寒冷地区桥梁桩基永久钢护筒的应用

桥梁工程中为了体现基础部分在实际应用中的重要性，在工程分部分项划分中将基础部分作为一个单独的分项进行了归类，而在实际应用中按照制桩方法、所处位置、受力特点、使用功能、截面形状、桩长方向的不同，又将桩基础进行了详细分类；随着高速公路施工技术的不断更新，现在的工程设计已经能够做到根据不同地区的气候、水文、地层、地质等特点进行创新设计和优化设计，以达到增加基础使用寿命、增强基础承压能力和结构耐久性的目的，对于寒冷地区的桥梁基础，在传统混凝土桩基础的施工工艺上增加永久钢护筒已经成为抵御冻融循环、减少砂石撞击和水流冲刷的新技术、新工艺。

桥梁基础按照制桩方法可以分为灌注桩基础和预制桩基础两种，两者的区别在于灌注桩基础是在桥梁基础位置进行的钢筋混凝土现浇结构，这种施工工艺的优点是可以使基础与土体的接触更密切，现场浇筑的混凝土可以充分地的填补孔壁在施工过程中出现的异形、孔洞、岩石破损等不利状况，可以在有水的地质状况下成孔，也可以在无水的地质状况下成孔，同时桩基础的桩长和桩径受施工工艺的限制较小，现浇工艺成桩的基础承载力和整体性更好，适合地质条件复杂、桩径较大、桩基较深的桥梁基础；预制桩基础是在加工厂内按照设计的桩长和桩径等进行成品或半成品的预制加工，将预制桩基础运送至施工现场后采用静压、振动或锤击等方式进行成桩，这种施工工艺的优点有节省桩基础的施工周期、节约桩基础的施工用地、增加机械化投入占比等，但是受预制桩基础施工工艺和施工设备的限制，预制桩基础在生产和施工时桩长和桩径不宜过大，且对于需要接长的桩基础，由于对接施工工艺的原因，桩身的完整性不能得到保证，所以在目前的桥梁基础设计中，通常选择灌注桩基础作为桥梁基础。

灌注桩基础通常采用冲击钻机、旋挖钻机、正反循环钻机等施工机械进行成孔施工，由于地层岩层分布深度的不同，为了稳固孔口地面，需要在桩基础位置安装临时钢护筒将孔内与孔外进行隔离，一直到灌注桩基础混凝土浇筑完成约 ¹ 小时后将临时钢护筒拔出，拔出后的桩基础混凝土与土体直接接触，后续施工桥梁墩柱时将桩基础超灌部分凿除即可。

混凝土在灌注桩基础中主要起到抗压、抗折、填充和保护钢筋等作用，钢筋笼以外的混凝土是灌注桩基础最外层的保护结构，钢筋保护层一旦破坏将大大降低桩基础的安全等级和使用寿命，对混凝土结构来说，而在使用期间可以对其造成破坏的因素有很多，比如砂石撞击、冻融循环、河水冲刷、盐渍土侵蚀等，各种因素的持续作用可以使混凝土结构遭到破坏，不仅可以降低混凝土自身的承压能力，也会间接性地使内部钢筋受到影响。

寒冷地区灌注桩基础受到的破坏因素主要有河水冲刷、砂石撞击和冻融循环等，砂石撞击可以直接破坏混凝土的外层结构，使外层混凝土出现破碎、裂缝、缺失等，甚至长时间的砂石撞击可以彻底将钢筋保护层清除，使桩基础内部钢筋彻底暴露，暴露出来的钢筋受空气和河水的侵蚀会出现氧化、锈蚀等现象，将直接影响桩基础的结构受力；冻融循环是寒冷地区独有的气候特点，混凝土在受到冻融影响后内部结构会发生变化，导致混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量、变形特征等基本力学性能和变形性能降低，同时混凝土中的孔隙率增大，微观裂缝不断扩大，密度和强度下降，韧性和抗裂性能降低，还可以使混凝土结构中的砂石骨料出现剥落等，直接影响灌注桩基础的使用性能和承载能力；河水冲刷对混凝土结构的破坏虽然不像砂石撞击和冻融循环那样直接，但长时间的作用也可以使混凝土外表面出现变形和缺失，甚至渗透进混凝土结构内部，锈蚀灌注桩基础的钢筋，降低钢筋结构的承载能力和耐久性。

为了增加灌注桩基础在寒冷地区的结构性能和使用年限，在进行灌注桩基础设计时在其桩顶位置增加一节永久钢护筒，永久钢护筒设计长度根据桩基础所在位置的地质地层、河水流速、砂石含量等确定，使用材质一般为普通碳素结构钢、低合金高强度钢、不锈钢等，钢护筒设计直径与灌注桩基础尺寸相同，便于永久钢护筒的安装和混凝土的浇筑。

永久钢护筒在进行设计时，要充分考虑施工条件、地形地貌、防腐耐久、经济合理等实际情况，既要达到增加灌注桩基础结构安全和使用期限的目的，也要满足工程造价和施工便捷的综合要求，为了使永久钢护筒的结构尺寸、焊接质量、内外直径符合设计和规范要求，在进行钢护筒的采购时尽量选择厂内加工的成品或半成品，特殊情况或材料运输、结构尺寸不能满足时可以选择现场加工制作，现场加工制作时要求配备专用的加工模具和机械设备，并对负责永久钢护筒加工制作的技术人员和操作人员进行详细的交底和培训，要求负责管理的技术人员熟悉设计图纸和验收标准，负责生产的操作人员明确结构尺寸和质量要求。

永久钢护筒施工前相关技术人员和管理人员要认真审核设计文件，审核的主要任务是复核钢护筒设计结构的断面尺寸、材料数量、规格型号、材质等级等，发现问题后及时与建设单位和设计单位进行沟通，并留存数据验算过程和对比结果，待设计单位给出处理意见后按照最新设计成果开展后续工作。

由于寒冷地区与其他地区的气候、地质、水文等自然状况的差异性较大，所以在进行灌注桩基础设计时应针对不同的自然环境进行优化设计，例如：当灌注桩基础位于山岭地区或水流湍急地带时，由于水流中的砂石含量较大且易发生滑坡等自然灾害，因此在设计永久钢护筒时可以采取加大壁厚和提高钢护筒标高的设计方式；当灌注桩基础位于冻土深度较大或冰冻时间较长的地区，由于寒冬期的时间较长和冬期温度较低，对混凝土的影响较大，因此在设计永久钢护筒时可以采取加大壁厚和加深筒长的设计方式等等；寒冷地区根据地理位置和山川地形的不同，产生的地质条件和气候条件也有所不同，因此能够对灌注桩基础造成影响的因素也各有差异，为了消除或减少由于地形地质和气候温度对灌注桩基础的不利影响，在工程设计阶段可以根据实际情况，从永久钢护筒的结构尺寸、材料厚度、材质型号等方面着手进行优化设计，将永久钢护筒的实际作用发挥到最大。

为了确保永久钢护筒结构在灌注桩基础施工中能够顺利地安装和固定，并且在桩基础施工完成后可以正常使用，施工前应根据设计文件中的具体要求收集和整理相关施工规范和管理文件，查阅相同或相似建设项目的施工组织设计、施工技术方案和施工技术总结报告等技术资料，结合本项目的设计的具体要求制定具有实施性的施工工艺流程，要求施工工艺中应有能够保证永久钢护筒安装位置和高程准确的方法和措施。

为了使永久钢护筒与灌注桩基础的钢筋笼之间的相对位置不受起重吊装、导管安拆和混凝土浇筑等影响，永久钢护筒与钢筋笼之间应该采用硬性连接的方式进行固定，以确保永久钢护筒与钢筋笼的间距始终保持一致；施工现场具备条件时，钢筋笼与永久钢护筒的连接可以在起吊安装前进行，固定稳妥后进行整体安装，采用这种方式的优点是施工的安全性较高，避免了孔口焊接固定的诸多危险因素，同时永久钢护筒长度无论多少都可以一次性安装，不需要接长时的焊接工序，可以提高施工质量和加快施工进度；施工现场不具备条件时，钢筋笼与永久钢护筒可以在孔口吊装时进行固定，采用这种方式的优点是节省施工空间和设备投入，当永久钢护筒需要进行分节安装和分节固定时，现场所需起重吊装设备的最大起重量不需要太大，所以设备的可选择性较多；对于需要接长的永久钢护筒，焊接前应将焊接坡口边缘进行仔细打磨，并清除坡口范围内的焊渣、铁锈等杂物，将两节钢护筒对准固定后进行焊接，焊接完成后需要等待焊接缝自然冷却，然后组织检测人员对焊缝逐一进行质量检查，确保永久钢护筒的整体性和耐久性。

结语

寒冷地区的灌注桩基础受到的破坏因素较其他地区来说更多，持续的不利因素对灌注桩基础的使用年限和结构安全都有较大的影响，桩基础受到破坏后的养护难度大、维修费用高，在进行灌注桩基础设计时加设一节永久钢护筒结构，为桩基础的混凝土增加一道刚性保护层，可以减少砂石撞击、冻融循环和河水冲刷等自然因素对混凝土的影响，增加桩基础的安全性和耐久性，为桥梁工程打造更坚实的基础。

参考文献：

[1]《公路桥梁施工技术规范》JTG/T 3650-2020.

[2]《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》JTG/T 3310-2019.