深水裸巖地質(zhì)鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)

田仲初 趙學(xué)磊

摘 要：以廣東省開春高速錦江特大橋水中承臺(tái)鎖口鋼管樁圍堰施工為依托，考慮深水裸巖地質(zhì)條件，提出一套鎖口鋼管樁施工工藝。利用軟件Midas civil對(duì)水中鋼管樁進(jìn)行有限元建模分析以指導(dǎo)施工，為相關(guān)工程提供可行性參考。

關(guān)鍵詞：鎖口鋼管樁;圍堰施工;深水裸巖;有限元建模

在橋梁水中承臺(tái)施工技術(shù)的推動(dòng)下，鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)不斷發(fā)展。自上世紀(jì)90年代在我國(guó)開始應(yīng)用于基坑臨時(shí)支護(hù)以來，憑借其成本低廉、施工方便、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)水域環(huán)境影響小以及鋼管樁可回收，鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)在我國(guó)橋梁承臺(tái)施工中獲得了廣泛運(yùn)用。

1工程概況

廣東省中山至陽春高速公路開平至陽春段錦江特大橋橋址區(qū)屬河谷平原地貌，地勢(shì)平坦，跨越錦江。橋梁全長(zhǎng)1020m，左、右幅橋跨組合為：23×20+5×50+20+（35+55+35）+8×20預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁、T梁。依據(jù)地勘資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)，錦江特大橋25#、26#墩自上而下分布卵石土、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，河床面無淤泥，卵石土層較薄，屬于情況較為特殊的裸巖河床，施工控制高位水取10年一遇水位為+8.2m，最大流速為1.5m/s，施工常水位為+5.0m。

2鎖口鋼管樁圍堰施工方案

鎖口形式采用O-C型結(jié)構(gòu)，鎖口樁主管為Q345材質(zhì)，樁長(zhǎng)15m，圍囹、內(nèi)支撐管及鎖口材質(zhì)為Q235鋼，鎖口和主管雙面滿焊，各類鋼管樁型號(hào)及結(jié)構(gòu)組成見圖1。圍堰結(jié)構(gòu)由鎖口鋼管樁、圍囹、內(nèi)支撐組成，內(nèi)支撐系統(tǒng)為兩層，圍囹?yàn)?I45a工鋼、內(nèi)支撐鋼管為φ630×8mm鋼管。鎖口鋼管樁平面布置見圖2。

3 工藝流程及施工要點(diǎn)

3.1? 工藝流程

拆除基樁施工鉆孔平臺(tái)→清理河床至指定標(biāo)高→安裝第一層內(nèi)支撐→插打鎖口鋼管樁→澆筑水下封底砼→安裝第二層內(nèi)支撐→承臺(tái)混凝土施工→拆除第二層內(nèi)支撐→拆除第一層內(nèi)支撐→拔出鋼管樁。

3.2? 施工要點(diǎn)

3.2.1鎖口鋼管樁準(zhǔn)備

圍堰的主鋼管樁由工廠一次生產(chǎn)成型，現(xiàn)場(chǎng)在定位胎具上將Φ820管樁和Φ152鋼管和Φ133鋼管焊成整體焊接時(shí)在胎具上將鋼管固定牢靠，采取對(duì)稱焊、分段退焊等措施以減少焊接變形，焊接前設(shè)置胎架等措施以保證管樁的平直度符合要求。鎖口管樁主管的下端采取貼焊鋼板補(bǔ)強(qiáng)，防止管樁在插打過程中下口變形。

3.2.2鋼管樁施打

（1）插打順序。圍堰鎖口鋼管樁首樁設(shè)置于圍堰大樁號(hào)側(cè)上游角部，首樁插打好后，從其兩側(cè)分別繞圍堰中心順、逆時(shí)針方向同時(shí)進(jìn)行插打施工，合攏口定于圍堰小樁號(hào)側(cè)下游角部。

（2）定位與垂直度。鋼管樁插打前在鎖口上涂抹黃油，采用駐位在輔助平臺(tái)上的70T履帶吊配合DZ-120振動(dòng)錘進(jìn)行插打。為確保定位準(zhǔn)確及垂直度控制，通過在圍囹上首根鋼管樁位置前后焊特制鋼導(dǎo)向架來保證首樁插打平面位置的準(zhǔn)確，如圖3所示，通過勁板與圍囹焊接固定作為兩側(cè)鋼管樁插打的導(dǎo)向。在插打過程中通過全站儀的持續(xù)觀測(cè)輔以吊機(jī)吊重進(jìn)行垂直度控制，確保管樁打入位置準(zhǔn)確及垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）合龍。選在角樁附近（一般離角樁4-5片），通過在圍堰導(dǎo)梁上按鋼管樁組實(shí)際寬度畫出各組鋼管樁的位置，使寬度誤差分散，保證圍堰周邊能為鋼管樁數(shù)所均分從而實(shí)現(xiàn)順利合龍。插樁時(shí)，調(diào)整鋼管樁位置，使誤差不大于15mm。仍無法合龍時(shí)，則根據(jù)合龍口的實(shí)際尺寸采取制造異形鋼管樁解決，但異形鋼管樁上下寬度之差不超過樁長(zhǎng)的2%。

3.2.3圍堰止水

C-O型鎖口鋼管樁鎖口的陰、陽頭管的間隙有限，在鎖口樁振設(shè)時(shí)兩者中間的黃油，起到了塞縫作用。同拉森鋼板樁圍堰一樣，鎖口鋼管樁的封水效果是圍堰施工成功的關(guān)鍵。對(duì)于施工過程中出現(xiàn)的局部漏水，將鋸末屑摻少量粉細(xì)砂的混合物順著外側(cè)鎖口處溜入水中，在滲漏水流吸力的作用下將混合物吸入縫隙中，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)堵漏效果較好，鎖口鋼管樁圍堰實(shí)景見圖4。對(duì)于一些變形較大的接縫，則用土工布填塞或木楔楔緊。對(duì)于出現(xiàn)的局部較大滲漏，在采用上述兩種方案均未能有效解決后，在漏水部位鎖口樁的外側(cè)通過貼磁性防水橡膠條的方法予以封堵，實(shí)際效果良好。

3.2.4鋼管樁拔除

拔樁前自下而上拆除圍囹和內(nèi)支撐，先拆除下層支撐，將水灌入第一層，再拆除上層支撐，待圍堰內(nèi)外水位一致后拔除鋼管樁。在承臺(tái)上搭接承重梁，構(gòu)建臨時(shí)輔助平臺(tái)，采取振動(dòng)錘拔樁的方法。

3.2.5施工監(jiān)測(cè)

為保證基坑和施工人員的安全，及早發(fā)現(xiàn)、跟蹤和掌握可能出現(xiàn)的各不利狀況，合理安排各工序，現(xiàn)場(chǎng)采用的施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及手段主要有：利用全站儀監(jiān)測(cè)鎖口鋼管樁樁頂和圍囹的水平位移;樁表面貼應(yīng)變片監(jiān)測(cè)樁身應(yīng)變;安裝軸力計(jì)監(jiān)測(cè)支撐軸力;設(shè)水位標(biāo)尺線，定期量測(cè)圍堰內(nèi)外水位高度。

3.2.6樁入土深度

鎖口鋼管樁振沉?xí)r，若有連續(xù)超過3m長(zhǎng)度范圍的鋼管樁樁底標(biāo)高高于設(shè)計(jì)底標(biāo)高的，需要進(jìn)行加固處理，處理的高度范圍和方式：

（1）樁底往上、下各2m范圍，植樁樁徑為70cm，內(nèi)設(shè)鋼筋籠，并澆筑C25砼;

（2）鋼筋籠主筋采用φ16鋼筋，箍筋采用φ8鋼筋，主筋長(zhǎng)度暫定4m;

（3）主筋接長(zhǎng)采用雙面焊接，箍筋接長(zhǎng)可用綁扎;

（4）清孔后進(jìn)行孔內(nèi)砼澆筑以保證砼質(zhì)量。

4 仿真模型驗(yàn)算

利用Midas civil有限元軟件對(duì)鋼管樁圍堰整體建立仿真模型，考慮圍堰自重、水壓力、水流力和土壓力等荷載，施工階段分為：

（1）清理基底至封底砼標(biāo)高，插打鎖口鋼管樁，安裝完第一層內(nèi)支撐后，澆筑封底混凝土;

（2）外側(cè)水位+8.2m，封底砼等強(qiáng)后，抽水至第二層內(nèi)支撐標(biāo)高以下0.7m;

（3）外側(cè)水位+8.2m，安裝第二層內(nèi)支撐后，抽水至封底砼頂面。

對(duì)鎖口鋼管樁圍堰整體建模見圖5，鋼管樁有效應(yīng)力如圖6所示，仿真模型計(jì)算結(jié)果見表1。

5 施工效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)比雙壁鋼圍堰和鎖口鋼管樁圍堰成本：雙壁鋼圍堰材料及工費(fèi)大約9000元/t×360t=324萬元，材料回收20萬元左右;鎖口鋼管樁圍堰材料及工費(fèi)大約5600元/t×175t=98萬元，材料基本全部回收，鎖口鋼管樁圍堰施工經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5.2 工期效益

錦江特大橋水中承臺(tái)采用鎖口鋼管樁圍堰施工總工期合計(jì)51天，其中左幅承臺(tái)43天，右幅承臺(tái)37天，有效保證了水中墩的整體工期，同時(shí)避免了與錦江魚類繁殖的時(shí)間沖突。

5.3 技術(shù)效益

鎖口鋼管樁圍堰施工在錦江特大橋水中承臺(tái)的應(yīng)用，為深水淺覆蓋基礎(chǔ)地質(zhì)條件下圍堰施工工藝提供了理論支持、技術(shù)保障和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

5.4 環(huán)保效益

針對(duì)跨越的錦江流域，鎖口鋼管樁施工全過程對(duì)大氣環(huán)境、水環(huán)境和地面環(huán)境進(jìn)行有效保護(hù)措施，最大限度地保證了生態(tài)環(huán)境不受影響，環(huán)保效益顯著。

6 結(jié)論與討論

（1）在深水淺覆蓋地質(zhì)條件下，錦江特大橋25#承臺(tái)施工采用鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)，在工期內(nèi)，有效完成既定目標(biāo)，形成針對(duì)深水裸巖地質(zhì)下一套完整的圍堰施工工藝，同時(shí)對(duì)類似工程有一定參考價(jià)值;

（2）在施工過程中，樁的垂直度、入土深度、鎖口防滲漏以及現(xiàn)場(chǎng)有效施工監(jiān)測(cè)，都是鎖口鋼管樁圍堰施工控制的重點(diǎn)環(huán)節(jié);

（3）施工效果證明，在經(jīng)濟(jì)、工期、技術(shù)和環(huán)保方面，鎖口鋼管樁圍堰施工效率高、實(shí)踐性好、針對(duì)性強(qiáng)、各方面效益顯著;

（4）需進(jìn)一步研究的方向主要集中于更深基坑方向的推廣，基底穩(wěn)定性的深入研究，鎖口強(qiáng)度和防滲漏措施隨樁長(zhǎng)加大的保證措施等。

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