1、水中桩钢护筒气液混合顶升法拔除工艺温州洞头项目温州洞头项目中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部汇报提纲汇报提纲 一 工程概况 二 国内研究现状 三 要解决的技术问题 四 主要采用的技术方案 五 关键技术要点及主要技术特征 六 经济效益分析 七 社会效益评价 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部一、工程概况 本项目77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段，路线全长3.675km，含桥梁、路基、隧道等工作内容，工程造价4.6亿，合同工期32个月。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线
2、龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 其中洞头峡跨海特大桥桥长2638.5m，是本项目的关键性工程。全桥共计桩基304根，多为水中桩、超长桩，因桥址区地质条件不佳，淤泥层最大层达20余米，钢护筒设计长度较大，钢材总重达6321t。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 常规而言，水中桩的钢护筒仅桩顶露出水面的部分可回收利用，钢材投入量巨大。若能将钢护筒整体拔除，实现无损回收并循环利用，将大幅降低项目经营成本。根据该思路，项目立足工程实际，开展了一系列试验研究工作，对护筒拔除的可行性进行了论证。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾
3、至洞头疏港公路工程第7标段项目部二、国内研究现状 基于经济效益的考虑，国内多家施工单位对护筒拔除工艺进行了研究，当前在水中桩施工中已成功应用的主要有双护筒法、液举顶升法等，其优缺点对比如下：中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 工艺工艺双护筒法双护筒法液举顶升法液举顶升法外护筒回收外护筒回收内外护筒回收内外护筒回收原理原理 先用外护筒进行常先用外护筒进行常规性的护壁保水头成孔，规性的护壁保水头成孔，内护筒随最后一节钢筋内护筒随最后一节钢筋笼下放，使大护筒隔离笼下放，使大护筒隔离与砼隔离，待桩身砼形与砼隔离，待桩身砼形成一定强度后拔除外护成一定强
4、度后拔除外护筒。筒。已成功实施的有青已成功实施的有青岛海湾大桥等。岛海湾大桥等。钻孔前内、外护筒钻孔前内、外护筒同时埋设，内外护筒间同时埋设，内外护筒间充填细砂或粘土。砼灌充填细砂或粘土。砼灌注完毕后立刻拔除内护注完毕后立刻拔除内护筒，外护筒待桩身形成筒，外护筒待桩身形成一定强度后拔除。一定强度后拔除。已成功实施的有木已成功实施的有木兰溪大桥等。兰溪大桥等。待桩身强度达到待桩身强度达到设计要求后，在钢护设计要求后，在钢护筒上焊接球形封头，筒上焊接球形封头，使之形成一个密封的使之形成一个密封的压力容器，向其内注压力容器，向其内注水，通过水压形成的水，通过水压形成的反作用力使钢护筒蠕反作用力使钢护
5、筒蠕动上升，配合起重设动上升，配合起重设备拔除。备拔除。已成功实施的有已成功实施的有杭州湾跨海大桥等。杭州湾跨海大桥等。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 工艺工艺双护筒法双护筒法液举顶升法液举顶升法外护筒回收外护筒回收内外护筒回收内外护筒回收优点优点 护筒无须特殊处理；护筒无须特殊处理；在静力可提拔外护筒的在静力可提拔外护筒的前提下，桩身质量有保前提下，桩身质量有保障。障。护筒无须特殊处理；护筒无须特殊处理；内外护筒均可回收，经内外护筒均可回收，经济效益高。济效益高。针对护筒埋设深度针对护筒埋设深度的适用范围较广；对桩的适用范围较广；对桩基
6、质量无影响。基质量无影响。缺点缺点 因内护筒不能回收，因内护筒不能回收，一般采用壁厚较小的钢一般采用壁厚较小的钢板制作护筒，存在变形、板制作护筒，存在变形、撕裂等隐患；当静力不撕裂等隐患；当静力不能提升外护筒时，须采能提升外护筒时，须采用振动锤拔除，对桩身用振动锤拔除，对桩身存在一定影响；当护筒存在一定影响；当护筒埋深较大时，回收率大埋深较大时，回收率大幅降低，适用范围有限。幅降低，适用范围有限。内护筒拔除过程中，内护筒拔除过程中，存在砼面下降、桩身夹存在砼面下降、桩身夹泥等质量隐患；当静力泥等质量隐患；当静力不能提升外护筒时，须不能提升外护筒时，须采用振动锤拔除，对桩采用振动锤拔除，对桩身存
7、在一定影响；当护身存在一定影响；当护筒埋深较大时，回收率筒埋深较大时，回收率大幅降低，适用范围有大幅降低，适用范围有限。限。护筒与砼之间产生护筒与砼之间产生的摩阻力较大，当埋深的摩阻力较大，当埋深较大时，对护筒本身提较大时，对护筒本身提出了较高要求，须进行出了较高要求，须进行特殊处理；当护筒在压特殊处理；当护筒在压力下产生位移时，与桩力下产生位移时，与桩身之间易产生缝隙从而身之间易产生缝隙从而因漏水导致压力不足，因漏水导致压力不足，效率降低。效率降低。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 通过对比可发现，液举顶升法适用范围较广，针对水中桩、超长
8、桩更具有可行性。但液压加载较为缓慢，一旦护筒顶升后与桩身产生较大缝隙，将无法提供足够压力以确保护筒的顺利拔除，仍然存在一定风险。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 在国内既有研究成果的基础上，项目对工艺进行了优化与创新，拟采用气液混合的方式实施护筒顶升，先以液压令护筒与桩身分离，再通过气压提供足够的压力，加快护筒拔除效率。这样一来，既解决了液举法效率较低的缺陷，也避免了单纯依赖气压所导致的安全风险。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部三、要解决的技术问题（一）钢护筒与混凝土之间摩阻力的克服 为
9、保证桩身质量，气液混合顶升法须待桩身混凝土达到设计要求后方可实施，因而需克服钢护筒与混凝土之间的摩阻力。经多方搜集的资料表明，钢护筒与混凝土之间的摩阻力大小目前并无定论。参考类似工程承台钢套箱封底计算的模式，水下砼浇注时取值一般在120kPa-150kPa之间；干作业条件下最大取值达300kPa；通过建模分析的取值，高值接近200kPa。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 以洞头峡跨海特大桥49#墩为例，设计桩径1.5m，采用海工C35砼，单桩承载力为7510kN，护筒埋设深度范围内地质条件从上往下依次为：流泥0.5m，淤泥质粉质粘土19.5
10、m，淤泥3.6m，粉质粘土。护筒设计长度33m，其中水中长度7.75m，桩身范围内长度25.5m，护筒内径1700mm，壁厚10mm，外径1900mm。则按照前述取值，护筒与桩身摩阻力最小值亦达18826kN，考虑护筒外侧土体的摩阻力、护筒变形等不利因素，实际所需力值更大，存在安全质量隐患。故此，有必要采取有效措施，减小钢护筒与混凝土之间的摩阻力。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部（二）球形接头的密封性 为方便护筒内侧施焊，球形接头须一分为二，待焊接完成后连接成整体。这样一来，对球形接头两构件拼装的密封性提出了较高的要求，否则无法达到预定压力
11、。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部四、采用的主要技术方案（一）顶升设备加工 顶升设备主要由动力系统与球形接头构成，其工作原理是通过球形接头与护筒的连接在护筒与桩身之间形成一个密封空间，然后通过施加水压/气压产生一个相对于桩身的作用力，使护筒克服摩阻力蠕动上升。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 球形接头由上、下两部分构成，上部设置进水孔、进气孔、卸压孔，其构造如下图所示：中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部（二）钢护筒加工 钢护筒以整根卷制
12、管为宜。若护筒长度过大需分节焊接，应尽量减少焊缝数量，并对焊缝质量进行严格控制，减小错台以避免额外的阻力。考虑护筒的回收再利用，护筒径厚比不宜大于120，以避免沉设过程中护筒变形，从而增加护筒周转次数。为减小护筒与桩身之间的摩阻力，对护筒内壁进行打磨处理，并涂刷1mm-2mm厚的沥青涂层。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 洞头峡跨海特大桥1#试桩的钢护筒采用现场分节卷制然后焊接成整体的工艺，未进行特殊处理，拔除试验中护筒在4MPa的压力下上升，位移8cm后压力突然下降，护筒周边的海面出现涌水现象，判断为护筒接缝焊接质量不佳导致撕裂，试验以失
13、败告终；2#试桩（设于合作方所在的灵昆大桥）采用经过特殊处理后卷制管，护筒与桩身接触长度为12m，水压达到5MPa后护筒缓慢上升，位移20cm后加气压，护筒顺利拔除。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部（三）球形接头安装 利用起重设备起吊球形接头的下半部分，使之与护筒对接。人工分别对护筒外壁/内壁施焊。焊接完毕后向护筒内注水，然后安装球形接头的上半部分，使之形成整体。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 球形
14、接头的上、下部分采用螺栓连接。为保证螺栓受力均匀、密封性良好，螺栓施拧采用先初拧再终拧的方法，首先按照顺时针/逆时针方向依次对处于对角位置的一对螺栓进行预紧，然后逐级拧紧直至终拧。各阶段施拧扭矩通过扭矩扳手控制。上、下部分接缝处设置密封圈，密封圈材料应耐高压。试验中采用聚乙烯四氟板材质。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部（四）顶升 如上文所述，在球形接头的下半部分安装就位后，向护筒内注水（亦可连接完毕后注水）。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 球形接头连接完毕后，将各管路接通、通电，施加一
15、定压力检查是否存在漏水、漏气现象，并及时采取相应措施保证其密封性。检查、处理完毕后通过高压水泵施加水压，一般压力达到4-5MPa左右时护筒开始蠕动上升。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 待护筒上升一定高度（20cm左右）、与桩身砼脱离后，利用高压气泵施加气压，带动护筒逐步上升。待护筒上升至一定高度时，采用吊车等起重设备配合起吊，使护筒竖直，保证施工安全。当护筒将要顶出桩顶（护筒底口距桩顶5m左右）时，打开卸压阀，将高压气体排出以免发生危险，然后关闭卸压阀，启动高压液泵，将钢护筒缓慢顶出桩身。当护筒设计长度较大、吊车无法一次提起时，可按照（一
16、）至（四）的步骤重复施工。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部五、关键技术要点及主要技术特征（一）顶升装置的创新设计 顶升装置采用气液混合动力，高压气泵与高压液泵配合作业，在确保安全的基础上，大幅提高了护筒拔除的效率。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部 控制系统采用无线遥控装置，同时设置了高、低压安全控制，既当护筒内压力超过或低于设定值时泵将自动断开，停止工作。通过该系统，有效保证了施工安全。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部（二）护筒处理
17、为减小钢护筒与桩身砼之间的摩阻力，采用了对护筒内壁的凸起进行打磨、涂刷沥青涂层的处理方案。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部（三）应用扩展1、应用于护筒修复 水中桩护筒沉设过程中，可能因底口触碰孤石等原因发生变形，导致钻孔施工无法顺利实施，须将护筒拔除并进行修复。常规处理方案有振动锤拔除、潜水员水下切割等。实践表明，在护筒埋深较大的情况下，前者成功率不高，后者则存在安全风险大、漏浆等缺陷。而气液混合顶升法可很好的解决这些问题，在洞头峡跨海特大桥已有成功应用。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部
18、2、应用于钢管桩拔除 水中栈桥常因使用时间长、通行荷载大等原因造成钢管桩拔除困难。遇此问题时，大多采用大功率振动锤配合浮吊进行施工，但钢管桩壁厚有限，在较大的激振力下易发生夹口处撕裂甚至融化的现象，施工效率低、设备费用高。而气液混合顶升法不但可提供足够的顶升力，且仅需驳船搭载吊车配合施工，成本更低。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部六、经济效益分析 对大型水上桥梁项目而言，水中桩钢护筒钢材投入量动辄数千吨，且多为一次性使用，是施工成本中一笔不小的开销。该技术实现了钢护筒的无损回收和循环利用，即便考虑护筒100%投入，亦可通过回收后的护筒残值节约近50%的成本，可创造巨大的经济效益。中交第一公路工程局有限公司中交一公局77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第7标段项目部七、社会效益评价 钢护筒的回收和循环利用，大幅减少了钢材的消耗量，并避免了因残留在水体/土体中的钢材逐渐锈蚀而导致的环境污染，与当前整个社会所提倡的节能、环保精神相契合。中交第一公路工程局有限公司汇报结束，谢谢！汇报结束，谢谢！
