巴河特大橋石質(zhì)地層、深水鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)與應(yīng)用

錢(qián)光

一、工程概況

新建黃岡至黃梅鐵路（簡(jiǎn)稱(chēng)黃黃鐵路）位于湖北省黃岡市境內(nèi)，是設(shè)計(jì)時(shí)速為3 5 0 k m 的雙線(xiàn)高速鐵路。黃黃鐵路巴河特大橋全長(zhǎng)2389.88m，起止里程D K 0 9+8 6 1.0 6 ～D K 1 2+2 5 0.9 4，于DK09+870～DK10+520處跨越巴河，河流與線(xiàn)路夾角為90°，通航凈高10m，通航凈寬110m，通航最高水位H=24.81m，設(shè)計(jì)采用（44.5+108+2×200+108+44.5）m斜拉橋連續(xù)梁主跨上跨巴河，連續(xù)梁19～25#墩基礎(chǔ)為樁基，墩身為圓端形實(shí)體墩，具體參數(shù)如表1。

表1 墩身參數(shù)

二、鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.施工準(zhǔn)備

橋址處巴河河道寬約600m，其中20～23#墩位于河道內(nèi)，在橋的上游搭設(shè)8m寬的臨時(shí)鋼棧橋作為物流運(yùn)輸通道。20#墩位于河岸邊，利用旱季筑島填筑平臺(tái)施工樁基及承臺(tái)。根據(jù)施工安排，21～23#墩需在汛期施工基礎(chǔ)，下面以22#墩為例對(duì)鋼圍堰的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

經(jīng)調(diào)查了解，22#墩位置（DK10+214.6）處，河床標(biāo)高為9.0m，施工水位為23.2m，承臺(tái)底埋入河床面以下9.74m。施工水位時(shí)水深14.2m，河水平均流速3.34m/s。對(duì)22#墩位置處重新鉆孔驗(yàn)證地層分布并對(duì)土樣做試驗(yàn)，河床面以下地層分布見(jiàn)表2。

表2 河床面以下地層分布

2.鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本橋原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)支護(hù)措施為雙壁鋼圍堰，根據(jù)施工計(jì)劃安排，結(jié)合22#墩地質(zhì)特征、水文條件、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及作業(yè)習(xí)慣，選定采用鎖口鋼管樁圍堰進(jìn)行開(kāi)挖開(kāi)封作業(yè)。承臺(tái)處于巖層中約3.5m，根據(jù)鎖扣鋼管樁的打入能力，鎖扣鋼管樁無(wú)法打入強(qiáng)風(fēng)化片麻巖地層。為保證鎖扣鋼管樁圍堰的穩(wěn)定及止水需要，在鎖扣鋼管樁圍堰合攏后，利用施工平臺(tái)在鋼管樁內(nèi)打設(shè)錨固樁，把鋼管樁圍堰與巖層進(jìn)行錨固形成一個(gè)整體。

（1）鋼圍堰結(jié)構(gòu)受力設(shè)計(jì)參數(shù)選定

施工水位：按24m進(jìn)行受力計(jì)算，圍堰頂面標(biāo)高為25m，水流流速3.34m/s。

圍堰尺寸：鎖扣鋼管樁距承臺(tái)邊1.5m。

建筑材料：鋼管樁、鋼內(nèi)撐：Q235。

主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：鋼材和焊縫允許應(yīng)力按《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10091-2017）取用；總水平位移≤150mm。

設(shè)計(jì)荷載：結(jié)構(gòu)自重、靜水壓力、流水壓力荷載、土

壓力、風(fēng)荷載、漂流物撞擊荷載等。（2）鋼圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

采用邁達(dá)斯Midas GTS NX巖土軟件，按施工階段樁土相互作用進(jìn)行分析。

巖土采用二維平面應(yīng)變單元，摩爾-庫(kù)侖彈塑性本構(gòu)關(guān)系。鋼結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)采用線(xiàn)彈性本構(gòu)關(guān)系。內(nèi)撐采用彈簧單元，其剛度按內(nèi)撐實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算。樁土間設(shè)界面單元。模型范圍為100m×25m（長(zhǎng)×高）。

（3）圍堰構(gòu)造

按施工一道內(nèi)撐后抽水再施工另一道內(nèi)撐的實(shí)際施工順序建立模型，對(duì)鋼管樁、錨固樁、內(nèi)撐等圍堰各構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算均滿(mǎn)足要求，鎖扣鋼管樁圍堰的具體結(jié)構(gòu)為：

圍堰尺寸23.29m×23.29m，圍堰頂面標(biāo)高為25m。鎖扣鋼管樁采用φ219×10mm鋼管與半I32b工字鋼成180°（在圍堰拐角處為90°）焊接在φ820×14mm鋼管上，Φ820×14mm鋼管與φ219×10mm鋼管連接處左右各加一根10mm厚、5cm寬的扁鋼滿(mǎn)焊，在φ219×10mm鋼管上順直割一條1～1.5cm寬的縫。鎖扣構(gòu)造下圖所示。

鎖扣構(gòu)造圖（單位：mm）

圍堰設(shè)共6道圍檁及內(nèi)撐。圍檁采用雙拼H700×300型鋼，內(nèi)撐采用Ф820×14鋼管。錨固樁采用C35鋼筋混凝土，孔徑Ф700mm，上部深入鋼管內(nèi)≥4m，下部深入承臺(tái)底面以下2.0m。

三、鎖扣鋼管樁圍堰施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1.鎖扣鋼管樁圍堰施工流程

施工準(zhǔn)備→鋼棧橋及施工平臺(tái)搭設(shè)完成→鎖扣鋼管樁加工及插打→鎖扣鋼管樁圍堰合攏→錨固樁施工（止水帷幕）→施工平臺(tái)拆除→施作第1道圍檀及內(nèi)撐→抽水（開(kāi)挖）、施工作第2～6道圍檀及內(nèi)撐→基坑開(kāi)挖施工承臺(tái)、墩身→圍堰拆除。

2.施工注意事項(xiàng)

鎖扣鋼樁圍堰施工工藝已經(jīng)非常成熟，具體的施工過(guò)程不再一一贅述，針對(duì)本橋這種形式的鎖扣鋼管樁圍堰施工需注意的方面做以下提醒。

（1）鋼管樁、圍檁、內(nèi)撐等均需要進(jìn)行焊接，對(duì)全部焊縫進(jìn)行探傷檢測(cè)，保證焊接質(zhì)量。

（2）鋼管樁采用履帶吊及120T振動(dòng)錘插打，在插打時(shí)保證鋼管垂直度及圍堰的平面尺寸，如傾斜角度較大，給錨固樁施工加大難度。同時(shí)以鋼管樁插打直到無(wú)法打入時(shí)作為終止條件。

（3）因鋼管樁較高，旋挖鉆施工錨固樁時(shí)易發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，及時(shí)調(diào)整鉆桿角度，同時(shí)準(zhǔn)備好沖擊鉆作為備用。

（4）因存在砂層，鋼管樁底部與巖層存有縫隙，旋挖鉆施工時(shí)不斷有砂子進(jìn)入孔內(nèi)；可采取在鋼管樁內(nèi)及圍堰外側(cè)采用高壓旋噴注漿把砂層固結(jié)的解決措施。

（5）受巖層影響，鋼管樁無(wú)法打入承臺(tái)底，錨固樁施工完成后，鋼固樁之間存在縫隙，容易漏水。解決辦法是：錨固樁施工完成后，先對(duì)圍堰內(nèi)抽水驗(yàn)證圍堰止水效果，并檢查漏水位置，鎖扣內(nèi)填塞鋸末、粘土混合物止水。錨固樁間滲漏水，同解決漏砂方法一樣，在圍堰外側(cè)利用高壓旋噴樁注漿的方式止水，漿液采用水泥+水玻璃雙液漿。

（6）對(duì)鋼管樁圍堰的變形做好監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)受力及變形的觀(guān)測(cè)為施工安全提供保障。

四、結(jié)語(yǔ)

巴河特大橋21～23#墩全部采用鎖扣鋼管樁圍堰施工，目前已經(jīng)全部施工完成，未發(fā)生任何安全事故。鋼管樁圍堰利用錨固樁及高壓旋噴樁注漿方式止水效果較好，無(wú)明顯漏水點(diǎn)。鋼管樁圍堰同雙壁鋼圍堰相比施工工藝簡(jiǎn)單、施工周期短，費(fèi)用成本低，在類(lèi)似工程中可借鑒此種方法施工。

因巴河特大橋是季節(jié)性河流，枯水期時(shí)近乎斷流，圍堰拆除后錨固樁可以在枯水期進(jìn)行切除。當(dāng)水較深時(shí)，需進(jìn)行水下切除。