郭建军

（中铁三局集团二公司，河北 石家庄050000）

1 锁口钢管桩的原理与形式

1.1 锁口钢管桩的原理。首先在修建的基础周围打设锁口钢管桩形成围堰，用砂浆或泥土将锁口处封闭，然后进行堰内降水挖土，至设计深度后灌注水下混凝土封底，待水下混凝土达到要求强度将围堰内水抽干，施工承台和墩身混凝土。工后向围堰内抽水回灌，用水下切割将承台以上钢管桩切除或用机械直接拔出。

国内锁口钢管桩打入多采用搭设打桩平台或打桩船，再用震动打桩锤或柴油打桩锤击沉打入。

锁口钢管桩具有刚度大、承载力高，可锁口止水，安全可靠，施工简单，是一种较好的基坑围堰支护施工方法。

1.2 锁口钢管桩的形式。锁口钢管桩的形式主要有：P-P 型、P-T（C-T）型、L-P（L-T）型、C-O型等，详见图1、图2。

图1 P-P 型、P-T 型、L-P 型锁口形式

图2 C-O 型锁口形式

2 锁口钢管桩围堰设计

该特大桥主跨（100+196+100）m 连续梁- 拱，主墩采用20 根φ2.5m 钻孔桩基础，承台尺寸22.9×29.2×6.5m，设计施工水位22.5m，对应水深10.5m。

2.1 施工方案比选。锁口钢管桩与钢板桩、双壁钢围堰施工方案比选见表1。

经施工方案比选，确定采用锁口钢管桩，其施工技术可行，安全可靠，简便快速，经济环保。

表1 锁口钢管桩与钢板桩、双壁钢围堰施工方案比选表

2.2 主墩施工平台及围堰方案。主墩施工平台标高23.75m，实际施工控制水位19.5m，封底混凝土厚度1.5m，混凝土封底前基坑深度15.79m。河床面标高11.70m，河床面以下土层依次为淤泥质土4.2m、松散粗砂6.2m、稍密圆砾2.8m、全风化砂质泥岩6.4m，强风化砂质泥岩13.1m。锁口钢管桩围堰内侧净尺寸25.06×31.32m。

2.3 锁口钢管桩围堰设计。锁口钢管桩围堰，主钢管采用φ630mm、壁厚12mm，长度23.0m，锁口长度21.0m；C型锁口用φ152mm、壁厚8mm钢管，开口60mm；O型锁口用φ127mm、壁厚4.5mm钢管，C型、O型锁口分别焊接在主钢管两侧，锁口钢管桩围堰设计见图3。

图3 锁口钢管桩围堰计算图

2.4 锁口钢管桩内支撑。第一、二道围檩采用双拼H588×300×12×20mm 型钢，第三道围檩采用三拼H588×300×12×20mm型钢，第四道围檩采用三拼H700×300×13×24mm型钢。

第一至三道中支撑、斜支撑采用壁厚16mm、外径609mm无缝钢管，第四道中支撑、斜支撑采用壁厚13mm、外径800mm 螺旋钢管；角支撑采用厚度20mm、直角边长300mm 对称三角形角撑，角支撑的道数与围檩的道数一致，每块均焊于围檩型钢的中轴处。

2.5 锁口钢管桩围堰围檩支撑焊缝要求。斜支撑、角支撑与围檩间采用焊脚12mm角焊缝。斜支撑两翼缘板内外侧满焊，腹板单面满焊；角支撑直角边采用单面或两面满焊，经计算确定。

2.6 锁口钢管桩围堰施工要求。钢管桩围堰打设完成后，按顺序降水开挖安装1～4 道支撑，不可一次降水开挖两道及以上支撑的安装工况，按工况每开挖下降一个工况、安装一道围檩和支撑，然后再下降开挖、安装下道围檩和支撑；第四道支撑安装时的河水水位要控制在18.5m 之内，即在安装完第三道支撑后，如果河水水位高于18.5m，要等水位降至18.5m以下再开挖安装第四道支撑；当第4 道支撑安装好后立即回灌河水，使围堰内水位距基坑底部大于6.5m，然后在水下开挖剩余部分基坑，但不降水；当基坑挖至封底混凝土底部标高后，水下将基坑底部整平，灌注水下混凝土进行封底；封底混凝土水中养护不少于3 天，且强度达到C20 混凝土标准后，方可抽干围堰内的水、拆除第四道支撑和围檩，进行承台施工。

3 锁口钢管桩施工

3.1 锁口钢管桩加工。平整场地，制作钢管桩焊接加工台座，首先将钢管桩对焊接长至设计长度，然后将阴阳锁口钢管与主管定位焊接，再焊接加劲肋和限位肋，阴阳锁口要位于主管截面的同一轴线上（角桩为两垂直轴线），焊缝饱满、咬合连续、不漏水。主钢管的上下两端焊接高250mm的加劲钢抱箍，确保钢管在插打和拔出时不损坏，提高钢管桩的周转利用率。

3.2 导向围檩。基础钻孔桩施工完成后，拆除钢平台，安装锁口钢管桩施工导向围檩，为确保锁口钢管桩打入的垂直度，采用两层导向围檩，将锁口钢管桩的第一道围檩作为一层导向围檩，再在钻孔桩钢护筒顶端临时设置一层导向围檩。利用钻孔桩钢护筒焊接简易牛腿，第一道围檩按设计标高安装。

3.3 锁口钢管桩插打。采用1 台50t 履带吊配合1 台DZJ-120振动锤沉管，首先插打首根定位桩，定位桩一般选择上游一侧紧邻角桩的第一根桩，插入时严格控制锁口钢管桩的平面位置，从两个相互垂直方向观测钢管桩的垂直度，确保首根桩的垂直度≤1/200。定位桩插打至设计标高后，沿着导向围檩按一个方向依次插打锁口钢管桩。钢管桩插打前，需清理C型锁口内侧和O型锁口外侧的杂物，涂抹专用胶泥，以利于止水。钢管桩插打时，依次将一根钢管桩的O型锁口插入另一根钢管桩的C型锁口内。

打设过程中每隔一定数量的钢管桩需从两个方向校核钢管桩的垂直度，超出允许范围要进行适当调整。

3.4 围堰合拢，支撑安装。围堰选择在角桩处合拢，通过现场实际量测合拢距离，如需要可采用异形锁口钢管桩合拢，异形锁口钢管桩通过改变主管直径以及角桩上C型和O型锁口与主管中心连线之间夹角，实现围堰快速精准合拢。

围堰合拢后，结合基坑开挖按顺序开挖安装1～4 道支撑，通过在围堰上焊接牛腿将围檩与围堰连结，每下挖一道支撑范围的土方安装一道围檩和支撑，再下挖和安装下道围檩支撑，严禁超挖。

3.5 封底混凝土。采用挖掘机配合高压水枪和吸泥泵进行基坑开挖，如在汛期高水位时施工，在吸泥的过程中按照施工方案，及时向基坑内回灌补充河水至设计标高，施工时必须保持基坑内、外水位差，不可随意更改，以防发生管涌造成基坑坍塌。

当基坑挖至封底混凝土底部标高后，要水下将基坑底部整平，然后灌注水下混凝土进行封底。水下混凝土的坍落度控制在18～22cm，流动坡度按1:4～1:5、混凝土扩散半径按4～6m，灌注前要进行试灌，以验证混凝土的各项性能指标。

图4 封底混凝土导管布置示意图

该特大桥水中主墩封底混凝土浇筑共布设12 根导管，29 个测点，利用4 个漏斗循环倒用浇筑。导管与钻孔桩呈梅花形布置，导管间距6.3～7.3m，靠基坑边线侧略大，混凝土扩散半径最大控制在6.0m内。浇筑方向从上游侧的一个角开始向另一个角进行，然后逐排向下游方向进行。

混凝土浇筑原则，由上游向下游，严格控制混凝土浇筑高差，密切注意混凝土扩散情况，严防未浇筑导管进入混凝土，导管浇筑停顿时间间隔不得超过30 分钟。封底混凝土导管布置见图4。

3.6 围堰拆除。承台施工完成后，用砂土将承台与钢管桩之间的空隙回填，在距承台顶0.5m 范围采用C20 混凝土封闭，拆除第二、三道围檩支撑进行墩身下半段施工，然后再用砂土回填墩身与钢管桩之间的空隙，同样在距墩身顶部0.5m范围内采用C20 混凝土封闭，拆除第一道围檩支撑进行上半段墩身施工。

钢管桩拆除采用50t 履带吊配合DZJ-120 振动锤进行，拆除前先用振动锤向下略振钢管桩，使钢管桩与封底混凝土以及土体之间松动，再向上震动拔出。

4 结论

锁口钢管桩可一次加工重复周转使用，施工成本低，无需较大的加工场地以及大型运输吊装设备，安装拆除简单，整体刚度大，稳定性好，止水效果好，可根据需要做成各种形状的围堰，适应性强。与钢板桩比较，具有适用深度范围更广，使用围檩支撑数量少的优点；与双壁钢围堰比较，由于锁口钢管桩可根据需要调整钢管直径，使其具有简单易行，施工快捷，成本低的优点。

锁口钢管桩适合于超水深条件下的基础施工，工后可拔出重复使用，因此不仅经济，且利于环境保护，符合可持续发展要求。