水中鉆孔灌注樁超長鋼護(hù)筒部分拔除可行性分析

水中鉆孔灌注樁超長鋼護(hù)筒部分拔除可行性分析摘要：鋼護(hù)筒作為跨江河、跨海橋梁鉆孔灌注樁施工中必要的一種成孔保護(hù)施工措施，其投入用量對(duì)成本影響極大，掌握其周轉(zhuǎn)利用的施工方法對(duì)項(xiàng)目效益具有重要的意義。常規(guī)而言，陸地鉆孔灌注樁鋼護(hù)筒能夠全部拔除重復(fù)利用，而水中鉆孔灌筑樁的鋼護(hù)筒僅樁頂以上部分可切割回收，樁頂下部永久埋入土體中。軟弱地質(zhì)條件下水中樁鋼護(hù)筒需打入持力層，導(dǎo)致鋼材投入量巨大。若能夠?qū)⑺碌匿撟o(hù)筒部分拔除并實(shí)現(xiàn)材料回收循環(huán)利用，可大幅降低項(xiàng)目施工成本。根據(jù)該思路，項(xiàng)目立足工程實(shí)際，開展了一系列試驗(yàn)研究工作，對(duì)該技術(shù)的可行性進(jìn)行了論證。關(guān)鍵詞：大直徑超長樁，垂直度，鋼護(hù)筒，部分拔除，循環(huán)利用

1工程概況外砂河特大橋位于汕頭市，橋梁全長1919m，總造價(jià)約5.5億。橋址位于外砂河入?？冢用鎸捈s500m，水深3~4m。外砂河特大橋共有水中鉆孔灌注樁100根，平均鋼護(hù)筒長度27m，所需的鋼護(hù)筒數(shù)量巨大，實(shí)現(xiàn)鋼護(hù)筒部分拔除并重復(fù)利用可以大大減少浪費(fèi)，節(jié)約施工成本，減少對(duì)環(huán)境造成的破壞。2超長鋼護(hù)筒部分拔除重難點(diǎn)分析（1）水中鉆孔灌筑樁鋼護(hù)筒僅樁頂部分可切割回收，樁頂下部永久埋入土體中。鋼護(hù)筒的拔除長度難以確定。（2）鋼護(hù)筒拔除方式將會(huì)影響到地質(zhì)條件和樁基的質(zhì)量，選擇合適的拔除方式非常重要。（3）由于混凝土隨著時(shí)間塑性逐漸降低，強(qiáng)度逐漸增加，不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間拔除鋼護(hù)筒將會(huì)對(duì)影響混凝土的強(qiáng)度，對(duì)樁基的質(zhì)量造成嚴(yán)重后果，故選擇合適的時(shí)間進(jìn)行拔除作業(yè)至關(guān)重要。（4）拔除后的鋼護(hù)筒如何處理以進(jìn)行再回收循環(huán)利用。3工藝原理混凝土澆筑完成后，由于底部淤泥層與粘土層的地層性質(zhì)差異，鋼護(hù)筒最底部并非承受最大水土壓力位置，并且底部混凝土自身能與護(hù)筒外土體和水體保持相對(duì)穩(wěn)定。在混凝土初凝前（保證混凝土塑性，不影響樁頭質(zhì)量）可采用振動(dòng)錘將處于粘土層下部淤泥層中部分鋼護(hù)筒拔出再回收循環(huán)利用，增加材料回收率，減少對(duì)環(huán)境的破壞。鋼護(hù)筒拔除長度需根據(jù)工程地質(zhì)條件進(jìn)行驗(yàn)算，并且澆筑迅速連續(xù)在要求時(shí)間內(nèi)完成，確保對(duì)樁身質(zhì)量無影響的情況下方可進(jìn)行施工。4超長鋼護(hù)筒部分拔除關(guān)鍵技術(shù)4.1鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)鋼護(hù)筒在打設(shè)過程中，首先確定水中鉆孔平臺(tái)標(biāo)高與河床標(biāo)高，此高差記為L1；然后根據(jù)P水+P土=P泥漿計(jì)算出入土深度h1，其中P水和P泥漿以液體壓力計(jì)算（h取值為L1+h1），P土以靜止土壓力計(jì)算（h取值h1）。鋼護(hù)筒拔除時(shí)需滿足混凝土未完全成型且混凝土對(duì)鋼護(hù)筒的壓力等于外界水土層壓力，此時(shí)泥漿已被混凝土所替代，即P水+P土=P混凝土?xí)r即可計(jì)算出平衡深度h2，其中P水以液體壓力計(jì)算（h取值為L1+h2），P土以靜止土壓力計(jì)算（h取值為h2-），P混凝土除重度外其余性質(zhì)近似為淤泥以靜止土壓力計(jì)算（h取值為L1+h2）；最終可拔除的鋼護(hù)筒長度L=h1-h2。以某濱海地區(qū)橋梁項(xiàng)目為例，鉆孔平臺(tái)標(biāo)高5.8m，河床標(biāo)高-3.2m，L1=9m；河床下方依次為16.5m淤泥層（重度15kN/m3，粘聚力4.5kPa，內(nèi)摩擦角3°）、5.8m粉質(zhì)粘土層（重度18kN/m3，粘聚力15kPa，內(nèi)摩擦角12°）；混凝土近似為淤泥屬性（重度26kN/m3，粘聚力4.5kPa，內(nèi)摩擦角3°）；g取10N/kg，ρ泥漿取1.1*103kg/m3。水土壓力分算結(jié)果如下：可得出P水+P土=P泥漿時(shí)，L1+h1大約等于26m；P水+P土=P混凝土?xí)r，L1+h2大約等于16m；可拔除長度L=h1-h2=10m。4.2鋼護(hù)筒安裝及接長鋼護(hù)筒在加工廠進(jìn)行加工，采用滾圓機(jī)將鋼板碾壓制作成每9m一節(jié)的鋼護(hù)筒，平板車運(yùn)輸至棧橋平臺(tái)放置，等待QUY80A履帶吊、SV-150液壓雙夾錘配合插打沉放。鋼護(hù)筒施打與拔除對(duì)接頭質(zhì)量要求較高，兩節(jié)鋼護(hù)筒間打坡口滿焊，鋼護(hù)筒之間連接采用8塊厚14mm加勁板幫焊，規(guī)格20cm×30cm，確保在后續(xù)拔除施工中連接穩(wěn)固，同時(shí)在鋼護(hù)筒制作時(shí)即需要對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。水中樁基鋼護(hù)筒埋設(shè)前測量人員要對(duì)護(hù)筒位置進(jìn)行放樣，并應(yīng)使護(hù)筒中線豎直線與樁中心線要重合，允許偏差控制在50mm以內(nèi)，豎直線傾斜度不大于1%。護(hù)筒下沉過程應(yīng)平穩(wěn)勻速，下沉一節(jié)后按上述要求采用加勁板幫焊焊接下一節(jié)鋼護(hù)筒。每下沉5m檢測一次鋼護(hù)筒的垂直度，直至穿透淤泥層進(jìn)入粉質(zhì)粘土層。對(duì)小偏位及時(shí)采取糾偏措施，如果過程中發(fā)現(xiàn)偏位嚴(yán)重，應(yīng)將護(hù)筒拔出重打，確保鋼護(hù)筒的安裝質(zhì)量。4.3灌注樁成孔與澆筑樁基達(dá)到設(shè)計(jì)孔深經(jīng)檢查合格后，進(jìn)行第一次清孔、吊裝鋼筋籠、導(dǎo)管下放、二次清孔、澆筑混凝。灌注水下混泥土前必須經(jīng)過成孔質(zhì)量檢測和清孔驗(yàn)收，全部指標(biāo)合格之后才能進(jìn)行混凝土灌注。泥漿的指標(biāo)控制如下：泥漿比重控制在1.03-1.10以內(nèi)；含砂率控制在2%以內(nèi)；黏度控制在20s；沉渣厚度控制在100mm以內(nèi)。水中樁混凝土灌注時(shí)應(yīng)主要關(guān)注鋼護(hù)筒長度范圍內(nèi)的灌注時(shí)間，在即將澆筑鋼護(hù)筒底標(biāo)高混凝土?xí)r提前與拌合站、施工班組溝通，確?；炷凉捃嚬?yīng)及時(shí)、樁基澆筑迅速連續(xù)，必須在該段范圍內(nèi)第一車混凝土開始澆筑的3小時(shí)內(nèi)完成澆筑，必要時(shí)適當(dāng)增加緩凝劑延長混凝土塑性時(shí)間，為后續(xù)鋼護(hù)筒拔除施工提供充足的準(zhǔn)備時(shí)間和施工時(shí)間。4.4鋼護(hù)筒部分拔除及重復(fù)利用鋼護(hù)筒長度范圍內(nèi)的第一車混凝土澆筑完成4小時(shí)內(nèi)開始鋼護(hù)筒拔除工作，并在半小時(shí)內(nèi)完成拔除作業(yè)，若超出該時(shí)長，底部混凝土塑性降低、強(qiáng)度增加，在振動(dòng)錘擾動(dòng)下易對(duì)樁基質(zhì)量產(chǎn)生影響，該種情況下為避免樁基出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題，禁止應(yīng)用該工法進(jìn)行拔除工作拔除鋼護(hù)筒長度根據(jù)4.1計(jì)算出的可拔除長度確定——水中鉆孔平臺(tái)標(biāo)高與河床標(biāo)高高差記為L1；根據(jù)P水+P土=P泥漿計(jì)算出入土深度h1，澆筑完成后P水+P土=P混凝土計(jì)算出平衡深度h2，最終可拔除的鋼護(hù)筒長度L=h1-h2。拔除時(shí)采用QUY80A履帶吊、25T汽車吊配合SV-150液壓雙夾錘拔除鋼護(hù)筒。在原有的鉆孔平臺(tái)上布置QUY80A履帶吊，25T汽車吊支設(shè)在支棧橋上，避免同一棧橋平臺(tái)同時(shí)承受履帶吊、汽車吊荷載。履帶吊吊起雙夾振動(dòng)錘夾住鋼護(hù)筒頂部包邊加強(qiáng)圈，在振動(dòng)錘振動(dòng)和履帶吊上拔的雙重作用下將鋼護(hù)筒拔出，汽車吊作為輔助措施。作業(yè)時(shí)注意控制拔除速度，速度不宜過大，否則將對(duì)混凝土造成較大擾動(dòng)，影響成樁質(zhì)量。鋼護(hù)筒頂部栓上一根長度為L的長繩用于判定拔除長度，直到拔出至與計(jì)算出的可拔除長度相等時(shí)，松開雙夾錘，完成拔出作業(yè)。安排工人在鉆孔平臺(tái)上將拔出的鋼護(hù)筒以及樁基空樁部分采用氧氣乙炔進(jìn)行切割，切割完成后用25T吊車吊運(yùn)至平板車，平板車轉(zhuǎn)運(yùn)至護(hù)筒加工廠進(jìn)行二次加工，清除表面銹蝕雜物、修補(bǔ)破損面后采用鋼板滾圓機(jī)重新加工為鋼護(hù)筒，達(dá)到鋼護(hù)筒重復(fù)利用的目的。5結(jié)語對(duì)大型水上橋梁樁基而言，水中樁鋼護(hù)筒鋼材投入量動(dòng)輒數(shù)千噸，且多為一次性使用，是施工成本中一筆不小的開銷。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鋼護(hù)筒的無損回收和循環(huán)利用，即便考慮護(hù)筒100%投入，也可通過拔除后的回收護(hù)筒節(jié)約近30%的成本，可創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)簡單易用，鋼護(hù)筒回收比例極高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，適用范圍廣泛，具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]曾億忠,張俊光,張成林.大直徑鋼護(hù)筒氣頂拔除方法[J].中國港灣建設(shè),2020,4