一種在拋石區(qū)等不良地質(zhì)條件下進(jìn)行鋼護(hù)筒施工的新工藝

楊長(zhǎng)虹，彭琳琳

(中交二航局第四工程有限公司)

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)橋梁施工技術(shù)的不斷發(fā)展，橋位所處的環(huán)境日趨復(fù)雜化，不斷給施工帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。尤其是對(duì)樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量影響較大的鋼護(hù)筒，隨著地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜化，施工難度也在不斷增大。在常規(guī)地質(zhì)條件下鋼護(hù)筒的沉放施工技術(shù)已較成熟，鋼護(hù)筒沉放采用振動(dòng)錘通過(guò)定位導(dǎo)向直接振動(dòng)下放到位。國(guó)內(nèi)在江河、沿海等填筑圍墾地區(qū)進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，表層覆蓋有較厚的拋石層。當(dāng)鋼護(hù)筒需要穿過(guò)該地層時(shí)，采用常規(guī)工藝在該地質(zhì)條件下振動(dòng)下沉往往造成鋼護(hù)筒底部卷邊、變形，護(hù)筒偏位較大，護(hù)筒精度無(wú)法滿足要求。為克服拋石層影響，通常采用人工和機(jī)械進(jìn)行石塊的清理，清理工效低、投入大，工期難以保證。

2 新型工藝介紹

2.1 總體工藝

拋石區(qū)鋼護(hù)筒的沉放，如何在不進(jìn)行預(yù)先清理的情況下穿透石層時(shí)鋼護(hù)筒沉放的關(guān)鍵。經(jīng)多次論證和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行樁尖加強(qiáng)改造以提高其剛度和沖擊韌性，提出了“挖坑栽樹(shù)法”的鋼護(hù)筒沉放工藝，通過(guò)鋼護(hù)筒的兩次振沉的方式，從而有效解決了拋石區(qū)等不良地質(zhì)區(qū)進(jìn)行鋼護(hù)筒沉放的施工難題。采用振動(dòng)錘將帶樁尖加強(qiáng)裝置的鋼護(hù)筒沉放在需要沉放護(hù)筒的位置進(jìn)行振沉，由于該鋼護(hù)筒帶有端部樁尖加強(qiáng)裝置，較容易將部位堆積的塊石擠開(kāi)，穿透塊石層。穿透石層后，將該裝置拔出。在樁位形成一個(gè)穿透石層且直徑略大于鋼護(hù)筒的坑槽。迅速將鋼護(hù)筒通過(guò)導(dǎo)向裝置沿著已形成的坑槽下放，采用振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒振沉到位。由于形成的坑槽較鋼護(hù)筒直徑略大，較容易將鋼護(hù)筒沿坑槽下沉并穿透石塊堆積層。繼而通過(guò)振動(dòng)錘振沉到位。總體施工工藝流程圖如圖1所示。

2.2 樁尖加強(qiáng)關(guān)鍵裝置制作技術(shù)

樁尖加強(qiáng)裝置(沖樁)由護(hù)筒和樁尖兩部分組成。護(hù)筒采用需要沉放的原型鋼護(hù)筒，樁尖采用厚度不小于2倍鋼護(hù)壁厚的鋼板焊接，樁尖加強(qiáng)制作成錐形，錐形高度一般不低于1.5 m。樁尖內(nèi)部采用“十”或“米”字形鋼板加勁，確保樁尖在振沉中具有足夠的剛度。樁尖表面采用開(kāi)孔處理，以平衡在振沉過(guò)程中由于水頭差等存在而形成內(nèi)外壓力差，防止樁尖變形。同時(shí)，樁尖與護(hù)筒連接處，樁尖較護(hù)筒外壁適當(dāng)增大3～5 cm，以使樁尖振沉出足夠的空間，形成略大于鋼護(hù)筒直徑的孔洞。使鋼護(hù)筒再次下放時(shí)，順利沿著已形成的孔洞穿越石層。沖樁如圖2所示。

2.3 施工關(guān)鍵設(shè)備選擇

根據(jù)鋼護(hù)筒振沉所需的設(shè)備，主要設(shè)備為沉放所需的振動(dòng)錘。由于拋石層地質(zhì)情況復(fù)雜，目前尚未有針對(duì)拋石區(qū)鋼護(hù)筒沉放所需激振力的計(jì)算。且由于石層堆積情況的不同，直接影響樁側(cè)摩阻的受力，故“沖樁”下沉所需的振動(dòng)錘無(wú)法精確計(jì)算。可根據(jù)拋石區(qū)所在正常地層所需的摩阻力進(jìn)行估算。正常計(jì)算時(shí)，考慮鋼護(hù)筒沉放到位所需振動(dòng)錘激振力Fv＞土的動(dòng)摩阻力Fr。

Fr=μ∑fULi

式中:f為土體單位面積極限摩阻力，kN/m2;U為護(hù)筒周長(zhǎng)，m;Li為入土深度，m;μ為動(dòng)摩阻系數(shù)(通常地勘報(bào)告給出的是不含石塊時(shí)μ的取值)。

圖1 施工總體流程圖

圖2 樁尖加強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖

根椐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于超長(zhǎng)、超大直徑鋼護(hù)筒沉放，宜選用大激振振動(dòng)錘。且對(duì)于拋石區(qū)鋼護(hù)筒沉放，由于鋼護(hù)筒底部存在石塊堆積，大激振振動(dòng)錘使激振力易于到達(dá)護(hù)筒底端，進(jìn)而容易將“沖樁”底部的石塊沖開(kāi)，形成孔洞。根據(jù)振動(dòng)錘選用方法，F(xiàn)v＞Fr。由于拋石區(qū)有石塊的存在，故一般振動(dòng)錘激振力Fv應(yīng)大于2Fr，振動(dòng)錘可據(jù)此選用合適的型號(hào)。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)自主研發(fā)的鋼護(hù)筒沉放的施工新裝置和“挖坑栽樹(shù)法”的鋼護(hù)筒沉放新方法，有效解決了多例拋石區(qū)長(zhǎng)大鋼護(hù)筒沉放難題。由于不需要事先采用機(jī)械進(jìn)行石塊清理，大大節(jié)省了施工工期和工程費(fèi)用。目前，該裝置已經(jīng)獲得國(guó)家專利(專利號(hào):ZL201120514508.5)。

［1］ 游斌，李維洲.深水無(wú)覆蓋層地層鋼護(hù)筒沉放關(guān)鍵技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2013，(8):11-12.

［2］ 一種用于管樁沉放的施工裝置［P］.中國(guó)實(shí)用新型專利公報(bào)(201120514508.5).2012-08-17.

［3］ 李居昌.公路施工手冊(cè) 橋涵［M］.北京:人民交通出版社，2000:509.