桥梁桩基施工中永久钢护筒施工技术

郭强

山西路桥第二工程有限公司 山西临汾 041000

桩基是重要的荷载体，该结构的建设质量直接影响桥梁的稳定性，针对不同的地质条件以及桩基尺寸特点，应动态优化施工技术，提高可行性。随着行业技术的发展，永久钢护筒逐步被应用于桥梁桩基施工中，制作和安装是两大重点环节，应由专员以科学的方法将工作落实到位，保证施工质量[1]。

1 工程概况

某桥梁工程，1#钢护筒顶标高-3.1 8 m，设计底标高-39.38m，护筒单根长度8m，含永久钢护筒6m和措施护筒2m，护筒内径、外径分别为1m、1.028m；于护筒顶口、底口两处设抱箍，长度分别为50cm、75cm，厚度12mm，材质为Q345C钢。考虑到钢护筒受力可靠性的要求，在顶部内侧设10根准25mm螺纹加强筋，见图1。

2 钢护筒直径的计算

按照如下公式展开计算，确定钢护筒的内径d：

d≥（D/2+H×i+d’）×2

式中：D-设计桩径（m）；H-钢护筒长度（m）；i-护筒倾斜率（%）；d’-护筒平面位置允许误差（m）。

前述提及的计算方法主要适用于一般钢护筒，此类护筒的功能相对单一，仅为了保证桩基精准就位而设置，在调控桩基的倾斜度方面不具备可行性。在此条件下，应重点考虑护筒内径的优化，该值有必要略大于规范中的控制要素。

具体至本工程中，采用的是永久钢护筒，作为桩基结构体系中的一部分，打设到位后不再拔出。根据该特点可知，后期钻孔桩的倾斜率将与钢护筒相同，由此也说明的是，护筒与桩基的位置具有一致性。在此条件下，提出几项永久钢护筒的施工要求：加强对护筒自身的检测与控制，例如直径允许偏差率±10mm，椭圆度小于d/100且不超过30mm，护筒内径富余量为270mm，若实测结果超出许可范围，加以调整并再次检测，直至满足要求为止[2]。

3 钢护筒的加工

3.1 加工工艺流程

富有秩序性地加工钢护筒，具体流程如图2所示。

3.2 开坡口

钢护筒除底节为2.2m外，其它各节段均按2m控制，开坡口采用氧气+丙烷半自动切割机完成，全程保持匀速（15cm/min）。精细化切割，割线面平整稳定，垂直度不超过2mm，允许边缘处有轻微的缺棱现象但不超过1mm。

3.3 卷板

配备卷板机，将开好坡口的板料置于该装置中，以轴轮线为参照基准，对板料的纵向中心线做适当的调整，直至两者呈平行的位置关系为止。板料对中后，以多次进给的方法调节上轮，经此操作后使板料初步弯曲，而后做多次的滚动处理，实现对板料的进一步弯曲操作。随着加工时间的延长，板料被推送至边缘部位，逐步压下上滚轮，在该装置的多次来回滚动作用下，以循序渐进的模式减小板料的曲率半径，直至达标为止。卷弯时，用样板检验弯板两端的椭圆度，采取有效的控制措施。

3.4 埋弧自动焊接

（1）焊接作业流程

焊接打底→填充→盖面→反面气刨清根→埋弧自动焊接（此环节也可采用CO2保护焊的方法）。

（2）钢护筒纵缝焊接。①板材卷制完成且达标后，对接纵缝，用CO2保护焊的方法打底固定。打底总厚度至少为12mm，分阶段完成，通常单次为6mm左右。②以吊装的方法将钢护筒转至预先搭设成型的焊接胎架处，磨除打底的表面以及坡口周边的锈蚀部分，直至露出金属光泽为止。③埋弧自动焊接，此环节分6次有序完成，单次有效熔深按3mm控制。④在前述基础上，安排反面气刨清根作业，深度8mm。⑤对清根处做焊接处理，施工方法为CO2保护焊，单次焊接厚度均为5mm，经过连续的2次操作后，形成10mm的焊接厚度。至此，得到钢护筒半成品，通过质量检验后，用于后续施工。

（3）钢护筒环缝焊接。环缝焊接所用方法与纵缝基本一致，基本思路是内侧打底固定→外侧坡口焊接→内侧气刨清根→清根部位焊接。钢护筒卷制成型后，将其吊装至联动滚轮架上，在预先搭设好的平台上放置埋弧自动焊机，调整装置的位置并予以固定。为减小环境因素的干扰，搭设挡雨棚。在V型坡口外部焊接时，要求焊机稳定不动，使焊丝对准钢护筒的中心线，尽可能匀速地转动钢护筒，最终完成焊接；而对于V型坡口内侧，焊接前先气刨清根出白，再用CO2保护焊的方法焊接。

3.5 焊接质量控制

（1）钢板原材料进场时，加强质量检验，并检查质量合格证等相关资料，确认无误后安排进场。

（2）落实持证上岗制度，由具有资质的焊工参与焊接作业，从源头上提升焊接的规范性。

（3）焊前对焊接区域做详细的清理，避免该处附着铁锈、油污等杂质。对坡口做适度的打磨，将该处残留的杂质清理干净，以免影响最终的焊接施工效果。

（4）焊接时，禁止在焊缝区以外的母材上打火引弧。焊接后，检查焊缝的质量，若有砂眼、气孔或是其它问题，用角磨机予以清理，随后补焊。

4 钢护筒施工技术

4.1 钢护筒加工

在厂内加工钢护筒节段，通过质量检验后运输至现场，吊装、组拼到位。钢护筒加工过程中，用三轮卷板机卷制，焊接纵缝，保证护筒节段的完整性与稳定性。在各节段间增设0.2m的钢箍，内侧设十字支撑架，起到防护作用，以免在吊装过程中因缺乏可靠的支撑措施而失稳。现场对接焊缝前，先判断是否具备作业的条件，焊接环境的相对湿度以80%以内为宜，温度不低于0℃（以普通碳素钢的焊接为例）。

4.2 钢护筒沉放

钢护筒具有自重作用，但仅凭借自重难以完全沉放到位，因此利用振动锤锤击，借助外力打设钢护筒。沉放过程中及时采集GPS接收的CORS信号，据此对现场实际作业情况作出准确的判断，适时调整，通过打桩船移位的方式实现精准定位。高程测控时，采取的是水准测量和三角高程测量两种方法，联合应用，切实保证钢护筒高程测量结果的准确性。

4.3 控制措施

（1）测量控制。①平面控制。依托于GPS控制网检测，根据反馈的信息动态控制。在钢栈桥上布设7个临时加密控制点，按C级网的标准施测。②）高程控制。对临时控制点做静态观测加密，随后引测高程至控制桩（指的是已经沉放到位的部分），以此为基准，精准控制钢护筒的沉放量，使其高程满足要求。

（2）定位过程控制。①计算钢护筒的中心坐标等相关数据；②架设全站仪，开启GPS接收测量；③汇总测量结果，将其与计算所得的理论值做对比分析，根据实际偏差做灵活的调整；④全站仪复测平面坐标和垂直度，若有误则调整，再次检测，直至完全满足要求为止；⑤锤击时，检测垂直度并加强控制；⑥停锤前，检测高程并加强控制。

4.4 钢护筒的吊装

钢护筒吊装施工环节选用的机械设备为粤航工03#打桩船，两下两点吊装。用运桩驳横桥向喂桩，打桩船倚住运桩驳施吊，吊装期间加强检测与控制，保证钢护筒吊装姿态的合理性，不可与周边构件或设施发生碰撞。

4.5 钢护筒的定位

用全站仪测量放样，在确定中心点后，向周边扩展出四个定位点，分别为之设置弧形卡板，作为钢护筒定位时的辅助装置。定位架的位置偏差控制在2cm以内，钢护筒吊装下放到位后，与固定钻孔平台连接。在定位架的四周设四个千斤顶，目的在于钢护筒发生偏斜时可以及时做出调整，实现对钢护筒的精准控制[3]。

4.6 钢护筒下沉

取两根材质、长度、直径均一致的钢丝绳，对称布设，有序起吊钢护筒。起吊至桩位后，沿着定位架以缓慢且匀速的状态向下放置，而后启动振动锤，由该设备提供激振力，促进钢护筒下沉，在该过程中利用全站仪加强检测，判断钢护筒的垂直度，有偏差则及时控制。钢护筒下沉到位后，为全面保证位置的准确性，复测中心坐标和垂直度，误差超限时予以矫正。

5 永久钢护筒施工的问题、原因及处理措施

5.1 钢护筒倾斜

（1）原因分析。①钢护筒借助振动锤提供的振动力向下沉放至指定位置，在振动期间钢护筒各部分的受力缺乏均衡性，局部因受力偏差过大而倾斜；②预埋钢护筒时，该装置未与地面呈垂直的关系，在该姿态下打设钢护筒时，存在偏斜问题；③对钢护筒做焊接处理时，未调整好相邻两节护筒的位置，即不在同一水平线上；④钢护筒施工现场的地质条件较差，局部承载能力不足，有失稳的可能；⑤振动埋设钢护筒时受阻，导致钢护筒姿态存在偏差。

（2）处理方法。①选取2个振动锤，共同振动施工；②配套导向架，在其引导作用下，保证钢护筒姿态的合理性；③对钢护筒做接长处理时，检测垂直度并予以控制；④现场存在软硬差异化明显的地层或是其它特殊地质条件时，根据实际情况适当放慢振动入土速度，并在该过程中及时纠偏；⑤钢护筒打设阶段遇到障碍物时，适当降低振动速度，或是小幅度地多次提拔振动锤，实现纠偏。

5.2 钢护筒底漏浆及局部坍孔

（1）原因分析。现场地质条件差异化过大；钢护筒的打设深度与设计要求不符。

（2）处理方法。①施工前全面分析地质勘察报告，对现场的地质条件形成准确的认识；②根据地层特性有效控制埋设深度，使钢护筒穿过不良地质层。

5.3 钢护筒变形

（1）原因分析。①钢护筒制作时未控制好精度，实际尺寸与设计要求的偏差较大，施工后钢护筒有不同程度的变形现象。例如，钢护筒不圆度的存在将影响其正常受力，局部有受力偏差，且随着振动插打作业的持续开展，不圆度随之加大，可见钢护筒有愈发明显的变形现象。②环向应力的存在会直接对钢护筒的稳定性造成影响，导致其发生变形。相比于钢护筒的非弹性屈曲环向临界应力而言，若钢护筒受到的环向应力偏大，将在受力异常的情况下发生变形，而在环向应力增加时，钢护筒的变形程度加重。③钢护筒承受较强的竖向应力时，在该部分力的作用下，焊缝处有撕裂的情况，严重时影响钢护筒的整体形态，变形问题随之显现。从成孔检测仪的实测结果来看，孔内部分区域坍塌，该处钢护筒的内应力加大，威胁到焊缝的稳定性，即焊缝撕裂，可见钢护筒变形。

（2）处理方法。在探明钢护筒变形的主要成因后，进一步探讨处理方法，主要考虑如下两个方面：①遇钢护筒变形的情况时，将该部分拔出，再以工程施工要求为准，重新按照规范振动打设钢护筒。但此方法的局限性较强，实际操作难度较大，施工的可控性不足，重新打设钢护筒时所在的位置可能会偏离原孔位，最终影响到钢护筒的打设施工效果。②界定存在变形现象的钢护筒，以切除的方法处理该部分，再重新套上形态、刚度均合理的钢护筒。在采取此方法后，有效减少工作量，施工的可行性较高，仅需切除、清孔、更换即可；但需注意的是，切除过程中有一定的破坏性作用，可能会导致原本无异常状况的钢护筒变形，反而加大处理难度，因此必须由专员精细化操作，以免额外增加工作量。

5.4 护筒内淤泥面上升

（1）原因分析。钢护筒打设现场的淤泥承压力过大，在施工过程中淤泥层上部的土体被挖走，导致该部分土体丧失足够的压力，而淤泥的流动性较强，将顺着孔道向外涌出，破坏地表的完整性，随之下沉。

（2）处理方法。①适度加快钢护筒的施工速度，在满足质量要求的前提下快速将钢护筒打设至持力层，采用此方法避免淤泥上升至孔道。②施工条件允许时，不采取人工挖孔的方法，简化施工内容，直接用钢护筒从地表处施工。

综上所述，在桥梁桩基的永久钢护筒施工中，参建人员需予以高度的重视，结合现场施工条件制定可行的方案，有条不紊地推进施工进程。施工具有系统性与复杂性，诸如钢护筒的加工与焊接、搭设均是重点内容，应由具有资质的员工以科学的方法操作，且需密切关注钢护筒倾斜、钢护筒底漏浆、变形、护筒内淤泥面异常上升等问题，采取预防措施，而由于防控不当或是其它原因而出现问题时，必须查明原因并有效处理，恢复正常施工状态。在多重措施并行的模式下，全面保证永久钢护筒的施工质量。