巴河特大橋石質地層、深水鋼管樁圍堰設計與應用

錢光

一、工程概況

新建黃岡至黃梅鐵路（簡稱黃黃鐵路）位于湖北省黃岡市境內，是設計時速為3 5 0 k m 的雙線高速鐵路。黃黃鐵路巴河特大橋全長2389.88m，起止里程D K 0 9+8 6 1.0 6 ～D K 1 2+2 5 0.9 4，于DK09+870～DK10+520處跨越巴河，河流與線路夾角為90°，通航凈高10m，通航凈寬110m，通航最高水位H=24.81m，設計采用（44.5+108+2×200+108+44.5）m斜拉橋連續梁主跨上跨巴河，連續梁19～25#墩基礎為樁基，墩身為圓端形實體墩，具體參數如表1。

表1 墩身參數

二、鋼管樁圍堰結構設計

1.施工準備

橋址處巴河河道寬約600m，其中20～23#墩位于河道內，在橋的上游搭設8m寬的臨時鋼棧橋作為物流運輸通道。20#墩位于河岸邊，利用旱季筑島填筑平臺施工樁基及承臺。根據施工安排，21～23#墩需在汛期施工基礎，下面以22#墩為例對鋼圍堰的設計進行簡要說明。

經調查了解，22#墩位置（DK10+214.6）處，河床標高為9.0m，施工水位為23.2m，承臺底埋入河床面以下9.74m。施工水位時水深14.2m，河水平均流速3.34m/s。對22#墩位置處重新鉆孔驗證地層分布并對土樣做試驗，河床面以下地層分布見表2。

表2 河床面以下地層分布

2.鋼圍堰結構設計

本橋原設計基礎支護措施為雙壁鋼圍堰，根據施工計劃安排，結合22#墩地質特征、水文條件、現場實際情況及作業習慣，選定采用鎖口鋼管樁圍堰進行開挖開封作業。承臺處于巖層中約3.5m，根據鎖扣鋼管樁的打入能力，鎖扣鋼管樁無法打入強風化片麻巖地層。為保證鎖扣鋼管樁圍堰的穩定及止水需要，在鎖扣鋼管樁圍堰合攏后，利用施工平臺在鋼管樁內打設錨固樁，把鋼管樁圍堰與巖層進行錨固形成一個整體。

（1）鋼圍堰結構受力設計參數選定

施工水位：按24m進行受力計算，圍堰頂面標高為25m，水流流速3.34m/s。

圍堰尺寸：鎖扣鋼管樁距承臺邊1.5m。

建筑材料：鋼管樁、鋼內撐：Q235。

主要設計指標：鋼材和焊縫允許應力按《鐵路橋梁鋼結構設計規范》（TB 10091-2017）取用；總水平位移≤150mm。

設計荷載：結構自重、靜水壓力、流水壓力荷載、土

壓力、風荷載、漂流物撞擊荷載等。（2）鋼圍堰結構受力計算

采用邁達斯Midas GTS NX巖土軟件，按施工階段樁土相互作用進行分析。

巖土采用二維平面應變單元，摩爾-庫侖彈塑性本構關系。鋼結構及混凝土結構采用線彈性本構關系。內撐采用彈簧單元，其剛度按內撐實際結構計算。樁土間設界面單元。模型范圍為100m×25m（長×高）。

（3）圍堰構造

按施工一道內撐后抽水再施工另一道內撐的實際施工順序建立模型，對鋼管樁、錨固樁、內撐等圍堰各構件強度、剛度和穩定性進行計算均滿足要求，鎖扣鋼管樁圍堰的具體結構為：

圍堰尺寸23.29m×23.29m，圍堰頂面標高為25m。鎖扣鋼管樁采用φ219×10mm鋼管與半I32b工字鋼成180°（在圍堰拐角處為90°）焊接在φ820×14mm鋼管上，Φ820×14mm鋼管與φ219×10mm鋼管連接處左右各加一根10mm厚、5cm寬的扁鋼滿焊，在φ219×10mm鋼管上順直割一條1～1.5cm寬的縫。鎖扣構造下圖所示。

鎖扣構造圖（單位：mm）

圍堰設共6道圍檁及內撐。圍檁采用雙拼H700×300型鋼，內撐采用Ф820×14鋼管。錨固樁采用C35鋼筋混凝土，孔徑Ф700mm，上部深入鋼管內≥4m，下部深入承臺底面以下2.0m。

三、鎖扣鋼管樁圍堰施工要點及注意事項

1.鎖扣鋼管樁圍堰施工流程

施工準備→鋼棧橋及施工平臺搭設完成→鎖扣鋼管樁加工及插打→鎖扣鋼管樁圍堰合攏→錨固樁施工（止水帷幕）→施工平臺拆除→施作第1道圍檀及內撐→抽水（開挖）、施工作第2～6道圍檀及內撐→基坑開挖施工承臺、墩身→圍堰拆除。

2.施工注意事項

鎖扣鋼樁圍堰施工工藝已經非常成熟，具體的施工過程不再一一贅述，針對本橋這種形式的鎖扣鋼管樁圍堰施工需注意的方面做以下提醒。

（1）鋼管樁、圍檁、內撐等均需要進行焊接，對全部焊縫進行探傷檢測，保證焊接質量。

（2）鋼管樁采用履帶吊及120T振動錘插打，在插打時保證鋼管垂直度及圍堰的平面尺寸，如傾斜角度較大，給錨固樁施工加大難度。同時以鋼管樁插打直到無法打入時作為終止條件。

（3）因鋼管樁較高，旋挖鉆施工錨固樁時易發生卡鉆現象，及時調整鉆桿角度，同時準備好沖擊鉆作為備用。

（4）因存在砂層，鋼管樁底部與巖層存有縫隙，旋挖鉆施工時不斷有砂子進入孔內；可采取在鋼管樁內及圍堰外側采用高壓旋噴注漿把砂層固結的解決措施。

（5）受巖層影響，鋼管樁無法打入承臺底，錨固樁施工完成后，鋼固樁之間存在縫隙，容易漏水。解決辦法是：錨固樁施工完成后，先對圍堰內抽水驗證圍堰止水效果，并檢查漏水位置，鎖扣內填塞鋸末、粘土混合物止水。錨固樁間滲漏水，同解決漏砂方法一樣，在圍堰外側利用高壓旋噴樁注漿的方式止水，漿液采用水泥+水玻璃雙液漿。

（6）對鋼管樁圍堰的變形做好監測，通過對受力及變形的觀測為施工安全提供保障。

四、結語

巴河特大橋21～23#墩全部采用鎖扣鋼管樁圍堰施工，目前已經全部施工完成，未發生任何安全事故。鋼管樁圍堰利用錨固樁及高壓旋噴樁注漿方式止水效果較好，無明顯漏水點。鋼管樁圍堰同雙壁鋼圍堰相比施工工藝簡單、施工周期短，費用成本低，在類似工程中可借鑒此種方法施工。

因巴河特大橋是季節性河流，枯水期時近乎斷流，圍堰拆除后錨固樁可以在枯水期進行切除。當水較深時，需進行水下切除。