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【摘 要】在水深较大，桩顶标高高出施工水位，且数量较大的水上钻孔桩施工中，用壁厚较薄的内护筒代替较厚的外护筒作为钻孔桩桩身的模板，从而解放外护筒，使外护筒可以反复使用，减少钢材用量，以达到降低施工成本的目的。
【关键词】钻孔桩；薄壁内护筒；外护筒；施工技术
1、工程概况
澳门氹仔新码头扩建工程——基础施工项目主要工程量为钻孔灌注桩。钻孔灌注桩主要分为EM4和EM5两种类型，直径分别为1.0m和1.2m。
北面扩建区钻孔灌注桩EM4的桩长平均为38.5m，入岩深度要求为3.0m，共773根；EM5的平均长度为39.5m，入岩深度要求为3.6m，共190根。西面扩建区钻孔灌注桩均为EM4，平均桩长43.0m，入岩深度要求为3.0m，共266根。其中北面扩建区963根钻孔桩全部位于水上，西面扩建区166根位于水上，桩顶标高0.5m～0.8m不等。
2、水文、地质
施工区域与外海相连，受潮水影响，施工区域平均水深达到7m。根据地勘资料，由上至下土层分布为淤泥层，粘土层，中砂，残积土，全风化、强风化、微风化花岗岩。其中淤泥层厚度超过10m。
3、施工方案
钢护筒是钻孔桩施工必不可少的专用钢结构，有如下三个主要作用：一是作为钻具的初始导向和上部覆盖层中桩孔的支护结构；二是可以保持钻孔施工时孔内泥浆面标高（即孔内水头高度），以确保不塌孔；三是作为桩身混凝土浇筑时的模板。
钢护筒的板壁厚度可以根据薄壁钢结构的稳定和钢桩的锤击经验公式计算得出，一般为D/125 ～D/100（D为钢护筒直径）。护筒内径则是根据成桩的垂直度、钻具性能等确定，一般比桩身的设计直径大约20cm。本项目中直径1.0m和1.2m钻孔桩的钢护筒板厚分别为10mm和12mm，护筒内径分别为1.2m和1.4m。 水上钻孔桩施工需设置钢护筒以保证桩身从岩面延伸到水面以上。
根据本项目地质条件、潮水位及护筒内外水头差等条件，钢护筒顶面标高+3.1，护筒平均长度达到22m。如果采用常规方法设置水上钢护筒，成桩后护筒不能被取出，而桩基设计不考虑外护筒参与受力，很长一段外护筒只充当桩身混凝土模板，将耗费大量钢材。
为减少钢材消耗量，进而降低施工成本，针对项目特点经过仔细研究最终采用薄壁内护筒替代外护筒法施工水上钻孔灌注桩。利用壁厚较薄的内护筒代替较厚的外护筒作为桩身的永久模板，从而解放外护筒，使外护筒可以反复使用，同时减少混凝土浪费量，以达到降低施工成本的目的。
4、薄壁内护筒替代外护筒法施工技术
4.1 施工平台、设备
本工程桩位布置绝大部分为8m 8m布置。结合吊机起吊能力，单个平台承担4个桩位施工。根据桩位平面图及冲击钻外形尺寸确定钻孔平台尺寸，利用打入的Φ0.63m钢管桩作为平台的支撑。平台钢管桩的插打，由测量部门控制定位，利用浮吊安插施工，打桩设备采用BVP-300振动打桩锤。钢管桩安插完后安装下横梁及上层框架，在平台上焊接简易导向装置插打钢护筒，施工完毕的钢护筒可与平台连接成整体，以增加平台的刚度和稳定性。外护筒插打、拔除均采用BVP-600振动锤，浮吊配合施工。
4.2 薄壁内护筒替代外护筒法施工流程
薄壁内护筒替代外护筒法施工工艺流程为：水上平台桩插打→平台搭设→外护筒插打→钻机就位→终孔、清孔、验孔→薄壁内护筒安装→钢筋笼子安装→下导管二次清孔→水下混凝土灌注→外护筒拔除。
4.3 薄壁内护筒构造及制造
内护筒采用2.5mm钢板卷制而成，护筒内径与钻孔桩直径相同，以15.12m作为一个标准节段。为增加内护筒刚度，每3.8m左右设置一道加劲板条，与内护筒采用间断焊接，加劲板条采用板厚5mm，板宽50mm钢带卷制，设置于内护筒外侧。为便于起吊及施工现场节段间对接，内护筒两端设置加强箍，加强箍采用板厚10mm，板宽100mm钢带卷制而成，设置于内护筒外侧，与内护筒钢板采用间断焊。上下加强箍均设置4块打梢吊耳板，打梢吊耳板上开孔使之能穿卡环，对称布置。
打梢吊耳板的作用是便于定位、起吊；加强箍的作用增强内护筒刚度，同时是便于对接焊接。
内护筒结构及对接如下图所示：
4.4 薄壁内护筒安装
薄壁内护筒在钻孔桩终孔、清空、验孔结束后，钢筋笼安装前进行。根据本项目地质勘探，内护筒底口均已进入强风化花岗岩，且内护筒下放深度必须深于外护筒底口以下8m。薄壁内护筒顶标高低于外护筒30cm，避免影响拔除外护筒时振动锤夹持器的使用。
由于内护筒长度较长，受吊机起吊高度及运输船只船舱及内护筒刚度限制需分节下放。内护筒采用浮吊安装。采用大小钩同时起吊底节内护筒，待内护筒脱离船舱后大钩提升直至该节段护筒竖直，下放至已成孔中，将底节内护筒通过打梢吊耳板与外护筒顶口固定。以相同方法吊起第二节内护筒，与底节内护筒对接，对接时要保证两节护筒轴线重合。重复上述步骤，直到下放到至设计深度，并保证其位置准确、垂直度满足要求。
内护筒孔位处接长时，将上、下节内护筒底、顶口加强箍焊接连接，采用手工电弧焊。工地焊接环境要求：工地焊接环境应符合如下规定：风力<5级，温度≥5oC，湿度≤80%，雨天不能工地焊接。超出以上环境要求者，应采取措施，确保能保证焊缝质量时方可进行施焊。
薄壁内护筒下放到指定深度后采用4根钢筋悬挂在外护筒上口，吊筋采用直径12mm钢筋，沿圆周均布。吊筋上口弯曲悬挂后与外护筒外侧焊接。
4.5 外护筒拔除
薄壁内护筒安装完成后，吊装钢筋笼及声测管，二次清孔后采用导管法灌注钻孔桩水下混凝土。灌注完成后割除外护筒与平台、内护筒间联系，采用吊机配合BVP-600振动锤拔除外护筒。 外护筒拔除时间需严格控制，应在混凝土初凝前，不宜过早，亦不宜过晚。在混凝土灌注完成后2-3小时内拔除。拔除时间过早：混凝土尚能流动，由于土层受拔桩振动锤振动，将能量传递至钻孔桩，混凝土很容易从内护筒底流出，造成混凝土面下沉。拔除最晚时间不得超过外护筒底口处混凝土初凝时间，初凝后拔除会影响桩身混凝土结构，造成混凝土开裂，严重影响桩身质量；此外，因灌注混凝土时，外护筒与内护筒之间会流入一些混凝土，若拔除时间过晚，混凝土已经固结，钢护筒将难以拔出。
钢护筒拔除时，采用双夹持器震动锤，必须严格控制吊机钢丝绳垂直度，平稳的拔出。若因不平稳而碰撞到内护筒，会造成桩身倾斜，严重的会造成内护筒焊缝处开裂，混凝土迸出，形成断桩。
5、薄壁护筒替代外护筒法施工效果
无论何种施工方法，保证成桩质量是先决条件，经过专业第三方检测机构检测，所有钻孔桩均满足设计要求。
薄壁护筒钢板厚度为2.5mm，薄壁内护筒的重量远轻于外护筒，并且外护筒在灌注混凝土结束后可拔除，从而实现外护筒循环使用。本工程水中共计1129根钻孔灌注桩，如按常规方法施工，钢护筒平均长度约22m，承台底以上高度护筒切割回收长约3m，护筒内径为1.2m，壁厚为10mm，则无法回收的护筒钢材为6398t；而采用薄壁护筒法施工，薄壁护筒壁厚2.5mm，内径1.0m，无法回收长度27m，钢材消耗量为1883t。本项目中优化后的施工方法钢材消耗数量减少约5215t，经济效益显而易见。此外，在满足设计要求和桩基定位的前提下，薄壁内钢护筒替代外护筒法还相应地减少了6971m?混凝土，进一步降低施工成本。
6、结束语
薄壁内护筒替代外护筒法适用于钻孔桩数量较多，设计桩顶标高高出施工水位，而水深较深，流塑性淤泥层较厚，桩径小于1.4m的水上钻孔桩施工。桩径过大，内护筒直径大，刚度小，起吊易变形，且难以保证内护筒圆度；数量过少使用薄壁护筒经济效果并不显著。使用时需根据项目具体情况，结合地质、水文等条件，在充分经济比选论证的前提下合理使用。
薄壁内护筒替代外护筒法施工技术是在引进、消化吸收以往同类工程施工技术的同时，采用自制薄壁内护筒，降低了施工成本，创造了较高的经济效益，对国内外类似工程积累了重要的经验，具有重要的推广应用价值。
参考文献：
[1]《港口工程地基规范》，人民交通出版社，JTS 147-1-2010
[2]《公路桥涵施工技术规范》，JTG/T F50-2011
[2]《钢结构设计手册》，中国建筑工业出版社，2004
【关键词】钻孔桩；薄壁内护筒；外护筒；施工技术
1、工程概况
澳门氹仔新码头扩建工程——基础施工项目主要工程量为钻孔灌注桩。钻孔灌注桩主要分为EM4和EM5两种类型，直径分别为1.0m和1.2m。
北面扩建区钻孔灌注桩EM4的桩长平均为38.5m，入岩深度要求为3.0m，共773根；EM5的平均长度为39.5m，入岩深度要求为3.6m，共190根。西面扩建区钻孔灌注桩均为EM4，平均桩长43.0m，入岩深度要求为3.0m，共266根。其中北面扩建区963根钻孔桩全部位于水上，西面扩建区166根位于水上，桩顶标高0.5m～0.8m不等。
2、水文、地质
施工区域与外海相连，受潮水影响，施工区域平均水深达到7m。根据地勘资料，由上至下土层分布为淤泥层，粘土层，中砂，残积土，全风化、强风化、微风化花岗岩。其中淤泥层厚度超过10m。
3、施工方案
钢护筒是钻孔桩施工必不可少的专用钢结构，有如下三个主要作用：一是作为钻具的初始导向和上部覆盖层中桩孔的支护结构；二是可以保持钻孔施工时孔内泥浆面标高（即孔内水头高度），以确保不塌孔；三是作为桩身混凝土浇筑时的模板。
钢护筒的板壁厚度可以根据薄壁钢结构的稳定和钢桩的锤击经验公式计算得出，一般为D/125 ～D/100（D为钢护筒直径）。护筒内径则是根据成桩的垂直度、钻具性能等确定，一般比桩身的设计直径大约20cm。本项目中直径1.0m和1.2m钻孔桩的钢护筒板厚分别为10mm和12mm，护筒内径分别为1.2m和1.4m。 水上钻孔桩施工需设置钢护筒以保证桩身从岩面延伸到水面以上。
根据本项目地质条件、潮水位及护筒内外水头差等条件，钢护筒顶面标高+3.1，护筒平均长度达到22m。如果采用常规方法设置水上钢护筒，成桩后护筒不能被取出，而桩基设计不考虑外护筒参与受力，很长一段外护筒只充当桩身混凝土模板，将耗费大量钢材。
为减少钢材消耗量，进而降低施工成本，针对项目特点经过仔细研究最终采用薄壁内护筒替代外护筒法施工水上钻孔灌注桩。利用壁厚较薄的内护筒代替较厚的外护筒作为桩身的永久模板，从而解放外护筒，使外护筒可以反复使用，同时减少混凝土浪费量，以达到降低施工成本的目的。
4、薄壁内护筒替代外护筒法施工技术
4.1 施工平台、设备
本工程桩位布置绝大部分为8m 8m布置。结合吊机起吊能力，单个平台承担4个桩位施工。根据桩位平面图及冲击钻外形尺寸确定钻孔平台尺寸，利用打入的Φ0.63m钢管桩作为平台的支撑。平台钢管桩的插打，由测量部门控制定位，利用浮吊安插施工，打桩设备采用BVP-300振动打桩锤。钢管桩安插完后安装下横梁及上层框架，在平台上焊接简易导向装置插打钢护筒，施工完毕的钢护筒可与平台连接成整体，以增加平台的刚度和稳定性。外护筒插打、拔除均采用BVP-600振动锤，浮吊配合施工。
4.2 薄壁内护筒替代外护筒法施工流程
薄壁内护筒替代外护筒法施工工艺流程为：水上平台桩插打→平台搭设→外护筒插打→钻机就位→终孔、清孔、验孔→薄壁内护筒安装→钢筋笼子安装→下导管二次清孔→水下混凝土灌注→外护筒拔除。
4.3 薄壁内护筒构造及制造
内护筒采用2.5mm钢板卷制而成，护筒内径与钻孔桩直径相同，以15.12m作为一个标准节段。为增加内护筒刚度，每3.8m左右设置一道加劲板条，与内护筒采用间断焊接，加劲板条采用板厚5mm，板宽50mm钢带卷制，设置于内护筒外侧。为便于起吊及施工现场节段间对接，内护筒两端设置加强箍，加强箍采用板厚10mm，板宽100mm钢带卷制而成，设置于内护筒外侧，与内护筒钢板采用间断焊。上下加强箍均设置4块打梢吊耳板，打梢吊耳板上开孔使之能穿卡环，对称布置。
打梢吊耳板的作用是便于定位、起吊；加强箍的作用增强内护筒刚度，同时是便于对接焊接。
内护筒结构及对接如下图所示：
4.4 薄壁内护筒安装
薄壁内护筒在钻孔桩终孔、清空、验孔结束后，钢筋笼安装前进行。根据本项目地质勘探，内护筒底口均已进入强风化花岗岩，且内护筒下放深度必须深于外护筒底口以下8m。薄壁内护筒顶标高低于外护筒30cm，避免影响拔除外护筒时振动锤夹持器的使用。
由于内护筒长度较长，受吊机起吊高度及运输船只船舱及内护筒刚度限制需分节下放。内护筒采用浮吊安装。采用大小钩同时起吊底节内护筒，待内护筒脱离船舱后大钩提升直至该节段护筒竖直，下放至已成孔中，将底节内护筒通过打梢吊耳板与外护筒顶口固定。以相同方法吊起第二节内护筒，与底节内护筒对接，对接时要保证两节护筒轴线重合。重复上述步骤，直到下放到至设计深度，并保证其位置准确、垂直度满足要求。
内护筒孔位处接长时，将上、下节内护筒底、顶口加强箍焊接连接，采用手工电弧焊。工地焊接环境要求：工地焊接环境应符合如下规定：风力<5级，温度≥5oC，湿度≤80%，雨天不能工地焊接。超出以上环境要求者，应采取措施，确保能保证焊缝质量时方可进行施焊。
薄壁内护筒下放到指定深度后采用4根钢筋悬挂在外护筒上口，吊筋采用直径12mm钢筋，沿圆周均布。吊筋上口弯曲悬挂后与外护筒外侧焊接。
4.5 外护筒拔除
薄壁内护筒安装完成后，吊装钢筋笼及声测管，二次清孔后采用导管法灌注钻孔桩水下混凝土。灌注完成后割除外护筒与平台、内护筒间联系，采用吊机配合BVP-600振动锤拔除外护筒。 外护筒拔除时间需严格控制，应在混凝土初凝前，不宜过早，亦不宜过晚。在混凝土灌注完成后2-3小时内拔除。拔除时间过早：混凝土尚能流动，由于土层受拔桩振动锤振动，将能量传递至钻孔桩，混凝土很容易从内护筒底流出，造成混凝土面下沉。拔除最晚时间不得超过外护筒底口处混凝土初凝时间，初凝后拔除会影响桩身混凝土结构，造成混凝土开裂，严重影响桩身质量；此外，因灌注混凝土时，外护筒与内护筒之间会流入一些混凝土，若拔除时间过晚，混凝土已经固结，钢护筒将难以拔出。
钢护筒拔除时，采用双夹持器震动锤，必须严格控制吊机钢丝绳垂直度，平稳的拔出。若因不平稳而碰撞到内护筒，会造成桩身倾斜，严重的会造成内护筒焊缝处开裂，混凝土迸出，形成断桩。
5、薄壁护筒替代外护筒法施工效果
无论何种施工方法，保证成桩质量是先决条件，经过专业第三方检测机构检测，所有钻孔桩均满足设计要求。
薄壁护筒钢板厚度为2.5mm，薄壁内护筒的重量远轻于外护筒，并且外护筒在灌注混凝土结束后可拔除，从而实现外护筒循环使用。本工程水中共计1129根钻孔灌注桩，如按常规方法施工，钢护筒平均长度约22m，承台底以上高度护筒切割回收长约3m，护筒内径为1.2m，壁厚为10mm，则无法回收的护筒钢材为6398t；而采用薄壁护筒法施工，薄壁护筒壁厚2.5mm，内径1.0m，无法回收长度27m，钢材消耗量为1883t。本项目中优化后的施工方法钢材消耗数量减少约5215t，经济效益显而易见。此外，在满足设计要求和桩基定位的前提下，薄壁内钢护筒替代外护筒法还相应地减少了6971m?混凝土，进一步降低施工成本。
6、结束语
薄壁内护筒替代外护筒法适用于钻孔桩数量较多，设计桩顶标高高出施工水位，而水深较深，流塑性淤泥层较厚，桩径小于1.4m的水上钻孔桩施工。桩径过大，内护筒直径大，刚度小，起吊易变形，且难以保证内护筒圆度；数量过少使用薄壁护筒经济效果并不显著。使用时需根据项目具体情况，结合地质、水文等条件，在充分经济比选论证的前提下合理使用。
薄壁内护筒替代外护筒法施工技术是在引进、消化吸收以往同类工程施工技术的同时，采用自制薄壁内护筒，降低了施工成本，创造了较高的经济效益，对国内外类似工程积累了重要的经验，具有重要的推广应用价值。
参考文献：
[1]《港口工程地基规范》，人民交通出版社，JTS 147-1-2010
[2]《公路桥涵施工技术规范》，JTG/T F50-2011
[2]《钢结构设计手册》，中国建筑工业出版社，2004