代建兵

（中铁大桥局集团第一工程有限公司，河南 郑州 450053）

1 工程概况

新建铁路天津至秦皇岛客运专线下坞蓟运河特大桥在跨越蓟运河段，中心里程为DK72+463.38，上部结构为（40+64+80+80+48）m五孔预应力钢筋混凝土箱梁，Φ1.5m钢筋混凝土摩擦桩群桩基础，钢筋混凝土低桩承台，圆端形桥墩。线路跨越处蓟运河段河宽约270m，与线路成80°左右的斜交。其中84＃～87＃墩位于蓟运河主河槽内，承台尺寸：86＃墩14.6m×18.6m×3m，其它均为 14.6×14.6×3m。据现场勘测，85＃、86＃墩河床面标高为-7.5m，84＃、87＃ 墩河床面标高为-7.0m，蓟运河二十年一遇水位+2.95m，常水位+0.17m，一般冲刷线高程-9.79m，局部冲刷线高程-11.72m。

84＃～87＃墩深水基础采用锁口钢管桩围堰施工。河床面以下2～4m为流塑状淤泥，河床不稳定，其下土层为粉土和粉质粘土，围堰设计偏安全考虑稳定河床面标高84＃、87＃墩按-9.5m设计，86＃、87＃墩按-10.0m设计。围堰施工水位+1.25m，设防水位+2.0m，最大设计流速为1m/s。

2 锁口钢管桩围堰结构形式

围堰形式采用Φ630×10mm钢管桩，锁口为Φ219×8mm和I20b型工字钢组合形式，钢管桩设计每根长度24m。围堰结构单元宽度：管桩直径+锁口宽度 (0.63+0.24)m；每套围堰管桩数量：86＃ 墩为 88 根；84＃、85＃、87＃ 墩均为 80根。各类型围堰结构单元见图1

图1 围堰结构单元类型示意图

钢管桩围堰在工厂内加工定尺长度为12m，半成品运至施工现场后，再在加工平台上焊接成24m，采用振动打桩锤插打就位，围堰均按排水开挖设计，每套围堰设置5道内支撑，封底采用干封。

对于采用锁口钢管桩围堰施工深水基础，良好的止水效果是施工成功的关键。84＃～87＃墩围堰正式施工前进行了止水试验，以验证止水措施的可行性和有效性。

图2 试验围堰设置位置

3 止水试验围堰施工

本次止水试验取8根Φ630mm钢管桩组成试验围堰，包括4根中桩和4根角桩，每根长度12m。围堰顶标高为＋1.25m,围堰底标高为-10.75m。跨蓟运河水上施工沿桥位左侧采用了单侧钢栈桥，试验围堰设置于钢栈桥的左侧，以便于定位和插打，试验围堰设置位置见图2，试验围堰结构平面布置见图3。

图3 试验围堰结构平面示意图

3.1 围堰的加工制造

首先，在定位胎具上将Φ630mm管桩和Φ219mm钢管或工钢焊接成整体。大小管桩之间焊缝处预先电焊Φ6mm盘条以利焊接。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，尽量减少焊接变形。然后，将Φ219mm管桩沿径向采用自动切割机切缝，开口缝宽9±1mm。施工要求缝隙均匀顺直，并打磨平整。为方便插打，顶口处可适当增大缝隙宽度。

3.2 围堰的插打定位

试验围堰插打顺序如图2中箭头指示方向，由1#桩开始依次插打。2009年4月9日17时，2#桩插打完成，试验围堰合拢。

钢管桩采用振动打桩锤进行插打，在插打过程中，用一台全站仪及经纬仪进行插打全过程控制，以确保管桩打入位置准确及垂直度满足设计要求。利用已有栈桥在侧面安装导向架，在导向架上按理论尺寸放线定出各桩的位置，在导向架内插入桩，用振动打桩锤振动下沉到设计标高。桩的倾斜率控制在0.5%以内。

围堰插打时须控制两根钢管桩间距尽量靠近，以尽量减小I20b翼缘与Φ219mm钢管内壁的净距，以期达到较好的止水效果。具体方法：在I20b工钢与Φ219mm钢管接口内侧加焊Φ8mm盘条。盘条焊接于I20b工钢腹板两侧，间隔2m布置，单根盘条长取40cm。

4 止水试验

4.1 止水材料试验步骤

4.1.1 采用粘贴胶皮：即在锁口钢管缝隙处粘贴胶皮，希望靠堰外水压作用使胶皮和锁口密贴，以达到止水目的。

4.1.2 安装止水带：即在I20b工钢翼缘和锁口钢管缝隙之间填塞膨胀率为300%的止水带，该产品可在72小时达到膨胀止水效果。

4.1.3 填塞红粘土+锯末：即在锁口钢管内填塞红粘土+锯末混合物，进行锁口止水，红粘土+锯末配比：3：1（体积比）。

4.1.4 填塞其它配比的粘土。

4.2 止水试验过程

2009年4月10日至17日分别采用粘贴胶皮、膨胀止水带塞填锁口钢管处空隙等方法，试验围堰堰内抽水后渗水严重，此两种方法不可行。

17日晚20：20开始采用高压射水法清理锁口钢管内淤泥，准备填充红粘土+锯末。配比按3：1（体积比）配置。

18日晚21：35完成锁口钢管内红粘土填充。

19日12：17试验围堰内抽水见底观测，整体效果较好。仅5#管桩顶下1.33m处渗漏较大，底端亦有渗流；4#管桩下段有渗流，流量较小。其余管桩未见明显渗漏。初步判断为粘土捣实不密，锁口封闭不充分。

12：37观测5#管桩底端渗流已减弱，4#管桩底端已不见明显渗流。12：50观测4#管桩底端渗流加剧，5#管桩底端渗流已不明显，顶段1.33m处渗流依旧较大。

13：00用测绳测得各项指标数据，以3#管桩为参照。A：管桩顶面；B：堰内水面；C：堰内底面；D：河床底面；E：河水水位。测点位置见图4。

图4 测点位置示意图

13：00 测，AC：6.33m；AB：4.44m；AE：1.2m；,AD：6.7m。

堰内水深BC：1.89m，河水深ED：5.5m。

13:30再次测得AB：4.03m，堰内水深BC：2.3m，堰内水位上升0.41m。

14:30测得AB：3.25m，堰内水深BC：3.08m，堰内水位上升0.78m，5#管桩顶段1.33m处渗漏加剧。

经现场研究，决定再次进行堰内抽水，以进一步观察。

14:50～15:10再次抽水，抽见堰底（露出淤泥面），复测AC：6.33m。15:23停止抽水。

16:23测得AB：4.76m，堰内水深BC：1.57m，堰内水位上升1.57m。

17:20测得AB：3.70m，堰内水深 BC：2.63m，堰内水位上升1.06m。

由此分析，采用红粘土+锯末填塞可达到止水效果，只是锁口钢管内粘土捣实不充分，锁口缝隙未完全封闭，故加添红粘土+锯末，自制捣锤，再次人工捣实。

晚20:40二次捣实结束，试验围堰再次抽水，见底。

4月20日早上观测，试验围堰渗水量小，6#管桩底端可见渗水，其余管桩无明显可见渗流。10:00测得AB：6.00m，堰内水深BC：0.33m。堰内水位上升0.33m。

15:00测得AB：5.74m，堰内水深BC：0.59m，堰内水位上升0.26m。

16:30测得AB：5.70m，堰内水深BC：0.63m，堰内水位上升0.04m。

4月21日9:30测得AB：5.33m，堰内水深BC：1m，堰内水位上升0.37m。

14:40测得AB：5.23m，堰内水深BC：1.1m，堰内水位上升0.1m。

18:00测得堰内水深BC无变化。

4月22日15:00测得试验用围堰堰内水深BC：1.34m，堰内水位上升0.24m。

4月24日14:30测得试验用围堰堰内水深BC：1.83m，堰内水位上升0.59m。

此时，堰外水深为5.50m，堰内水深为1.83m，围堰桩顶标高为＋1.25m,围堰桩底标高为1.25 m-12.00 m ＝-10.75m。围堰内底面标高为1.25 m-6.33 m ＝-5.08m。河床标高为1.25 m-6.70 m＝-5.45m。堰内水面标高为-5.08 m+1.83 m＝-3.25m。二次捣实后114h试验围堰观测结果见图5。

图5 二次捣实后114h堰内水位示意图

后试验围堰静置一周未抽水，反复观测，围堰渗漏很少，堰内水位无明显上升。

根据以上情况分析，锁口钢管内红粘土+锯末二次捣实后较之前，堰内水位上升速度显著降低。由此判断钢管内粘土捣实程度决定试验的成功与否。

4.3 止水试验结果分析及主体工程围堰施工经验

从试验过程可以看出，采用粘贴胶皮、填塞膨胀止水带效果很差，基本起不到止水作用。后采用红粘土+锯末填塞并经捣实后，取得了较好的止水效果。

84＃～87＃墩承台围堰施工过程中，锁口钢管内采用红粘土+锯末填塞，并掺加了适量膨润土改善粘土性能，进行了充分捣实，而且对围堰结构加工精度和插打精度进行了严格控制，成功实现了止水，围堰内抽水开挖后，渗漏很少，仅需设置小型汇水沟少量间歇排水，实现了干封封底，各墩承台均顺利施工完成。

5 结语

锁口钢管桩围堰因其制作、加工、运输、插打工艺简单，施工速度快，组装形式多样，可重复使用等特点，已越来越广泛地在深水基础、水利、码头、海港岸墙、护岸、防波堤等工程中得到应用，而围堰止水始终是施工成功的关键。本文对津秦铁路客运专线下坞蓟运河特大桥深水基础施工锁口钢管桩围堰的止水试验进行了介绍，为锁口钢管桩围堰止水措施的采用提供了有益的参考和借鉴。

[1]中国建筑科学研究院.JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社,1999.

[2]铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.TB 10002.5-2005.北京：中国铁道出版社 ,2005.