水中钻孔灌注桩超长钢护筒部分拔除可行性分析

水中钻孔灌注桩超长钢护筒部分拔除可行性分析

刘玥岩,廖良雄,唐根海,匡丕榜,任长睿

中国建筑一局（集团）有限公司华南区域公司  广东省深圳市  518000

摘要：钢护筒作为跨江河、跨海桥梁钻孔灌注桩施工中必要的一种成孔保护施工措施，其投入用量对成本影响极大，掌握其周转利用的施工方法对项目效益具有重要的意义。常规而言，陆地钻孔灌注桩钢护筒能够全部拔除重复利用，而水中钻孔灌筑桩的钢护筒仅桩顶以上部分可切割回收，桩顶下部永久埋入土体中。软弱地质条件下水中桩钢护筒需打入持力层，导致钢材投入量巨大。若能够将水下的钢护筒部分拔除并实现材料回收循环利用，可大幅降低项目施工成本。根据该思路，项目立足工程实际，开展了一系列试验研究工作，对该技术的可行性进行了论证。

关键词：大直径超长桩，垂直度，钢护筒，部分拔除，循环利用

1 工程概况

外砂河特大桥位于汕头市，桥梁全长1919m，总造价约5.5亿。桥址位于外砂河入海口，河面宽约500m，水深3~4m。外砂河特大桥共有水中钻孔灌注桩100根，平均钢护筒长度27m，所需的钢护筒数量巨大，实现钢护筒部分拔除并重复利用可以大大减少浪费，节约施工成本，减少对环境造成的破坏。

2 超长钢护筒部分拔除重难点分析

（1）水中钻孔灌筑桩钢护筒仅桩顶部分可切割回收，桩顶下部永久埋入土体中。钢护筒的拔除长度难以确定。

（2）钢护筒拔除方式将会影响到地质条件和桩基的质量，选择合适的拔除方式非常重要。

（3）由于混凝土随着时间塑性逐渐降低，强度逐渐增加，不恰当的时间拔除钢护筒将会对影响混凝土的强度，对桩基的质量造成严重后果，故选择合适的时间进行拔除作业至关重要。

（4）拔除后的钢护筒如何处理以进行再回收循环利用。

3 工艺原理

混凝土浇筑完成后，由于底部淤泥层与粘土层的地层性质差异，钢护筒最底部并非承受最大水土压力位置，并且底部混凝土自身能与护筒外土体和水体保持相对稳定。在混凝土初凝前（保证混凝土塑性，不影响桩头质量）可采用振动锤将处于粘土层下部淤泥层中部分钢护筒拔出再回收循环利用，增加材料回收率，减少对环境的破坏。

钢护筒拔除长度需根据工程地质条件进行验算，并且浇筑迅速连续在要求时间内完成，确保对桩身质量无影响的情况下方可进行施工。

4 超长钢护筒部分拔除关键技术

4.1钢护筒设计

钢护筒在打设过程中，首先确定水中钻孔平台标高与河床标高，此高差记为L1；然后根据P水+P土=P泥浆计算出入土深度h1，其中P水和P泥浆以液体压力计算（h取值为L1+h1），P土以静止土压力计算（h取值h1）。

钢护筒拔除时需满足混凝土未完全成型且混凝土对钢护筒的压力等于外界水土层压力，此时泥浆已被混凝土所替代，即P水+P土=P混凝土时即可计算出平衡深度h2，其中P水以液体压力计算（h取值为L1+h2），P土以静止土压力计算（h取值为h2­），P混凝土除重度外其余性质近似为淤泥以静止土压力计算（h取值为L1+h2）；最终可拔除的钢护筒长度L=h1-h2。

以某滨海地区桥梁项目为例，钻孔平台标高5.8m，河床标高-3.2m，L1=9m；河床下方依次为16.5m淤泥层（重度15kN/m3，粘聚力4.5kPa，内摩擦角3°）、5.8m粉质粘土层（重度18kN/m3，粘聚力15kPa，内摩擦角12°）；混凝土近似为淤泥属性（重度26kN/m3，粘聚力4.5kPa，内摩擦角3°）；g取10 N/kg，ρ泥浆取1.1*103kg/m3。水土压力分算结果如下：

可得出P水+P土=P泥浆时，L1+h1大约等于26m；P水+P土=P混凝土时，L1+h2大约等于16m；可拔除长度L= h1-h2=10m。

4.2钢护筒安装及接长

钢护筒在加工厂进行加工，采用滚圆机将钢板碾压制作成每9m一节的钢护筒，平板车运输至栈桥平台放置，等待QUY80A履带吊、SV-150液压双夹锤配合插打沉放。

钢护筒施打与拔除对接头质量要求较高，两节钢护筒间打坡口满焊，钢护筒之间连接采用8块厚14mm加劲板帮焊，规格20cm×30cm，确保在后续拔除施工中连接稳固，同时在钢护筒制作时即需要对质量进行严格把控。

水中桩基钢护筒埋设前测量人员要对护筒位置进行放样，并应使护筒中线竖直线与桩中心线要重合，允许偏差控制在50mm以内，竖直线倾斜度不大于1%。护筒下沉过程应平稳匀速，下沉一节后按上述要求采用加劲板帮焊焊接下一节钢护筒。每下沉5m检测一次钢护筒的垂直度，直至穿透淤泥层进入粉质粘土层。对小偏位及时采取纠偏措施，如果过程中发现偏位严重，应将护筒拔出重打，确保钢护筒的安装质量。

4.3灌注桩成孔与浇筑

桩基达到设计孔深经检查合格后，进行第一次清孔、吊装钢筋笼、导管下放、二次清孔、浇筑混凝。

灌注水下混泥土前必须经过成孔质量检测和清孔验收，全部指标合格之后才能进行混凝土灌注。泥浆的指标控制如下：泥浆比重控制在1.03-1.10以内；含砂率控制在2%以内；黏度控制在20s；沉渣厚度控制在100mm以内。

水中桩混凝土灌注时应主要关注钢护筒长度范围内的灌注时间，在即将浇筑钢护筒底标高混凝土时提前与拌合站、施工班组沟通，确保混凝土罐车供应及时、桩基浇筑迅速连续，必须在该段范围内第一车混凝土开始浇筑的3小时内完成浇筑，必要时适当增加缓凝剂延长混凝土塑性时间，为后续钢护筒拔除施工提供充足的准备时间和施工时间。

4.4钢护筒部分拔除及重复利用

钢护筒长度范围内的第一车混凝土浇筑完成4小时内开始钢护筒拔除工作，并在半小时内完成拔除作业，若超出该时长，底部混凝土塑性降低、强度增加，在振动锤扰动下易对桩基质量产生影响，该种情况下为避免桩基出现严重质量问题，禁止应用该工法进行拔除工作

拔除钢护筒长度根据4.1计算出的可拔除长度确定——水中钻孔平台标高与河床标高高差记为L1；根据P水+P土=P泥浆计算出入土深度h1，浇筑完成后P水+P土=P混凝土计算出平衡深度h2，最终可拔除的钢护筒长度L=h1-h2。

拔除时采用QUY80A履带吊、25T汽车吊配合SV-150液压双夹锤拔除钢护筒。在原有的钻孔平台上布置QUY80A履带吊，25T汽车吊支设在支栈桥上，避免同一栈桥平台同时承受履带吊、汽车吊荷载。

履带吊吊起双夹振动锤夹住钢护筒顶部包边加强圈，在振动锤振动和履带吊上拔的双重作用下将钢护筒拔出，汽车吊作为辅助措施。作业时注意控制拔除速度，速度不宜过大，否则将对混凝土造成较大扰动，影响成桩质量。钢护筒顶部栓上一根长度为L的长绳用于判定拔除长度，直到拔出至与计算出的可拔除长度相等时，松开双夹锤，完成拔出作业。

安排工人在钻孔平台上将拔出的钢护筒以及桩基空桩部分采用氧气乙炔进行切割，切割完成后用25T吊车吊运至平板车，平板车转运至护筒加工厂进行二次加工，清除表面锈蚀杂物、修补破损面后采用钢板滚圆机重新加工为钢护筒，达到钢护筒重复利用的目的。

5 结语

对大型水上桥梁桩基而言，水中桩钢护筒钢材投入量动辄数千吨，且多为一次性使用，是施工成本中一笔不小的开销。该技术实现了钢护筒的无损回收和循环利用，即便考虑护筒100%投入，也可通过拔除后的回收护筒节约近30%的成本，可创造巨大的经济效益。

该技术简单易用，钢护筒回收比例极高，经济效益显著，适用范围广泛，具有良好的应用推广价值。

参考文献

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[2]马琼锋,朱虎,李送根,张俊光.特殊地层钢护筒拔除技术[J].公路,2020,65(04):142-144.

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[4]徐胜祥. 钢护筒无损回收技术研究[D].浙江大学,2018.