橋梁樁基施工中永久鋼護筒施工技術

郭強

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，該結構的建設質量直接影響橋梁的穩定性，針對不同的地質條件以及樁基尺寸特點，應動態優化施工技術，提高可行性。隨著行業技術的發展，永久鋼護筒逐步被應用于橋梁樁基施工中，制作和安裝是兩大重點環節，應由專員以科學的方法將工作落實到位，保證施工質量[1]。

1 工程概況

某橋梁工程，1#鋼護筒頂標高-3.1 8 m，設計底標高-39.38m，護筒單根長度8m，含永久鋼護筒6m和措施護筒2m，護筒內徑、外徑分別為1m、1.028m；于護筒頂口、底口兩處設抱箍，長度分別為50cm、75cm，厚度12mm，材質為Q345C鋼。考慮到鋼護筒受力可靠性的要求，在頂部內側設10根準25mm螺紋加強筋，見圖1。

2 鋼護筒直徑的計算

按照如下公式展開計算，確定鋼護筒的內徑d：

d≥（D/2+H×i+d’）×2

式中：D-設計樁徑（m）；H-鋼護筒長度（m）；i-護筒傾斜率（%）；d’-護筒平面位置允許誤差（m）。

前述提及的計算方法主要適用于一般鋼護筒，此類護筒的功能相對單一，僅為了保證樁基精準就位而設置，在調控樁基的傾斜度方面不具備可行性。在此條件下，應重點考慮護筒內徑的優化，該值有必要略大于規范中的控制要素。

具體至本工程中，采用的是永久鋼護筒，作為樁基結構體系中的一部分，打設到位后不再拔出。根據該特點可知，后期鉆孔樁的傾斜率將與鋼護筒相同，由此也說明的是，護筒與樁基的位置具有一致性。在此條件下，提出幾項永久鋼護筒的施工要求：加強對護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，護筒內徑富余量為270mm，若實測結果超出許可范圍，加以調整并再次檢測，直至滿足要求為止[2]。

3 鋼護筒的加工

3.1 加工工藝流程

富有秩序性地加工鋼護筒，具體流程如圖2所示。

3.2 開坡口

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

3.3 卷板

配備卷板機，將開好坡口的板料置于該裝置中，以軸輪線為參照基準，對板料的縱向中心線做適當的調整，直至兩者呈平行的位置關系為止。板料對中后，以多次進給的方法調節上輪，經此操作后使板料初步彎曲，而后做多次的滾動處理，實現對板料的進一步彎曲操作。隨著加工時間的延長，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作用下，以循序漸進的模式減小板料的曲率半徑，直至達標為止。卷彎時，用樣板檢驗彎板兩端的橢圓度，采取有效的控制措施。

3.4 埋弧自動焊接

（1）焊接作業流程

焊接打底→填充→蓋面→反面氣刨清根→埋弧自動焊接（此環節也可采用CO2保護焊的方法）。

（2）鋼護筒縱縫焊接。①板材卷制完成且達標后，對接縱縫，用CO2保護焊的方法打底固定。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筒轉至預先搭設成型的焊接胎架處，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埋弧自動焊接，此環節分6次有序完成，單次有效熔深按3mm控制。④在前述基礎上，安排反面氣刨清根作業，深度8mm。⑤對清根處做焊接處理，施工方法為CO2保護焊，單次焊接厚度均為5mm，經過連續的2次操作后，形成10mm的焊接厚度。至此，得到鋼護筒半成品，通過質量檢驗后，用于后續施工。

（3）鋼護筒環縫焊接。環縫焊接所用方法與縱縫基本一致，基本思路是內側打底固定→外側坡口焊接→內側氣刨清根→清根部位焊接。鋼護筒卷制成型后，將其吊裝至聯動滾輪架上，在預先搭設好的平臺上放置埋弧自動焊機，調整裝置的位置并予以固定。為減小環境因素的干擾，搭設擋雨棚。在V型坡口外部焊接時，要求焊機穩定不動，使焊絲對準鋼護筒的中心線，盡可能勻速地轉動鋼護筒，最終完成焊接；而對于V型坡口內側，焊接前先氣刨清根出白，再用CO2保護焊的方法焊接。

3.5 焊接質量控制

（1）鋼板原材料進場時，加強質量檢驗，并檢查質量合格證等相關資料，確認無誤后安排進場。

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

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

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

4 鋼護筒施工技術

4.1 鋼護筒加工

在廠內加工鋼護筒節段，通過質量檢驗后運輸至現場，吊裝、組拼到位。鋼護筒加工過程中，用三輪卷板機卷制，焊接縱縫，保證護筒節段的完整性與穩定性。在各節段間增設0.2m的鋼箍，內側設十字支撐架，起到防護作用，以免在吊裝過程中因缺乏可靠的支撐措施而失穩。現場對接焊縫前，先判斷是否具備作業的條件，焊接環境的相對濕度以80%以內為宜，溫度不低于0℃（以普通碳素鋼的焊接為例）。

4.2 鋼護筒沉放

鋼護筒具有自重作用，但僅憑借自重難以完全沉放到位，因此利用振動錘錘擊，借助外力打設鋼護筒。沉放過程中及時采集GPS接收的CORS信號，據此對現場實際作業情況作出準確的判斷，適時調整，通過打樁船移位的方式實現精準定位。高程測控時，采取的是水準測量和三角高程測量兩種方法，聯合應用，切實保證鋼護筒高程測量結果的準確性。

4.3 控制措施

（1）測量控制。①平面控制。依托于GPS控制網檢測，根據反饋的信息動態控制。在鋼棧橋上布設7個臨時加密控制點，按C級網的標準施測。②）高程控制。對臨時控制點做靜態觀測加密，隨后引測高程至控制樁（指的是已經沉放到位的部分），以此為基準，精準控制鋼護筒的沉放量，使其高程滿足要求。

（2）定位過程控制。①計算鋼護筒的中心坐標等相關數據；②架設全站儀，開啟GPS接收測量；③匯總測量結果，將其與計算所得的理論值做對比分析，根據實際偏差做靈活的調整；④全站儀復測平面坐標和垂直度，若有誤則調整，再次檢測，直至完全滿足要求為止；⑤錘擊時，檢測垂直度并加強控制；⑥停錘前，檢測高程并加強控制。

4.4 鋼護筒的吊裝

鋼護筒吊裝施工環節選用的機械設備為粵航工03#打樁船，兩下兩點吊裝。用運樁駁橫橋向喂樁，打樁船倚住運樁駁施吊，吊裝期間加強檢測與控制，保證鋼護筒吊裝姿態的合理性，不可與周邊構件或設施發生碰撞。

4.5 鋼護筒的定位

用全站儀測量放樣，在確定中心點后，向周邊擴展出四個定位點，分別為之設置弧形卡板，作為鋼護筒定位時的輔助裝置。定位架的位置偏差控制在2cm以內，鋼護筒吊裝下放到位后，與固定鉆孔平臺連接。在定位架的四周設四個千斤頂，目的在于鋼護筒發生偏斜時可以及時做出調整，實現對鋼護筒的精準控制[3]。

4.6 鋼護筒下沉

取兩根材質、長度、直徑均一致的鋼絲繩，對稱布設，有序起吊鋼護筒。起吊至樁位后，沿著定位架以緩慢且勻速的狀態向下放置，而后啟動振動錘，由該設備提供激振力，促進鋼護筒下沉，在該過程中利用全站儀加強檢測，判斷鋼護筒的垂直度，有偏差則及時控制。鋼護筒下沉到位后，為全面保證位置的準確性，復測中心坐標和垂直度，誤差超限時予以矯正。

5 永久鋼護筒施工的問題、原因及處理措施

5.1 鋼護筒傾斜

（1）原因分析。①鋼護筒借助振動錘提供的振動力向下沉放至指定位置，在振動期間鋼護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預埋鋼護筒時，該裝置未與地面呈垂直的關系，在該姿態下打設鋼護筒時，存在偏斜問題；③對鋼護筒做焊接處理時，未調整好相鄰兩節護筒的位置，即不在同一水平線上；④鋼護筒施工現場的地質條件較差，局部承載能力不足，有失穩的可能；⑤振動埋設鋼護筒時受阻，導致鋼護筒姿態存在偏差。

（2）處理方法。①選取2個振動錘，共同振動施工；②配套導向架，在其引導作用下，保證鋼護筒姿態的合理性；③對鋼護筒做接長處理時，檢測垂直度并予以控制；④現場存在軟硬差異化明顯的地層或是其它特殊地質條件時，根據實際情況適當放慢振動入土速度，并在該過程中及時糾偏；⑤鋼護筒打設階段遇到障礙物時，適當降低振動速度，或是小幅度地多次提拔振動錘，實現糾偏。

5.2 鋼護筒底漏漿及局部坍孔

（1）原因分析。現場地質條件差異化過大；鋼護筒的打設深度與設計要求不符。

（2）處理方法。①施工前全面分析地質勘察報告，對現場的地質條件形成準確的認識；②根據地層特性有效控制埋設深度，使鋼護筒穿過不良地質層。

5.3 鋼護筒變形

（1）原因分析。①鋼護筒制作時未控制好精度，實際尺寸與設計要求的偏差較大，施工后鋼護筒有不同程度的變形現象。例如，鋼護筒不圓度的存在將影響其正常受力，局部有受力偏差，且隨著振動插打作業的持續開展，不圓度隨之加大，可見鋼護筒有愈發明顯的變形現象。②環向應力的存在會直接對鋼護筒的穩定性造成影響，導致其發生變形。相比于鋼護筒的非彈性屈曲環向臨界應力而言，若鋼護筒受到的環向應力偏大，將在受力異常的情況下發生變形，而在環向應力增加時，鋼護筒的變形程度加重。③鋼護筒承受較強的豎向應力時，在該部分力的作用下，焊縫處有撕裂的情況，嚴重時影響鋼護筒的整體形態，變形問題隨之顯現。從成孔檢測儀的實測結果來看，孔內部分區域坍塌，該處鋼護筒的內應力加大，威脅到焊縫的穩定性，即焊縫撕裂，可見鋼護筒變形。

（2）處理方法。在探明鋼護筒變形的主要成因后，進一步探討處理方法，主要考慮如下兩個方面：①遇鋼護筒變形的情況時，將該部分拔出，再以工程施工要求為準，重新按照規范振動打設鋼護筒。但此方法的局限性較強，實際操作難度較大，施工的可控性不足，重新打設鋼護筒時所在的位置可能會偏離原孔位，最終影響到鋼護筒的打設施工效果。②界定存在變形現象的鋼護筒，以切除的方法處理該部分，再重新套上形態、剛度均合理的鋼護筒。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，可能會導致原本無異常狀況的鋼護筒變形，反而加大處理難度，因此必須由專員精細化操作，以免額外增加工作量。

5.4 護筒內淤泥面上升

（1）原因分析。鋼護筒打設現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，導致該部分土體喪失足夠的壓力，而淤泥的流動性較強，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適度加快鋼護筒的施工速度，在滿足質量要求的前提下快速將鋼護筒打設至持力層，采用此方法避免淤泥上升至孔道。②施工條件允許時，不采取人工挖孔的方法，簡化施工內容，直接用鋼護筒從地表處施工。

綜上所述，在橋梁樁基的永久鋼護筒施工中，參建人員需予以高度的重視，結合現場施工條件制定可行的方案，有條不紊地推進施工進程。施工具有系統性與復雜性，諸如鋼護筒的加工與焊接、搭設均是重點內容，應由具有資質的員工以科學的方法操作，且需密切關注鋼護筒傾斜、鋼護筒底漏漿、變形、護筒內淤泥面異常上升等問題，采取預防措施，而由于防控不當或是其它原因而出現問題時，必須查明原因并有效處理，恢復正常施工狀態。在多重措施并行的模式下，全面保證永久鋼護筒的施工質量。