田仲初 赵学磊

摘 要：以广东省开春高速锦江特大桥水中承台锁口钢管桩围堰施工为依托，考虑深水裸岩地质条件，提出一套锁口钢管桩施工工艺。利用软件Midas civil对水中钢管桩进行有限元建模分析以指导施工，为相关工程提供可行性参考。

关键词：锁口钢管桩;围堰施工;深水裸岩;有限元建模

在桥梁水中承台施工技术的推动下，锁口钢管桩围堰施工技术不断发展。自上世纪90年代在我国开始应用于基坑临时支护以来，凭借其成本低廉、施工方便、刚度大等优点，同时对水域环境影响小以及钢管桩可回收，锁口钢管桩围堰施工技术在我国桥梁承台施工中获得了广泛运用。

1工程概况

广东省中山至阳春高速公路开平至阳春段锦江特大桥桥址区属河谷平原地貌，地势平坦，跨越锦江。桥梁全长1020m，左、右幅桥跨组合为：23×20+5×50+20+（35+55+35）+8×20预应力混凝土连续刚构+装配式预应力混凝土小箱梁、T梁。依据地勘资料及现场实际勘测，锦江特大桥25#、26#墩自上而下分布卵石土、强风化砂岩、中风化砂岩、强风化泥质砂岩，河床面无淤泥，卵石土层较薄，属于情况较为特殊的裸岩河床，施工控制高位水取10年一遇水位为+8.2m，最大流速为1.5m/s，施工常水位为+5.0m。

2锁口钢管桩围堰施工方案

锁口形式采用O-C型结构，锁口桩主管为Q345材质，桩长15m，围囹、内支撑管及锁口材质为Q235钢，锁口和主管双面满焊，各类钢管桩型号及结构组成见图1。围堰结构由锁口钢管桩、围囹、内支撑组成，内支撑系统为两层，围囹为2I45a工钢、内支撑钢管为φ630×8mm钢管。锁口钢管桩平面布置见图2。

3 工艺流程及施工要点

3.1  工艺流程

拆除基桩施工钻孔平台→清理河床至指定标高→安装第一层内支撑→插打锁口钢管桩→浇筑水下封底砼→安装第二层内支撑→承台混凝土施工→拆除第二层内支撑→拆除第一层内支撑→拔出钢管桩。

3.2  施工要点

3.2.1锁口钢管桩准备

围堰的主钢管桩由工厂一次生产成型，现场在定位胎具上将Φ820管桩和Φ152钢管和Φ133钢管焊成整体焊接时在胎具上将钢管固定牢靠，采取对称焊、分段退焊等措施以减少焊接变形，焊接前设置胎架等措施以保证管桩的平直度符合要求。锁口管桩主管的下端采取贴焊钢板补强，防止管桩在插打过程中下口变形。

3.2.2钢管桩施打

（1）插打顺序。围堰锁口钢管桩首桩设置于围堰大桩号侧上游角部，首桩插打好后，从其两侧分别绕围堰中心顺、逆时针方向同时进行插打施工，合拢口定于围堰小桩号侧下游角部。

（2）定位与垂直度。钢管桩插打前在锁口上涂抹黄油，采用驻位在辅助平台上的70T履带吊配合DZ-120振动锤进行插打。为确保定位准确及垂直度控制，通过在围囹上首根钢管桩位置前后焊特制钢导向架来保证首桩插打平面位置的准确，如图3所示，通过劲板与围囹焊接固定作为两侧钢管桩插打的导向。在插打过程中通过全站仪的持续观测辅以吊机吊重进行垂直度控制，确保管桩打入位置准确及垂直度满足设计要求。

（3）合龙。选在角桩附近（一般离角桩4-5片），通过在围堰导梁上按钢管桩组实际宽度画出各组鋼管桩的位置，使宽度误差分散，保证围堰周边能为钢管桩数所均分从而实现顺利合龙。插桩时，调整钢管桩位置，使误差不大于15mm。仍无法合龙时，则根据合龙口的实际尺寸采取制造异形钢管桩解决，但异形钢管桩上下宽度之差不超过桩长的2%。

3.2.3围堰止水

C-O型锁口钢管桩锁口的阴、阳头管的间隙有限，在锁口桩振设时两者中间的黄油，起到了塞缝作用。同拉森钢板桩围堰一样，锁口钢管桩的封水效果是围堰施工成功的关键。对于施工过程中出现的局部漏水，将锯末屑掺少量粉细砂的混合物顺着外侧锁口处溜入水中，在渗漏水流吸力的作用下将混合物吸入缝隙中，实际现场堵漏效果较好，锁口钢管桩围堰实景见图4。对于一些变形较大的接缝，则用土工布填塞或木楔楔紧。对于出现的局部较大渗漏，在采用上述两种方案均未能有效解决后，在漏水部位锁口桩的外侧通过贴磁性防水橡胶条的方法予以封堵，实际效果良好。

3.2.4钢管桩拔除

拔桩前自下而上拆除围囹和内支撑，先拆除下层支撑，将水灌入第一层，再拆除上层支撑，待围堰内外水位一致后拔除钢管桩。在承台上搭接承重梁，构建临时辅助平台，采取振动锤拔桩的方法。

3.2.5施工监测

为保证基坑和施工人员的安全，及早发现、跟踪和掌握可能出现的各不利状况，合理安排各工序，现场采用的施工监测项目及手段主要有：利用全站仪监测锁口钢管桩桩顶和围囹的水平位移;桩表面贴应变片监测桩身应变;安装轴力计监测支撑轴力;设水位标尺线，定期量测围堰内外水位高度。

3.2.6桩入土深度

锁口钢管桩振沉时，若有连续超过3m长度范围的钢管桩桩底标高高于设计底标高的，需要进行加固处理，处理的高度范围和方式：

（1）桩底往上、下各2m范围，植桩桩径为70cm，内设钢筋笼，并浇筑C25砼;

（2）钢筋笼主筋采用φ16钢筋，箍筋采用φ8钢筋，主筋长度暂定4m;

（3）主筋接长采用双面焊接，箍筋接长可用绑扎;

（4）清孔后进行孔内砼浇筑以保证砼质量。

4 仿真模型验算

利用Midas civil有限元软件对钢管桩围堰整体建立仿真模型，考虑围堰自重、水压力、水流力和土压力等荷载，施工阶段分为：

（1）清理基底至封底砼标高，插打锁口钢管桩，安装完第一层内支撑后，浇筑封底混凝土;

（2）外侧水位+8.2m，封底砼等强后，抽水至第二层内支撑标高以下0.7m;

（3）外侧水位+8.2m，安装第二层内支撑后，抽水至封底砼顶面。

对锁口钢管桩围堰整体建模见图5，钢管桩有效应力如图6所示，仿真模型计算结果见表1。

5 施工效益

5.1 经济效益

对比双壁钢围堰和锁口钢管桩围堰成本：双壁钢围堰材料及工费大约9000元/t×360t=324万元，材料回收20万元左右;锁口钢管桩围堰材料及工费大约5600元/t×175t=98万元，材料基本全部回收，锁口钢管桩围堰施工经济效益显著。

5.2 工期效益

锦江特大桥水中承台采用锁口钢管桩围堰施工总工期合计51天，其中左幅承台43天，右幅承台37天，有效保证了水中墩的整体工期，同时避免了与锦江鱼类繁殖的时间冲突。

5.3 技术效益

锁口钢管桩围堰施工在锦江特大桥水中承台的应用，为深水浅覆盖基础地质条件下围堰施工工艺提供了理论支持、技术保障和借鉴经验。

5.4 环保效益

針对跨越的锦江流域，锁口钢管桩施工全过程对大气环境、水环境和地面环境进行有效保护措施，最大限度地保证了生态环境不受影响，环保效益显著。

6 结论与讨论

（1）在深水浅覆盖地质条件下，锦江特大桥25#承台施工采用锁口钢管桩围堰施工技术，在工期内，有效完成既定目标，形成针对深水裸岩地质下一套完整的围堰施工工艺，同时对类似工程有一定参考价值;

（2）在施工过程中，桩的垂直度、入土深度、锁口防渗漏以及现场有效施工监测，都是锁口钢管桩围堰施工控制的重点环节;

（3）施工效果证明，在经济、工期、技术和环保方面，锁口钢管桩围堰施工效率高、实践性好、针对性强、各方面效益显著;

（4）需进一步研究的方向主要集中于更深基坑方向的推广，基底稳定性的深入研究，锁口强度和防渗漏措施随桩长加大的保证措施等。

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