全护筒法施工钻孔灌注桩技术与方案

一、工程概况

******南引桥钻孔桩基处于岩溶发育地带，根据2004年10月22日设计院下发的**标段桩基参数一览表（第一批），部分桩位存在大溶洞，须采用全护筒法施工。第一批桩基参数一览表中采用全护筒法施工的地质情况如下：

74#-D桩基：覆盖层厚0～21.5m，-10.39 ~-12.09m微风化石灰岩，-12.09~-21.49m为溶洞，内充填软塑状亚粘土，夹微风化灰岩石牙，-21.49~-31.59m微风化石灰岩，桩长34.41m。

92#-D桩基：覆盖层厚0~14m,-10.62~-11.12m微风化石灰岩，-11.12~-13.52m溶洞，-13.52~-15.22m微风化石灰岩，-15.22~-20.92m溶洞，充填流塑状亚粘土，-20.92~-25.82微风化石灰岩，-25.82~-31.34m溶洞，-31.34~-38.62m微风化石灰岩，桩长36.26m。

93#-D桩基：覆盖层厚0~14m，-10.65~-14.65m溶洞，3m无填充物，-14.65~-22.67m微风化石灰岩，桩长20.21m。

95#-A桩基：覆盖层厚0~13m，-9.48~-10.88m微风化石灰岩，-10.88~-18.68m溶洞，内充填中、细砂亚粘土，呈松散状，软塑状，-18.68~-28.48m微风化石灰岩，桩长26.62m。

95#-C桩基：覆盖层厚0~15.4m，-12.20~-14.50m微风化石灰岩，-14.50~-22.20m溶洞，内充填软塑状亚粘土，-22.20~-30.50m微风化石灰岩，桩长28.12m。

97#-A桩基：覆盖层厚0~14m，-10.80~-11.50m微风化石灰岩，-11.50~-13.90m溶洞，-13.90~-15.00m微风化石灰岩，-15.00~-20.70m溶洞，

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内填充亚粘土，-20.70~-28.40m微风化石灰岩，-28.40~-30.50m溶洞，无填充物，-30.50~-33.10m微风化石岩，-33.10~-33.50m溶洞，无填充物，-33.50~-40.70m微风化石灰岩，桩长37.60m。

97#-C桩基：覆盖层厚0~15m，-11.20~-17.20m微风化石灰岩，-17.20~-26.10m溶洞，内填充软塑状亚粘土，-26.10~-33.50m微风化石灰岩，桩长32.60m。

二、施工方案

针对上述七根钻孔灌注桩，根据D标段桩基参数一览表（第1批）的要求，采用全护筒法进行施工。我部根据设计院提供的地质资料，对上述七根桩基分别采取以下施工方案：

74#-D桩基：D=200cm，采用双护筒方案进行施工，外护筒长22m，d=230cm，内护筒长33m，d=220m；

92#-D桩基：D=140cm，采用双护筒方案施工，外护筒长18m，d=180cm，内护筒长35.5m，d=160cm；

93#-D桩基：D=140cm，采用单护筒方案施工，护筒长18m，d=160cm； 95#-A桩基：D=140cm，采用双护筒方案，外护筒长13.5m，d=180cm，内护筒长22.5m，d=160cm；

95#-C桩基：D=140cm，采用双护筒方案，外护筒长15.5m，d=180cm，内护筒长26m，d=160cm；

97#-A桩基：D=140cm，采用双护筒方案，外护筒长14.5m，d=180cm，内护筒长33m，d=160cm；

97#-C桩基：D=140cm，采用双护筒方案，外护筒长15m，d=180cm，内

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护筒长30m，d=160cm； 1、钢护筒设计及加工

根据地质钻勘资料，存在溶洞桩基覆盖层厚度10～20m不等，地下水位为地面以下2m，覆盖层主要为砂层。钢护筒采用12mm钢板卷制。 （1）钢护筒设计 1）、工况分析：

1、外钢护筒：A、钢护筒插打时，钢护筒的承载力验算；B、出现溶洞，○

漏浆时，钢护筒在内外水头差和侧土压力作用下的局部稳定验算。若岩面不平，护筒与岩面存在间隙，在水压力作用下，产生流砂，形成不均衡水压力和土压力时，钢护筒的局部稳定验算。

2、内护筒：A、内嵌护筒须贯穿整个溶洞，下沉时，钢护筒承载力验算。○

B、由于钢护筒下孔口的岩面不平整，漏浆时，钢护筒在内外水头差和侧土压力作用下的局部稳定验算。 2）钢护筒承载力验算 1、护筒下沉时，承载力验算 ○

荷载：钢护筒下沉时，荷载为：护筒自重和150KW沉桩锤振动力90t。 A、外套护筒

外套护筒自重（内径φ230cm）：护筒外径232.4cm，单位钢护筒重：684kg/m3 桩锤振动力作用下,护筒产生应力计算:σ=（6.84×20+900）kN/0.0871=1.19×104KN/ m3=11.9Mpa≤[σ]=196Mpa

B、内嵌护筒（内径φ220cm）：单位钢护筒重：6.3 kg/m3

桩锤振动力作用下,护筒产生应力计算:σ=(6.×40+900kN)/0.0834=1.39×

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10KN/ m=13.9Mpa≤[σ]=196Mpa

2、局部承载力验算 ○

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由于岩面不平及漏浆，钢护筒内外将产生水头差和不均衡土压力，钢护筒受水压力和土压力作用下，发生局部变形。

根据地质资料，引桥覆盖层厚度最大达20m左右，取最不利状况，20m覆盖层厚度计算，地表水取地面以下2m计算。

护筒最底端所承受的土压力及地下水的侧压力按下式计算： P=γhtg2（45°-φ/2）+（γ-γw）（H-h）htg2（45°-φ/2）+（H-h）γw P——土和地下水对钢护筒的最大总压力，KN/ m2 γ——土的重度，KN/ m3；砂土γ=20 KN/ m3 γw——水的重度，KN/ m3；γw=10KN/ m3 H——钢护筒护壁深度，m。H=20m h——地面至地下水位深度，m；h=2m φ——土的内摩擦角，粗砂取φ=32°

p=20×2×tg2（45°-32°/2）+（20-10）（20-2）tg2（45°-32°/2）+（20-2）×10=247.6KN/ m2

用MIDAS计算软件进行计算分析（D=230cm钢护筒），结果如下： A、当钢护筒与岩面结合紧密，不漏浆状况（即环形均布压力247.6KN/ m2作用下）： 变形图：

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应力图：

B、当钢护筒受不均衡压力作用时（即钢筒底端局部不受水压和土压力） 变形图：

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应力图：

C、当钢护筒受不均衡土压力作用时，（即护筒底端局部只受水压力而无土压力工况） 变形图：

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应力图：

从以上三种工况计算结果分析，当出现B工况时，最不利，安全系数为1.232，采用δ=12mm的钢护筒能满足施工要求。考虑到地质情况复杂，各种不可预见因素，内外钢护筒均采用12mm钢板卷制。

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（2）、钢护筒加工

钢护筒加工在钢构件加工厂加工，采用厚度为12mm的钢板卷制成护筒，护筒接缝焊接采用满焊。护筒接缝、刃脚、护筒顶均用δ=12mm，宽20cm的钢板进行包裹加劲焊接，确保在下沉过程中，钢护筒的局部刚度。钢护筒的长度根据设计院下发的地质钻勘图纸的溶洞的深度，覆盖层厚度进行加工。上述七根桩钢护筒数量如下： 桩位 外护筒 直内护筒 径长度（m） 重量（kg） 直径长度（m） 重量（kg） （cm） 74#-D 92#-D 93#-D 95#-A 97#-A 97#-C 230 180 180 180 180 22 18 13.5 14.5 15 15026 98 7236 7772 8040 （cm） 220 160 160 160 160 160 33 35.5 18 23.5 33 30 21556 16934 8586 11210 15741 14310 合计：136239kg 2、施工工艺

（1）单护筒施工工艺

先冲孔接近溶洞位置，下沉钢护筒穿过溶洞，冲孔成桩浇注砼。工艺流程：场地平整 测量放样，埋护筒 钻机就位，冲孔钻进 接近溶洞，下沉钢护筒直至溶洞底 冲孔钻进，完成钻孔灌注桩施工。施工现场图：

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（2）双护筒施工工艺

先冲孔钻进至岩面，插入外护筒，冲孔钻进、冲破溶洞，下沉内钢护筒后，冲孔钻进至设计终孔标高，完成钻孔桩施工。施工流程如下： 双护筒钻孔施工工艺流程： 场地平整 测量放样、埋护筒

钻机就位，冲孔钻进至岩面 插入外钢护筒 冲孔钻进至接近溶洞，小冲锤低冲程打穿溶洞 沉桩机下沉内钢护筒贯穿整个溶洞 钻机冲孔直至终孔标高 浇筑砼，回收外护筒。 A、外钢护筒插打施工

测量工程师将桩位中心及轴线放样后，先用埋入2m长,d=240cm或者190cm的护筒，钻机就位，用直径为230cm或者180cm的冲锤冲孔钻进；当钻进至岩面时，提起钻头，用25t吊车起吊外钢护筒，插入外钢护筒，并用150kw沉桩锤振动下沉直至岩面。在振动过程中，严格控制钢护筒的垂直度容许误差在1%L内。

B、钻机就位、冲孔

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外钢护筒下沉到位后，开始冲孔，根据内嵌护筒的直径，选用相应的冲锤（d=220cm或者160cm）进行冲孔。当孔钻进接近溶洞时，换小冲锤，低冲程钻进，以防卡锤。溶洞冲破后，若漏浆太快，需及时补充注入泥浆，确保水头压力，避免水压力和土压力不平衡，护筒局部挤压变形。

溶洞冲破后，换回正常冲锤，低冲程冲孔，将溶洞孔口直径扩大至内钢护筒直径。

C、内护筒下沉施工

冲锤冲破溶洞后，将钻锤提起，用25t汽车吊将内钢护筒插入桩孔内，用150kw沉桩锤将钢护筒振动下沉，穿过溶洞，直至洞底岩面。下沉过程中严格控制钢护筒的垂直度在1%L内。

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