摘要 東津黃河大橋19#墩位于黃河主河槽中，地處粉砂地層，沖刷深度達(dá)12 m。文章結(jié)合該墩水中2 m大直徑樁基130 m深鉆孔施工，綜合考慮河床沖刷深度、護(hù)筒泥漿滲流穩(wěn)定設(shè)計(jì)了長(zhǎng)36 m、直徑2.4 m鋼護(hù)筒，通過(guò)8面形空間框架導(dǎo)向架，精確控制了護(hù)筒及樁基的垂直度，保證了樁基施工的質(zhì)量，為類似的水中大直徑樁基施工提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 粉砂地層;深長(zhǎng)護(hù)筒;滲流穩(wěn)定;導(dǎo)向架;沖刷

中圖分類號(hào) U445.551文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0085-03

引言

鋼護(hù)筒能導(dǎo)向鉆頭，固定樁位，穩(wěn)定孔壁，防止坍孔，還有隔離地表水，保護(hù)操作原地面等作用，是鉆孔樁施工成敗的關(guān)鍵之一，也是一個(gè)比較復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。隨著基礎(chǔ)施工技術(shù)的發(fā)展，鋼護(hù)筒在樁基施工中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，但是對(duì)于粉砂等軟弱地基、深水、大直徑超長(zhǎng)樁基施工中的護(hù)筒尺寸、長(zhǎng)度、埋置深度等研究較少，多以規(guī)范經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選取，若護(hù)筒尺寸、長(zhǎng)度等考慮不足會(huì)引起變形、護(hù)筒埋置深度不足失穩(wěn)、流土管涌等問(wèn)題，若設(shè)計(jì)太保守又會(huì)造成鋼材、振沉設(shè)備和人員等不必要的浪費(fèi)。該文借鑒以往鋼護(hù)筒的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，較好地解決了該項(xiàng)問(wèn)題。

1 工程概況

東津黃河大橋位于黃河下游，是一座雙塔雙索面鋼—混組合梁斜拉橋，六跨連續(xù)，孔跨布置（50+180+420+180+50）m，19#主塔位于黃河主河槽內(nèi)，實(shí)體承臺(tái)下設(shè)置50根直徑2 m，長(zhǎng)112 m混凝土灌注樁基礎(chǔ)。

橋址處地層為粉土、粉砂，夾雜較薄的粉質(zhì)黏土層（圖1）。河床粉砂粒徑小，抗沖擊能力弱，最大沖刷深度12 m，常水位9 m，水深3.3 m，最大洪水位12.4 m，樁位處水文地質(zhì)如圖1所示。

19#墩樁基采用泵吸反循環(huán)成孔工藝，搭設(shè)鋼平臺(tái)施工，平臺(tái)標(biāo)高17.8 m，鉆孔深度130 m。鉆進(jìn)過(guò)程中孔內(nèi)泥漿面標(biāo)高為17 m，泥漿比重1.05～1.15 g/ m?。

施工時(shí)護(hù)筒內(nèi)外存在8 m的液面高差，且粉砂地質(zhì)滲水性強(qiáng)，護(hù)筒內(nèi)泥漿的滲流是護(hù)筒長(zhǎng)度選擇的一項(xiàng)重要因素。根據(jù)施工安排，工程樁基施工時(shí)間計(jì)劃為3—6月份，樁位處的河床沖刷深度需要根據(jù)施工期的水位、流量進(jìn)行修正計(jì)算，避免沖刷考慮過(guò)大，造成護(hù)筒長(zhǎng)度的增加，引起鋼材、振沉設(shè)備的浪費(fèi)。

2 護(hù)筒設(shè)計(jì)

針對(duì)黃河的粉砂地層大直徑深長(zhǎng)護(hù)筒計(jì)算，需要考慮河床的沖刷深度后，進(jìn)行護(hù)筒的最小埋置深度計(jì)算，同時(shí)對(duì)護(hù)筒的施工過(guò)程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，確保護(hù)筒能在施工期內(nèi)不因沖刷而失穩(wěn)，不發(fā)生漏漿，同時(shí)護(hù)筒不受力變形。

2.1 河床沖刷計(jì)算

根據(jù)對(duì)利津水文站歷年3—6月的水位流量統(tǒng)計(jì)，19#墩處該時(shí)期的高水位數(shù)據(jù)為水位9.69 m，流量1 480 m3/s，主河槽寬度307 m，過(guò)水面積1 775 m2。計(jì)算河槽沖刷時(shí)，不考慮自然演變沖刷，采用主河槽單寬流量、河槽寬度、河槽最大水深等河槽參數(shù)，施工期橋位斷面主河槽沖刷后最大水深=一般沖刷hp+局部沖刷hb。

一般沖刷采用《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGC30—2015）第8.3.1條64-1修正式（1）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 1。

（1）

局部沖刷采用65-2式（2）計(jì)算，當(dāng)V

（2）

經(jīng)過(guò)計(jì)算施工期河床沖刷深度為8.208 m。

2.2 護(hù)筒埋置深度計(jì)算

滲流是水在土壤孔隙中的運(yùn)動(dòng)，粉砂地質(zhì)穩(wěn)定性差，水的流動(dòng)會(huì)攜帶泥沙一同運(yùn)動(dòng)。若護(hù)筒埋深不足，護(hù)筒內(nèi)泥漿面與外部河水的水頭壓差將導(dǎo)致泥漿經(jīng)護(hù)筒底部向河中滲透，滲透的過(guò)程中不斷沖刷護(hù)筒底部土體，最終導(dǎo)致護(hù)筒失穩(wěn)。為避免管涌發(fā)生，在實(shí)地考察的基礎(chǔ)上，根據(jù)19#墩土層計(jì)算參數(shù)（表3），對(duì)鋼護(hù)筒埋設(shè)深度進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算[1]。

護(hù)筒底端埋置深度按式（3）計(jì)算：

（3）

式中：

L—護(hù)筒埋置深度（m）;

H—施工水位至河床表面深度（m）;

h—護(hù)筒內(nèi)水位與施工水位之差（m）;

γw—護(hù)筒內(nèi)泥漿容重，按13 kN/m3 計(jì)算;

γ0—水的容重，10 kN/m3;

γd—護(hù)筒外河床土的飽和容重（kN/m3），按式（4）進(jìn)行計(jì)算：

（4）

式中，Δ——土粒的相對(duì)密度，砂土平均取2.65，黏性土平均取2.70;

e——飽和土的孔隙比，砂土為0.33～1.0，黏性土為0.17～0.43，軟土為1～2.3。

施工時(shí)護(hù)筒中的泥漿面標(biāo)高按17 m計(jì)算，得出護(hù)筒的最小埋深L為13.2 m，底標(biāo)高?15.7 m，考慮黃河地質(zhì)較弱，取1.2的安全系數(shù)，則護(hù)筒的計(jì)算總長(zhǎng)度為35.8 m，最終選取36 m，護(hù)筒打設(shè)頂標(biāo)高17.5 m，底標(biāo)高?18.5 m，如圖2所示。

3 護(hù)筒施工

樁基直徑為2 m，為滿足施工需要，護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)大于樁徑200 mm，選擇2.4 m直徑護(hù)筒，壁厚14 mm，采用振動(dòng)下沉方式打設(shè)。

3.1 護(hù)筒加工

鋼護(hù)筒采用厚度14 mm鋼板卷制加工而成，用半自動(dòng)等離子切割設(shè)備將定尺鋼板（1.5×7.536 m）邊緣修整并切割焊接坡口[2]。利用三滾軸卷板機(jī)卷制護(hù)筒，卷制橢圓度按≤20 mm控制，護(hù)筒直徑的測(cè)量不小于4處。

卷制成型的1.5 m節(jié)護(hù)筒在場(chǎng)內(nèi)對(duì)接焊接成12 m長(zhǎng)護(hù)筒備用。護(hù)筒良好的焊接質(zhì)量是護(hù)筒打設(shè)不斷裂、不漏漿的關(guān)鍵因素，護(hù)筒內(nèi)側(cè)焊縫采用埋弧自動(dòng)焊，外側(cè)用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊滿焊。393DC7A6-73D0-4407-B136-863B4F457AFF

焊接前先對(duì)接護(hù)筒確保相鄰兩節(jié)護(hù)筒對(duì)接錯(cuò)位小于1 mm，并用鋼板進(jìn)行定位焊接。將定位后的護(hù)筒節(jié)放置在雙軸滾籠機(jī)上，利用滾籠機(jī)帶動(dòng)護(hù)筒旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)口埋弧自動(dòng)焊接及外口焊縫焊接位置的移動(dòng)，節(jié)省人工，提高施工效率及質(zhì)量。

3.2 護(hù)筒打設(shè)

將對(duì)接好的12 m節(jié)護(hù)筒，用100 t履帶吊配合150型雙夾嘴振動(dòng)錘進(jìn)行施工[3]。在護(hù)筒打設(shè)的振動(dòng)錘夾持端（頂部）焊接30 cm的護(hù)圈帶，避免打設(shè)時(shí)護(hù)筒鋼板的局部變形或破壞，影響后續(xù)的連接。

用型鋼導(dǎo)向架進(jìn)行護(hù)筒打設(shè)平面位置及垂直的控制。導(dǎo)向架采用槽鋼對(duì)扣為骨架，并用工字鋼做連接系形成空間結(jié)構(gòu)，高度6 m分三層。每層為平面尺寸（2.75×2.75） m、內(nèi)徑2.46 m的8面形框架。導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖 3。

導(dǎo)向架在平臺(tái)面以上2 m，并設(shè)三角支撐架穩(wěn)固，通過(guò)三角架進(jìn)行導(dǎo)向架的平面定位及垂直度的控制?？刂破矫嫖恢闷钚∮? cm，垂直度偏差小于1/150。

將導(dǎo)向架放置在平臺(tái)孔口位置，鋼平臺(tái)以下部分4 m，以上部分2 m（如圖4），方便施工人員操作，經(jīng)測(cè)量對(duì)導(dǎo)向架定位、垂直度調(diào)整后，牢固焊接在鋼平臺(tái)上，使用時(shí)，履帶吊將鋼護(hù)筒吊裝至導(dǎo)向架內(nèi)，使用雙夾振動(dòng)錘，沿著導(dǎo)向架一側(cè)將鋼護(hù)筒向下打設(shè)，導(dǎo)向架對(duì)鋼護(hù)筒位置及傾斜度進(jìn)行限制[4-5]，僅需少量檢查即可完成鋼護(hù)筒的打設(shè)施工，大大減少了護(hù)筒打設(shè)糾偏時(shí)間，提高了打設(shè)施工效率。

3.3 使用效果與不足

東津黃河大橋19#墩護(hù)筒于3月21日開(kāi)始施工，4月18日打設(shè)完成，樁基于6月21日完成施工，施工期最大流量3 160 m?/s，水位10.91 m，施工過(guò)程中護(hù)筒穩(wěn)定，未發(fā)生孔口坍塌、傾斜等問(wèn)題，樁基成孔檢測(cè)垂直度小于0.15%（1/660）。

在迎水面40#及主河槽側(cè)面4#的樁基在施工過(guò)程中出現(xiàn)輕微漏漿現(xiàn)象，在鉆機(jī)停止時(shí)護(hù)筒水位能保持，鉆機(jī)鉆進(jìn)擾動(dòng)下泥漿面下降。將護(hù)筒內(nèi)灌入M7.5砂漿，護(hù)筒底口以下3 m，底口以上4 m。待砂漿具有一定強(qiáng)度后再鉆進(jìn)，該方式解決了護(hù)筒漏漿問(wèn)題，且未對(duì)成孔質(zhì)量造成影響。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，該項(xiàng)目鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)安全，施工控制良好，粉砂地層且流量變化較大的水中基礎(chǔ)施工時(shí)，護(hù)筒埋置深度的安全系數(shù)建議適當(dāng)加大。

4 結(jié)束語(yǔ)

東津黃河大橋工程水中深長(zhǎng)樁基施工，采用了沉入大直徑深長(zhǎng)護(hù)筒輔助施工，護(hù)筒設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)粉砂地質(zhì)河床沖刷充分考慮，按沖刷后河床面進(jìn)行護(hù)筒埋置深度計(jì)算，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度合理，既保證了施工安全又節(jié)約了材料。護(hù)筒打設(shè)時(shí)利用6 m高的8面形空間框架導(dǎo)向定位，將護(hù)筒打設(shè)垂直度控制在1/150之內(nèi)，為樁基高質(zhì)量成孔提供了先決條件，對(duì)今后類似的水中樁基施工有一定的借鑒意義。

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收稿日期：2022-04-18

作者簡(jiǎn)介：李紅紅（1990—），女，本科，工程師，研究方向：橋梁工程及技術(shù)攻關(guān)開(kāi)發(fā)。393DC7A6-73D0-4407-B136-863B4F457AFF