摘要 东津黄河大桥19#墩位于黄河主河槽中，地处粉砂地层，冲刷深度达12 m。文章结合该墩水中2 m大直径桩基130 m深钻孔施工，综合考虑河床冲刷深度、护筒泥浆渗流稳定设计了长36 m、直径2.4 m钢护筒，通过8面形空间框架导向架，精确控制了护筒及桩基的垂直度，保证了桩基施工的质量，为类似的水中大直径桩基施工提供了可借鉴经验。

关键词 粉砂地层;深长护筒;渗流稳定;导向架;冲刷

中图分类号 U445.551文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）11-0085-03

引言

鋼护筒能导向钻头，固定桩位，稳定孔壁，防止坍孔，还有隔离地表水，保护操作原地面等作用，是钻孔桩施工成败的关键之一，也是一个比较复杂的技术问题。随着基础施工技术的发展，钢护筒在桩基施工中的应用也越来越广泛，但是对于粉砂等软弱地基、深水、大直径超长桩基施工中的护筒尺寸、长度、埋置深度等研究较少，多以规范经验数据进行选取，若护筒尺寸、长度等考虑不足会引起变形、护筒埋置深度不足失稳、流土管涌等问题，若设计太保守又会造成钢材、振沉设备和人员等不必要的浪费。该文借鉴以往钢护筒的设计经验及相关知识进行设计验算，并通过实例验证，较好地解决了该项问题。

1 工程概况

东津黄河大桥位于黄河下游，是一座双塔双索面钢—混组合梁斜拉桥，六跨连续，孔跨布置（50+180+420+180+50）m，19#主塔位于黄河主河槽内，实体承台下设置50根直径2 m，长112 m混凝土灌注桩基础。

桥址处地层为粉土、粉砂，夹杂较薄的粉质黏土层（图1）。河床粉砂粒径小，抗冲击能力弱，最大冲刷深度12 m，常水位9 m，水深3.3 m，最大洪水位12.4 m，桩位处水文地质如图1所示。

19#墩桩基采用泵吸反循环成孔工艺，搭设钢平台施工，平台标高17.8 m，钻孔深度130 m。钻进过程中孔内泥浆面标高为17 m，泥浆比重1.05～1.15 g/ m?。

施工时护筒内外存在8 m的液面高差，且粉砂地质渗水性强，护筒内泥浆的渗流是护筒长度选择的一项重要因素。根据施工安排，工程桩基施工时间计划为3—6月份，桩位处的河床冲刷深度需要根据施工期的水位、流量进行修正计算，避免冲刷考虑过大，造成护筒长度的增加，引起钢材、振沉设备的浪费。

2 护筒设计

针对黄河的粉砂地层大直径深长护筒计算，需要考虑河床的冲刷深度后，进行护筒的最小埋置深度计算，同时对护筒的施工过程结构稳定性进行验算，确保护筒能在施工期内不因冲刷而失稳，不发生漏浆，同时护筒不受力变形。

2.1 河床冲刷计算

根据对利津水文站历年3—6月的水位流量统计，19#墩处该时期的高水位数据为水位9.69 m，流量1 480 m3/s，主河槽宽度307 m，过水面积1 775 m2。计算河槽冲刷时，不考虑自然演变冲刷，采用主河槽单宽流量、河槽宽度、河槽最大水深等河槽参数，施工期桥位断面主河槽冲刷后最大水深=一般冲刷hp+局部冲刷hb。

一般冲刷采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30—2015）第8.3.1条64-1修正式（1）计算，计算结果见表 1。

（1）

局部冲刷采用65-2式（2）计算，当V

（2）

经过计算施工期河床冲刷深度为8.208 m。

2.2 护筒埋置深度计算

渗流是水在土壤孔隙中的运动，粉砂地质稳定性差，水的流动会携带泥沙一同运动。若护筒埋深不足，护筒内泥浆面与外部河水的水头压差将导致泥浆经护筒底部向河中渗透，渗透的过程中不断冲刷护筒底部土体，最终导致护筒失稳。为避免管涌发生，在实地考察的基础上，根据19#墩土层计算参数（表3），对钢护筒埋设深度进行设计验算[1]。

护筒底端埋置深度按式（3）计算：

（3）

式中：

L—护筒埋置深度（m）;

H—施工水位至河床表面深度（m）;

h—护筒内水位与施工水位之差（m）;

γw—护筒内泥浆容重，按13 kN/m3 计算;

γ0—水的容重，10 kN/m3;

γd—护筒外河床土的饱和容重（kN/m3），按式（4）进行计算：

（4）

式中，Δ——土粒的相对密度，砂土平均取2.65，黏性土平均取2.70;

e——饱和土的孔隙比，砂土为0.33～1.0，黏性土为0.17～0.43，软土为1～2.3。

施工时护筒中的泥浆面标高按17 m计算，得出护筒的最小埋深L为13.2 m，底标高?15.7 m，考虑黄河地质较弱，取1.2的安全系数，则护筒的计算总长度为35.8 m，最终选取36 m，护筒打设顶标高17.5 m，底标高?18.5 m，如图2所示。

3 护筒施工

桩基直径为2 m，为满足施工需要，护筒内径应大于桩径200 mm，选择2.4 m直径护筒，壁厚14 mm，采用振动下沉方式打设。

3.1 护筒加工

钢护筒采用厚度14 mm钢板卷制加工而成，用半自动等离子切割设备将定尺钢板（1.5×7.536 m）边缘修整并切割焊接坡口[2]。利用三滚轴卷板机卷制护筒，卷制椭圆度按≤20 mm控制，护筒直径的测量不小于4处。

卷制成型的1.5 m节护筒在场内对接焊接成12 m长护筒备用。护筒良好的焊接质量是护筒打设不断裂、不漏浆的关键因素，护筒内侧焊缝采用埋弧自动焊，外侧用二氧化碳气体保护焊满焊。393DC7A6-73D0-4407-B136-863B4F457AFF

焊接前先对接护筒确保相邻两节护筒对接错位小于1 mm，并用钢板进行定位焊接。将定位后的护筒节放置在双轴滚笼机上，利用滚笼机带动护筒旋转，实现内口埋弧自动焊接及外口焊缝焊接位置的移动，节省人工，提高施工效率及质量。

3.2 护筒打设

将对接好的12 m节护筒，用100 t履带吊配合150型双夹嘴振动锤进行施工[3]。在护筒打设的振动锤夹持端（顶部）焊接30 cm的护圈带，避免打设时护筒钢板的局部变形或破坏，影响后续的连接。

用型钢导向架进行护筒打设平面位置及垂直的控制。导向架采用槽钢对扣为骨架，并用工字钢做连接系形成空间结构，高度6 m分三层。每层为平面尺寸（2.75×2.75） m、内径2.46 m的8面形框架。导向架结构形式见图 3。

导向架在平台面以上2 m，并设三角支撑架稳固，通过三角架进行导向架的平面定位及垂直度的控制。控制平面位置偏差小于5 cm，垂直度偏差小于1/150。

将导向架放置在平台孔口位置，钢平台以下部分4 m，以上部分2 m（如图4），方便施工人员操作，经测量对导向架定位、垂直度调整后，牢固焊接在钢平台上，使用时，履带吊将钢护筒吊装至导向架内，使用双夹振动锤，沿着导向架一侧将钢护筒向下打设，导向架对钢护筒位置及倾斜度进行限制[4-5]，仅需少量检查即可完成钢护筒的打设施工，大大减少了护筒打设纠偏时间，提高了打设施工效率。

3.3 使用效果与不足

东津黄河大桥19#墩护筒于3月21日开始施工，4月18日打设完成，桩基于6月21日完成施工，施工期最大流量3 160 m?/s，水位10.91 m，施工过程中护筒稳定，未发生孔口坍塌、倾斜等问题，桩基成孔检测垂直度小于0.15%（1/660）。

在迎水面40#及主河槽侧面4#的桩基在施工过程中出现轻微漏浆现象，在钻机停止时护筒水位能保持，钻机钻进扰动下泥浆面下降。将护筒内灌入M7.5砂浆，护筒底口以下3 m，底口以上4 m。待砂浆具有一定强度后再钻进，该方式解决了护筒漏浆问题，且未对成孔质量造成影响。

经过实践检验，该项目钢护筒设计安全，施工控制良好，粉砂地层且流量变化较大的水中基础施工时，护筒埋置深度的安全系数建议适当加大。

4 结束语

东津黄河大桥工程水中深长桩基施工，采用了沉入大直径深长护筒辅助施工，护筒设计时对粉砂地质河床冲刷充分考虑，按冲刷后河床面进行护筒埋置深度计算，设计长度合理，既保证了施工安全又节约了材料。护筒打设时利用6 m高的8面形空间框架导向定位，将护筒打设垂直度控制在1/150之内，为桩基高质量成孔提供了先决条件，对今后类似的水中桩基施工有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]董耀文，王國齐.大直径钢护筒入土深度计算[J].城市建设理论研究，2012（13）：1-6.

[2]谭大勇.浅谈振动锤插打大直径钢护筒的施工及应用[J].价值工程，2017（8）：144-145.

[3]罗利芳，黄和平，罗鸿纬.关于钻孔灌注桩护筒埋设的探讨[J].江西建材，2011（1）：42-44.

[4]黄士军，李文华.水中插打钢护筒施工技术研究[J].基层建设，2017（34）：120-122.

[5]张晓乐.深水桥墩平台基础及钢护筒施工技术[J].科技信息，2009（11）：238-239.

收稿日期：2022-04-18

作者简介：李红红（1990—），女，本科，工程师，研究方向：桥梁工程及技术攻关开发。393DC7A6-73D0-4407-B136-863B4F457AFF