剖分式钢护筒进行回收。另一种双钢护筒回收方法则是采用内、外护筒的形式，在桩基孔内设置内、外两层护筒并且在两个护筒间填充间隔材料，通过错开内、外护筒的拔出时间实现钢护筒的回收[3-5]。现有滩涂桩基回收技术的研究较少，由于滩涂桩基施工环境与水下、陆地有较大的区别，滩涂区地质情况复杂，淤泥、粉沙等薄弱层多，地基承载力较弱，易造成塌孔，现有水下、陆地桩基的回收方法能否应用于滩涂桩基护筒回收，仍需要进一步研究。

综上所述，为了满足滩涂区复杂施工条件下的桩基钢护筒无损回收需求，保证桩基外露部分的混凝土质量，本文提出了一种新型的滩涂桩基钢护筒无损回收技术及装置。

1 铜护筒无损回收关键技术

1.1 工程概况

宁海某公路工程桥梁主体位于浅滩区，设计桩径1.2m。滩涂面标高0.6m，系梁顶（即桩顶）标高1.8m。灌桩时，为保证桩头混凝土的质量，混凝土的灌注标高控制在1.6m，即桩头比淤泥面高1.0m左右。桩基施工设计方案中没有使用永久钢护筒，钢护筒需要回收利用。

1.2 方案比选

由于滩涂区桩基施工钢护筒的无损回收技术参考范围较少，本文对比分析了现有陆地、水下桩基施工单、双护筒回收技术。

1.2.1 单护筒回收。为了保证钢护筒顺利拔出，需要在桩基混凝土灌注结束后进行拔除。由于该工程处于滩涂区，滩涂面以上的桩基部分在拔出过程中容易受到损伤而垮塌、桩头外露被水冲散，从而导致桩头高度不够、桩顶在桩检时混凝土质量不合格等问题。若要保证处于滩涂面以上的桩基不出现上述情况，就要推迟拔出护筒的时间，但混凝土凝固后可能会导致外护筒无法拔出。

在实际施工过程中，尝试通过降低滩涂面以上桩头长度以减少桩头损伤，但是成桩后的桩头高度不够，桩检得出部分桩的桩顶混凝土出现质量问题，如图1所示。因此，该方法不适用于滩涂区桩基钢护筒回收。

图1 桩头长度不足

1.2.2 双护筒回收。现有可以循环使用的双护筒法回收方法中，主要是通过在双护筒中设置间隔材料实现的。该方法利用外护筒和间隔材料作为支撑部件，在混凝土浇筑时，将内护筒拔出；待混凝土逐渐成形时，再将外护筒拔出[6]。虽然外护筒在混凝土凝固前能够防止外部环境对桩头的损伤，但是该方法在混凝土初凝前拔出内护筒的过程已经对桩头造成了扰动。另外，由于外护筒较长，在混凝土成型后拔出外护筒的过程虽然有间隔材料的保护，但也会对桩体带来一定损伤。特别是在外护筒拔出后，间隔材料受到滩涂区水流的长期冲刷，会在桩土之间留下空隙，桩基的耐久性也会受到影响。因此，该方法仍然不适用于滩涂区桩基施工的钢护筒回收。

在上述研究的基础上，本文优选出了一种新型的滩涂桩基钢护筒无损回收技术及装置。利用双护筒回收方法，通过连接装置，错开了内外护筒的回收时间；先拔出外护筒，保证桩头混凝土终凝前不受扰动，然后通过一组较短的内护筒保护桩头，避免滩涂区复杂环境的扰动，待混凝土终凝后拔出内护筒，从而实现了内外护筒的无损回收。

1.3 施工方案

该工程采用内、外双护筒方法对滩涂桩基进行施工，其中外护筒直径比设计桩径大20cm，长度保证桩基正常成孔即可，根据护筒总长和外界水压，本文外护筒壁厚度为1.2cm。内护筒整体呈圆锥台状，采用0.6cm钢板卷制而成，内护筒的高度应保证内护筒埋入淤泥面以下的长度大于外露在淤泥面以上的长度，本文高200cm。内护筒上端口内径比设计桩径大6cm，下端口内径比上端口大8cm。在内护筒的上端口焊接一圈高10cm，厚0.6cm的加强圈。以1.2m桩径的钢护筒回收为例，钢护筒无损回收装置如图2所示。

图2 钢护筒无损回收装置

采用该装置进行桩基施工并对其无损回收步骤如下：

1.3.1 外护筒安装。在桩基成孔并清孔完成后，将外护筒固定在孔内，外护筒安装与正常桩基成孔的工序一致。

1.3.2 内护筒安装。在内护筒的内外表面设置脱模隔离层，将内护筒放置在外护筒内部，其中脱模隔离层为模板漆。在内护筒上端口均匀分布四个吊点钢板，通过四个吊点钢板与外护筒上口临时固定。

1.3.3 钢筋笼安装。正常安装桩基钢筋笼，安装最后一节钢筋笼时，根据桩基系梁底的标高加上桩头超灌高度，调整内护筒在钢筋笼上的固定高度，本文为0.6m。然后，使用四根Z字形钢筋将内护筒固定在钢筋笼的竖向主筋上。

1.3.4 桩基混凝土灌注。灌注混凝土的高度应以密实混凝土超过桩基钢筋笼顶为准，目的是防止在拔出外护筒时，混凝土需要填充外护筒在土层里所占体积和内外护筒之间的空隙，导致已浇筑好的桩顶混凝土下沉，从而出现桩头混凝土质量不合格的情况。

1.3.5 外护筒拔出。在混凝土初凝前，一般控制在浇筑完成后的3～4小时。排完外护筒内泥浆水后，解除外护筒与内护筒相对固定的连接装置，采用振动锤松动外护筒，然后拔出。

1.3.6 内护筒拔出。混凝土终凝后，解除内护筒与钢筋笼之间连接的Z型钢筋，使用吊车挂住内护筒上口其中一个吊耳，将内护筒轻微松动，然后换到对角的另一个吊耳上，将内护筒来回松动。最后同时挂上四个吊耳，保持内护筒四角平衡受力的情况下将其拔出，切不可挂住单个吊耳将内护筒拔出。

1.3.7 回收循环利用。内、外护筒拔出后，修整护筒的局部变形，并涂抹隔离层，从而实现无损回收，循环使用。

1.4 施工工艺控制要点

为了保证桩基的质量以及方便装置的安装、拆除，应注意以下要点：

1.4.1 外、内护筒和钢筋笼应保证同轴心。下放钢筋笼时，应注意钢筋笼在内护筒内的中心偏位和保护层厚度要求，可以设置垫块作为内护筒的支撑，防止其偏位。

1.4.2 在拔出外护筒前，先将外护筒内剩余的泥浆水排出。避免在外护筒拔出时的泥浆水压过大对桩头混凝土冲刷过猛，导致桩头混凝土质量不合格。

1.4.3 排完泥浆水后，使用振动锤松动外护筒。振动锤松动外护筒后，应及时关闭震动功能，减少振动锤对桩基混凝土的扰动。

1.4.4 当拔出外护筒时，其下端口到达淤泥面时应当停止一段时间，当外护筒内的泥浆以及混凝土混合物静止后继续将外护筒向外拔。

1.5 桩身完整性评价

采用超声波透射法对桩身混凝土质量进行检测，以使用常规回收方法的左幅17#-2桩基为例。桩顶往下0～1.5m处，首波平缓，波幅小；第一周波的后半周，甚至到第二个周波，幅度增加得仍不够，接收波的包络线呈喇叭形；第一、二个周期的波形有时有畸变，且声时增大，声速和主频降低，PSD（声波的功率谱密度）值增大，推断造成此缺陷的原因可能为护筒回收时导致桩头损伤或坍塌，且部位位于滩涂区，浇筑后的混凝土与泥沙结合成混合物造成此处桩身混凝土夹泥；其余剖面未发现异常测点。结合以上各声学特征，可判定该基桩完整性为Ⅱ类。采用无损回收技术后，以左幅58#-0基桩为例。该桩各声测剖面波形均正常，且各测点声速值、波幅值均大于临界值，无畸变。基于以上声学特征，该基桩完整性评价为Ⅰ类。

通过比较两种回收方法的桩检结果发现，在滩涂区桩基护筒回收，若采用常规回收方法，滩涂区的复杂环境以及施工工艺都容易对桩头产生损伤，影响桩基评价结果。若采用本文双护筒回收，对桩头的影响较小。

2 结束语

本文以宁海某公路工程桥梁在滩涂区桩基施工为对象，提出了一种新型的滩涂桩基钢护筒无损回收技术及装置，该装置解决了目前滩涂桩基施工钢护筒回收的技术难题，避免钢护筒受损，使得钢护筒能够重复利用，降低滩涂区桩基混凝土的损伤，保证了桩基质量，可为滩涂区类似工程提供参考。