摘要：以武汉市岱家山大桥南引桥桩基施工为例，介绍了双层钢护筒跟进施工技术在桥梁桩基存在多层较大溶洞并且施工区域临近既有线路情况下的应用，阐述了具体的施工工艺及方法、施工设备及钢护筒的选型以及应注意的事项，对同类型桩基施工具有借鉴意义。
关键词：桩基护筒跟进技术；超大型溶洞；钢护筒；应用实践
1 工况概述
岱家山大桥引桥位于河滩地内，临近既有岱山二桥，引桥桩径均为2米，其中引桥桩基24#-3及25#-1处于超大型溶洞区域，其地质层分为素土层、淤泥质黏土层、黏土层、溶洞（填充黏土夹碎石或空洞）、中风化泥质砂岩、中风化灰岩、微风化灰岩，具体情况见表1。根据地质条件、施工安全及既有线路通行安全考虑采用钢护筒跟进施工工艺进行施工。
2 护筒跟进桩基施工技术应用实践
2.1施工工艺
引桥桩基24#-3桩径为2m,溶洞为填充型溶洞，地面标高24m，溶洞高为51.3m，内填充黏土夹角砾（流塑状），采用内外钢护筒跟进的方式进行施工，外护筒内径为D=240cm，壁厚1.8cm，埋设至黏土内5m，内护筒内径为D′=220cm，壁厚1.8cm，外护筒采用振动锤辅助下沉；内护筒选择直径为225cm的冲击锤扩孔下沉至覆盖层底部，溶洞内采用振动锤辅助下沉。
引桥桩基25#-1桩径为2m,溶洞为空洞，地面标高24m，溶洞高为7.7～31.5m不等，溶洞底部不平整，高差达22.73m；采用内外钢护筒跟进+片石回填的方式进行施工。外护筒内径为D=240cm，壁厚1.8cm，埋设至黏土层以下5m，采用振动锤辅助下沉。内护筒内径为D′=220cm，壁厚1.8cm，首先选择直径为225cm的冲击锤扩孔至溶洞顶口以上5m位置，再采用振动锤辅助210cm冲击锤循环下沉至溶洞底部。
2.2钢护筒选型
护筒厚度取受力最大处，地下最深段承受的土压力和地下水的侧压力，护筒厚度可由下式计算：t≥KN/fc(或t≥KPD/2fc) ，当无地下水时，P=γHtg2(45°-ψ/2) （1）
当有地下水时，P=γHtg2(45°-ψ/2)+（γ-γm）(H-h)tg2(45°-ψ/2)+(H-h)γm （2）
N:为作用在护筒截面上的压力（N/m），N=pD/2 （3）
P:土和地下水对护筒的最大侧压力（N/㎡）
γ:土的重度（KN/m³）
γm:水的重度（KN/m³）
H:钢护筒深度（m）
h:地面至地下水位深度（m）
D:钢护筒外径（m）
fc:钢材的轴心抗压强度设计值（N/mm2），钢护筒采用Q235钢，取215 N/mm2。
K:安全系数
施工过程中，钢护筒受力最大值为空洞型溶洞击穿时，泥浆流入溶洞中，根据地质资料显示，空洞型溶洞击穿时H约为31.36m；范围内土体为素土层γ=19.32kN/m3、ψ=11.96°，粘土层γ=19.20kN/m3，ψ=14.88°天然重度加权值为γ=19.21（kN/m3）,钢护筒采用Q235钢, P=γHtg2(45°-ψ/2)=395.60KN；t=KPD/2fc；安全系数k取1.65；护筒厚度t=18mm,fc=39.89Mpa，非弹性屈曲环向临界应力fc1=0.2fy+0.4*0.9E(t/d)^2=47.0Mpa;fc1>fc。
根据设计桩径及实际施工情况考虑，外护筒选择D=2.4m，t=18mm；内护筒选择D′=2.2m，t=18mm；护筒材质选择Q235。
2.3 护筒跟进设备选型
护筒跟进所振动锤主要考虑钢护筒的侧摩阻力，根据桩基所处地层地质情况，侧摩阻力通过公式f=∑qikS计算 ,qik（Kpa）为护筒侧摩阻力，S(㎡)为护筒侧与土体接触面积，护筒侧阻力见表2。
其中：素填土qik=20 Kpa；淤泥质黏土qik=15 Kpa；黏土qik=40Kpa；溶洞填充黏土夹碎石qik=60 Kpa，通过对比分析选用DZJ-400振动锤（激振力0～3184KN）。
根据分析，履带吊不利工况为下放空洞型内护筒，护筒总长41.86m，护筒重40.657t，吊距10m，吊臂长21.5m,仰角为62.24°，安全系数1.5，选用150t履带吊。
2.4施工准备
钻机采用履带吊吊装就位，经过固定限位后进行调试，确保工作状况良好。泥浆采用优质粘土进行配制，泥浆的性能指标根据实际钻进的情况进行调整。施工现场准备足够的片石粘土以备漏浆失水时及时回填以及钻进使用。钢护筒在钢结构厂分节加工完成运至现场焊接拼装下放，护筒接缝、刃脚及顶部采用厚度10 cm、宽50 cm 的钢板进行包裹加劲焊接，以确保在下沉过程中，钢护筒的整体刚度。钢护筒施工参数见表3。
2.5护筒跟进作业
2.5.1 外护筒下放
外护筒直径为2.4m,壁厚1.8cm,钢护筒加工成4m标准节段后运进现场，单节重4.26t，采用履带吊和振动锤辅助2.25m冲击锤下沉至黏土层内5m。为保证钢护筒下放的垂直度满足规范要求（1/200）在施工过程中采用导向架进行定位。钢护筒下放完毕后测量人员对其位置进行复核，保证位置偏差不超过50mm。
2.5.2 内护筒跟进
一、填充型溶洞
二、空洞型溶洞
选用直径为2.25m的锤头钻扩孔至溶洞顶以上5m，然后使用振动锤将内护筒(内护筒内径为D′=220cm，壁厚1.8cm)跟进至溶洞顶，采用2.1m锤头将溶洞击穿，再将内护筒跟进至溶洞内直至搁置（顶标高24.2，底标高-17.66），共长41.86m，共重40.657t,使用片石+粘土将底部空洞填实。选择直径为2.1m的锤头冲击3m后,内护筒跟进3m，反复循环直至内护筒跟进至溶洞底部，内护筒跟进时采用导向架保证其垂直度。内护筒跟进完成后灌注1m水下C30混凝土对底部进行固定封堵，再换用直径为2m的锤头进行钻进成孔。
2.6 清孔、钢筋笼及导管下放、混凝土灌注
因孔深较深，成孔后采用反循环方式进行清孔，使泥浆的比重、稠度、含砂率等各项指标达到设计及规范要求：泥浆比重1.03～1.10，粘度17～20Pa.s,含砂率＜2%。在清孔完成后，先下放探笼对孔壁及孔深进行探测，探测合格方能下放钢筋笼。钢筋笼分节段在加工场制作完成，在现场下放过程中进行拼装。由于孔深较深，导管采用壁厚6mm加强型导管，导管下放前应进行水密性试验，钢筋笼下放完毕后进行导管下放。钢筋笼及导管下放完成后进行二次清孔，二次清孔方式为反循环，在泥浆比重、稠度、含砂率等各项指标及桩底沉淀厚度达到要求后方可灌注混凝土。灌注桩采用水下C30混凝土，塌落度要求：18～22cm,初凝时间：6～8h。采用拔球灌注法施工，灌注时导管的埋置深度控制在2～6m，注意观察测量导管内混凝土面下降和孔内水位升降情况，对比地质资料在进入溶洞区域时加强测量次数。
2.7 其它注意事项
一、防止渗、漏浆措施
钻孔施工时，密切注意泥浆面的变化，一但发现有漏浆现象，分不同情况及时采取控制措施：
1）增大泥浆比重和粘度，停止除渣，停钻进行泥浆循环，补浆保证浆面高度，观察浆面不再下降时方可钻进。
2）如果漏浆得不到控制，则需在浆液里加锯末，经过循环堵塞孔隙，使渗、漏浆得以控制。
3）如果发现在钢护筒底口漏浆，在采用上述措施得不到控制后，将钢护筒接长跟进。
4）在采用上述措施后，若漏浆得不到控制，要停机提钻，填充粘土片石，放置一段时间后，再进行施钻。
二、施工监测
由于桩基施工临近既有岱山二桥，以桩基为中心的20m 范围内设置监测点，特别要加强既有旧桥的监测。通过监测控制桩基施工进程，一旦发现监测点的沉降或位移变化超过允许范围，立即停止桩基施工，分析原因并采取相应措施，在确保旧桥行车安全后方可再行施工。
3 结束语
总而言之，超大型溶洞区域工况条件非常的复杂，采用用护筒跟进技术方法，对护壁进行加强，这有利于提高钻进效率，有利于控制孔内失水后的地层保护，而且有利于后续清孔以及灌注混凝土施工作业。通过对本工程项目桩基检测结果桩基完整性等级较高来看，对于临近既有线的超大型溶洞区域更适合选用护筒跟进方式进行施工作业。
参考文献
[1]刘铁志.岩溶地区钻孔桩基础施工技术[J]国防交通工程与技术，2014，12（S1）：126-128.
[2]李建辉.复杂溶洞桥梁桩基逐桩处理措施[J]城市道桥与防洪，2014，31（2）：101-103.
[3]《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）.
[4]《危险性较大分部分项工程安全管理办法》（建质[2009]87号）.
[5]《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015）.
论文作者:苏春楠
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/12
标签：溶洞论文; 桩基论文; 黏土论文; 泥浆论文; 导管论文; 引桥论文; 内径论文; 《基层建设》2017年5期论文;