橋梁樁基施工中永久鋼護(hù)筒施工技術(shù)

郭強(qiáng)

山西路橋第二工程有限公司 山西臨汾 041000

樁基是重要的荷載體，該結(jié)構(gòu)的建設(shè)質(zhì)量直接影響橋梁的穩(wěn)定性，針對(duì)不同的地質(zhì)條件以及樁基尺寸特點(diǎn)，應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化施工技術(shù)，提高可行性。隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，永久鋼護(hù)筒逐步被應(yīng)用于橋梁樁基施工中，制作和安裝是兩大重點(diǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)由專員以科學(xué)的方法將工作落實(shí)到位，保證施工質(zhì)量[1]。

1 工程概況

某橋梁工程，1#鋼護(hù)筒頂標(biāo)高-3.1 8 m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-39.38m，護(hù)筒單根長度8m，含永久鋼護(hù)筒6m和措施護(hù)筒2m，護(hù)筒內(nèi)徑、外徑分別為1m、1.028m；于護(hù)筒頂口、底口兩處設(shè)抱箍，長度分別為50cm、75cm，厚度12mm，材質(zhì)為Q345C鋼?？紤]到鋼護(hù)筒受力可靠性的要求，在頂部內(nèi)側(cè)設(shè)10根準(zhǔn)25mm螺紋加強(qiáng)筋，見圖1。

2 鋼護(hù)筒直徑的計(jì)算

按照如下公式展開計(jì)算，確定鋼護(hù)筒的內(nèi)徑d：

d≥（D/2+H×i+d’）×2

式中：D-設(shè)計(jì)樁徑（m）；H-鋼護(hù)筒長度（m）；i-護(hù)筒傾斜率（%）；d’-護(hù)筒平面位置允許誤差（m）。

前述提及的計(jì)算方法主要適用于一般鋼護(hù)筒，此類護(hù)筒的功能相對(duì)單一，僅為了保證樁基精準(zhǔn)就位而設(shè)置，在調(diào)控樁基的傾斜度方面不具備可行性。在此條件下，應(yīng)重點(diǎn)考慮護(hù)筒內(nèi)徑的優(yōu)化，該值有必要略大于規(guī)范中的控制要素。

具體至本工程中，采用的是永久鋼護(hù)筒，作為樁基結(jié)構(gòu)體系中的一部分，打設(shè)到位后不再拔出。根據(jù)該特點(diǎn)可知，后期鉆孔樁的傾斜率將與鋼護(hù)筒相同，由此也說明的是，護(hù)筒與樁基的位置具有一致性。在此條件下，提出幾項(xiàng)永久鋼護(hù)筒的施工要求：加強(qiáng)對(duì)護(hù)筒自身的檢測與控制，例如直徑允許偏差率±10mm，橢圓度小于d/100且不超過30mm，護(hù)筒內(nèi)徑富余量為270mm，若實(shí)測結(jié)果超出許可范圍，加以調(diào)整并再次檢測，直至滿足要求為止[2]。

3 鋼護(hù)筒的加工

3.1 加工工藝流程

富有秩序性地加工鋼護(hù)筒，具體流程如圖2所示。

3.2 開坡口

鋼護(hù)筒除底節(jié)為2.2m外，其它各節(jié)段均按2m控制，開坡口采用氧氣+丙烷半自動(dòng)切割機(jī)完成，全程保持勻速（15cm/min）。精細(xì)化切割，割線面平整穩(wěn)定，垂直度不超過2mm，允許邊緣處有輕微的缺棱現(xiàn)象但不超過1mm。

3.3 卷板

配備卷板機(jī)，將開好坡口的板料置于該裝置中，以軸輪線為參照基準(zhǔn)，對(duì)板料的縱向中心線做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，直至兩者呈平行的位置關(guān)系為止。板料對(duì)中后，以多次進(jìn)給的方法調(diào)節(jié)上輪，經(jīng)此操作后使板料初步彎曲，而后做多次的滾動(dòng)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)板料的進(jìn)一步彎曲操作。隨著加工時(shí)間的延長，板料被推送至邊緣部位，逐步壓下上滾輪，在該裝置的多次來回滾動(dòng)作用下，以循序漸進(jìn)的模式減小板料的曲率半徑，直至達(dá)標(biāo)為止。卷彎時(shí)，用樣板檢驗(yàn)彎板兩端的橢圓度，采取有效的控制措施。

3.4 埋弧自動(dòng)焊接

（1）焊接作業(yè)流程

焊接打底→填充→蓋面→反面氣刨清根→埋弧自動(dòng)焊接（此環(huán)節(jié)也可采用CO2保護(hù)焊的方法）。

（2）鋼護(hù)筒縱縫焊接。①板材卷制完成且達(dá)標(biāo)后，對(duì)接縱縫，用CO2保護(hù)焊的方法打底固定。打底總厚度至少為12mm，分階段完成，通常單次為6mm左右。②以吊裝的方法將鋼護(hù)筒轉(zhuǎn)至預(yù)先搭設(shè)成型的焊接胎架處，磨除打底的表面以及坡口周邊的銹蝕部分，直至露出金屬光澤為止。③埋弧自動(dòng)焊接，此環(huán)節(jié)分6次有序完成，單次有效熔深按3mm控制。④在前述基礎(chǔ)上，安排反面氣刨清根作業(yè)，深度8mm。⑤對(duì)清根處做焊接處理，施工方法為CO2保護(hù)焊，單次焊接厚度均為5mm，經(jīng)過連續(xù)的2次操作后，形成10mm的焊接厚度。至此，得到鋼護(hù)筒半成品，通過質(zhì)量檢驗(yàn)后，用于后續(xù)施工。

（3）鋼護(hù)筒環(huán)縫焊接。環(huán)縫焊接所用方法與縱縫基本一致，基本思路是內(nèi)側(cè)打底固定→外側(cè)坡口焊接→內(nèi)側(cè)氣刨清根→清根部位焊接。鋼護(hù)筒卷制成型后，將其吊裝至聯(lián)動(dòng)滾輪架上，在預(yù)先搭設(shè)好的平臺(tái)上放置埋弧自動(dòng)焊機(jī)，調(diào)整裝置的位置并予以固定。為減小環(huán)境因素的干擾，搭設(shè)擋雨棚。在V型坡口外部焊接時(shí)，要求焊機(jī)穩(wěn)定不動(dòng)，使焊絲對(duì)準(zhǔn)鋼護(hù)筒的中心線，盡可能勻速地轉(zhuǎn)動(dòng)鋼護(hù)筒，最終完成焊接；而對(duì)于V型坡口內(nèi)側(cè)，焊接前先氣刨清根出白，再用CO2保護(hù)焊的方法焊接。

3.5 焊接質(zhì)量控制

（1）鋼板原材料進(jìn)場時(shí)，加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，并檢查質(zhì)量合格證等相關(guān)資料，確認(rèn)無誤后安排進(jìn)場。

（2）落實(shí)持證上崗制度，由具有資質(zhì)的焊工參與焊接作業(yè)，從源頭上提升焊接的規(guī)范性。

（3）焊前對(duì)焊接區(qū)域做詳細(xì)的清理，避免該處附著鐵銹、油污等雜質(zhì)。對(duì)坡口做適度的打磨，將該處殘留的雜質(zhì)清理干凈，以免影響最終的焊接施工效果。

（4）焊接時(shí)，禁止在焊縫區(qū)以外的母材上打火引弧。焊接后，檢查焊縫的質(zhì)量，若有砂眼、氣孔或是其它問題，用角磨機(jī)予以清理，隨后補(bǔ)焊。

4 鋼護(hù)筒施工技術(shù)

4.1 鋼護(hù)筒加工

在廠內(nèi)加工鋼護(hù)筒節(jié)段，通過質(zhì)量檢驗(yàn)后運(yùn)輸至現(xiàn)場，吊裝、組拼到位。鋼護(hù)筒加工過程中，用三輪卷板機(jī)卷制，焊接縱縫，保證護(hù)筒節(jié)段的完整性與穩(wěn)定性。在各節(jié)段間增設(shè)0.2m的鋼箍，內(nèi)側(cè)設(shè)十字支撐架，起到防護(hù)作用，以免在吊裝過程中因缺乏可靠的支撐措施而失穩(wěn)?，F(xiàn)場對(duì)接焊縫前，先判斷是否具備作業(yè)的條件，焊接環(huán)境的相對(duì)濕度以80%以內(nèi)為宜，溫度不低于0℃（以普通碳素鋼的焊接為例）。

4.2 鋼護(hù)筒沉放

鋼護(hù)筒具有自重作用，但僅憑借自重難以完全沉放到位，因此利用振動(dòng)錘錘擊，借助外力打設(shè)鋼護(hù)筒。沉放過程中及時(shí)采集GPS接收的CORS信號(hào)，據(jù)此對(duì)現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)情況作出準(zhǔn)確的判斷，適時(shí)調(diào)整，通過打樁船移位的方式實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。高程測控時(shí)，采取的是水準(zhǔn)測量和三角高程測量兩種方法，聯(lián)合應(yīng)用，切實(shí)保證鋼護(hù)筒高程測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3 控制措施

（1）測量控制。①平面控制。依托于GPS控制網(wǎng)檢測，根據(jù)反饋的信息動(dòng)態(tài)控制。在鋼棧橋上布設(shè)7個(gè)臨時(shí)加密控制點(diǎn)，按C級(jí)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)施測。②）高程控制。對(duì)臨時(shí)控制點(diǎn)做靜態(tài)觀測加密，隨后引測高程至控制樁（指的是已經(jīng)沉放到位的部分），以此為基準(zhǔn)，精準(zhǔn)控制鋼護(hù)筒的沉放量，使其高程滿足要求。

（2）定位過程控制。①計(jì)算鋼護(hù)筒的中心坐標(biāo)等相關(guān)數(shù)據(jù)；②架設(shè)全站儀，開啟GPS接收測量；③匯總測量結(jié)果，將其與計(jì)算所得的理論值做對(duì)比分析，根據(jù)實(shí)際偏差做靈活的調(diào)整；④全站儀復(fù)測平面坐標(biāo)和垂直度，若有誤則調(diào)整，再次檢測，直至完全滿足要求為止；⑤錘擊時(shí)，檢測垂直度并加強(qiáng)控制；⑥停錘前，檢測高程并加強(qiáng)控制。

4.4 鋼護(hù)筒的吊裝

鋼護(hù)筒吊裝施工環(huán)節(jié)選用的機(jī)械設(shè)備為粵航工03#打樁船，兩下兩點(diǎn)吊裝。用運(yùn)樁駁橫橋向喂樁，打樁船倚住運(yùn)樁駁施吊，吊裝期間加強(qiáng)檢測與控制，保證鋼護(hù)筒吊裝姿態(tài)的合理性，不可與周邊構(gòu)件或設(shè)施發(fā)生碰撞。

4.5 鋼護(hù)筒的定位

用全站儀測量放樣，在確定中心點(diǎn)后，向周邊擴(kuò)展出四個(gè)定位點(diǎn)，分別為之設(shè)置弧形卡板，作為鋼護(hù)筒定位時(shí)的輔助裝置。定位架的位置偏差控制在2cm以內(nèi)，鋼護(hù)筒吊裝下放到位后，與固定鉆孔平臺(tái)連接。在定位架的四周設(shè)四個(gè)千斤頂，目的在于鋼護(hù)筒發(fā)生偏斜時(shí)可以及時(shí)做出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼護(hù)筒的精準(zhǔn)控制[3]。

4.6 鋼護(hù)筒下沉

取兩根材質(zhì)、長度、直徑均一致的鋼絲繩，對(duì)稱布設(shè)，有序起吊鋼護(hù)筒。起吊至樁位后，沿著定位架以緩慢且勻速的狀態(tài)向下放置，而后啟動(dòng)振動(dòng)錘，由該設(shè)備提供激振力，促進(jìn)鋼護(hù)筒下沉，在該過程中利用全站儀加強(qiáng)檢測，判斷鋼護(hù)筒的垂直度，有偏差則及時(shí)控制。鋼護(hù)筒下沉到位后，為全面保證位置的準(zhǔn)確性，復(fù)測中心坐標(biāo)和垂直度，誤差超限時(shí)予以矯正。

5 永久鋼護(hù)筒施工的問題、原因及處理措施

5.1 鋼護(hù)筒傾斜

（1）原因分析。①鋼護(hù)筒借助振動(dòng)錘提供的振動(dòng)力向下沉放至指定位置，在振動(dòng)期間鋼護(hù)筒各部分的受力缺乏均衡性，局部因受力偏差過大而傾斜；②預(yù)埋鋼護(hù)筒時(shí)，該裝置未與地面呈垂直的關(guān)系，在該姿態(tài)下打設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)，存在偏斜問題；③對(duì)鋼護(hù)筒做焊接處理時(shí)，未調(diào)整好相鄰兩節(jié)護(hù)筒的位置，即不在同一水平線上；④鋼護(hù)筒施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件較差，局部承載能力不足，有失穩(wěn)的可能；⑤振動(dòng)埋設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)受阻，導(dǎo)致鋼護(hù)筒姿態(tài)存在偏差。

（2）處理方法。①選取2個(gè)振動(dòng)錘，共同振動(dòng)施工；②配套導(dǎo)向架，在其引導(dǎo)作用下，保證鋼護(hù)筒姿態(tài)的合理性；③對(duì)鋼護(hù)筒做接長處理時(shí)，檢測垂直度并予以控制；④現(xiàn)場存在軟硬差異化明顯的地層或是其它特殊地質(zhì)條件時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)放慢振動(dòng)入土速度，并在該過程中及時(shí)糾偏；⑤鋼護(hù)筒打設(shè)階段遇到障礙物時(shí)，適當(dāng)降低振動(dòng)速度，或是小幅度地多次提拔振動(dòng)錘，實(shí)現(xiàn)糾偏。

5.2 鋼護(hù)筒底漏漿及局部坍孔

（1）原因分析?，F(xiàn)場地質(zhì)條件差異化過大；鋼護(hù)筒的打設(shè)深度與設(shè)計(jì)要求不符。

（2）處理方法。①施工前全面分析地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)現(xiàn)場的地質(zhì)條件形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)；②根據(jù)地層特性有效控制埋設(shè)深度，使鋼護(hù)筒穿過不良地質(zhì)層。

5.3 鋼護(hù)筒變形

（1）原因分析。①鋼護(hù)筒制作時(shí)未控制好精度，實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)要求的偏差較大，施工后鋼護(hù)筒有不同程度的變形現(xiàn)象。例如，鋼護(hù)筒不圓度的存在將影響其正常受力，局部有受力偏差，且隨著振動(dòng)插打作業(yè)的持續(xù)開展，不圓度隨之加大，可見鋼護(hù)筒有愈發(fā)明顯的變形現(xiàn)象。②環(huán)向應(yīng)力的存在會(huì)直接對(duì)鋼護(hù)筒的穩(wěn)定性造成影響，導(dǎo)致其發(fā)生變形。相比于鋼護(hù)筒的非彈性屈曲環(huán)向臨界應(yīng)力而言，若鋼護(hù)筒受到的環(huán)向應(yīng)力偏大，將在受力異常的情況下發(fā)生變形，而在環(huán)向應(yīng)力增加時(shí)，鋼護(hù)筒的變形程度加重。③鋼護(hù)筒承受較強(qiáng)的豎向應(yīng)力時(shí)，在該部分力的作用下，焊縫處有撕裂的情況，嚴(yán)重時(shí)影響鋼護(hù)筒的整體形態(tài)，變形問題隨之顯現(xiàn)。從成孔檢測儀的實(shí)測結(jié)果來看，孔內(nèi)部分區(qū)域坍塌，該處鋼護(hù)筒的內(nèi)應(yīng)力加大，威脅到焊縫的穩(wěn)定性，即焊縫撕裂，可見鋼護(hù)筒變形。

（2）處理方法。在探明鋼護(hù)筒變形的主要成因后，進(jìn)一步探討處理方法，主要考慮如下兩個(gè)方面：①遇鋼護(hù)筒變形的情況時(shí)，將該部分拔出，再以工程施工要求為準(zhǔn)，重新按照規(guī)范振動(dòng)打設(shè)鋼護(hù)筒。但此方法的局限性較強(qiáng)，實(shí)際操作難度較大，施工的可控性不足，重新打設(shè)鋼護(hù)筒時(shí)所在的位置可能會(huì)偏離原孔位，最終影響到鋼護(hù)筒的打設(shè)施工效果。②界定存在變形現(xiàn)象的鋼護(hù)筒，以切除的方法處理該部分，再重新套上形態(tài)、剛度均合理的鋼護(hù)筒。在采取此方法后，有效減少工作量，施工的可行性較高，僅需切除、清孔、更換即可；但需注意的是，切除過程中有一定的破壞性作用，可能會(huì)導(dǎo)致原本無異常狀況的鋼護(hù)筒變形，反而加大處理難度，因此必須由專員精細(xì)化操作，以免額外增加工作量。

5.4 護(hù)筒內(nèi)淤泥面上升

（1）原因分析。鋼護(hù)筒打設(shè)現(xiàn)場的淤泥承壓力過大，在施工過程中淤泥層上部的土體被挖走，導(dǎo)致該部分土體喪失足夠的壓力，而淤泥的流動(dòng)性較強(qiáng)，將順著孔道向外涌出，破壞地表的完整性，隨之下沉。

（2）處理方法。①適度加快鋼護(hù)筒的施工速度，在滿足質(zhì)量要求的前提下快速將鋼護(hù)筒打設(shè)至持力層，采用此方法避免淤泥上升至孔道。②施工條件允許時(shí)，不采取人工挖孔的方法，簡化施工內(nèi)容，直接用鋼護(hù)筒從地表處施工。

綜上所述，在橋梁樁基的永久鋼護(hù)筒施工中，參建人員需予以高度的重視，結(jié)合現(xiàn)場施工條件制定可行的方案，有條不紊地推進(jìn)施工進(jìn)程。施工具有系統(tǒng)性與復(fù)雜性，諸如鋼護(hù)筒的加工與焊接、搭設(shè)均是重點(diǎn)內(nèi)容，應(yīng)由具有資質(zhì)的員工以科學(xué)的方法操作，且需密切關(guān)注鋼護(hù)筒傾斜、鋼護(hù)筒底漏漿、變形、護(hù)筒內(nèi)淤泥面異常上升等問題，采取預(yù)防措施，而由于防控不當(dāng)或是其它原因而出現(xiàn)問題時(shí)，必須查明原因并有效處理，恢復(fù)正常施工狀態(tài)。在多重措施并行的模式下，全面保證永久鋼護(hù)筒的施工質(zhì)量。