坡积层河床深水承台锁口钢管桩围堰施工技术

2018-09-20刘宇

价值工程 2018年29期

刘宇

摘要：随着大型桥梁的建设发展，深水基础的施工越来越多，深水承台采用锁口钢管桩围堰施工得到较大推广，但在坡积层河床深水地段未见有钢管桩围堰的应用实例。毛坪大渡河特大桥跨越大渡河主河道，4号墩深水承台采用锁口钢管桩围堰，所在的该段河床为坡积层。通过对以往类似工程反复研究，结合本工程实际特点，提出并应用了“大功率振动锤打设钢管桩”、“坡积层机械开挖”、“砂与锯末拌合止水”等施工技术，同时对围堰结构设计进行检算及验证，使钢管桩围堰在坡积层深水地段得到了成功应用，节约了成本，加快了施工进度，对同类工程有借鉴意义。

Abstract： With the development of large-scale bridges， more and more deep-water foundations have been constructed. The construction of deep-water caps using lock-piped steel pipe piles has been greatly promoted， but there are no application example of steel pipe pile cofferdam in the deep water section of the riverbed. The Maoping Dadu River Bridge spans the main channel of the Dadu River， and the deep water cap of Pier No. 4 is a cofferdam of locked steel pipe piles. The riverbed in this section is a slope layer. Through repeated research on similar projects in the past， combined with the actual characteristics of the project， the construction of "high-power vibratory hammer-mounted steel pipe piles"， "slope layer mechanical excavation"， "sand and sawdust mixing and water stop" were proposed and applied. At the same time， the design and verification of the cofferdam structure design are carried out， so that the steel pipe pile cofferdam has been successfully applied in the deep water section of the slope layer， which saves the cost and speeds up the construction progress， and has reference significance for similar projects.

關键词：深水承台；坡积层；“CT型”锁口钢管桩围堰；控制要点

Key words： deep water cap；slope bed；"CT type" lock steel pipe pile cofferdam；control points

中图分类号：U445.55+6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0180-04

1 工程概况

成昆铁路峨眉至米易段工程EMZQ-3标毛坪大渡河特大桥，是全线重难点控制性工程，中心里程DK195+168，全长622.1m，共6孔，孔跨类型为（72+3×128+96+52）m预应力混凝土刚构连续梁。本桥跨越大渡河主河道，其中2～4号墩位于河道中，平均水深12m。该桥4号墩邻岸，墩中心距河岸约为20m，承台靠岸一侧水深6m，离岸一侧水深9.5m。根据设计资料显示和现场揭示，该墩所处地段地质构成情况为：中密细砂层，密实碎石土及密集块石孤石堆积层、泥岩加砂层及页岩层。4号墩承台基础采用锁口钢管桩围堰，施工困难主要有：第一，承台尺寸较大，24.8m长×15.8m宽×5m高，钢围堰内轮廓尺寸单侧加宽1.2m，单个围堰重量可达到850多t；第二，承台位于河床下5～8m，埋深较大，基础开挖较困难；第三，单根钢管桩长度24m，打入坡积层河床平均入土深度16.42m，打入难度大；第四，钢管桩围堰止水难度高。钢围堰施工过程中，通过方案比选、结构设计检算验证、技术优化创新，解决现场实际存在的技术难题。

2 适用范围及总体方案

2.1 适用范围

适用于跨河、跨海等深水水域，河床地段为坡积层深水承台锁口钢管桩围堰施工。

2.2 总体方案

毛坪大渡河特大桥4号墩承台基础原设计采用双壁钢围堰施工，钢围堰设计高度20m，壁仓厚度1.5m，封底混凝土厚度3m。因河床为坡积层及其大小里程两端河床标高高差较大，且双壁钢围堰在该地质分布情况下难以下沉到位，经设计同意，最终变更为锁口钢管桩围堰。锁口钢管桩围堰由多根钢管逐一插入连续组成，单根钢管桩在大功率振动锤的作用下插入河床以下，相比双壁钢围堰，该技术具有加工制作简单快速、施工工期短、整体刚度大、材料回收利用率高、在坡积层等特殊地质地段适应性较强。

锁口钢管桩围堰的主要结构为支护钢管桩、锁口及止水、水平支撑和封底混凝土。坡积层河床深水地段锁口钢管桩围堰施工，利用50t履带吊配合大功率150kW振动锤振打锁口钢管桩；承台周圈钢管桩打设封闭完成后，在围堰内施做H型钢围檩及钢管内支撑；浮吊或吊车起吊挖掘机到围堰内，机械开挖坡积层，围堰内壁及护筒附近坡积层采用人工凿除及清理；“CT型”锁口采用塑料薄膜袋装砂与锯末拌合物放入锁口钢管内进行止水。通过锁口钢管桩安装打设、机械开挖、围堰内支撑加固、锁口止水、混凝土封底等主要工序施工完成后，正常进入承台墩身施工。

3 锁口钢管桩围堰结构设计

3.1 水文地质核查

根据设计院提供的设计图及地质柱状图、“先桩后堰”桩基施工过程的地质核查、以及对现场水位河床的实际量测，确定常水位的变化、河床的走向、地质地层的构成，进行锁口钢管桩围堰结构设计，见图1。

3.2 结构设计参数和各项指标

锁口钢管桩围堰为“CT型”结构型式，采用？准820mm×12mm×24m螺旋管，锁口采用阴口为？准200mm×8mm钢管、阳口为I20b工字钢，内支撑为？准820×12mm钢管，围檩为双拼40H型钢，锁口内填充塑料袋装止水材料，螺旋管、阴口钢管、阳口工字钢等构件焊接连接，见图2。阴口钢管用气割割为10mm宽通长直缝隙，以便阳口工字钢顺利插入。

4号墩承台平面尺寸为24.8m×15.8m，考虑基坑底排水及施工作业面等因素，围堰平面尺寸设计为28.36 m×19.18m，基坑平面布置如图3。钢管桩围堰承台基坑开挖采用机械开挖，并浇筑2.0m厚C20封底混凝土。

3.3 结构设计受力检算及验证

结合该墩实际地质水文情况，对围堰结构设计分别进行以下计算及验证：钢管桩入土深度计算、钢管桩稳定性验算、钢管桩截面强度验算、围堰内支撑强度验算、封底混凝土强度及抗浮验算。

3.3.1 钢管桩入土深度计算

土压力计算采用水土分算法，土压力的计算参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中规定。

通过多项计算等综合分析，该围堰结构设计合理，整体受力满足要求，封底混凝土2.0m厚能达到该处水位抗浮要求。

4 施工工艺及控制要点

4.1 施工工艺流程如图4所示。

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备、地质核查及锁口钢管桩加工与制作

施工准备工作主要包括浮箱的组拼、钢栈桥及水中作业平台的搭设、钢管桩围堰加工厂的场地平整及混凝土硬化、主要机具和材料的提前准备。按照围堰结构设计逐根加工钢管桩，确保阴口钢管和阳口工字钢与？准820螺旋管焊接密封、牢固。

4.2.2 锁口钢管桩打设与加固

为了精确控制钢管桩的打入后的平面位置，需设置导向框，导向框宽度大于管桩直径2cm为宜，即每边各放大1cm。然后采用50t履带吊配合150kW振动锤逐根施打锁口钢管桩，用履带吊将钢管桩吊至插点处进行插桩，对准桩与定位桩的鎖口，利用锤惯性打桩至坚实坡积层，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的保证钢管桩的垂直度。

总体插打方式为由各边中部向两端插打钢管桩，分别在角桩处合拢。具体插打顺序为：先河床较深即坡积层较薄位置，再打设其他位置。打桩设备应满足钢管桩的插打和拔除。

锁口钢管桩打设封闭完成后，边抽水边加固围檩与钢管内支撑，保证围堰受力均匀不变形。

4.2.3 坡积层机械开挖

围堰内支撑加固到坡积层顶面时，用50t履带吊吊起挖掘机到围堰内，开始坡积层机械开挖。挖除的堆积物及时用50t履带吊和1.5m3的料斗调出围堰内运走。较硬的坡积层用炮锤凿除；紧贴钢管桩和护筒上的坡积层用挖掘机无法方便挖除时，采用人工机械挖除，并用高压水枪冲洗清除干净。

4.2.4 锁口钢管桩围堰止水

止水材料的选择是整个围堰设计的关键。由于是在水中向锁口里填充材料，要求材料不能被水冲走，而且材料强度又不能太高，太高了不便于钢管桩拆除，材料又要求止水效果良好。经现场试验及比选分析，决定采用砂与锯末拌合物，体积配比为4：1。制作直径约为0.2m的塑料袋，底口封死，长度略大于钢管桩长度。用长条塑料袋包裹住0.3～0.5m长？准20钢筋（配重）伸入“CT型”锁口底端，然后进行灌注砂与锯末拌合物止水材料，直至灌满锁口。这样解决了填充料被水冲走的可能性，塑料袋良好的柔度又保证了锁口内能被拌合物充分填充，达到止水效果。

4.2.5 混凝土封底及锁口钢围堰拆除

机械开挖到设计标高后，平整及清理基底。在围堰内灌满水与围堰外河水持平，采用C20水下混凝土封底，厚度不小于2.0m。其后按照原有施工工艺施工承台和墩身。

当墩身施工露出河道水位标高后，拆除锁口钢围堰。拆除顺序按从下游到上游、先支撑再围檩、最后拔除钢管桩的顺序进行，以此恢复河道。

5 施工质量控制注意事项

①钢管桩入土（岩）深度经计算确定，控制管桩入土（岩）底标高，同时确保钢管桩的垂直度误差<1%L 且≤2cm，管桩平面误差控制在±5cm 以内。

②装卸钢管桩采用两点吊，插打时采用单根起吊，大功率振动锤双肢夹桩打设，并注意保护锁口，以防止锁口变形。

③在打桩过程中，为保证钢管桩的垂直度，用一台全站仪在无导向框限位方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，在打桩进行方向的钢管桩锁口处设卡板，阻止管桩位移。同时在导向框上预先算出每根管桩的位置，以便随时检查校正。

④在使用拼接接长的钢管桩时，钢管桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少大于2m，所以，在组拼钢管桩时要预先配桩，在运输、存放时，按打桩顺序堆放，打桩时按规定的顺序插打。

6 结束语

坡积层河床深水承台锁口钢围堰施工技术，采用大功率振动锤打设锁口钢管桩，挖掘机机械开挖坡积层基础，砂和锯末拌合止水等施工技术，使锁口钢管桩围堰在坡积层深水地段得到了成功应用，拓宽了锁口钢管桩围堰方案技术应用范围，填补了锁口钢管桩围堰施工领域的空白。锁口钢管桩围堰施工完成后，所有材料均可回收重复再利用，节约了成本，经成本分析核算，比较原设计双壁钢围堰施工，采用锁口钢管桩围堰及其处理工艺方法，可直接节省成本60万元，经济效益极其显著；同时，采用该技术后，加快了施工进度，安全质量也有所保障，为墩身出水和梁部顺利施工创造了条件，为按期完成毛坪大渡河特大桥刚构连续梁合龙奠定了基础，受到上级领导高度肯定，取得了较好的社会效益，值得在类似工程上借鉴使用。