长护筒在桥梁钻孔灌注桩施工中的应用研究

崔适龙

摘要 桥梁是我国交通工程中用以跨越不良地质条件的一种重要构筑物，其施工环境大多位于露天野外，经常面临复杂的地质环境，给桩基施工带来一定挑战。为保证不良地质条件下的桥梁桩孔灌注桩的施工质量与效率，长护筒作为桩基成孔阶段保证钻进顺利钻进的有效工具而得到广泛应用。文章依托某高速公路沿江特大桥主墩部位的钻孔灌注桩施工案例，进一步分析了长护筒的具体应用，包括长度选择、制作与埋设要点等，重点总结了长护筒垂直度控制、桩基定位控制以及护筒施工中常见问题的解决措施，为长护筒技术的工程应用积累了有价值的借鉴经验。

关键词 钻孔灌注桩施工；长护筒；埋设要点；垂直度控制

中图分类号 U231.3文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0057-03

0 引言

钻孔灌注桩具有成桩直径和桩长灵活、单桩承载力大等优点，目前超高层建筑及大型桥梁工程在基础设计时，一般首选钻孔灌注桩为主要的桩型[1-4]，并常常采用超长大直径钻孔灌注桩（桩径大于800 mm，桩长超过60 m）。尤其在长江中下游地区，地质条件以砂土和黏土及淤泥质土为主，持力层埋置很深，所以该桩型应用更为广泛。对于水下钻孔工况，其钻进过程中的地质条件复杂，采用长护筒对不良地层进行隔离，可有效保证钻进垂直度和孔壁的穩定性，保证钻机钻进时的顺利成孔[5-7]，因此，对长护筒在大直径超深钻孔灌注桩中的应用技术进行总结十分必要。

关于护筒在钻孔灌注桩方面的应用，已有相当多的专家学者进行了相关探索与研究。比如，董海明[8]基于舟山响礁门大桥的主墩为例，针对基础桩径达2.5 m的深水大直径钻孔灌注桩，采取了深水打入式施工工艺，取得了成功应用。曾治平[9]依托某公路大桥工程，通过采用钢护筒外植筋做辅桩预固定钢护筒，较有针对性地解决了在裸岩河床的条件下，钢护筒底部筒口卷边与串浆的问题。而在地表盐渍土等腐蚀性土广泛分布的地区，焦刘圆等[10]设计采用了永久性钢护筒，保证结构物的耐久性，并阐述了永久性钢护筒的施工工艺。该文在前人研究的基础上，进一步以某大型桥梁的钻孔灌注桩施工为例，介绍钢护筒的具体应用及注意事项，可为类似工程提供一定的指导。

1 工程概况

某高速公路沿江段改建工程中的一特大桥全长2 275.96 m，由主桥和引桥组成。主桥梁体桥跨布置为（120+260+120）m=500 m，采用三孔一联钢－混凝土组合结构。该特大桥Z3主墩位置自上而下分别为细砂、淤泥质黏土、卵石、粉质黏土、卵石、强风化凝灰岩、中风化凝灰岩，中风化岩力学强度，高物理力学性质较好，可作桩端持力层。

由于在水下钻孔施工，该桥梁Z3主墩位置的钻孔灌注桩经分析后采用泥浆护壁钻进成孔，鉴于其钻进过程中的地质条件复杂，故采用长护筒对不良地层进行隔离，从而有效保证钻进垂直度和孔壁的稳定性，保证成孔的效率和质量。

2 长护筒的应用

2.1 护筒长度选择

长护筒在桥梁施工过程中埋设的高度并没有统一要求，主要根据工程施工现场的地质土层质量状况来确定，同时还需综合考虑地表高程、液化层范围以及地表的杂填土高度等因素。正式施工前，对施工现场的地表垃圾及杂土进行清理，避免出现塌孔，保证成孔的质量。不同桩位处需要调整护筒长度时，应使护筒长度与成孔深度保持同比例变化。护筒一般为钢结构，壁厚10 mm，呈圆柱状，长度为4～10 m不等。考虑到该项目地面以下存在厚度10 m左右的粉质黏土液化层，因此可选择10 m长的护筒，能有效避开液化层，保证成孔过程的安全性。另外，为保证护筒在液压振动锤的夹持和振动作用下不发生变形，应对护筒的上下口采取包边处理，从而起到一定的加强作用。

2.2 长护筒主要功能

埋设长护筒的作用，一方面是便于准确定位需要钻进的桩位，避免产生桩位定位偏差；另一方面，在确定好桩位进行钻孔时，长护筒还可固定桩孔的位置，避免孔口被地面的水流冲刷，提高桩孔内部的水压力，从而有效避免塌孔。另外，通过埋设长护筒，也可在成孔的过程中引导钻头的方向，避免钻孔的平面位置出现偏差。

2.3 护筒的制作

护筒为钢结构，硬度和刚度都非常大，不容易变形，能承受一定的压力。在桥梁施工过程中，通常会根据施工项目特点确定护筒的长度与厚度，两者一般成正比例关系，即护筒长度越长，厚度也会够厚。长度在4 m左右的护筒厚度一般要在5 mm以上，如果根据成孔要求需增加护筒长度至4 m以上时，则要采用至少6 mm厚的钢板进行制作。

护筒制作完成后，在每节护筒底部需要焊接一个加劲圈。加劲圈设置在护筒壁外，与护筒之间采用满焊形式。加劲圈钢板厚度与护筒钢板厚度一致，高度为300 mm，距离护筒底部30 mm，与护筒底形成一个夹角，帮助护筒克服土壤摩阻力，防止护筒受挤压变形。

2.4 护筒埋设要点

为尽量减少钢护筒之间在施打过程中相互扰动，钢护筒搭设顺序同桩基施工顺序。钢护筒顶面标高与施工平台高程相同，护筒中心的定位应保持与桩位同轴，两者实际成型定位偏差应少于80 mm，且护筒的埋设倾斜度低于1%。钢护筒采用平板车运抵现场，采用70 t履带吊机起吊，以DZJ-200型双卡振动打桩锤分节插打。钢护筒插打前，用全站仪放出其中心坐标位置，并采用钢导向框（如图1所示）进行导向，控制中心偏差不大于80 mm。单节插打到位后，对其中心位置复核后再进行接长，并通过全站仪对横桥向进行观测，确认竖直度偏差在1%内后，再对称施焊。最后，当护筒底标高达到设计要求且贯入度达到5 cm/min时，即认为钢护筒插打到位。

在护筒埋设的位置确定好后，护筒周围需要用含水量充足的黏土进行回填固定，夯实护筒的基础，防止护筒在桩孔中摇晃，保证成孔的质量和稳固性。钢护筒全部施工完成后，两两之间分别用Ⅰ45b工字钢进行连接，以防塌孔时护筒沉落或偏斜。

3 桥梁钻孔灌注桩施工要点

3.1 桩孔位置控制

桩孔的位置确定是整个钻孔灌注桩施工的关键。为保证桩孔位置的准确性和有效性，控制桩孔位置时具体分为两个步骤，即桩孔位点的控制和护筒的控制。两个关键工序的实施质量直接影响着后续桥梁桩基施工的整体质量与定位精度，如施工过程中质量控制不过关，产生的定位偏差超过设计与规范要求值，则会导致不必要的返工，既耽误工期，也一定程度上影响项目效益与质量。其中，桩位点放样的误差应控制在1 cm以内，成桩的误差控制在5 cm以内。

桩位点由专业设计人员经过测量计算后，按其坐标数据进行现场放线。确定好桩位的坐标后，打入钢筋进行位置标记。经现场施工人员复核后，再进行护筒位置的测量与确定。护筒施工质量控制的关键在于控制其垂直度，桩孔直径与护筒直径有一定的偏差（通常护筒内径比桩径大30 cm左右），只有控制好护筒的垂直度，才能保证其在桩孔内安装的稳定性。护筒埋设时同步检查护筒外径与引出控制点间的距离，若超出5 cm的偏差控制值，应采取上拔护筒后再低频下沉的方法进行纠正。护筒埋设完成后由测量人员对护筒的中心位置再次复核，保证护筒与桩位中心点间的定位偏差满足设计和安装要求。具体控制如图2所示。

3.2 垂直度的控制要点

由于该项目中的护筒埋设长度较长，故其垂直度控制至关重要，否则会直接影响到成桩的质量以及钻孔工作的正常进行。在埋设护筒前，在桩孔的垂直方向上引设两个位置点，同时计算出两个点与护筒外壁之间的距离；在护筒下沉埋设过程中，应及时校核护筒与两个定位点间的距离，一旦发现超出设定的偏差值，就要中止继续下沉，拔起并重新调整护筒的垂直度后，再次进行埋设。

在护筒下沉时，也可以利用地质罗盘或者水平尺对垂直度进行实时测量，测量的频率保持在5 m一次。另外，下沉过程中，还可在护筒顶部外边缘的垂直方向设置4个吊点，并将吊锤挂设在四个吊点处，根据下沉过程中吊锤和护筒壁间的距离变化，完成对护筒埋设的垂直度控制。

4 长护筒施工存在的问题及预防措施

4.1 长护筒埋设方面

长护筒埋设完成后，一般需根据现场的环境特点对外壁采取一定的防护措施。虽然前期已经勘察过施工场地的地下环境，但在护筒埋设下沉过程中仍应根据现场可能的地層变化采取调整措施，从而保证护筒一次性下沉到位时，钻机可正常钻入。而护筒如果不能一次性打入，且其露在外部的高度不超过1 m时，在这个高度内钻机虽然可以正常工作，但是钻具上下的时间会较长，成孔难度增加，也会延长施工的时长。如果护筒露在外部的高度超过1 m，则护筒下端地层极易出现塌孔的现象，对此需要继续打入合适长度的短护筒，直至护筒安装到预定的标记位置。

4.2 护筒拔起的问题

在浇筑混凝土完成1 h后即可将护筒拔起，特殊情况下也不能超过混凝土初凝的时间。如图3所示，在护筒拔起的过程中要注意用振动锤振动，以此来减小护筒和桩孔土体之间的黏附力。长护筒的拔起速度应缓慢，不可过快，振动锤的减震弹簧不得完全处于压缩状态，以避免对护筒和振动锤造成损坏。同时，拔起过程中振动锤与护筒宜保持同一条竖直线的工况。

4.3 混凝土面下降的问题

部分桥梁工程在混凝土浇筑成功后，桩基混凝土面会出现下降情况，这是因为护筒占有一部分空间，在拔起护筒后，其原先占有的那部分空间被混凝土流动填充，继而造成混凝土面下降。在护筒拔出过程中，振动锤也会对周围的土层产生一定的振动作用，导致土料之间产生一定空隙。为避免出现混凝土面下降的情况，在护筒拔出后应当计算空隙体积，在混凝土达到要求的浇筑高度时，宜额外再浇筑一定量的混凝土，使桩头长度超灌1～1.5 m左右，用以填充护筒拔出后产生的空隙体积。

5 结语

桥梁作为我国交通运输中跨越不良地质条件的一种重要构筑物，其质量关系到交通运输者的生命安全。作为长期性的施工工程，桥梁成型质量是保证其稳定服役的重要环节。在桥梁施工过程中，钻孔灌注桩作为一种基础性的工艺措施，其技术水平的高低直接影响着桥梁的承载能力与结构稳定性。其中，针对桩基施工时遭遇的不良土质工况，长护筒作为原理简单、操作便捷的施工措施，对钻孔位置的精确定位及成桩质量保证发挥着巨大作用。该文研究了长护筒在桥梁钻孔灌注桩施工技术中的具体应用，分析长护筒长度选择、制作质量以及埋设施工要点，可以为类似地质条件下的桥梁钻孔灌注桩施工提供借鉴。

参考文献

[1]任安乐. 公路桥梁钻孔灌注桩施工技术及质量控制分析[J]. 黑龙江交通科技， 2021（10）： 106-107.

[2]胡旻皓. 水利桥梁工程软土基础钻孔灌注桩施工技术及质量[J]. 居舍， 2021（28）： 31-32.

[3]邓孟炘. 建筑工程钻孔灌注桩施工质量管控探究[J]. 中国住宅设施， 2021（9）： 148-149.

[4]杜帆. 长护筒在钻孔灌注桩施工中的应用[J]. 建筑机械， 2019（4）： 119-121+124.

[5]王保亭. 公路桥梁钻孔灌注桩施工技术分析[J]. 黑龙江科技信息， 2014（23）： 190.

[6]陈礼忠. 东海大桥超大深钻孔灌注桩施工探索[J]. 建筑机械化， 2004（11）： 23-25.

[7]黎中银， 焦生杰， 吴方晓. 旋挖钻机与施工技术[M]. 北京：人民交通出版社， 2010.

[8]董海明. 响礁门大桥深水大直径钻孔灌注桩的钢护筒施工[J]. 桥梁建设， 2003（5）： 65-66+79.

[9]曾治平. 深水裸岩及斜面岩河床钻孔灌注桩钢护筒施工[J]. 山西建筑. 2017（12）： 78-79.

[10]焦刘圆， 路迪， 王大会. 钻孔灌注桩永久性钢护筒施工工艺探讨[J]. 公路， 2020（6）： 57-60.