壓力頂升法拔除大直徑基樁鋼護(hù)筒施工技術(shù)

馮 博 張 偉

(中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119)

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壓力頂升法拔除大直徑基樁鋼護(hù)筒施工技術(shù)

馮 博 張 偉

(中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119)

結(jié)合鰲江特大橋的工程地質(zhì)條件，分析了該橋21-2號(hào)主墩大直徑基樁鋼護(hù)筒拔除施工的難點(diǎn)，并從密封裝置加工、頂升裝置調(diào)試、密封腔加壓測試、鋼護(hù)筒吊裝等方面，介紹了壓力頂升法拔除大直徑基樁鋼護(hù)筒的施工工藝，為類似工程施工提供借鑒。

斜拉橋，壓力頂升法，基樁，鋼護(hù)筒

1 概況

1.1 工程概況

鰲江特大橋主橋?yàn)殡p塔雙索面疊合梁斜拉橋，其主跨跨徑為320 m，21號(hào)主墩位于平陽側(cè)，里程樁號(hào)為K330+956。主墩承臺(tái)下設(shè)38根直徑為2.5 m的鉆孔灌注樁，設(shè)2個(gè)備用孔?；鶚朵撟o(hù)筒直徑2.8 m，壁厚20 mm，基樁采用ZJD4000型氣舉反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行成孔。21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒頂標(biāo)高+6.75 m，底標(biāo)高-45.09 m，鋼護(hù)筒長51.84 m，設(shè)計(jì)樁長106.7 m，鉆機(jī)在鋼護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)卡鉆無法正常鉆進(jìn)情況。

1.2 工程地質(zhì)情況

1)地形地貌。鰲江特大橋總體呈南北走向，橫跨鰲江口。橋梁起點(diǎn)位于鰲江北岸的平陽縣墨城鎮(zhèn)，墨城鎮(zhèn)一帶為山區(qū)丘陵，在本橋位處主要為丘陵。橋梁終點(diǎn)位于鰲江南岸的蒼南縣龍港鎮(zhèn)，為沿海平原及潮灘，平原地勢平坦，河網(wǎng)交錯(cuò)。橋址區(qū)位于海積平原，地勢平坦、開闊，鰲江兩岸池塘密布，地面標(biāo)高2.0 m～4.0 m。

2)地層巖性。橋址區(qū)主要為沿海海積成因平原區(qū)，表層分布全新統(tǒng)上組海積粘土，灰黃色，可塑，鰲江水域缺失該層，其下為全新統(tǒng)上組海積淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，黃灰色，流塑。場地上部為全新統(tǒng)中組海積淤泥質(zhì)粘土及淤泥，灰色，流塑，層厚較大；中上部為全新統(tǒng)下組沖海積粘土，灰色，流塑。

2 施工難點(diǎn)

1)基樁直徑較大，基樁鋼護(hù)筒變形較大，處理難度較大。

2)行業(yè)內(nèi)先前較少采用壓力頂升法處理變形鋼護(hù)筒的案例，基本無可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)和機(jī)械設(shè)備。

3)由于頂升鋼護(hù)筒所需壓力較大，對于連接面焊縫質(zhì)量要求較高。

4)鰲江特大橋21號(hào)主墩處地質(zhì)情況較為復(fù)雜，無法精確計(jì)算頂升所需施加的壓力值。

3 鋼護(hù)筒打設(shè)情況

21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒采用600 t浮吊配合振動(dòng)錘進(jìn)行打設(shè)，在打設(shè)至底口標(biāo)高-38.7 m(距離設(shè)計(jì)標(biāo)高-50 m差11.3 m)時(shí)鋼護(hù)筒進(jìn)尺困難，后采用打樁船補(bǔ)打，最終打設(shè)至標(biāo)高-45.09 m(距離設(shè)計(jì)標(biāo)高-50 m差4.91 m)，鋼護(hù)筒不再進(jìn)尺，最終該鋼護(hù)筒長度為51.84 m。

4 21-2號(hào)基樁施工情況

1)21-2號(hào)基樁于2016年3月8日開鉆，鉆頭直徑2.58 m(包含活動(dòng)塊)，2016年3月9日凌晨3:00鉆至孔底標(biāo)高-24 m(孔深31 m)位置時(shí)出現(xiàn)卡鉆情況，無法鉆進(jìn)，后將鉆頭提出；

2)2016年3月9日～2016年3月11日，更換鉆頭直徑(2.5 m～1.5 m)，仍然出現(xiàn)卡鉆情況，無法鉆進(jìn)；

3)為不影響其他基樁正常施工，2016年3月12日決定將該孔位處鉆機(jī)移至21-18號(hào)樁位進(jìn)行施工；

4)2016年3月13日下午潛水員對孔內(nèi)情況進(jìn)行摸查，鋼護(hù)筒壁有明顯刮痕，初步判定護(hù)筒有變形情況，但由于鋼護(hù)筒周圍有泥，無法具體判斷鋼護(hù)筒變形情況。

2016年3月15日上午，對主橋21-2號(hào)基樁進(jìn)行了超聲波成孔檢測，檢測結(jié)果顯示東西斷面從31 m深處護(hù)筒直徑開始變小，至39 m深時(shí)鋼護(hù)筒直徑變小至約2.2 m。而南北斷面由于受鋼護(hù)筒壁淤泥影響，此斷面鋼護(hù)筒直徑變化顯示不清楚。

根據(jù)鋼護(hù)筒打設(shè)時(shí)的異常情況、鉆孔情況、潛水員潛入摸查和超聲波成孔檢測分析，初步判定在鋼護(hù)筒打設(shè)過程中遭遇大粒徑孤石，致使鋼護(hù)筒打設(shè)困難，并出現(xiàn)變形情況。

根據(jù)以上檢測及分析結(jié)論,并經(jīng)研究討論后,擬對已變形的鋼護(hù)筒進(jìn)行拔除作業(yè)并在原位重新施打新的鋼護(hù)筒。

5 鋼護(hù)筒拔除方案

21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒采用壓力頂升法拔除，其工作原理如下：對變形的鋼護(hù)筒上部進(jìn)行密封，利用高壓氣泵或高壓液泵對其頂部密封腔施加一定的壓力，利用作用力和反作用力的原理，將鋼護(hù)筒從樁位處頂升出來。

千斤頂?shù)墓ぷ髟恚喊馐滞献邘?dòng)小活塞向上，油箱里的油通過油管和單向閥門被吸進(jìn)小活塞下部，扳手往下壓時(shí)帶動(dòng)小活塞向下，油箱與小活塞下部油路被單向閥門堵上，小活塞下部的油通過內(nèi)部油路和單向閥門被壓進(jìn)大活塞下部，因杠桿作用小活塞下部壓力增大數(shù)10倍，大活塞面積又是小活塞面積的數(shù)10倍，由手動(dòng)產(chǎn)生的油壓被擠進(jìn)大活塞，由帕斯卡原理知大小活塞面積比與壓力比相同。

將壓力頂升原理與千斤頂工作原理進(jìn)行對比，這樣可以更形象的理解壓力頂升原理。

5.1 施工流程

壓力頂升法施工流程見圖1。

5.2 壓力頂升法施工

1)頂升鋼護(hù)筒所需壓力計(jì)算。21號(hào)主墩除2號(hào)基樁，其余基樁均已施工完畢，場地滿足鋼護(hù)筒拔除要求。21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒上承重梁牛腿已割除。根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，先往21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒內(nèi)灌入20 m深的淤泥質(zhì)粘土，后再灌入4 m深中粗砂。同時(shí)在21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒頂口位置焊接吊耳。

根據(jù)頂升法的施工原理可知，鋼護(hù)筒拔除需要克服鋼護(hù)筒與土之間的摩阻力以及鋼護(hù)筒自重。主橋21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒直徑2.8 m，壁厚為20 mm，頂標(biāo)高+6.75 m，底標(biāo)高-45.09 m，長51.84 m。21號(hào)橋墩處河床標(biāo)高約為-3.5 m，21-2號(hào)基樁樁位處地質(zhì)鉆探孔為后期補(bǔ)勘的鉆探孔(編號(hào)：ZKS106A)，鋼護(hù)筒穿過淤泥層進(jìn)入粉質(zhì)粘土層。

2)密封裝置加工和安裝。密封裝置采用圓臺(tái)體形式，上下頂面均采用法蘭連接的方式進(jìn)行連接，在專業(yè)加工廠進(jìn)行定制加工。為了保證施工安全，下底面與鋼護(hù)筒進(jìn)行焊接加固處理(見圖2)。

3)混合動(dòng)力頂升裝置調(diào)試。為保證施工順利進(jìn)行，在施工前需要對混合動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，重點(diǎn)對油泵、管線進(jìn)行保養(yǎng)和調(diào)試，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4)密封腔加壓測試。根據(jù)計(jì)算可知，頂升裝置需要克服摩阻力和鋼護(hù)筒自重為9 115.28 kN，預(yù)計(jì)初始?jí)毫χ禐?.44 MPa,必須對密封鋼護(hù)筒和上封蓋組成的密封腔進(jìn)行加壓測試，防止因密封腔不密封而造成安全事故的發(fā)生。

5)加壓、頂升。21-2號(hào)基樁鋼護(hù)筒分3次拔除，每次長度約為13 m。頂升前先往鋼護(hù)筒內(nèi)灌砂、水至鋼護(hù)筒頂預(yù)留5 cm～10 cm高度，以滿足密封裝置的焊接安裝，通過加壓設(shè)備逐步對密封腔加壓，達(dá)到計(jì)算所需的初始?jí)毫χ?，鋼護(hù)筒開始緩慢上升，然后保持恒壓，直至鋼護(hù)筒上升至埋深2 m～3 m位置時(shí)開始適當(dāng)?shù)臏p壓，防止鋼護(hù)筒沖出，出現(xiàn)安全事故(見圖3)。

6)鋼護(hù)筒吊裝、運(yùn)離。頂升施工完成后，鋼護(hù)筒拔出至設(shè)計(jì)長度，將鋼護(hù)筒割除，采用100 t履帶吊和平板車配合施工，將廢棄鋼護(hù)筒運(yùn)離施工現(xiàn)場，運(yùn)至材料堆放區(qū)域。

6 結(jié)語

通過壓力頂升法對大直徑基樁鋼護(hù)筒拔除的實(shí)踐，積累了一定的鋼護(hù)筒變形處理的經(jīng)驗(yàn)，為以后遇到類似情況提供了一種處理辦法，同時(shí)也給行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)類似情況的工程提供一定的參考價(jià)值。

[1] 高懷宇.建筑施工中的地基處理技術(shù)初探[J].建設(shè)科技,2016(14)：79-80.

Construction technologies of pressure lifting method removing large-diameter foundation pile steel casing

Feng Bo Zhang Wei

(China Communication 2nd Bureau 2nd Engineering Co., Ltd, Xi’an 710119, China)

Combining with Aojiang extra-large bridge engineering geology conditions, the thesis analyzes construction difficulties of removing 21-2# major pier large-diameter pile foundation steel casing, and introduces construction technologies of pressure lifting method removing large-diameter pile foundation steel casing from aspects of sealing device prefabrication, lifting device adjustment, sealing chamber pressure testing and steel casing hoisting, which has provided some guidance for similar engineering construction.

cable-stayed bridge, pressure lifting method, pile foundation, steel casing

1009-6825(2017)12-0157-02

2017-02-13

馮 博(1983- )，男，工程師

U443.1

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