摘要：本文以铜陵县芜铜路新桥改造工程桩基施工过程为例,对人工挖孔桩中使用钢护筒穿过流砂问题处理方法进行介绍。 关键词：人工挖孔桩；流砂层；钢护筒；施工技术；公路桥梁
Abstract: this article with weeds copper road there xinqiao renovation project of pile foundation construction process as an example, the artificial dig-hole pile of steel tube using the flow problem processing method through sand was introduced.
Keywords: artificial dig-hole pile; Flow of sand layer; The steel tube; Construction technology; Highway bridge
中图分类号：U445.31 文献标识码：A 文章编号：
芜铜路新桥河桥改造工程设计基础为灌注桩基础。由于该桥处在河床上，地质情况复杂，且桩基总工程量小，根据地质勘查报告，桥基处存在大量的砂层和泥卵石层，其渗透系数较大，桩底部存在中风化粉砂岩，挖孔桩施工中存在大量涌水、涌砂的可能。若采用钻机施工，必须在原有的河道上修筑平台来满足施工机械作业面要求，这样将阻塞河道泄水通道将造成上游大面积耕地受涝会造成严重社会影响。经过多方协商，最终决定采用人工挖孔灌注桩。在施工中采用了钢护筒护壁的方法解决了大量渗砂渗水的问题。由于合理的采用人工挖孔灌注桩施工工艺，严格控制施工质量，不仅加快了工程进度，并最终保质保量的完成了该工程的施工。成功的经验可供今后类似工程借鉴。
1 工程概况
1.1工程基础设计情况
铜陵县铜芜路新桥河桥改造工程位于铜陵县新桥河上。老桥上部为20米预应力砼空心板梁四跨结构，斜交20°，桥长83.74米，老桥设计荷载为汽-超20级，验算荷载为挂-120级。本工程为扩建工程，在老桥两侧拼宽，拼宽部分上部采用20m装配式预应力混凝土简支T梁，左侧斜交角为30°，右侧斜交角为斜交20°。新建桥墩、桥台与老桥墩、桥台间留有孔隙，分别独立承担上部荷载。下部构造采用双柱式桥墩，左右侧各3个桥墩，墩身半径为1.4m，基础为两根φ1.6m灌注桩，共12根；桥台采用肋板式桥台，单座桥台分别采用六根φ1.2m的灌注桩，共24根。
1.2地质情况
该场地内各地基土层自上而下分布为：
① 层素填土（Qml）――灰黄色为主,以粘性土夹少量细砂、碎石为主,含少量植物根系。层厚0.50～2.50m。
② 层中砂（Q4al＋pl）――褐黄色,中密,饱和,局部粘性土胶结,中下部夹少量砾石,砾石粒径一般0.5-1cm,最大约2cm。层厚1.70～5.20m；层顶埋深0.50～2.50m；层顶标高11.77～13.76m。标准贯入试验实测值为25～29击，平均值为26.1击。该层透水性大。
③ 层卵石土（Q4al＋pl）――杂色,中密-密实,饱和,中粗砂及淤泥层充填,卵石为石英质,粒径一般3-5cm,最大约10cm,卵石磨圆度一般,含量约30～45%。层厚8.70～12.00m；层顶埋深2.50～6.00m；层顶标高7.72～11.76m。重型动力触探(10cm)实测值为48～59击，平均值为54.1击,由于含有大量淤泥该层土透水性较小。
④ 中风化粉砂岩（J）――中风化,青灰色,短柱状-长柱状,局部为碎块状,锤击声脆,岩质较硬,局部竖直向裂隙发育,充填石英、方解石等，天然单轴抗压强度为7.6～10.5MPa，平均值为8.82MPa，判定该岩为软岩、较破碎，综合判定岩体基本质量等级为Ⅴ类。该层未钻穿，揭露：层厚2.50～10.70m；层顶埋深11.20～18.00m；层顶标高-4.28～2.93m。
1.3地下水情况
场地地下水类型为潜水，主要埋藏在②层中砂、③层卵石土中，水位较高。地下水主要补给来源为河流及大气降水下渗。勘探期间测得的地下水位（静止）埋深为0.70～1.10m。
2 施工中所遇到问题及处理方法
2.1 挖孔桩中遇到问题
按照地质勘测报告所示，桩位处地质有3.5m厚的中砂层及10m厚的泥卵石层。在人工挖孔施工过程中，当施工到中砂层时，由于水的渗透量大，渗透系数达到5×10-2cm/s，周围大量渗水，黄砂随水进入井内，使工程无法进行。按实际开挖过程中，发现卵石层中含有大量的泥土，其实际渗透系数只有1×10-3cm/s。
2.2 处理方法
经过多方案讨论，结合实际情况，决定采用钢护筒护壁的方法，对中砂层进行施工。鉴于泥卵石层渗透性较小，用C20混凝土护壁便能继续施工。
2.2.1 钢护筒制作（以桥墩处钢护筒为例）
制作钢护筒所用材料为：厚度为δ=3mm 的Q235钢板，φ12螺纹钢筋。先把钢护筒按照设计桩孔直径，制作为内径为1.6m，高1.2m的圆管型，并在钢板内侧焊接φ12的螺旋型钢筋骨架，以保证其整体性及稳定性。在钢护筒上表面内侧加焊内径为1.2m的钢圈，并通过水平向支撑钢筋固定于钢护筒上表面，在钢圈与下层钢护筒壁之间再用斜支撑筋焊接接，使其形成一个小三角，保证钢圈的稳定。制作此钢圈及支撑为了让钢护筒更好的受混凝土圆管的压力下沉。（钢护筒具体尺寸如图1所示）
图1、钢护筒构造示意图
2.2.2钢护筒护壁施工前准备
先按照设计图纸放样，确定桩中心位置。以桩中心为圆心，用MU7.5机制砖砌筑好导向圈，砌筑高度200mm，砌筑宽度为240mm。待导向圈砌好后，开挖素填土层，做C20混凝土护壁直至中砂层。到中砂层后，人工开挖已经不能继续往下进行，此时就采用钢护筒进行护壁。
钢护筒下沉前还需准备一外径1.5m，壁厚20cm，高2m的钢筋混凝土圆管，用于在钢护筒上加压。
2.2.3钢护筒护壁施工
① 钢护筒安装及首次下沉
利用吊车将制作完成的第一节钢护筒吊至井口，调整钢护筒至合适位置时下降吊绳，在下降过程中可在钢护筒相对的俩边各系一条绳子，由人工调整控制，确保钢护筒的中心在桩的中心位置上。下降钢护筒使其放置于中砂层上，先让其利用自重下沉直至稳定。
② 钢护筒外力作用下再下沉
待第一节钢护筒下沉至稳定后，由于砂的摩擦阻力作用，利用钢护筒的自重无法使其全部下沉到砂层中。此时用汽车式吊车吊起混凝土圆管，让其缓缓下降，下降过程中同样在圆管相对的两侧系绳子进行人工控制，以保持圆管平衡，吊入井内，使其作用在钢护筒支撑钢筋上，对钢护筒加压。待钢护筒与上层护壁还有10cm左右交叉时提起混凝土圆管。
③ 第二节钢护筒安装及下沉
完成上步施工后，用抽水泵抽钢护筒中的水，让钢护筒中水面与砂面高差小于20cm时，再人工下到钢护筒护壁内进行砂层开挖。待开挖至钢护筒底时，观察护筒底的流砂情况。若发现仍有流砂，则吊装第二节钢护筒与第一节钢护筒相连（吊装过程与3.2.3.1相同），两节钢护筒相接处用电焊连接。待第一、第二两节钢护筒连接稳定后，起吊混凝土圆管，使其对第二节钢护筒施压，待钢护筒下沉至上层护壁还有10cm左右交叉时提起混凝土圆管。施工过程中注意钢护筒的中心位置必须在桩中心上，在下沉过程中要随时观测桩垂直度，若发生偏离，应及时校正，待垂直度及中心位置满足要求后再进行下沉。
④ 钢护筒循环作业及注浆
完成上述施工后，用抽水泵抽水，当钢护筒内水面与砂面高差小于20cm时，人工下到井内进行砂层开挖，一直开挖至钢护筒底，观察护筒底流砂的情况。
2.2.4钢护筒校核
① 最深段最大侧压力计算
地下水位埋深为h=0.8m。其中土的天然容重γ1＝18kN/m3的，层厚H1=0.5m，土的内摩擦角φ＝35°，不计粘聚力；砂天然容重γ2＝17.5kN/m3，层厚H2=6m。Q235钢板轴fc＝215N/mm2=215MPa
1）平均重度计算
为计算方便对土的天然重度采用算术平均法计算
(式1)
2）最大侧压力计算
② 钢板厚度验算
采用桥墩处D=1.6m进行验算，（桥墩处半径大于桥台半径，若桥墩处钢板厚度符合设计要求，则桥台也满足要求）
所以本工程采用钢板厚度δ=3mm，满足实际强度需求。由于钢板整体稳定性较差，在钢板内侧加焊12钢筋螺旋型骨架，以确保钢板在受压时的稳定性。
3 质量控制
3.1 在开挖前，确定好桩位中心，以中点为圆心，以桩身半径加护壁厚度为半径画圆，砌筑导向圈。
3.1 开挖岩土层过程中，每开挖一段后需对其中心位置及垂直度进行校正，若发生偏移，则需对桩孔进行扩孔，确保立模后桩中心位置不产生偏移。
3.3 钢护筒下沉过程中，需边下沉边调节其中心位置及垂直度。
3.4 每节钢护筒施工中均要进行垂直度及轴线的符合，确保其在规范规定范围之内。
3.5 若钢护筒外侧面有空洞，应用C20混凝土浇实，保证其外侧面密实，不产生偏移。
3.6 两节钢护筒相接的地方焊接强度必须与钢护筒自身强度相符合。
3.7 人工挖孔桩开挖过程中应边开挖边抽水，以减少集中涌水及涌砂。
3.8 若由于开挖过程未按要求每节核验垂直度，致使挖完以后垂直超偏。所以每挖完一节，必须根据桩孔口上的轴线吊直、修边、使孔壁圆弧保持上下顺直。
3.9 保护好已成形的钢筋笼，不得扭曲、松动变形。吊入桩孔时，不要碰坏孔壁。导管要垂直放置防止因混凝土斜向冲击孔壁，破坏护壁。
3.10 钢筋笼不要被泥浆污染：浇筑混凝土时，在钢筋笼顶部固定牢固，限制钢筋笼上浮。
3.11 桩孔混凝土浇筑完毕，要复核桩位和桩顶标高。将桩顶的主筋扶正，用塑料布或草帘围好，防止混凝土发生收缩、干裂。
3.12、施工过程妥善保护好场地的轴线桩、水准点。
4 安全措施
4.1 做好人工挖孔桩施工人员的安全培训及安全教育工作。
4.2 认真做好安全技术交底。
4.3 每日开工前应检测井下有无危害气体、检查提升机械、悬梯、水泵等工具和孔内护壁的状况。
4.4 桩孔内必须放置爬梯，随挖孔深度增加放长至工作面，以作安全使用。
4.5 严禁酒后操作，不准在孔内吸烟和使用明火作业。需要照明时应采用安全矿灯或12V以下的安全灯。
4.6 孔深大于10m以及腐殖质土层较厚时，应有专门送风设备，风量不应小于25L/s，向桩孔内作业面送入新鲜空气。
4.7 已挖好的桩孔必须用木板或脚手板、钢筋网片盖好，防止土块、杂物、人员坠落。
4.8 已挖好的桩孔及时放好钢筋笼，及时浇筑混凝土，以防坍方。
5、结束语
采用钢护筒护壁可以使人工挖孔桩在含水量丰富的流砂层中继续施工。由于钢护筒挡住了部分水量以及挡住流砂，再加上从井底抽排水，有效的降低挖孔桩附近的水位，避免了桩内塌方，保证了施工中工人的安全，达到安全、可靠、经济的目的。
参考文献:
[1]程万祥.人工挖孔桩的安全防护措施[J].铁道建筑，2006,9
[2]金勇.浅谈人工挖孔桩基施工方法及安全措施[J].安徽建筑，2002,5
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