木兰溪特大桥深水桩护筒施工控制研究

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【摘 要】本文根据新建铁路福厦客运专线木兰溪特大桥深水桩钢护筒施工过程中的控制及出现的问题和处理方法，阐述了深水钻孔灌注桩基钢护筒的施工技术要点，现场施工控制、出现的问题及处理方法。

【关键词】钢护筒；施工控制；钻孔灌注桩

一、引言

随着我国公路、铁路建设规模的增大，跨河、跨海大桥施工技术得到了不断的提高，对桩基钢护筒施工技术要求也越来越高。本文根据新建铁路福厦客运专线木兰溪特大桥桩基钢护筒施工过程中遇到的问题及处理方法，着重从工程实际施工的角度，重点阐述深水钻孔灌注桩钢护筒的现场施工控制、出现的问题及处理方法。

二、工程概况

木兰溪特大桥桥梁全长6829.377m，共201跨，全桥采用：29×32m+3×24m+3×32m+（32+48+32）m+48×32m等截面连续梁+1×128m系杆拱+11×32m+1×24m+11×32m+（48+3×80+48）m变截面连续梁+34×32m+1×24m+37×32m+1×24m+13×32m的孔跨结构，桥梁基础采用钻孔灌注桩。其中木兰溪河主跨采用：48+3×80+48m变截面连续梁，位于木兰溪河中，主墩基础采用12根孔径为2.0m钻孔灌注桩。

三、水文、地质情况

（一）水文：桥址位于木兰溪段在靠近入海口附近的山前区滨海感潮河段，河流的水文特性受潮汐影响，潮汐均为正规半日潮，潮涨潮落对施工影响较大。木兰溪中间河道河床标高为-4.7m，涨潮最高水位为+5.05m，一般涨潮水位为+3.8m，退潮最低水位为-2.1m，涨退潮水位高差达7.1m。

（二）地质：覆盖层为冲积层，地层结构依次为淤泥层、卵石（圆砾）层、全风化花岗岩、强风化花岗岩、弱风化花岗岩，主跨设计要求桩基施工嵌入弱风化层不小于5.0m。

四、护筒施工控制

木兰溪涨退潮水深变化较大，钻孔桩护筒施工控制就显得尤为重要，主要从以下几方面控制：

（一）护筒选择

（1）护筒直径

据施工规范要求，一般护筒应比桩径大20cm，但实际施工时为了节省材料或其它原因，有些做法是护筒直径仅比桩径稍大数公分，这样会对施工带来很多问题，对于深水桩，根据施工经验，在材料即得到合理利用又满足实际施工的要求，钢护筒比桩径大40cm较合理，护筒埋深较大时，钢护筒内径也应加大，一般可用该公式计算内径：

φ=d+0.2+1%×L

式中：φ―钢护筒直径（m），d―钻孔桩直径（m），L―护筒长度（m）

（2）钢板厚度选择

护筒钢板厚度根据护筒总长度及直径而定，从经济的角度考虑，下面护筒厚度应大于或等于10mm，压力较小的上面部分用8mm即可满足要求，施工过程中，对护筒接口处加焊钢板，增加护筒刚度。

（二）护筒入土埋深控制

护筒的主要功能是固定桩位、引导钻头方向、隔离河水、保证孔口不坍塌，并保证孔内水位高出施工水位一定高度，形成静水压力，以保护孔壁免于坍塌等作用；受潮水影响时，护筒应具有一定入土深度，以免穿孔漏浆。

根据木兰溪特大桥的水位地质条件和施工情况，施工水位至河床表面深度为9.10m（河床标高为-4.7m，平均潮位4.4m），护筒内水位与施工水位之差取0.3m

护筒内泥浆容重：γ浆=1.3×104kN/m3，

河水容重：γ=1.03×104kN/m3，

土层均以淤泥层计，容重γ土=1.7×104kN/m3

护筒埋置深度可以下式计算：

L=〔（h2+h）×γ浆-（h2+h）γ〕/（γ土-γ浆）

计算得出：L=6.4（m）

安全系数采用2.0，则护筒埋置深度为L =12.8m

（三）护筒导向架（井字架）施工控制

木兰溪特大桥水中桩施工时钢护筒下沉导向采用双层井字架，层距5.0m。施工井字架，首先应根据水流速度、流向、冲力确定水流冲击偏斜系数，木兰溪特大桥水流冲击偏斜系数为0.4%～0.8%；施工时上层井字架轴线偏离桩轴40mm，下层井字架轴线与桩轴重合。

由于涨落潮时，各个时间、潮位流速、流向、冲力均不同，施工过程控制比较困难，经过施工比较，采用上、下层井字架完全对称方式，即上、下层井字架轴线与桩轴线重合，井字架采用[20槽钢作主受力结构，竖向用4根50钢管控制垂直度。吊装护筒时，将两节（共12m）护筒对接好，在最高潮位或最低潮位静流状态振动下沉护筒，一次嵌入河床3m以上，使土层产生对护筒的约束限位作用。检测垂直度，满足要求则继续加护筒，振动护筒下沉至设计标高或振动不下为止。

（四）护筒振动下沉过程控制

（1）垂直度控制。垂直度在振动护筒下沉过程中极为重要，护筒倾斜状入土，会影响护筒的沉入深度，造成护筒的平面位移，护筒扭曲变形，接口焊缝开裂折断。施工过程中，按6m节护筒控制，垂直度控制在上下中心点差为2cm以内。要做到良好垂直度，首先要确保精确的导向架，灵活的操作控制，还要选择适当时间，以减少水流速度的影响。

（2）焊接质量控制。节段焊接对钢护筒极为重要，特别是不同厚度钢板焊接的，焊接控制不严格容易造成护筒扭曲，垂直度、中心偏差，对接时，对接护筒的中心严格对位。

五、施工过程中出现的问题及处理

（一）护筒节段开裂

在护筒下沉过程中，由于振动锤与钢护筒的连接，在振动力作用下护筒会发生同频率的径向弹性变形，使护筒对接缝振裂、加劲板稀疏处钢板条脱焊等不良现象发生，经分析认为：焊缝处刚性大、弹性小、性脆，仅能采用单面焊，加劲板条分布不均匀，振动时间长等是焊缝开裂的主要原因。在采取加在对接破口增加加劲板等分圆周分布，每次振动下沉时间不超过30s的具体措施后，得到了有效地解决。

（二）护筒刃脚卷口

护筒下沉时，护筒刃脚卷口，分析认为：护筒下沉遇到孤石或较大的卵石（块石），护筒刃脚刚度不够造成卷口。在施工中，最下面一节护筒采用厚钢板，在最下面一节外侧加一圈钢板，增加刃脚刚度，振动下沉感觉到有孤石或大块漂石停止振动，待钻孔穿过护筒脚时二次跟进。

（三）护筒挤扁、爆裂变形

原因分析：涨潮时护筒内水位没有及时跟上，护筒内、外水位差过大，产生较大压力，将护筒挤扁；退潮时护筒内水位没及时调整，生较大压力，将护筒挤爆。

处理方法：在护筒适当位置开水位平衡孔，及时调整护筒内外水位差，待下沉护筒需要时再封口。

六、结语

作为桥梁的根基――桩基施工质量将是一座桥梁的根本，是桥梁工程中最重要的一个环节，对于深水桩，钢护筒施工是保证钻孔桩施工的前提，但往往却被忽略，故我们施工中应给予严格控制 ，严格按照国家技术规范施工的同时，积极总结经验，查找出现问题的原因，把质量隐患消除在萌芽中 ，为桥梁施工打下坚实基础。

参考文献：

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[3]孙爱民；李维兵；张吉新；；溶洞地质条件下钻孔灌注桩的施工方法[A]；中国公路学会2002年学术交流论文集[C]；2002年