長(zhǎng)護(hù)筒在橋梁鉆孔灌注樁施工中的應(yīng)用研究

崔適龍

摘要 橋梁是我國(guó)交通工程中用以跨越不良地質(zhì)條件的一種重要構(gòu)筑物，其施工環(huán)境大多位于露天野外，經(jīng)常面臨復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，給樁基施工帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。為保證不良地質(zhì)條件下的橋梁樁孔灌注樁的施工質(zhì)量與效率，長(zhǎng)護(hù)筒作為樁基成孔階段保證鉆進(jìn)順利鉆進(jìn)的有效工具而得到廣泛應(yīng)用。文章依托某高速公路沿江特大橋主墩部位的鉆孔灌注樁施工案例，進(jìn)一步分析了長(zhǎng)護(hù)筒的具體應(yīng)用，包括長(zhǎng)度選擇、制作與埋設(shè)要點(diǎn)等，重點(diǎn)總結(jié)了長(zhǎng)護(hù)筒垂直度控制、樁基定位控制以及護(hù)筒施工中常見(jiàn)問(wèn)題的解決措施，為長(zhǎng)護(hù)筒技術(shù)的工程應(yīng)用積累了有價(jià)值的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 鉆孔灌注樁施工；長(zhǎng)護(hù)筒；埋設(shè)要點(diǎn)；垂直度控制

中圖分類號(hào) U231.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）10-0057-03

0 引言

鉆孔灌注樁具有成樁直徑和樁長(zhǎng)靈活、單樁承載力大等優(yōu)點(diǎn)，目前超高層建筑及大型橋梁工程在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一般首選鉆孔灌注樁為主要的樁型[1-4]，并常常采用超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁（樁徑大于800 mm，樁長(zhǎng)超過(guò)60 m）。尤其在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，地質(zhì)條件以砂土和黏土及淤泥質(zhì)土為主，持力層埋置很深，所以該樁型應(yīng)用更為廣泛。對(duì)于水下鉆孔工況，其鉆進(jìn)過(guò)程中的地質(zhì)條件復(fù)雜，采用長(zhǎng)護(hù)筒對(duì)不良地層進(jìn)行隔離，可有效保證鉆進(jìn)垂直度和孔壁的穩(wěn)定性，保證鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的順利成孔[5-7]，因此，對(duì)長(zhǎng)護(hù)筒在大直徑超深鉆孔灌注樁中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行總結(jié)十分必要。

關(guān)于護(hù)筒在鉆孔灌注樁方面的應(yīng)用，已有相當(dāng)多的專家學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)探索與研究。比如，董海明[8]基于舟山響礁門(mén)大橋的主墩為例，針對(duì)基礎(chǔ)樁徑達(dá)2.5 m的深水大直徑鉆孔灌注樁，采取了深水打入式施工工藝，取得了成功應(yīng)用。曾治平[9]依托某公路大橋工程，通過(guò)采用鋼護(hù)筒外植筋做輔樁預(yù)固定鋼護(hù)筒，較有針對(duì)性地解決了在裸巖河床的條件下，鋼護(hù)筒底部筒口卷邊與串漿的問(wèn)題。而在地表鹽漬土等腐蝕性土廣泛分布的地區(qū)，焦劉圓等[10]設(shè)計(jì)采用了永久性鋼護(hù)筒，保證結(jié)構(gòu)物的耐久性，并闡述了永久性鋼護(hù)筒的施工工藝。該文在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步以某大型橋梁的鉆孔灌注樁施工為例，介紹鋼護(hù)筒的具體應(yīng)用及注意事項(xiàng)，可為類似工程提供一定的指導(dǎo)。

1 工程概況

某高速公路沿江段改建工程中的一特大橋全長(zhǎng)2 275.96 m，由主橋和引橋組成。主橋梁體橋跨布置為（120+260+120）m=500 m，采用三孔一聯(lián)鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)。該特大橋Z3主墩位置自上而下分別為細(xì)砂、淤泥質(zhì)黏土、卵石、粉質(zhì)黏土、卵石、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、中風(fēng)化凝灰?guī)r，中風(fēng)化巖力學(xué)強(qiáng)度，高物理力學(xué)性質(zhì)較好，可作樁端持力層。

由于在水下鉆孔施工，該橋梁Z3主墩位置的鉆孔灌注樁經(jīng)分析后采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)成孔，鑒于其鉆進(jìn)過(guò)程中的地質(zhì)條件復(fù)雜，故采用長(zhǎng)護(hù)筒對(duì)不良地層進(jìn)行隔離，從而有效保證鉆進(jìn)垂直度和孔壁的穩(wěn)定性，保證成孔的效率和質(zhì)量。

2 長(zhǎng)護(hù)筒的應(yīng)用

2.1 護(hù)筒長(zhǎng)度選擇

長(zhǎng)護(hù)筒在橋梁施工過(guò)程中埋設(shè)的高度并沒(méi)有統(tǒng)一要求，主要根據(jù)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)土層質(zhì)量狀況來(lái)確定，同時(shí)還需綜合考慮地表高程、液化層范圍以及地表的雜填土高度等因素。正式施工前，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地表垃圾及雜土進(jìn)行清理，避免出現(xiàn)塌孔，保證成孔的質(zhì)量。不同樁位處需要調(diào)整護(hù)筒長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)使護(hù)筒長(zhǎng)度與成孔深度保持同比例變化。護(hù)筒一般為鋼結(jié)構(gòu)，壁厚10 mm，呈圓柱狀，長(zhǎng)度為4～10 m不等。考慮到該項(xiàng)目地面以下存在厚度10 m左右的粉質(zhì)黏土液化層，因此可選擇10 m長(zhǎng)的護(hù)筒，能有效避開(kāi)液化層，保證成孔過(guò)程的安全性。另外，為保證護(hù)筒在液壓振動(dòng)錘的夾持和振動(dòng)作用下不發(fā)生變形，應(yīng)對(duì)護(hù)筒的上下口采取包邊處理，從而起到一定的加強(qiáng)作用。

2.2 長(zhǎng)護(hù)筒主要功能

埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒的作用，一方面是便于準(zhǔn)確定位需要鉆進(jìn)的樁位，避免產(chǎn)生樁位定位偏差；另一方面，在確定好樁位進(jìn)行鉆孔時(shí)，長(zhǎng)護(hù)筒還可固定樁孔的位置，避免孔口被地面的水流沖刷，提高樁孔內(nèi)部的水壓力，從而有效避免塌孔。另外，通過(guò)埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒，也可在成孔的過(guò)程中引導(dǎo)鉆頭的方向，避免鉆孔的平面位置出現(xiàn)偏差。

2.3 護(hù)筒的制作

護(hù)筒為鋼結(jié)構(gòu)，硬度和剛度都非常大，不容易變形，能承受一定的壓力。在橋梁施工過(guò)程中，通常會(huì)根據(jù)施工項(xiàng)目特點(diǎn)確定護(hù)筒的長(zhǎng)度與厚度，兩者一般成正比例關(guān)系，即護(hù)筒長(zhǎng)度越長(zhǎng)，厚度也會(huì)夠厚。長(zhǎng)度在4 m左右的護(hù)筒厚度一般要在5 mm以上，如果根據(jù)成孔要求需增加護(hù)筒長(zhǎng)度至4 m以上時(shí)，則要采用至少6 mm厚的鋼板進(jìn)行制作。

護(hù)筒制作完成后，在每節(jié)護(hù)筒底部需要焊接一個(gè)加勁圈。加勁圈設(shè)置在護(hù)筒壁外，與護(hù)筒之間采用滿焊形式。加勁圈鋼板厚度與護(hù)筒鋼板厚度一致，高度為300 mm，距離護(hù)筒底部30 mm，與護(hù)筒底形成一個(gè)夾角，幫助護(hù)筒克服土壤摩阻力，防止護(hù)筒受擠壓變形。

2.4 護(hù)筒埋設(shè)要點(diǎn)

為盡量減少鋼護(hù)筒之間在施打過(guò)程中相互擾動(dòng)，鋼護(hù)筒搭設(shè)順序同樁基施工順序。鋼護(hù)筒頂面標(biāo)高與施工平臺(tái)高程相同，護(hù)筒中心的定位應(yīng)保持與樁位同軸，兩者實(shí)際成型定位偏差應(yīng)少于80 mm，且護(hù)筒的埋設(shè)傾斜度低于1%。鋼護(hù)筒采用平板車運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，采用70 t履帶吊機(jī)起吊，以DZJ-200型雙卡振動(dòng)打樁錘分節(jié)插打。鋼護(hù)筒插打前，用全站儀放出其中心坐標(biāo)位置，并采用鋼導(dǎo)向框（如圖1所示）進(jìn)行導(dǎo)向，控制中心偏差不大于80 mm。單節(jié)插打到位后，對(duì)其中心位置復(fù)核后再進(jìn)行接長(zhǎng)，并通過(guò)全站儀對(duì)橫橋向進(jìn)行觀測(cè)，確認(rèn)豎直度偏差在1%內(nèi)后，再對(duì)稱施焊。最后，當(dāng)護(hù)筒底標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求且貫入度達(dá)到5 cm/min時(shí)，即認(rèn)為鋼護(hù)筒插打到位。

在護(hù)筒埋設(shè)的位置確定好后，護(hù)筒周圍需要用含水量充足的黏土進(jìn)行回填固定，夯實(shí)護(hù)筒的基礎(chǔ)，防止護(hù)筒在樁孔中搖晃，保證成孔的質(zhì)量和穩(wěn)固性。鋼護(hù)筒全部施工完成后，兩兩之間分別用Ⅰ45b工字鋼進(jìn)行連接，以防塌孔時(shí)護(hù)筒沉落或偏斜。

3 橋梁鉆孔灌注樁施工要點(diǎn)

3.1 樁孔位置控制

樁孔的位置確定是整個(gè)鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵。為保證樁孔位置的準(zhǔn)確性和有效性，控制樁孔位置時(shí)具體分為兩個(gè)步驟，即樁孔位點(diǎn)的控制和護(hù)筒的控制。兩個(gè)關(guān)鍵工序的實(shí)施質(zhì)量直接影響著后續(xù)橋梁樁基施工的整體質(zhì)量與定位精度，如施工過(guò)程中質(zhì)量控制不過(guò)關(guān)，產(chǎn)生的定位偏差超過(guò)設(shè)計(jì)與規(guī)范要求值，則會(huì)導(dǎo)致不必要的返工，既耽誤工期，也一定程度上影響項(xiàng)目效益與質(zhì)量。其中，樁位點(diǎn)放樣的誤差應(yīng)控制在1 cm以內(nèi)，成樁的誤差控制在5 cm以內(nèi)。

樁位點(diǎn)由專業(yè)設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算后，按其坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放線。確定好樁位的坐標(biāo)后，打入鋼筋進(jìn)行位置標(biāo)記。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工人員復(fù)核后，再進(jìn)行護(hù)筒位置的測(cè)量與確定。護(hù)筒施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于控制其垂直度，樁孔直徑與護(hù)筒直徑有一定的偏差（通常護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大30 cm左右），只有控制好護(hù)筒的垂直度，才能保證其在樁孔內(nèi)安裝的穩(wěn)定性。護(hù)筒埋設(shè)時(shí)同步檢查護(hù)筒外徑與引出控制點(diǎn)間的距離，若超出5 cm的偏差控制值，應(yīng)采取上拔護(hù)筒后再低頻下沉的方法進(jìn)行糾正。護(hù)筒埋設(shè)完成后由測(cè)量人員對(duì)護(hù)筒的中心位置再次復(fù)核，保證護(hù)筒與樁位中心點(diǎn)間的定位偏差滿足設(shè)計(jì)和安裝要求。具體控制如圖2所示。

3.2 垂直度的控制要點(diǎn)

由于該項(xiàng)目中的護(hù)筒埋設(shè)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故其垂直度控制至關(guān)重要，否則會(huì)直接影響到成樁的質(zhì)量以及鉆孔工作的正常進(jìn)行。在埋設(shè)護(hù)筒前，在樁孔的垂直方向上引設(shè)兩個(gè)位置點(diǎn)，同時(shí)計(jì)算出兩個(gè)點(diǎn)與護(hù)筒外壁之間的距離；在護(hù)筒下沉埋設(shè)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)校核護(hù)筒與兩個(gè)定位點(diǎn)間的距離，一旦發(fā)現(xiàn)超出設(shè)定的偏差值，就要中止繼續(xù)下沉，拔起并重新調(diào)整護(hù)筒的垂直度后，再次進(jìn)行埋設(shè)。

在護(hù)筒下沉?xí)r，也可以利用地質(zhì)羅盤(pán)或者水平尺對(duì)垂直度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，測(cè)量的頻率保持在5 m一次。另外，下沉過(guò)程中，還可在護(hù)筒頂部外邊緣的垂直方向設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，并將吊錘掛設(shè)在四個(gè)吊點(diǎn)處，根據(jù)下沉過(guò)程中吊錘和護(hù)筒壁間的距離變化，完成對(duì)護(hù)筒埋設(shè)的垂直度控制。

4 長(zhǎng)護(hù)筒施工存在的問(wèn)題及預(yù)防措施

4.1 長(zhǎng)護(hù)筒埋設(shè)方面

長(zhǎng)護(hù)筒埋設(shè)完成后，一般需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境特點(diǎn)對(duì)外壁采取一定的防護(hù)措施。雖然前期已經(jīng)勘察過(guò)施工場(chǎng)地的地下環(huán)境，但在護(hù)筒埋設(shè)下沉過(guò)程中仍應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可能的地層變化采取調(diào)整措施，從而保證護(hù)筒一次性下沉到位時(shí)，鉆機(jī)可正常鉆入。而護(hù)筒如果不能一次性打入，且其露在外部的高度不超過(guò)1 m時(shí)，在這個(gè)高度內(nèi)鉆機(jī)雖然可以正常工作，但是鉆具上下的時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)，成孔難度增加，也會(huì)延長(zhǎng)施工的時(shí)長(zhǎng)。如果護(hù)筒露在外部的高度超過(guò)1 m，則護(hù)筒下端地層極易出現(xiàn)塌孔的現(xiàn)象，對(duì)此需要繼續(xù)打入合適長(zhǎng)度的短護(hù)筒，直至護(hù)筒安裝到預(yù)定的標(biāo)記位置。

4.2 護(hù)筒拔起的問(wèn)題

在澆筑混凝土完成1 h后即可將護(hù)筒拔起，特殊情況下也不能超過(guò)混凝土初凝的時(shí)間。如圖3所示，在護(hù)筒拔起的過(guò)程中要注意用振動(dòng)錘振動(dòng)，以此來(lái)減小護(hù)筒和樁孔土體之間的黏附力。長(zhǎng)護(hù)筒的拔起速度應(yīng)緩慢，不可過(guò)快，振動(dòng)錘的減震彈簧不得完全處于壓縮狀態(tài)，以避免對(duì)護(hù)筒和振動(dòng)錘造成損壞。同時(shí)，拔起過(guò)程中振動(dòng)錘與護(hù)筒宜保持同一條豎直線的工況。

4.3 混凝土面下降的問(wèn)題

部分橋梁工程在混凝土澆筑成功后，樁基混凝土面會(huì)出現(xiàn)下降情況，這是因?yàn)樽o(hù)筒占有一部分空間，在拔起護(hù)筒后，其原先占有的那部分空間被混凝土流動(dòng)填充，繼而造成混凝土面下降。在護(hù)筒拔出過(guò)程中，振動(dòng)錘也會(huì)對(duì)周圍的土層產(chǎn)生一定的振動(dòng)作用，導(dǎo)致土料之間產(chǎn)生一定空隙。為避免出現(xiàn)混凝土面下降的情況，在護(hù)筒拔出后應(yīng)當(dāng)計(jì)算空隙體積，在混凝土達(dá)到要求的澆筑高度時(shí)，宜額外再澆筑一定量的混凝土，使樁頭長(zhǎng)度超灌1～1.5 m左右，用以填充護(hù)筒拔出后產(chǎn)生的空隙體積。

5 結(jié)語(yǔ)

橋梁作為我國(guó)交通運(yùn)輸中跨越不良地質(zhì)條件的一種重要構(gòu)筑物，其質(zhì)量關(guān)系到交通運(yùn)輸者的生命安全。作為長(zhǎng)期性的施工工程，橋梁成型質(zhì)量是保證其穩(wěn)定服役的重要環(huán)節(jié)。在橋梁施工過(guò)程中，鉆孔灌注樁作為一種基礎(chǔ)性的工藝措施，其技術(shù)水平的高低直接影響著橋梁的承載能力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其中，針對(duì)樁基施工時(shí)遭遇的不良土質(zhì)工況，長(zhǎng)護(hù)筒作為原理簡(jiǎn)單、操作便捷的施工措施，對(duì)鉆孔位置的精確定位及成樁質(zhì)量保證發(fā)揮著巨大作用。該文研究了長(zhǎng)護(hù)筒在橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)中的具體應(yīng)用，分析長(zhǎng)護(hù)筒長(zhǎng)度選擇、制作質(zhì)量以及埋設(shè)施工要點(diǎn)，可以為類似地質(zhì)條件下的橋梁鉆孔灌注樁施工提供借鑒。

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