鎖口鋼管樁圍堰在城市水中橋梁的應(yīng)用

張志欣(中鐵大橋局第七工程有限公司,湖北武漢430056）

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鎖口鋼管樁圍堰在城市水中橋梁的應(yīng)用

張志欣
(中鐵大橋局第七工程有限公司,湖北武漢430056）

摘要：本文通過對武漢藏龍二橋基礎(chǔ)施工，從方案比選、圍堰插打、基礎(chǔ)施工等方面介紹了鎖口鋼管樁圍堰在城市橋梁中的應(yīng)用，本項(xiàng)目鎖口鋼管樁的成功施工實(shí)踐，為今后在同類工程中的推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鎖口鋼管樁圍堰;施工;推廣應(yīng)用

工程概況及地質(zhì)情況

武漢藏龍二橋位于江夏區(qū)藏龍島，橫跨湯遜湖湖汊。藏龍二橋全長744.5m，橋梁分左右兩幅。主橋?yàn)?#墩~11#墩，位于湯遜湖水中，基礎(chǔ)均采用11根φ1.2m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，呈梅花形布置，順橋向3排；承臺(tái)為矩形承臺(tái)，單幅承臺(tái)尺寸均為11.2m× 7.4m×3m?？睖y期間測得湖水位標(biāo)高18.60m，歷史最高水位22.19m。

地質(zhì)資料顯示主墩處地質(zhì)情況依次為：淤泥、粘土、含角礫粘土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

1圍堰方案選擇

1.1圍堰形式選擇

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，結(jié)合水文地質(zhì)條件及水中承臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)、工期等來進(jìn)行圍堰形式的選擇。藏龍二橋是區(qū)重點(diǎn)工程，水上主墩施工是整座橋梁的控制工程，基礎(chǔ)施工速度直接影響到上部現(xiàn)澆箱梁的施工進(jìn)度，工程量大，工期緊張，要求樁基及承臺(tái)的施工要在保證安全、質(zhì)量的前提下，達(dá)到最短的工期。將鋼板樁圍堰與鎖口鋼管樁圍堰進(jìn)行比選：

鋼板樁圍堰：整體剛度小，容易變形。由于內(nèi)支撐數(shù)量多，影響承臺(tái)基坑的開挖及鋼筋綁扎，給施工造成了很大的困難，不利于施工。由于墩位處不同位置地質(zhì)情況差異較大，對地質(zhì)較硬墩位采用鋼板樁圍堰入土深度達(dá)不到要求，且施工復(fù)雜，安全系數(shù)低。插打過程容易造成鋼板樁變形，材料損耗大。

鎖扣鋼管樁圍堰：加工制作簡單快速，整體剛度大，不易變形，長度靈活選用。因內(nèi)支撐少，圍堰內(nèi)施工空間大，可加縮短施工周期。設(shè)備式投入，可重復(fù)利用，材料回收利用率高，且根據(jù)地質(zhì)情況可適當(dāng)接長或截短，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)效果明顯。

經(jīng)過比較分析，鎖口鋼管樁圍堰剛度大、安全程度高，地質(zhì)情況適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)可行性強(qiáng)、施工周期短、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，考慮藏龍二橋?qū)嶋H地質(zhì)情況及工期，決定采用鎖口鋼管樁圍堰。

1.2鎖口形式的選擇

鋼管樁的連接形式是設(shè)計(jì)中的重要步驟，既要考慮到施工方便，保證插打過程中定位的準(zhǔn)確性，還要考慮到節(jié)約成本和止水效果，更重要的是剛度夠大，不易變形，減少倒用過程中的維修。我們把工程中常用鎖口形式進(jìn)行了比較。

C-T型鎖口：便于插打嵌合，各管樁之間鏈接牢固，鎖口空隙大，便于填充止水材料。但是插打過程不能準(zhǔn)確定位，不利于圍堰合攏。

C-O型鎖口：節(jié)省材料，增大鎖口空間，利于填充止水材料。鎖口強(qiáng)度小，插打過程中鎖口部位容易破壞，鎖口之間活動(dòng)量小，不便于各管樁之間的微調(diào)，不利于合攏

考慮快速施工，圍堰可多次倒用次數(shù)等原因，結(jié)合以上兩種鎖口形式的優(yōu)缺點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)了一種L-T型鎖口。該鎖口剛度較大，定位性好，利于插打和圍堰合攏，且可多次倒用不易破壞。

2鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)及檢算

2.1鎖口鋼管樁設(shè)計(jì)

圍堰按單幅設(shè)置，鎖口鋼管樁與承臺(tái)凈距83cm，距離圍堰頂50cm設(shè)置一道內(nèi)支撐，承臺(tái)內(nèi)支撐采用單根H588型鋼。鎖口鋼管樁采用φ630*10mm螺旋鋼管和角鋼制作，每根樁長10.5m，樁底部50cm范圍內(nèi)設(shè)置防水鎖口。

2.2鎖口鋼管樁圍堰檢算

2.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

鋼管樁總長度為10.5m，清淤后實(shí)際入土深度為2.966m，粘土層為不透水，計(jì)算時(shí)取飽和容重20kN/m3，鋼管樁入土深度范圍內(nèi)土層加權(quán)平均等效內(nèi)摩擦角為19.5°。

被動(dòng)土壓力系數(shù)：kp= tg2(45o+ 19.5o/ 2)= 2.0

主動(dòng)土壓力系數(shù)：ka= tg2(45o- 19.5o/ 2)= 0.499

2.2.2計(jì)算工況

工況一：內(nèi)支撐已安裝，吸泥完成，準(zhǔn)備打墊層混凝土；

工況二：墊層混凝土施工完成，安裝內(nèi)支撐撐桿，抽干圍堰內(nèi)積水，準(zhǔn)備施工承臺(tái)；

工況三：承臺(tái)施工完成，向圍堰內(nèi)灌水至承臺(tái)下20cm處，拆除內(nèi)支撐撐桿，準(zhǔn)備施工墩身。

2.2.3鋼管樁計(jì)算

2.2.3.1鋼管樁入土深度計(jì)算

按工況一計(jì)算鋼管樁入土深度，其它工況不控制入土深度。按下端為簡支的自由支撐法檢算鋼管樁入土深度是否滿足要求，1根鋼管樁承受0.75m范圍內(nèi)的土壓力和水壓力。

A、當(dāng)圍堰外為主動(dòng)土壓力，圍堰內(nèi)為被動(dòng)土壓力時(shí)

圍堰外側(cè)壓力、內(nèi)側(cè)壓力對鋼管樁繞內(nèi)支撐點(diǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩分別為：

圍堰內(nèi)側(cè)土、水壓力抵抗鋼管樁轉(zhuǎn)動(dòng)的安全系數(shù)為2.53，入土深度滿足要求。

B、當(dāng)圍堰外為被動(dòng)土壓力，圍堰內(nèi)為主動(dòng)土壓力時(shí)

圍堰外側(cè)壓力、內(nèi)側(cè)壓力對鋼管樁繞內(nèi)支撐點(diǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩分別為：

圍堰外側(cè)土、水壓力抵抗鋼管樁轉(zhuǎn)動(dòng)的安全系數(shù)為3.78，入土深度滿足要求。

由上述計(jì)算可知，當(dāng)圍堰內(nèi)清淤完成，圍堰在內(nèi)外水土壓力作用下的穩(wěn)定性滿足要求。

2.2.3.2鋼管樁強(qiáng)度計(jì)算

在工況一中，鋼管樁內(nèi)外壓力基本平衡，其強(qiáng)度不受此工況控制，故僅計(jì)算在工況二、工況三作用時(shí)的鋼管樁強(qiáng)度，此時(shí)圍堰外側(cè)為主動(dòng)土壓力，假定鋼管樁在墊層混凝土頂面往下0.5m處鉸接，內(nèi)支撐為只受壓支座。

用Midas建立單根鋼管樁計(jì)算模型，計(jì)算單根鋼管樁在工況二和工況三作用時(shí)的彎矩和內(nèi)支撐反力，計(jì)算結(jié)果如下表：

表1鋼管樁彎矩和內(nèi)支撐反力

鋼管樁最大彎曲正應(yīng)力為：

鋼管樁受力滿足要求。

3鎖口鋼管樁圍堰的施工及應(yīng)用

3.1施工工藝流程

施工主要流程如下：施工準(zhǔn)備→插打定位樁→安裝圈梁→打入鎖口鋼管樁→搭設(shè)鉆孔平臺(tái)→插打鋼護(hù)筒→鉆孔樁施工→拆除鉆孔平臺(tái)→基坑帶水開挖→混凝土封底→設(shè)置頂部橫撐→圍堰抽水→安裝第二道圈梁→圍堰止水堵漏→鑿除樁頭→施工承臺(tái)→施工第一節(jié)墩柱→施工第二節(jié)墩柱→拆除圍堰。

3.2圍堰施工

鋼管樁圍堰施工主要采用75t履帶吊機(jī)配合DZJ90振動(dòng)錘進(jìn)行插打。

圍堰施工前，先插打4根鋼管樁作為定位樁，將圈梁固定在定位樁上作為圍堰施工的導(dǎo)向；插打緊挨角樁的一根普通樁，然后依次將剩余普通樁及角樁插打到合攏。首根鋼管樁的垂直度影響到整個(gè)圍堰其他鋼管樁的垂直度，其打入時(shí)要緩慢些，打入到2/3設(shè)計(jì)深度時(shí)，檢查樁身的傾斜度是否超過樁長的0.2%，如滿足要求則繼續(xù)開啟振動(dòng)錘沉樁；否則拔出重打。其他鋼管樁每插打10根做一次檢查，保證樁身的傾斜度不超過樁長的0.2%。

3.3樁基施工

圍堰施工完畢，在圍堰上接長作為鉆孔平臺(tái)的基礎(chǔ)樁，鋪設(shè)分配梁及貝雷片及型鋼，搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，鉆孔平臺(tái)可同時(shí)進(jìn)行三根樁基的鉆孔工作。

同時(shí)將圍堰作為鉆孔施工過程中的泥漿池，在圍堰內(nèi)進(jìn)行造漿及泥漿循環(huán)，既解決了水上施工泥漿排放問題，又減少了制作泥漿箱的費(fèi)用，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。通過實(shí)踐，在圍堰內(nèi)進(jìn)行泥漿循環(huán)基本滿足鉆孔施工的要求。

3.4關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

鋼管樁定位合攏。圍堰施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①定位樁及導(dǎo)向圈梁的位置要準(zhǔn)確，先進(jìn)行緊挨角樁的管樁插打，并緊貼定位圈梁依次插打；②管樁插打過程中要隨時(shí)監(jiān)測，確保插打定位準(zhǔn)確并保證垂直度，插打時(shí)出現(xiàn)偏樁，及時(shí)拔除重新定位。③在鎖扣鋼管樁即將合攏的時(shí)候要將最后合攏的鋼管樁一起先安裝到預(yù)先設(shè)計(jì)的位置，再依次插打到位。

止水堵漏。作為承臺(tái)施工的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，圍堰止水是最重要的一項(xiàng)工作。鎖口能否止水是圍堰成敗的關(guān)鍵之一，為確保圍堰鎖口能夠止水，須做到：角鋼、T鋼和鋼管的焊縫要飽滿，保證焊接質(zhì)量。在漏水部位還要進(jìn)行堵漏處理，由于湯遜湖河床有2m多厚的淤泥層，經(jīng)過調(diào)查及實(shí)踐，我們采用了工地常用的養(yǎng)護(hù)毯等材料進(jìn)行鎖口位置的封堵，在漏水部位用長鋼筋將養(yǎng)護(hù)毯填塞到鎖口內(nèi)，可以穿過淤泥層，達(dá)到了止水的效果。

4結(jié)語

通過對施工圍堰方案的比選及鎖口鋼管樁的設(shè)計(jì)施工和應(yīng)用，解決了藏龍二橋工程主橋基礎(chǔ)施工中由于地質(zhì)局限而產(chǎn)生的基坑支護(hù)問題鎖口鋼管樁剛度大，強(qiáng)度高，可保證施工質(zhì)量，確保安全，因其損耗小，可多次倒用，也降低了工程造價(jià)。采用先圍堰后平臺(tái)的形式縮短了施工周期，確保了工程的順利進(jìn)行，在今后的城市水中橋梁中的應(yīng)用有一定的借鑒意義。

DOI編碼：10.13646/j.cnki.42-1395/u.2016.01.023

中圖分類號(hào)：615.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006－7973（2016）01－0069－02