摘要：濠江路桥梁桥址均处于软基较厚,淤泥现流塑态，具有高灵敏性。若桥梁桩基在该地质情况下采用传统钻孔灌注桩施工方法，施工过程中会存在塌孔、缩颈等不良现象。为能够提高桩基质量、提高桩基耐久性以及降低工程造价，采用双钢护筒进行施工，该技术克服了传统钻孔灌注桩施工方法所存在的不足，为沿海地区类似工程提供一定参考。
关键词：深厚淤泥层；双护筒；钻孔灌注桩
引言
目前传统的钻孔灌注桩施工工艺已在桥梁工程中得到普遍应用，但在较为特殊的地址区域需增加新的工艺确保成桩质量，横琴新区中心沟区域（大、小横琴山之间）处于潮汐作用明显的特殊海洋环境，该区域淤泥深度达30m～40m，根据周边其他项目桩基的施工经验，如在该区域采用传统的钻孔灌注桩实工工艺，施工过程中多会出现塌孔和缩颈等现象，因此防止塌孔和缩颈是该区域钻孔灌注桩施工的主要防控指标。双护筒施工工艺不仅保证了成桩质量，使施工成本也得到了有效的控制。
1项目背景
1.1项目简介
珠海市横琴新区市政基础设施非示范段主、次干路市政道路工程（二期工程）濠江路（K0+000～K6+825.646）全线共设15座桥梁，其中有8座桥梁桩基础采用双护筒钻孔灌注桩施工，双护筒钻孔灌注桩共296根，设计桩径1.30m与1.60m，设计桩长38～70m。
1.2地形、地貌及地质状况
(1)地形、地貌
濠江路场地位于横琴岛小横琴山与大横琴山之间的围垦区域，与海水相通的天沐河河道贯穿东西，属于淤积和人工活动形成的平原、海漫滩地貌，地势平坦低洼，桥梁桥位处桩基施工前均进行了真空联合堆载预压软基处理。
(2)地质状况
根据濠江路桥梁地质勘察资料，地质自上往下分为：人工填土层、海陆交互相淤泥层、黏土混粗砂层、粉质黏土层、粗砾砂层、燕山期花岗岩。地表层以下主要为第四系海陆相沉积的淤泥层，淤泥层厚度普遍达到20m～40m。淤泥及淤泥质黏土具有高灵敏度、易触变性、流变性、高压缩性、低透水性、低强度和不均匀性。桩深范围内的地质情况比较复杂，土层变化相对较大，该地质对钻孔灌注桩施工较为不利。
2方案比选
钻孔灌注桩施工的关键在于成孔技术，本项目由于淤泥层深厚，成孔方法需以形成稳定的护壁为目的，如采用常规的钻孔灌注桩施工方法从冲孔、清孔、钢筋笼安装及水下混凝土灌注等施工过程中随时都存在塌孔和缩颈等风险，造成桩基出现质量问题。为保证成桩质量，降低施工难度，同时有效控制施工成本，本文先对采用单护筒跟进和双钢护筒施工成孔工艺进行比选。
2.1单护筒施工
采用内径1500mm、壁厚12mm单护筒穿过淤泥层（护筒一次性摊销），桩基成孔结束后，进行灌注桩基混凝土。由于上述桥梁桩基淤泥深度达30m～40m，护筒外侧土体摩阻力较大，且桩基混凝土灌注后，混凝土与钢护筒之间又产生较强的粘结力，导致护筒难以有效拔出。因护筒过长，如强拔还会对已施工桩基桩体混凝土造成破坏。故对本工程桩基的深长单护筒，不得不考虑一次性摊销。
2.2双护筒施工
先采用内径1700mm、壁厚12mm外护筒穿过淤泥层进行常规性的护壁保水头成孔；桩基成孔结束后，再采用内径1350mm、壁厚3mm内护筒随钢筋笼下放到位后（内护筒一次性摊销），在内护筒内灌注桩基混凝土，灌注的混凝土与外护筒隔离，灌注的混凝土初凝后进行拔出外护筒回收再重复利用。
2.3方案比较
双护筒与单护筒施工所需机械设备一致，无需投入额外设备，增加的机械台班费用较少，下表对单护筒与双护筒施工桩基的成本、质量、安全等方面进行对比，详见表1。
表1方案比较
(1)采用单护筒施工，虽然保证了成孔技术，但本项目淤泥深度普遍较厚，桩基数量较多，需护筒的钢材用量4375t，且护筒为一次性摊销，工程造价昂贵。
(2)采用双护筒施工，不仅保证了成孔过程中不塌孔，避免了桩基缩颈情况的发生，且拔出的外护筒能够多次周转重复利用，护筒的钢材用量只需799t，在保证了成桩质量的同时，有效降低了工程的成本。
通过上述两个方案比较，采用单护筒振动锤只需插打一次，双护筒需插打一次与拔出一次。虽然双护筒比单护筒增加使用振动锤一次，但施工钢材用量少投入3576t,按照目前钢材价格3000元/t,90t振动锤1500元/台班，综合分析采用双护筒施工为工程成本节省约1050万元，故本工程桩基选择采用双护筒方法施工。
3双护筒钻孔灌注桩施工工艺
3.1工作原理
双护筒施工原理：双护筒施工方法是在传统钻孔灌注桩施工工艺的基础上采用外护筒穿过淤泥及伸入粉质黏土层2m进行常规性的护壁保水头成孔，桩基成孔结束后，内护筒随钢筋笼下放到位后（内护筒一次性摊销），在内护筒内灌注桩基混凝土，灌注的混凝土与外护筒隔离，灌注的混凝土初凝前进行拔出外护筒回收再重复利用。
3.2主要施工方法
(1)外护筒制作
外护筒采用Q235钢制作加工，内径1700mm、比设计桩径大300mm，壁厚12mm、每小节长度1.5m、每两节采用焊接对接，焊缝采用双面开坡口进行满焊。为保证外护筒的整体刚度，每两个护筒对接周长对称焊接四个16mm钢板加工制成的刃口，刃口长度为100mm，焊接在护筒上；并在第一节外钢护筒下端岩着外壁焊接一道φ周长28钢筋作为加筋肋，为提高施工工效，预先把外护筒焊接为长度9m/节。
(2)测量放样
场地平整后，根据设计图纸进行桩位中心点放样及测出桩位地面标高，并在桩位外2m位置处设置四点定位，便于沉放护筒过程中检查桩位中心位置。
(3)沉放外护筒
外护筒采用100t履带吊配90kW振动锤振动下沉。振动下沉前，通过地面高程和地勘资料计算出淤泥层底高程离地面的深度确定外护筒的长度。振动下沉外护筒直至护筒底端穿过淤泥及淤泥质粘土层，伸入粉质粘土层2m。护筒顶距操作平台面0.4m左右时，完成振动下沉。振动下沉过程中每下沉50cm或每沉放历时1～2min后都须暂停，进行护筒垂直度的检校，倾斜度不得大于1%，如发现有偏心、倾斜现象及时进行调整，保证护筒中心位置准确。
(4)冲孔
外护筒沉放完成，经校核桩位中心准确后，桩机就位进行钻孔工序施工。
(5)安装内护筒
桩基终孔及清孔后，进行内护筒及钢筋笼安装，内护筒采用Q235钢制作加工，内径1350mm，壁厚3mm，比设计桩径大50mm、比外护筒小350mm，为一次性投入使用。内护筒预先完成焊接制作成9m/节，为增强两节护筒的连接，在护筒对接焊缝处纵向对称加设四道长200mm的Φ16钢筋。内护筒先于钢筋笼安装入孔内，采用100t履带吊分节段对接后吊至孔内。吊放最后一节内护筒后在内护筒的顶端处焊接四道限位钢板，用于搭设在外护筒上固定内护筒，以免吊放钢筋笼时触碰内护筒及灌注混凝土后造成桩基桩位偏移。
(6)外护筒与内护筒空隙封堵
吊放第一节内钢护筒前，先沿着第一节内钢护筒外壁底端与1m位置处分别焊接一道φ28周长钢筋，然后在两道钢筋之间缠绕120mm厚的土工布，土工布用于外护筒与内护筒空隙的封堵。
(7)安装钢筋笼
内护筒安装完成后进行钢筋笼安装，安装最后一节钢筋笼时，用2条φ32定位钢筋将钢筋笼及内护筒对中定位焊接支承于外护筒顶，使桩中心点与护筒中心点重合到误差范围内。
(8)灌注水下混凝土
钢筋笼安装后，立即安装导管进行二次清孔，清孔后孔内泥浆指标与沉渣厚度均达到设计规范要求后，进行灌注水下混凝土施工。
(9)拔出外护筒
灌注混凝土完成后，待混凝土初凝后采用履带吊配带90KW振动锤进行拔出外护筒，拔出时均匀缓慢进行，拔出过程中须观察桩基周围及混凝土是否下沉，如下沉量较大，须查明原因并处理后方可继续进行，拔出后的外钢护筒可重复利用。
4施工工艺控制要点
(1)外护筒长度都在30m以上，振动沉放外护筒时要求施工精度比较高，每沉放进尺50cm时须测量护筒的垂直度，如有倾斜及时进行调整。
(2)内护筒安装完成后须固定，并保证护筒的中心点准确，以免吊放钢筋笼时触碰内护筒造成桩基桩位偏移及影响桩基混凝土的保护层厚度。
(3)灌注混凝土完成后，应在混凝土初凝后进行拔出外护筒，以免混凝土未凝固还处于流动状态下拔出的外护筒附带出大量的淤泥，从而使桩身周边的淤泥挤压内护筒造成钢筋笼及桩身产生偏移。
(4)拔出外护筒过程中应保持缓慢平衡，避免桩基周边土质振动过烈造成对桩身的影响。
(5)内护筒与外护筒下端之间的空隙封堵效果是决定外护筒拔出后能否顺利回收利用的关键，本工程采用土公布进行封堵。内护筒与外护筒下端之间的空隙封堵作用如下：
①避免了灌注混凝土过程中混凝土从外护筒与内护筒之间的空隙渗入使混凝土与外护筒接触从而导致外护筒无法拔出。
②避免了桩身周边的淤泥被拔出的外护筒带走所产生的空隙还未及时被淤泥填充，空隙被此时还未凝固的混凝土填充，从而导致桩头的混凝土下沉，造成桩基桩长达不到设计要求。
5施工总结
5.1质量方面
在深厚淤泥层地质中钻孔灌注桩采用双护筒施工，外护筒穿越了深厚淤泥层，解决了施工过程中塌孔及缩颈的现象，同时提高了成孔效率、保证了桩基的质量。目前完成濠江路桥梁147根双护筒钻孔灌注桩静载、抽芯取样、超声波检测，检测结果均满足设计要求，合格率达到100％。
濠江路处于潮汐作用明显的特殊海洋环境，为保证桩基结构质量,提高结构耐久性，采用内钢护筒作为附加耐久性防腐措施,减少氯盐环境对钢筋混凝土结构的影响，同时减少桩基被潮汐的局部冲刷作用。桩基的内钢护筒与桩基、承台钢筋连接，此时内钢护筒与桩基、承台等组成腐蚀电池的阴阳两极，可对桩基和承台内的钢筋起到阴极保护作用。
Q235钢板的内护筒在海洋环境水位变动及淤泥层区的单面腐蚀速率为0.12～0.20mm/年，3mm厚内钢护筒对桩基耐久性保护增加了20年左右。
5.2成本方面
在深厚淤泥层地质中钻孔灌注桩采用双护筒施工的外护筒基本可以在整个项目上可循环使用，多次摊销，大大节省了护筒钢材用量，虽然插拔护筒需要一定的机械台班费用等，但工程造价仍可以大大的节省，以本工程为例，可节约钢护筒材料费约1050万元。
6结语
实践证明，在深厚淤泥层地质中钻孔灌注桩采用双护筒施工方法解决了容易出现塌孔和缩颈的难题，取得了非常好的效果。双护筒施工方法在确保了桩基质量前提下，对外护筒进行回收利用，达到了节约工程施工成本、创造经济效益的目的，为沿海地区深厚淤泥层类似地质的钻孔灌注桩处理技术提供了参考与借鉴。
参考文献：
[1]珠海市横琴新区市政基础设施非示范段主、次干路市政道路工程濠江路施工图设计文件
[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTGT F50-2011）
论文作者:卢亮1,吴胜恩2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/16
标签：桩基论文; 淤泥论文; 混凝土论文; 钻孔论文; 钢筋论文; 地质论文; 摊销论文; 《防护工程》2017年第35期论文;