深水淺覆蓋層鎖口鋼管樁圍堰施工技術

周 瓊

(中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528400)

1 工程概況

廣東省中山至陽春高速公路開平至陽春段錦江特大橋橋址區屬河谷平原地貌，地勢平坦，跨越錦江。橋梁全長1 020 m，左、右幅橋跨組合為：23×20+5×50+20+(35+55+35)+8×20預應力混凝土連續剛構+裝配式預應力混凝土小箱梁、T梁。依據地勘資料及現場實際勘測，錦江特大橋25#、26#墩自上而下分布卵石土、強風化砂巖、中風化砂巖、強風化泥質砂巖，河床面無淤泥，卵石土層較薄，屬于情況較為特殊的近似裸巖河床，最大水流速度為1.5 m/s，施工常水位為+5.0 m，由于所處地區雨季持續時間長，且橋位上游附近有水閘，導致水位上漲速度快，因此施工控制高位水取10年一遇水位為+8.2 m。綜合考慮施工工期和安全要求，結合現場插打試驗結果，最終確定采用鎖口鋼管樁圍堰進行施工。

2 鎖口鋼管樁圍堰施工方案

錦江特大橋25#、26#墩水中承臺施工采用分離式CO型鎖口鋼管樁圍堰進行擋水，鎖口樁分為標準樁、角樁和合攏樁，標準樁和角樁的鎖口陰陽分別采用φ152×8 mm和φ133×4.5 mm直縫管，主管為φ820×12 mm螺旋焊管，合攏樁分為兩種：I型樁為φ152×8 mmC型管(陰頭)+φ820×12 mm主管+φ152×8 mmC型管(陰頭)、II型樁為I20b鋼(陽頭)+φ630×10 mm主管+I20b鋼(陽頭)。鎖口樁主管為Q345材質，圍囹、內支撐管及陰陽鎖口的材質為Q235鋼，鎖口和主管雙面滿焊，有效焊縫厚度不小于8 mm，同時兩者間貼板補強。

本項目圍堰設計過程中，利用有限元軟件對鎖口鋼管樁圍堰整體建立仿真模型，考慮圍堰自重、水壓力、水流力和土壓力等荷載，分以下三個施工階段分別進行了計算：①清理基底至封底混凝土標高，插打鎖口鋼管樁，安裝完第一層內支撐后，澆筑封底混凝土；②外側水位+8.2 m，封底混凝土等強后，抽水至第二層內支撐標高以下0.7 m；③外側水位+8.2 m，安裝第二層內支撐后，抽水至封底混凝土頂面。

最終確定鎖口鋼管樁樁長為15 m，圍堰結構由鎖口鋼管樁、圍囹及內支撐組成，內支撐系統為兩層，標高分別為+8.0 m、+5.0 m，圍囹采用2I45a工鋼，內支撐采用φ630×8 mm的鋼管。為防止局部應力集中，在圍囹與支撐鋼管連接處設置小三角及直角梯形加勁板，同時在圍囹轉角處設置對稱鋼板加勁肋。第二層圍囹與鎖口鋼管樁之間空隙需C25混凝土抄填密實或鋼板、木塊塞緊，然后才能進行基坑開挖或抽水施工。封底混凝土采用C25水下混凝土，一次性完成澆筑。

3 工藝流程及施工要點

3.1 工藝流程

拆除樁基施工鉆孔平臺→搭設臨時平臺→鎖口鋼管樁樁位開槽→安裝圍囹支撐架→安裝第一層圍囹→插打鎖口鋼管樁→槽口澆筑錨固混凝土→基坑開挖至指定標高→安裝第一層圍囹的內支撐→澆筑水下封底混凝土→安裝第二層圍囹及內支撐→承臺鋼筋、模板、混凝土施工→墩身施工出水面→拆除第二層圍囹及內支撐→拆除第一層圍囹及內支撐→圍堰內回灌水→搭設拆除平臺→拔除鎖口鋼管樁。

3.2 施工要點

(1)樁位開槽

樁基全部施工完成后，拆除樁基施工鉆孔平臺。利用拆除的面板10 mm鋼板及I25a工鋼分配梁加工成一整塊臨時平臺，用于鎖口鋼管樁的插打及基坑開挖施工。在鋼護筒上焊接牛腿，在牛腿上安裝2I45a承重梁，采用吊車將臨時平臺吊至承重梁上點焊固定，采用型號為PC300SC的液壓挖掘機(俗稱“抓斗”)在鎖口鋼管樁的設計位置進行開槽施工，挖出的泥渣通過泥漿運輸車運走，避免污染河道。開槽完成后進行鎖口鋼管樁的插打。

(2)鎖口鋼管樁插打及錨固

在鋼護筒上標記出圍囹設計位置后，在其下方割孔插裝I25a的工鋼作為圍囹的豎向支撐，將第一層圍囹下放到位后與豎向支撐焊接固定。

根據圍堰的結構布置情況，將鎖口鋼管樁首樁定在圍堰大樁號側下游角部，首樁插打好后，從首樁兩側分別繞圍堰中心順時針和逆時針方向同時進行插打施工，合攏口定于圍堰小樁號側上游角部。為確保鋼管樁定位準確，在圍囹上首根鎖口鋼管樁位置前后焊接型鋼導向架來保證首樁插打平面位置的準確，首樁施工完成后，通過勁板與圍囹焊接固定，再將首樁及型鋼導向架一同作為兩側鋼管樁插打的導向。

鎖口鋼管樁插打前在鎖口上涂抹黃油，采用70T履帶吊配合DZ-120振動錘進行插打。在插打過程中通過全站儀的持續觀測輔以吊錘吊重進行垂直度的控制，確保鎖口鋼管樁打入位置及垂直度滿足設計要求。

為解決鎖口鋼管樁嵌固穩定性不足的問題，在圍堰合攏后，采用導管在圍堰外側所開的槽口內灌注C25水下混凝土將鎖口鋼管樁進行錨固。

(3)基坑開挖

主要采用液壓挖掘機進行基坑開挖施工，當開挖接近設計底標高后，應派潛水員對基坑底部水下觸摸，觀察基底開挖質量，對欠挖處進行補挖，超挖或底部泥渣超過20 cm厚時，利用碎石回填。為保證封底混凝土與鋼護筒和圍堰底部結合密實，需派潛水員在水下采用高壓水槍對圍堰內側底部及鋼護筒四周底部清理。基底清理完成后，將臨時平臺吊離施工區域。

(4)封底混凝土澆筑

采用I25a工鋼和5 cm厚的腳手板搭設類井字形人行通道，采用料斗和導管進行水下封底混凝土澆筑，澆筑時從四周向中間，確保封水效果。打開料斗底部的塞子后，輸送泵不停地向儲料斗內泵料，當儲料斗內的料剛下完時，馬上觀測導管的埋深情況，如埋管正常，則連續澆筑封底混凝土。封底混凝土澆筑過程中，應不斷地測量正在澆筑的導管周圍的混凝土面擴散、上升情況。當澆筑一定高度，潛水員下去檢查邊、角和護筒周圍位置的混凝土擠於情況，及時調整澆筑面的厚度。

(5)圍堰抽水止水

當封底混凝土強度達到100%設計強度且齡期不小于3 d后，進行抽水工作。抽水采用功效為30 m3/h的離心水泵。抽水應緩慢，過程中應觀察樁身的變形情況，如發生異常，立即停止抽水并與設計人員聯系；圍堰內抽水時應注意檢查各節點是否頂緊，鎖口鋼管樁與內支撐之間的抄墊是否抄緊密實，抽水速度不能過快，且要隨時觀察圍堰的變化情況。

當圍堰內水位明顯低于河面水位時，進行堵漏工作。插打鎖口鋼管樁時，已經在C-O處涂抹過黃油，黃油不溶于水，具有一定的阻水能力。由于C-O口間縫隙大約只有2 mm，無法塞入止漿條，故本項目采用砂子和鋸末1∶3比例的混合物進行堵漏。利用鋸末遇水膨脹的特性，通過砂子的自重，將其帶入鎖口鋼管樁的C-O口內。

(6)施工監測

為切實保證基坑和施工人員的安全，及時跟蹤和掌握施工過程中可能出現的各種不利現象，現場嚴格按照方案進行各道工序的施工，嚴格執行質量內控制度，同時對圍堰結構進行施工監測。現場監測的項目主要有樁頂水平位移、圍囹的水平位移、樁身的應力和變形、內支撐的軸力、圍堰內外水位高差、基坑是否滲漏。

(7)鋼管樁拔除

墩身施工出水面后，在承臺預埋件上焊接φ630×8 mm的鋼管樁，鋼管樁之間采用[20a槽鋼焊接成平聯及剪刀撐，鋼管樁頂面開槽口并焊接牛腿，安裝2II45a的承重梁，再將采用10 mm鋼板及I25a工鋼分配梁焊接成的臨時平臺吊至承重梁上，從而形成鎖口鋼管樁拆除平臺。拔樁前自下而上拆除圍囹和內支撐，先拆除下層內支撐和圍囹，將水灌進一部分，再拆除上層內支撐和圍囹。圍堰內外水位一致時采用履帶吊和振動錘拔除鎖口鋼管樁。

4 結 論

錦江特大橋25#、26#墩水中承臺順利完成施工，說明項目所確定的施工工藝滿足現場實際要求，在近似裸巖河床的地質條件下，施工過程中采用先開槽再鎖口鋼管樁、再進行混凝土錨固的鎖口鋼管樁圍堰施工技術是可行的，在保證安全和質量的同時，也完成了工期目標，對類似工程由一定的參考價值，是值得推廣的一種方法。