淺談黃河主河槽水中樁基鋼護(hù)筒施工

時(shí)偉

摘要：通過東明黃河大橋水中樁基鋼護(hù)筒的施工，了解黃河主河槽段樁基鋼護(hù)筒施工過程的控制，了解深水、流水中長(zhǎng)樁的鋼護(hù)筒施工工藝，了解施工中的質(zhì)量要點(diǎn)及質(zhì)量控制。

Abstract： Through the construction of pile foundation steel casing in Dongming Yellow River Bridge， this paper understands the control of pile foundation steel casing construction process in the main channel section of the Yellow River， the construction technology of steel casing of deep piles in deep water and flowing water and the quality points in construction and quality control.

關(guān)鍵詞：鋼護(hù)筒；黃河主河槽；水中；施工工藝

Key words： steel casing；main channel of the Yellow River；in water；construction technology

中圖分類號(hào)：U443.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2019）03-0086-04

0 引言

東明黃河公路大橋東接日東高速，西接在建的長(zhǎng)濟(jì)高速，項(xiàng)目的實(shí)施將黃河兩岸緊密的相連，使兩省的高速公路有效對(duì)接，對(duì)完善兩省高速公路網(wǎng)絡(luò)、增加高速公路網(wǎng)絡(luò)效益有著深遠(yuǎn)意義，而且還會(huì)對(duì)山東、河南兩省的地區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響。在此大環(huán)境下，項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，而且跨越黃河主河槽的項(xiàng)目也是我公司的第一個(gè)項(xiàng)目，這里就在黃河主河槽段的樁基鋼護(hù)筒施工中的遇到的問題進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)。

1 工程概況

東明黃河公路大橋東接日照至東明高速公路，西接河南濟(jì)源至東明高速公路。共長(zhǎng)3536m，主橋由（67m+7*120m+67m）+3*（67m+6*120m+67m）變截面連續(xù)梁組成。項(xiàng)目跨越黃河河段平原型地上懸河，洪水主要靠?jī)砂兜谭兰s束，河床總寬為8～10km左右，主河槽寬約1000m，兩岸河灘寬闊。該河段河道整治工程較多，主河槽兩側(cè)修筑了多處導(dǎo)流堤，使主河道趨于穩(wěn)定。大橋兩岸為沖積平原，橋基土為堆積的第四系地層沉積，厚度在150米以上，根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，自上而下依次是粉土、黏土、砂土層，水深0-2.8m，流速為1.5m/s。

其中109#-115#墩為跨越主河槽的水中7個(gè)墩，設(shè)計(jì)樁徑1.8m，樁長(zhǎng)在85～87.9m之間，樁頂標(biāo)高在河水水平面以下3～5m，尤以長(zhǎng)期在水中，水流較快，河床沖刷嚴(yán)重的114#、115#墩最為典型，兩墩水深在3m左右，流速較快，工程難度在本項(xiàng)目段最大，在此以水中114#、15#墩為實(shí)例，介紹水中樁基鋼護(hù)筒的施工及工藝。

2 水上樁基鋼護(hù)筒施工及工藝

2.1 水上樁基鋼護(hù)筒型號(hào)及要求

2.1.1 鋼護(hù)筒厚度計(jì)算

T≧K*N/f

K為安全儲(chǔ)備系數(shù)；f為鋼護(hù)筒抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）。

N=P*D/2 P為作用在鋼護(hù)筒的水土壓力（N/mm）；D為護(hù)筒直徑，不考慮鉆頭擾動(dòng)時(shí)，鉆孔時(shí)高水頭（10m）對(duì)護(hù)筒壓力最大；顧帶入數(shù)據(jù)T≧2*1.1*9.8*10*2.2/2/2050=10.57mm。

考慮鉆頭擾動(dòng)擬采用厚度為δ=12mm鋼護(hù)筒，護(hù)筒外直徑采用？準(zhǔn)=2.2m，長(zhǎng)度L=18-20m，護(hù)筒上口、下口加工時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)。

2.1.2 入土深度

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)資料，鋼護(hù)筒入堅(jiān)硬河床5m（不含2m沖刷）。

2.1.3 技術(shù)要求

鋼護(hù)筒采用工廠化加工，成型質(zhì)量滿足要求，運(yùn)輸采用臨時(shí)加固，設(shè)置必要的支撐。

鋼護(hù)筒在工廠內(nèi)焊接成2節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置1個(gè)接頭，接頭處護(hù)筒外側(cè)壁板在工廠開好坡口，便于現(xiàn)場(chǎng)焊接；護(hù)筒頂、底內(nèi)側(cè)設(shè)置兩道30cm寬、1.2cm厚的環(huán)向鋼板，增加護(hù)筒剛度，減小切削土體、及夾錘對(duì)護(hù)筒影響引起的變形。

首節(jié)鋼護(hù)筒設(shè)置環(huán)向Ф25鋼筋牛腿，護(hù)筒切割、施焊作業(yè)時(shí)上鋪防滑鋼板。

2.2 水上樁基鋼護(hù)筒插打施工

2.2.1 施工測(cè)量

施工平臺(tái)建立后，確定樁位時(shí)采用全站儀坐標(biāo)放樣法。為了更好的控制施工，應(yīng)對(duì)平臺(tái)上設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)持續(xù)進(jìn)行沉降觀測(cè)。鋼護(hù)筒定位如圖1所示。

鋼護(hù)筒定位：利用坐標(biāo)法在平臺(tái)上分別測(cè)放出各護(hù)筒的設(shè)計(jì)縱、橫軸線，并在平臺(tái)上做出油漆標(biāo)記，同時(shí)按此進(jìn)行導(dǎo)向架定位，讓導(dǎo)向架縱、橫軸線與護(hù)筒設(shè)計(jì)軸線重合，在護(hù)筒下沉期間，由二臺(tái)經(jīng)緯儀前方交匯控制其傾斜度，并注意護(hù)筒平面位置校核。

鋼護(hù)筒插打到位后，運(yùn)用全站儀工具測(cè)量護(hù)筒中心坐標(biāo)，同時(shí)為確定樁位偏差，應(yīng)將其與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，需要注意的是單樁護(hù)筒中心允許偏位50mm。

鋼護(hù)筒插打到位后，可利用水準(zhǔn)儀測(cè)量護(hù)筒頂標(biāo)高，同時(shí)估算出護(hù)筒底標(biāo)高，應(yīng)確保底標(biāo)高偏差在-50～50mm之間。

施工測(cè)量必須嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作，確保測(cè)量期間的參與人數(shù)至少在兩人以上，如此才可相互校核，同時(shí)安排專人做好測(cè)量和校核記錄工作。

2.2.2 鋼護(hù)筒插打施工

①導(dǎo)向架的設(shè)計(jì)和制作。

設(shè)計(jì)制作鋼護(hù)筒下沉導(dǎo)向架，如此可確保鋼護(hù)筒的沉放精度。插打時(shí)采用DZ135型單夾液壓振動(dòng)錘，連接該振動(dòng)錘與護(hù)筒用液壓夾持器，之后用50t履帶吊吊著插打。主墩護(hù)筒導(dǎo)向采用上層導(dǎo)向和底層兜纜結(jié)合定位的方案。為確保護(hù)筒定位準(zhǔn)確，便于平面位置調(diào)整，上層導(dǎo)向架應(yīng)設(shè)置可調(diào)的螺桿；底層設(shè)置鋼絲繩兜纜，為防止護(hù)筒下端傾斜，用四個(gè)10噸手拉葫蘆在四個(gè)方向帶3～5噸以上的預(yù)拉力固定。主墩護(hù)筒導(dǎo)向如圖2所示。

②鋼護(hù)筒施振。

測(cè)量放線并定好導(dǎo)向架平面位置，使導(dǎo)向架精確垂直定位于樁位并與鋼平臺(tái)固接，如此在鋼護(hù)筒下放時(shí)可控制鋼護(hù)筒的方向，使其沿著導(dǎo)向垂直入土。

吊裝鋼護(hù)筒時(shí)，底部吊點(diǎn)采用一點(diǎn)吊裝，頂端吊點(diǎn)采用兩點(diǎn)吊裝，如此確保鋼護(hù)筒起吊時(shí)不變形。并且在起吊時(shí)應(yīng)保證同時(shí)起吊底部吊點(diǎn)和頂部吊點(diǎn)，之后保持底部吊點(diǎn)不動(dòng)，起升頂部吊點(diǎn)，使鋼護(hù)筒的姿勢(shì)由平臥變?yōu)樾钡?，直到斜角大?0°，將底部吊點(diǎn)拆除，護(hù)筒內(nèi)十字支撐和底部吊耳割除，垂直起吊護(hù)筒入孔。

護(hù)筒底節(jié)通過上層導(dǎo)向螺桿和底層兜纜確定平面位置和傾斜度。之后松鉤下落，待護(hù)筒自重被土層摩阻克服，不再下沉的10分鐘后再解鉤，以防鋼護(hù)筒剛下去，河床短時(shí)間受到較大沖刷，使得鋼護(hù)筒產(chǎn)生自由不均勻下沉。

解除上部吊點(diǎn)，履帶吊起吊打樁錘和液壓夾持器及油管，安放振動(dòng)錘時(shí)要對(duì)中，將液壓夾持器和護(hù)筒壁夾緊連接，核對(duì)護(hù)筒平面位置和傾斜度，使其符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)上開動(dòng)打樁錘，先進(jìn)行點(diǎn)振，再連續(xù)施振，在振動(dòng)力的作用下鋼護(hù)筒下沉。若護(hù)筒平面位置和傾斜度超標(biāo)，需利用履帶吊連同振動(dòng)錘一起提升護(hù)筒，將其脫離河床面，通過調(diào)整使護(hù)筒平面位置和傾斜度處于正確位置，之后再施振。當(dāng)護(hù)筒頂端距平臺(tái)頂面約1.5m高時(shí)，下沉操作停止，把打樁錘和液壓夾持器吊離護(hù)筒。

將在底節(jié)護(hù)筒頂端焊接定位擋塊，起吊頂節(jié)鋼護(hù)筒，松鉤下落，使之與底節(jié)護(hù)筒對(duì)位，調(diào)整護(hù)筒傾斜度和接頭錯(cuò)縫，符合標(biāo)準(zhǔn)后由3～4名焊工分段焊接，每個(gè)焊縫的施焊各安排一名焊工，明確責(zé)任。采用J502焊條焊接，但需事先烘干。每焊完一層應(yīng)仔細(xì)核對(duì)是否達(dá)標(biāo)，確保外觀無異、表面無異物，每層均需如此檢查，直至焊接完成。各焊工之間交叉部位的焊縫應(yīng)格外注意，后一名焊工的焊縫應(yīng)蓋住前一名焊工焊縫3～5cm的長(zhǎng)度。接縫處按圓周八等分焊固加強(qiáng)聯(lián)接鋼板。待樁基施工完成后拔出鋼護(hù)筒，循環(huán)至下根樁處進(jìn)行下一根樁基施工，實(shí)現(xiàn)鋼護(hù)筒的循環(huán)使用。護(hù)筒平面控制偏移不大于5cm，斜率不大于0.5%H。

在護(hù)筒插打過程中，在岸上設(shè)置兩臺(tái)經(jīng)緯儀觀測(cè)護(hù)筒兩個(gè)方向的傾斜度，若發(fā)現(xiàn)傾斜度不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采取有效應(yīng)對(duì)措施重新調(diào)整到位，確保護(hù)筒傾斜度符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合不同機(jī)械和不同土質(zhì)特點(diǎn)，通過試驗(yàn)決定振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，通常不超過10～15min。若振動(dòng)持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)振動(dòng)錘部件易遭破壞，反之過短則土的結(jié)構(gòu)未被破壞。

插打鋼護(hù)筒前后，應(yīng)定期測(cè)量河床標(biāo)高，同時(shí)為確保整體穩(wěn)定性，可依據(jù)河床沖刷情況進(jìn)行防護(hù)，保證鋼護(hù)筒和平臺(tái)施工安全。

③鋼護(hù)筒打設(shè)過程常見問題及防治、處理方法。

2.3 水上樁基鋼護(hù)筒成孔檢測(cè)

成孔后檢測(cè)孔深、孔徑、孔型、豎直度等，孔深用測(cè)繩檢測(cè)，用鉆頭高度、鉆桿長(zhǎng)度復(fù)核，孔型、孔徑、傾斜度檢測(cè)采用超聲波孔壁回聲檢測(cè)儀。經(jīng)檢測(cè)鋼護(hù)筒的插打垂直度對(duì)樁基的垂直度有著直接的影響。

2.4 水上樁基鋼護(hù)筒拔出施工

灌注混凝土方量在240M3左右時(shí)，灌注時(shí)間在3～5小時(shí)之間，控制混凝土坍落度在180～200之間，混凝土的初凝時(shí)間大于7小時(shí)，灌注時(shí)要保持孔內(nèi)水頭，防止出現(xiàn)坍孔。為確保樁頂混凝土質(zhì)量，樁頂混凝土應(yīng)超灌同等混凝土1.5m以上，確保鑿除樁頂混凝土至露出新鮮混凝土面后色澤一致，均勻密實(shí)，灌注完成后應(yīng)盡快收拾現(xiàn)場(chǎng)，為拔出護(hù)筒贏得時(shí)間（最好在一個(gè)小時(shí)內(nèi)）并及時(shí)回填2車鉆渣，以保證拔出護(hù)筒時(shí)樁頭混凝土的密實(shí)。

混凝土灌注完成后，樁基混凝土沁入鋼護(hù)筒5～8m左右，鋼護(hù)筒拔出采用DZ135型單夾液壓振動(dòng)錘，該振動(dòng)錘與護(hù)筒用液壓夾持器連接后用50t履帶吊拔出，必要時(shí)50噸汽車吊配合，保證上拔力克服摩擦阻力。東明黃河大橋水中140根樁基總結(jié)，回填鉆渣并在2小時(shí)內(nèi)拔出護(hù)筒的樁頭混凝土的密實(shí)，經(jīng)檢測(cè)單位檢測(cè)，樁頭質(zhì)量達(dá)到一類樁要求。

在沖刷嚴(yán)重的114墩，5#樁基早期沉入18m鋼護(hù)筒，河床距離平臺(tái)深度有14m左右，護(hù)筒入土深度在4m左右，在第一次鉆孔結(jié)束后，在保證樁基安全的的水頭高度下，鋼護(hù)筒下部穿孔，護(hù)筒內(nèi)泥漿與黃河水貫通，為確保樁基質(zhì)量，采用回填樁基及河床并加長(zhǎng)護(hù)筒至24m二次鉆孔的方法完成此樁基。此時(shí)樁基混凝土沁入鋼護(hù)筒達(dá)到了12m左右，振動(dòng)錘的激振力在鋼護(hù)筒上傳遞有限，在2臺(tái)50噸吊車的配合下無法克服鋼護(hù)筒的摩擦阻力，此鋼護(hù)筒未能拔出。（圖6）

2.5 水上樁基鋼護(hù)筒施工效益分析

東明黃河大橋水中樁基共140根，按照一般水上施工方案，要埋設(shè)140個(gè)護(hù)筒，每個(gè)護(hù)筒平均按15m長(zhǎng)計(jì)算，則需要鋼護(hù)筒重量為

140×2.1×3.14×0.012×7.86×15=1306.09t。

按照循環(huán)使用護(hù)筒方案，全橋共加工護(hù)筒42個(gè)，由于有2個(gè)護(hù)筒埋設(shè)較深，沒有拔出，另外又加工2個(gè)，共計(jì)44個(gè)，還是按15m長(zhǎng)度計(jì)算，共用鋼護(hù)筒重量為44×2.1×3.14×0.012×7.86×15=410.48t。共節(jié)省鋼護(hù)筒1306.09-410.48=896.42t。

新護(hù)筒加工價(jià)格為5100元/t，打設(shè)價(jià)格為600元/t，割護(hù)筒價(jià)格為300元/t，廢舊護(hù)筒按可回收10m計(jì)算，回收價(jià)格為1600元/t。按照全部護(hù)筒方案，總費(fèi)用為：1306.09*（5100+600+300）-1306.09/15*10*1600=6443377元。

按照循環(huán)使用護(hù)筒方案，增加了拔護(hù)筒的費(fèi)用，拔護(hù)筒的價(jià)格為800元/t，總費(fèi)用為410.48*（5100-1600）+1306.09*（600+800）=3265221元。節(jié)省成本6443377-3265221=31781586元，降低成本達(dá)49.3%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，鋼護(hù)筒一般情況下均可拔出，能夠降低施工成本，具有良好的推廣價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語

目前東明黃河大橋的水中樁基已施工結(jié)束，承臺(tái)也亦陸續(xù)施工，通過對(duì)基坑的開挖又發(fā)現(xiàn)了一些存在的問題：

黃河沖刷河床嚴(yán)重，河槽左右擺動(dòng)，當(dāng)河床底沖刷到樁頂標(biāo)高時(shí)，鋼護(hù)筒的拔出會(huì)造成樁頭混凝土的流失，樁頭質(zhì)量得不到保證，115墩因此原因造成2根樁樁頭混凝土流失，此時(shí)應(yīng)該在澆筑混凝土前檢查護(hù)筒外水深，必要時(shí)回填鉆渣，以保證樁頭混凝土質(zhì)量，超灌混凝土量亦控制在2m左右；

回填的鉆渣在下落過程中的沖擊作用把樁頭混凝土擠到四周，形成“夾心”，不利用樁頭混凝土質(zhì)量，在施工中不易采用；

因振動(dòng)錘的激振力在鋼護(hù)筒上傳遞有限，鋼護(hù)筒的打入不易超過20m（兩個(gè)24m的鋼護(hù)筒未拔出），在沖刷嚴(yán)重的的114墩，采用回填鉆渣，使河床上升，達(dá)到平衡護(hù)筒內(nèi)外水壓差，滿足鉆孔施工的要求。

通過東明黃河大橋的施工有許多值得學(xué)習(xí)的地方，隨著工程的進(jìn)行我將勤于總結(jié)，以便能系統(tǒng)性學(xué)習(xí)更多有關(guān)在黃河段橋梁施工的知識(shí)。

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