一種在拋石區等不良地質條件下進行鋼護筒施工的新工藝

楊長虹，彭琳琳

(中交二航局第四工程有限公司)

1 前言

隨著國內橋梁施工技術的不斷發展，橋位所處的環境日趨復雜化，不斷給施工帶來更大的風險和挑戰。尤其是對樁基礎施工質量影響較大的鋼護筒，隨著地質環境的復雜化，施工難度也在不斷增大。在常規地質條件下鋼護筒的沉放施工技術已較成熟，鋼護筒沉放采用振動錘通過定位導向直接振動下放到位。國內在江河、沿海等填筑圍墾地區進行橋梁基礎施工時，表層覆蓋有較厚的拋石層。當鋼護筒需要穿過該地層時，采用常規工藝在該地質條件下振動下沉往往造成鋼護筒底部卷邊、變形，護筒偏位較大，護筒精度無法滿足要求。為克服拋石層影響，通常采用人工和機械進行石塊的清理，清理工效低、投入大，工期難以保證。

2 新型工藝介紹

2.1 總體工藝

拋石區鋼護筒的沉放，如何在不進行預先清理的情況下穿透石層時鋼護筒沉放的關鍵。經多次論證和現場試驗驗證，通過對鋼護筒進行樁尖加強改造以提高其剛度和沖擊韌性，提出了“挖坑栽樹法”的鋼護筒沉放工藝，通過鋼護筒的兩次振沉的方式，從而有效解決了拋石區等不良地質區進行鋼護筒沉放的施工難題。采用振動錘將帶樁尖加強裝置的鋼護筒沉放在需要沉放護筒的位置進行振沉，由于該鋼護筒帶有端部樁尖加強裝置，較容易將部位堆積的塊石擠開，穿透塊石層。穿透石層后，將該裝置拔出。在樁位形成一個穿透石層且直徑略大于鋼護筒的坑槽。迅速將鋼護筒通過導向裝置沿著已形成的坑槽下放，采用振動錘將鋼護筒振沉到位。由于形成的坑槽較鋼護筒直徑略大，較容易將鋼護筒沿坑槽下沉并穿透石塊堆積層。繼而通過振動錘振沉到位。總體施工工藝流程圖如圖1所示。

2.2 樁尖加強關鍵裝置制作技術

樁尖加強裝置(沖樁)由護筒和樁尖兩部分組成。護筒采用需要沉放的原型鋼護筒，樁尖采用厚度不小于2倍鋼護壁厚的鋼板焊接，樁尖加強制作成錐形，錐形高度一般不低于1.5 m。樁尖內部采用“十”或“米”字形鋼板加勁，確保樁尖在振沉中具有足夠的剛度。樁尖表面采用開孔處理，以平衡在振沉過程中由于水頭差等存在而形成內外壓力差，防止樁尖變形。同時，樁尖與護筒連接處，樁尖較護筒外壁適當增大3～5 cm，以使樁尖振沉出足夠的空間，形成略大于鋼護筒直徑的孔洞。使鋼護筒再次下放時，順利沿著已形成的孔洞穿越石層。沖樁如圖2所示。

2.3 施工關鍵設備選擇

根據鋼護筒振沉所需的設備，主要設備為沉放所需的振動錘。由于拋石層地質情況復雜，目前尚未有針對拋石區鋼護筒沉放所需激振力的計算。且由于石層堆積情況的不同，直接影響樁側摩阻的受力，故“沖樁”下沉所需的振動錘無法精確計算。可根據拋石區所在正常地層所需的摩阻力進行估算。正常計算時，考慮鋼護筒沉放到位所需振動錘激振力Fv＞土的動摩阻力Fr。

Fr=μ∑fULi

式中:f為土體單位面積極限摩阻力，kN/m2;U為護筒周長，m;Li為入土深度，m;μ為動摩阻系數(通常地勘報告給出的是不含石塊時μ的取值)。

圖1 施工總體流程圖

圖2 樁尖加強結構圖

根椐經驗，對于超長、超大直徑鋼護筒沉放，宜選用大激振振動錘。且對于拋石區鋼護筒沉放，由于鋼護筒底部存在石塊堆積，大激振振動錘使激振力易于到達護筒底端，進而容易將“沖樁”底部的石塊沖開，形成孔洞。根據振動錘選用方法，Fv＞Fr。由于拋石區有石塊的存在，故一般振動錘激振力Fv應大于2Fr，振動錘可據此選用合適的型號。

3 結語

經關鍵技術攻關，通過自主研發的鋼護筒沉放的施工新裝置和“挖坑栽樹法”的鋼護筒沉放新方法，有效解決了多例拋石區長大鋼護筒沉放難題。由于不需要事先采用機械進行石塊清理，大大節省了施工工期和工程費用。目前，該裝置已經獲得國家專利(專利號:ZL201120514508.5)。

［1］ 游斌，李維洲.深水無覆蓋層地層鋼護筒沉放關鍵技術［J］.施工技術，2013，(8):11-12.

［2］ 一種用于管樁沉放的施工裝置［P］.中國實用新型專利公報(201120514508.5).2012-08-17.

［3］ 李居昌.公路施工手冊 橋涵［M］.北京:人民交通出版社，2000:509.