樁基鋼護(hù)筒壓力頂升法拔除技術(shù)及應(yīng)用

■鄢秉紅

(福建路信交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，福州 350001)

1 工程概述

(1)工程概況

福州洪塘大橋拓寬改建工程里程范圍為K0+000～K2+207.782，路線總長(zhǎng)約2.2078km。起點(diǎn)位于洪塘大橋東側(cè)橋頭洪塘立交處，與三環(huán)路段銜接，新建洪塘大橋跨越烏龍江，隨后進(jìn)入閩侯上街，終點(diǎn)位于洪塘大橋西橋頭附近，與國(guó)賓大道銜接。地貌類型屬丘陵與沖積、沖海積平原地貌。丘陵自然地形坡度 20°～25°，高程 20.50m～60.50m，相對(duì)高差約40m，坡腳因修建妙峰路人工開(kāi)挖邊坡高度 10～15m，局部達(dá) 20m，坡度 65°～70°，局部直立，山頂廢棄采石坑數(shù)處。主線采用設(shè)計(jì)速度60km/h的雙向八車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，匝道采用設(shè)計(jì)速度30～35km/h的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)(路基寬度主線47.5m，匝道9.0m);橋梁設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)，抗震措施為8度，橋梁通航等級(jí)為內(nèi)河IV級(jí)航道。

本工程橋梁結(jié)構(gòu)基本采用采用大直徑鉆(沖)孔灌注樁，樁長(zhǎng)65～80m左右，樁徑Φ1.8～2.5m，全部嵌入中風(fēng)化花崗巖或微風(fēng)化花崗巖?？紤]河床沖刷，嵌巖樁按樁底嵌固設(shè)計(jì)。嵌巖深度按3D(中風(fēng)化花崗巖)或1.5D(微風(fēng)化花崗巖)。

(2)工程地質(zhì)

橋址區(qū)巖土體分布較為復(fù)雜，其分布、厚度及巖性變化較大。中砂層(松散～稍密)灰色、灰黃色，松散-稍密，局部呈中密狀，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)5～15，平均11.21擊，濕-飽和，成份以石英、長(zhǎng)石顆粒為主，粒徑大于0.25mm的顆粒約占60%，含10%～15%的泥質(zhì)，局部夾有礫石。

2 需拔除的樁基施工情況

洪塘大橋左幅21-4#樁基直徑2.2m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)67m，鋼護(hù)筒采用Φ2500δ22-18000。于2017年6月30日已沉放約19m(如圖1)。后依據(jù)福州海峽海峽建發(fā)工〔2017〕69號(hào)文件，取消洪塘互通(濱江路互通)設(shè)計(jì)，不再建設(shè)洪塘大橋與烏龍江大道(濱江路)的立交連接線，取消原設(shè)計(jì)堤外10m慢道景觀系統(tǒng)工程，即自21#墩往閩侯方向橋梁寬度變更為22.75m(單幅)，取消21#～29#墩區(qū)域加寬段，所以樁位需重新作相應(yīng)調(diào)整，對(duì)已施工樁基鋼護(hù)筒需拔出重新施作。

圖1 樁基施工情況

3 擬采取的拔除方案分析比選

針對(duì)21-4#樁基拔出鋼護(hù)筒常用的方案比選如表1所示。

表1 方案比選分析表

經(jīng)綜合分析，壓力頂升法簡(jiǎn)單實(shí)用、安全可靠、且無(wú)需大型設(shè)備經(jīng)濟(jì)合理，既安全又有效的，拔出的鋼護(hù)筒可以重新加以利用，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上有較好效果，故確定選用方案4，即采用壓力頂升法拔除21-4#樁基鋼護(hù)筒。

4 頂升拔除施工原理

頂升拔除工作原理如下：將鋼護(hù)筒上部進(jìn)行密封，利用高壓氣泵或高壓液泵對(duì)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)筒從樁位中頂升出來(lái)。

千斤頂?shù)墓ぷ髟砣鐖D2所示：扳手往上走帶動(dòng)小活塞向上，油箱里的油通過(guò)油管和單向閥門(mén)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(mén)堵上，小活塞下部的油通過(guò)內(nèi)部油路和單向閥門(mén)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)十倍，大活塞面積又是小活塞面積的數(shù)十倍，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。

通過(guò)壓力頂升原理(圖3)與千斤頂工作原理的對(duì)比，可以更形象地理解壓力頂升原理。

圖2與圖3對(duì)比說(shuō)明如下：

(1)圖2中的小注射器即對(duì)應(yīng)圖3中的壓力設(shè)備部分；

圖2 千斤頂工作原理圖

(2)圖2中的連接管即對(duì)應(yīng)圖3中的高壓管部分；

(3)圖2中的大注射器即對(duì)應(yīng)圖3中密封鋼護(hù)筒部分；

(4)圖2中的大注射器的外套筒即對(duì)應(yīng)圖3中的鋼護(hù)筒部分；

(5)圖2中的大注射器的活塞即對(duì)應(yīng)圖3中的混凝土樁或泥土等承壓載體。

圖3 壓力頂升原理圖

5 鋼護(hù)筒拔除方案

(1)施工工藝

頂升施工流程：上封蓋加工→密封設(shè)備安裝→混合動(dòng)力頂升裝置調(diào)試→密封腔加壓測(cè)試→頂升前設(shè)備儀器調(diào)試→加壓、頂升→頂升結(jié)束→鋼護(hù)筒運(yùn)離。

(2)壓力頂升法施工

準(zhǔn)備工作：

①施工人員組織：負(fù)責(zé)人1名、操作員1名、配備4名電焊工、4名普工協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)施工；其他若干。

②鋼護(hù)筒拔除施工機(jī)械設(shè)備配備。

主要設(shè)備：配置1套21-4#鋼護(hù)筒專用拔除設(shè)備，二級(jí)電箱、加壓密封設(shè)備、電焊機(jī)、等離子切割機(jī)、吊車、平板車及其他零星設(shè)備。

③21-4#鋼護(hù)筒無(wú)工作平臺(tái)，且無(wú)導(dǎo)向架控制鋼護(hù)筒頂升的豎直度。需要提前施工工作平臺(tái)和導(dǎo)向架。同時(shí)在21-4#樁基鋼護(hù)筒頂口位置吊耳焊接。

(3)密封裝置加工和安裝

密封裝置采用圓錐體形式，上下頂面均采用法蘭連接的方式，在專業(yè)加工廠進(jìn)行加工。為了保證施工順利，下底面與鋼護(hù)筒進(jìn)行焊接加固處理(間隔30cm焊接2cm厚的加勁板)。詳見(jiàn)圖4～圖5。

(4)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(duì)混合動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，重點(diǎn)對(duì)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)。

圖4 加工完成的密封裝置

圖5 密封裝置安裝圖

(5)密封腔加壓測(cè)試

根據(jù)計(jì)算可知，頂升裝置需要克服摩阻力和鋼護(hù)筒自重約為24000kN，預(yù)計(jì)初始?jí)毫χ禐?.64MPa，必須對(duì)密封鋼護(hù)筒和上封蓋組成的密封腔進(jìn)行加壓測(cè)試(圖6)，防止因密封腔不密封而造成安全事故。

(6)加壓、頂升

21-4#樁基鋼護(hù)筒分一次拔除，重復(fù)利用。頂升前先往鋼護(hù)筒內(nèi)灌水至鋼護(hù)筒頂預(yù)留5～10cm高度，以滿足密封裝置的焊接安裝，通過(guò)加壓設(shè)備逐步往密封腔內(nèi)加壓，達(dá)到所需的初始?jí)毫χ担撟o(hù)筒開(kāi)始緩慢上升，然后保持恒壓(見(jiàn)圖7)，直至鋼護(hù)筒上升至埋深15～20m位置時(shí)，開(kāi)始適當(dāng)減壓，防止鋼護(hù)筒沖出，出現(xiàn)安全事故。

(7)鋼護(hù)筒吊裝、運(yùn)離

頂升施工完成后，鋼護(hù)筒拔出，達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，將鋼護(hù)筒密封鍋割除，采用100t履帶吊和平板車將鋼護(hù)筒及加壓、密封設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)。

6 鋼護(hù)筒拔除效果分析

整個(gè)鋼護(hù)筒的拔除，前期準(zhǔn)備工作約7d時(shí)間，拔除過(guò)程非常順利(拔出的鋼護(hù)筒如圖8所示)，未出現(xiàn)任何異常，僅3～4h即完成，大大縮短工期，為橋梁樁基施工節(jié)約時(shí)間。鋼護(hù)筒完整拔除，未受到任何損壞，可重新利用。此次鋼護(hù)筒拔除包括租賃設(shè)備及施工費(fèi)用共計(jì)約40萬(wàn)元，較方案1和方案2直接費(fèi)用高出約8萬(wàn)元，但方案2使鋼護(hù)筒破壞不能完全利用，且工期可節(jié)約15d左右，較方案3費(fèi)用節(jié)省約15萬(wàn)元且工期節(jié)約20d左右。

圖8 拔出的鋼護(hù)筒

7 結(jié)束語(yǔ)

壓力頂升法的優(yōu)勢(shì)是對(duì)施工人員專業(yè)技能要求較低，對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，施工人員安全有保障，工期較短，成本相對(duì)合理。通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)例應(yīng)用認(rèn)為該技術(shù)完全可行，既安全又高效，拔除的護(hù)筒還可以重新利用。