樁基鋼護筒壓力頂升法拔除技術及應用

■鄢秉紅

(福建路信交通建設監理有限公司，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，路線總長約2.2078km。起點位于洪塘大橋東側橋頭洪塘立交處，與三環路段銜接，新建洪塘大橋跨越烏龍江，隨后進入閩侯上街，終點位于洪塘大橋西橋頭附近，與國賓大道銜接。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，相對高差約40m，坡腳因修建妙峰路人工開挖邊坡高度 10～15m，局部達 20m，坡度 65°～70°，局部直立，山頂廢棄采石坑數處。主線采用設計速度60km/h的雙向八車道標準建設，匝道采用設計速度30～35km/h的標準建設(路基寬度主線47.5m，匝道9.0m);橋梁設計荷載為城-A級，抗震措施為8度，橋梁通航等級為內河IV級航道。

本工程橋梁結構基本采用采用大直徑鉆(沖)孔灌注樁，樁長65～80m左右，樁徑Φ1.8～2.5m，全部嵌入中風化花崗巖或微風化花崗巖。考慮河床沖刷，嵌巖樁按樁底嵌固設計。嵌巖深度按3D(中風化花崗巖)或1.5D(微風化花崗巖)。

(2)工程地質

橋址區巖土體分布較為復雜，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，標貫實測擊數5～15，平均11.21擊，濕-飽和，成份以石英、長石顆粒為主，粒徑大于0.25mm的顆粒約占60%，含10%～15%的泥質，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，設計樁長67m，鋼護筒采用Φ2500δ22-18000。于2017年6月30日已沉放約19m(如圖1)。后依據福州海峽海峽建發工〔2017〕69號文件，取消洪塘互通(濱江路互通)設計，不再建設洪塘大橋與烏龍江大道(濱江路)的立交連接線，取消原設計堤外10m慢道景觀系統工程，即自21#墩往閩侯方向橋梁寬度變更為22.75m(單幅)，取消21#～29#墩區域加寬段，所以樁位需重新作相應調整，對已施工樁基鋼護筒需拔出重新施作。

圖1 樁基施工情況

3 擬采取的拔除方案分析比選

針對21-4#樁基拔出鋼護筒常用的方案比選如表1所示。

表1 方案比選分析表

經綜合分析，壓力頂升法簡單實用、安全可靠、且無需大型設備經濟合理，既安全又有效的，拔出的鋼護筒可以重新加以利用，在經濟、技術上有較好效果，故確定選用方案4，即采用壓力頂升法拔除21-4#樁基鋼護筒。

4 頂升拔除施工原理

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

千斤頂的工作原理如圖2所示：扳手往上走帶動小活塞向上，油箱里的油通過油管和單向閥門被吸進小活塞下部，扳手往下壓時帶動小活塞向下，油箱與小活塞下部油路被單向閥門堵上，小活塞下部的油通過內部油路和單向閥門被壓進大活塞下部，因杠桿作用小活塞下部壓力增大數十倍，大活塞面積又是小活塞面積的數十倍，由手動產生的油壓被擠進大活塞，由帕斯卡原理知大小活塞面積比與壓力比相同。

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

圖2與圖3對比說明如下：

(1)圖2中的小注射器即對應圖3中的壓力設備部分；

圖2 千斤頂工作原理圖

(2)圖2中的連接管即對應圖3中的高壓管部分；

(3)圖2中的大注射器即對應圖3中密封鋼護筒部分；

(4)圖2中的大注射器的外套筒即對應圖3中的鋼護筒部分；

(5)圖2中的大注射器的活塞即對應圖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 鋼護筒拔除方案

(1)施工工藝

頂升施工流程：上封蓋加工→密封設備安裝→混合動力頂升裝置調試→密封腔加壓測試→頂升前設備儀器調試→加壓、頂升→頂升結束→鋼護筒運離。

(2)壓力頂升法施工

準備工作：

①施工人員組織：負責人1名、操作員1名、配備4名電焊工、4名普工協助現場施工；其他若干。

②鋼護筒拔除施工機械設備配備。

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

③21-4#鋼護筒無工作平臺，且無導向架控制鋼護筒頂升的豎直度。需要提前施工工作平臺和導向架。同時在21-4#樁基鋼護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，在專業加工廠進行加工。為了保證施工順利，下底面與鋼護筒進行焊接加固處理(間隔30cm焊接2cm厚的加勁板)。詳見圖4～圖5。

(4)混合動力頂升裝置調試

為保證施工順利進行，在施工前需要對混合動力設備進行調試，重點對油泵、管線進行保養和調試，保證設備的正常運轉。

圖4 加工完成的密封裝置

圖5 密封裝置安裝圖

(5)密封腔加壓測試

根據計算可知，頂升裝置需要克服摩阻力和鋼護筒自重約為24000kN，預計初始壓力值為1.64MPa，必須對密封鋼護筒和上封蓋組成的密封腔進行加壓測試(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#樁基鋼護筒分一次拔除，重復利用。頂升前先往鋼護筒內灌水至鋼護筒頂預留5～10cm高度，以滿足密封裝置的焊接安裝，通過加壓設備逐步往密封腔內加壓，達到所需的初始壓力值，鋼護筒開始緩慢上升，然后保持恒壓(見圖7)，直至鋼護筒上升至埋深15～20m位置時，開始適當減壓，防止鋼護筒沖出，出現安全事故。

(7)鋼護筒吊裝、運離

頂升施工完成后，鋼護筒拔出，達到設計長度時，將鋼護筒密封鍋割除，采用100t履帶吊和平板車將鋼護筒及加壓、密封設備轉運。

6 鋼護筒拔除效果分析

整個鋼護筒的拔除，前期準備工作約7d時間，拔除過程非常順利(拔出的鋼護筒如圖8所示)，未出現任何異常，僅3～4h即完成，大大縮短工期，為橋梁樁基施工節約時間。鋼護筒完整拔除，未受到任何損壞，可重新利用。此次鋼護筒拔除包括租賃設備及施工費用共計約40萬元，較方案1和方案2直接費用高出約8萬元，但方案2使鋼護筒破壞不能完全利用，且工期可節約15d左右，較方案3費用節省約15萬元且工期節約20d左右。

圖8 拔出的鋼護筒

7 結束語

壓力頂升法的優勢是對施工人員專業技能要求較低，對設備要求簡單，施工人員安全有保障，工期較短，成本相對合理。通過本項目實例應用認為該技術完全可行，既安全又高效，拔除的護筒還可以重新利用。