浅谈动水砂卵石地质单层钢护筒埋设技术

浅谈动水砂卵石地质单层钢护筒埋设技术

张文志

（中铁二十二局集团第三工程有限公司 福建厦门 361000）

【摘 要】：对于大型河流中的动水桩基础施工，钢护筒的施工质量是保证桩基成孔的前提，也是桩基础顺利成桩的基础，特别是砂卵石地质条件下必须对河床进行深层处理，才能保证钢护筒施工质量。本人结合施工某特大桥水中护筒埋设工法，总结了动水砂卵石地质钢护筒埋设施工技术。

【关键词】：动水 砂卵石地质 钢护筒埋设

1.引言

金温扩能改造工程某特大桥是全线控制性和重难点工程之一。桥址区跨越瓯江，常年流水，水量较大，属典型的山间河流，为浙江省第二大河流瓯江水系。主桥墩大部分位于水中，前期已施工钢栈桥和施工平台，在钢栈桥搭设过程中发现钢管桩基础打入深度较浅，平均为2m左右，为保证安全，大部分桩基础采用群桩基础，据现场调查原因为桥位附近有一座采砂场，经过常年的开采筛选，河流中砂卵石地质密实性严重降低，河床4m深范围内大块卵石居多，钢管桩打入阻力较大。由此判断，桩基础钢护筒埋置深度将无法保证，钢护筒在冲击钻钻进过程中可能会出现位移、浆液流出现象，造成无法造浆冲孔，按一般施工经验，采用拋填沙袋和袋装水泥进行水中筑岛的方式或者灌注水下混凝土浇筑人造岩的方法对钢护筒进行加固，但是一方面采用此类工法成本较高，施工工艺复杂，另一方面瓯江水体周期性的处于流动状态，施工质量难以保证，而且在筑岛或者“人造岩”的结构体下面难以保证浆液不流出，易造成漏浆，从而造成桩机无法冲击造孔。

对于大型河流中的桩基础施工，钢护筒的施工质量是保证桩基成孔的前提，也是桩基础顺利成桩的基础，所以考虑到上述情况，必须对河床进行深层处理，才能保证钢护筒施工质量。项目结合现场实际，决定采用桩机和震桩锤组合施工插打钢护筒，再向护筒内拋填水泥造浆对砂卵石河床进行挤密改良的施工方法，实现了此桥的桩基础高效施工，创造了良好的经济效益。

2.此项施工工艺主要优势和使用范围

2.1工作原理

利用冲击钻冲击护筒底部河床，击碎河床中的大块卵石后再继续进行钢护筒插打，重复这两道工序直至打入深度达到极限后，对护筒进行定位。再利用冲击钻冲击水泥浆对护筒周围和底部砂卵石进行挤密固化，达到稳定钢护筒和防止漏浆的目的。主要工艺原理如下：

⑴ 利用冲击钻冲击势能，转化为水泥浆侵入钢护筒周围砂卵石空隙的挤入动能。

⑵ 冲击钻冲击水泥浆，转化为水泥浆的动能，利用其初凝前的流动性使之挤入卵石层，待卵石层缝隙中的水泥浆硬化后从而把钢护筒和河床砂卵石固结。

⑶ 根据能量守恒定律，利用冲击钻势能提前冲击护筒位置河床，冲击破碎大块卵石，配合震桩锤提高护筒插打深度。

⑷ 调制冲孔泥浆重度并控制浆液面高度，避免水中部分护筒内外压力差过大，造成河床部位钢护筒和砂卵石固结体破坏使浆液流出。

2.2 施工方法主要优势

⑴ 利用既有河床砂卵石材料，抛填水泥改良砂卵石渗流水性能。

⑵ 有效减少了护壁泥浆的流失，避免了重复制浆，提高了桩基成孔功效。

⑶ 冲击钻和振桩锤相互配合，循环施工，进行简单的机械设备组合施工，利用各自的使用功能，加快了施工进度，保证护筒插打质量，节约成本。

⑷ 充分利用材料在不同的条件下和不同的时间界限内的性质属性，充分利用水泥浆的流动性和受到冲击势能条件下变为自身挤入砂卵石动能的材料特性。

2.3 使用范围

适用于卵石直径小于60cm，水流速度小于3m/s的砂卵石松散地质的桩基础施工，钢护筒打入深度不足或者漏浆的情形。

3.施工工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

砂卵石地质桩基础成孔施工工艺流程见图3.1

图3.1 砂卵石地质桩基础成孔施工工艺流程图

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

⑴ 桩基础和钢护筒施工平台搭设。

⑵ 施工用电敷设。

⑶ 设备进场：180KW振桩锤一台，50t履带吊一部，冲击钻一台。

⑷ 发布施工通告，建立通讯联络，准备水上救生设备，悬挂警示标志。

⑸ 钢护筒制作。

3.2.2 测量放样

⑴ 根据图纸中桩基础的布置尺寸进行放样，放样时一定要选择在下游水库蓄水，河道水流速度小时进行，避免测量放样误差。

⑵ 利用钢施工平台作为放样平台，测量放样后，现场技术人员划出平台面板上的钢护筒孔洞位置，以孔洞直径大于钢护筒外径2cm为宜。

3.2.3 导向架安装

⑴ 钢护筒平面位置和垂直度偏差大小主要靠导向架控制，所以导向架的自身刚度和牢固程度决定了钢护筒的插打质量图图3.2.3所示。

图3.2.3 导向架安装固定大样图

⑵ 导向架采用I18双拼工字钢作为骨架，骨架之间采用焊接，与平台解除约束后可以整体吊装，本项目一共制作了两套导向装置，可以满足施工进度需要

⑶ 导向架上部与整个平台面牢固固定，下部利用φ20钢管与四周的平台钢管立柱固定，使整个导向架牢固可靠，从而保证了钢护筒的平面位置偏差和垂直度。

3.2.4 钢护筒下放

⑴ 为了避免钢护筒插打过程中由于阻力过大，造成护筒下边缘翻卷开裂，在钢护筒下放前，需要在护筒下边缘贴焊30cm宽1cm厚钢板进行加强。

⑵ 钢护筒下放后需要测量河床面据平台面的高度，并测量护筒的下放深度，从而确定护筒是否下放到位，遇到未下放到位的，可能河床面漂有大块卵石，可以小功率点开启动震桩锤数下，挤走大块卵石，不可一开始就使用大功率启动震桩锤，避免钢护筒下边缘卷边撕裂。

3.2.5 钢护筒插打

⑴ 钢护筒下放完成后，启动震桩锤，功率由小变大，时刻关注钢护筒打入深度，当1min内下沉深度不到10cm即停止插打，避免破坏钢护筒如图5.2.5所示。

⑵ 插打过程中，时刻观察导向架的变形情况，确认是否达到受力极限，检查焊缝开裂情况，当发现有焊缝开裂时应停止插打，对开裂焊缝部位进行补焊后再继续施工。

⑶ 插打过程中人员要与钢护筒距离3m的安全距离，并时刻观察震桩锤的运转情况和钢护筒的受力情况，发现异常情况应立刻停止插打，排除问题后继续施工。

⑷ 钢护筒深度确实打入困难，不能满足插入深度大于4m的设计要求时，不要野蛮施工，进入下一道工序。

图3.2.5 插打钢护筒示意图

3.2.6 冲击钻配合施工

⑴ 钢护筒插打深度不够，大部分情况下是由于河床部位卵石较大较坚硬，钢护筒的刚度和冲击力难以抵抗，为了保证钢护筒至少3m的埋置深度（后期河床底部固结施工最小埋置深度要求），这时就需要冲击钻配合施工如图5.2.6所示。

⑵ 冲击钻就位后，需要对锤中心线进行定位，保证锤中心线与钢护筒中心线重合，避免冲击钻对钢护筒造成损害。

⑶ 冲击钻要缓缓下落至河床位置，先采用小冲程进行冲击，对钢护筒周围的河床进行挤密压实，保证护筒的平面位置不要移动，而后采取大冲程对护筒位置河床进行冲击，砸碎表层大块卵石，一般冲击60次后即可进入钢护筒震动插打工序。

⑷ 由于此时不能够造浆，护筒底部的沉渣难以通过浆液循环排出，所以不能盲目追求施工效率，当冲击钻冲击和震桩锤多次配合施工后，根据现场施工经验，基本能满足3m深的埋置深度要求。

图3.2.6 冲击钻配合施工

具体步骤：护筒初步定位→钻机小冲程冲击（冲程1.5米，工时10分钟）→钢护筒纠偏→开启震桩锤插打（5分钟）→钻机大冲程冲击（冲程3米，工时20分钟）→开启震桩锤插打（10分钟）→钻机大冲程冲击（冲程3米，工时10分钟）→开启震桩锤插打（10分钟）→钢护筒打入质量检查→钢护筒插打结束

3.2.7 护筒底部固结施工

⑴ 埋置深度3m时，河床的密实性能不能够抵抗护筒内外的压力差，浆液流失不可避免，必须要对护筒周围河床进行加固如图5.2.7所示。

⑵ 首先向护筒内投入P32.5袋装水泥20包，提钻对护筒底部进行大冲程冲击，把水泥浆挤入护筒周围的大块卵石缝隙，同时和河床中的河砂进行搅拌对河床上的钢护筒和砂卵石层进行固结。

⑶ 钻机冲击15min后，每间隔十分钟投入10包袋装水泥进行冲击，继续对护筒周围的砂卵石层进行加固，往复3次后提钻停止冲击。

⑷ 提钻后向孔内抛入25kg/包的膨胀土10包，同时投入25kg/包的粘土30包，落锤对孔内滞留的混合浆液进行小冲程搅拌，冲击10min后即提锤停止搅拌。对孔内的水泥浆加入膨胀土和粘土的目的是防止水泥浆液硬化后造成孔内和孔外的水泥浆液固结，钻机开始冲击造孔后对孔外的固结体造成扰动。

表3.2 浆液配合比一览表

⑸ 由于施工平台和河流水面之间有8m的高差，护筒内水压力高于护筒外水压力，所以在水泥浆固化河床地质过程中，要保持护筒内外压力相等。

⑹ 钻机提锤停机12h后即可造浆冲孔，由于砂卵石地质易塌孔，浆液配合比选择为粘土2：膨胀土1，并经常对孔内的浆液面进行检查，查看是否有漏浆现象。

图3.2.7 护筒底部河床固结施工

3.2.8 冲击成孔

⑴ 由于施工平台和河流水面之间有8m的高差，护筒内水压力高于护筒外水压力，所以护筒出浆口尽量靠近水面。以不高于水面4m宜。

⑵ 冲孔过程中要时刻观察护筒内浆液面的高度，发现浆液流失时要及时拋填水泥，增加浆液的固化能力和粘度。

⑶ 提钻焊锤和检查锤头等工序时，经过护筒过程中要小心谨慎，尽量减少撞击护筒，避免造成护筒底部和河床的固结体出现扰动。

⑷ 定期检查锤头的中心位置偏差，不能超过1cm，严格控制桩位的平面误差的同时也有效的减少了锤头和护筒之间出现摩擦。

⑸ 桩基成孔后，经检测合格要立即灌注，避免出现塌孔。

5.结束语

此特大桥连续梁9#-12#墩在实际施工中，首个钢护筒插打下沉深度不足1.5米，护筒底部边缘出现严重变形，钻机就位后，钻进深度不足2米即开始出现漏浆现象，直至孔内浆液和护筒外水面持平，造成孔内沉渣无法排出，无法继续冲击。经过现场实际调查研究后，采用了此施工方法，确保了9#和10#墩桩基础的施工进度。砂卵石地质在我国南部河流中分布较广，将此施工方法用于此类地质，成本节约明显，加快了施工进度，为以后同类施工提供了可靠的决策依据，取得了良好的社会效益。

参考文献

[1]郭衍敬.深水桩基础钢护筒在特殊条件下的埋设方法.西部探矿工程.2002

[2]谭清明,吴湘明,夏雨成.深水大流速河流中钢护筒的埋设技术.湖北省桥梁学术讨论会.2000

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