鄭濟高速鐵路鄭州黃河特大橋鎖口鋼管樁圍堰施工控制關鍵技術

王海彬

(中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450053)

0 引言

鄭濟高速鐵路黃河特大橋為新建鄭州—濟南高速鐵路、河南省規劃的鄭新市域鐵路及鄭新快速路跨越黃河的公鐵兩用橋梁，橋位距上游京港澳高速公路劉江黃河大橋約3.5km，主河槽主橋總長 2 016m， 為橋跨布置(112+6×168+112)m + 7×112m鋼桁梁橋。主橋鋼桁梁為三主桁結構、雙層橋面布置，上層為公路雙向6車道，下層為鄭濟雙線鐵路和市域雙線鐵路共4線鐵路，總體橋跨如圖1所示。

圖1 總體橋跨布置(單位：m)

385號墩位于黃河主河槽內，為該黃河特大橋主橋水中墩，承臺高5m，平面尺寸為40.3m×19.1m，承臺下設置32 (4×8) 根直徑2.0m 的鉆孔灌注樁; 385號墩承臺底標高71.878m，承臺頂標高76.878m，所在位置河床標高≤79.700m。承臺采用鎖口鋼管樁圍堰，圍堰尺寸為43.7m×22.5m×28m，圍堰主要由鎖口鋼管樁、圈梁及內支撐、下放系統、封底混凝土組成，圍堰封底厚度為3.5m(標高為68.378～71.878m)，封底總方量為2 991.0m3，385號圍堰總體布置如圖2所示。

圖2 385號墩圍堰

1 鎖口鋼管樁圍堰施工方案

承臺施工方法較多，要根據不同工程自身特點選擇適宜的圍堰結構進行水中承臺施工。鎖口鋼管樁圍堰與雙壁鋼圍堰和鋼板樁圍堰相比，既具有圍水、擋護特性，又利用了鋼管圓形截面的受力特點，簡化了結構，同時造價低、施工速度快，但鎖口鋼管樁圍堰多層內支撐施工、鎖口鋼管樁插打、鎖口止水則是圍堰施工成功的關鍵。

鄭濟高速鐵路黃河特大橋385號水中墩施工中采用鎖口鋼管樁圍堰，水深流急且沖刷嚴重，圍堰施工技術難點多，安全風險高，工期緊，圍堰施工采用先內支撐后圍堰的逆作法工藝，鎖口鋼管樁圍堰共設置3層圈梁及內支撐，3層內支撐鎖口鋼管樁圍堰較好地解決了水深且沖刷嚴重施工難題。

圍堰施工時基本位于86.000m左右。考慮到現場實際施工狀況，故利用385號墩鉆孔平臺局部平臺樁作為2層圈梁拼裝平臺。鋼圍堰施工前，先將鉆孔平臺拆除，并在4，5，28，29號護筒位置焊接牛腿作為第2層圍堰拼裝平臺，在該平臺頂面拼裝第2層圈梁及內支撐，繼續焊接安裝豎向連接系，并安裝第1層圈梁及內支撐。2層圈梁拼裝到位后，將2，7，26，31號鋼護筒接高，并安裝吊掛系統，將1，2層圈梁整體下放，安裝導向，插打鋼管樁，鋼管樁合龍后，基坑內吸泥，達到封底地面標高后進行圍堰封底，安裝第3層圈梁，開始承臺施工。承臺施工完成后進行體系轉換，承臺與鋼管樁間回填砂，并澆筑封層混凝土，拆除第3層內支撐。

圍堰施工步驟為：以385號墩鉆孔平臺為依托，施工1，2層圈梁拼裝平臺→安裝第1，2層圈梁及內支撐→將護筒接高，安裝吊掛系統→提升1，2層圈梁10cm，拆除鉆孔平臺→圈梁及內支撐整體下放至設計位置并固定→安裝插打鋼管樁施工平臺并開始插打鎖口鋼管樁直至合龍→圍堰內抽渣吸泥、圍堰封底→圍堰內抽水，安裝第3層內支撐，施加頂力→承臺施工并澆筑封層→拆除第3層內支撐及第2層內支撐。

2 鎖口鋼管樁圍堰施工控制關鍵技術

鎖口鋼管樁圍堰施工從圍堰內支撐及鋼管樁插打到圍堰封底施工全過程，施工工序復雜，鎖口鋼管樁圍堰多層內支撐施工、鎖口鋼管樁插打、鎖口止水則是圍堰施工成功的關鍵，故需對各階段施工進行詳細分析，明確控制要點，以確保圍堰順序安全施工完成。

2.1 圈梁加工

圍堰圈梁采用“三角整體加工+內支撐螺栓連接”方式，現場施工便道總寬8.0m，上游側棧橋總寬10.0m，棧橋護欄高1.2m。第2層圈梁分塊最大尺寸為12m×10.8m，第1，2層圈梁在鋼結構車間加工成≤12.0m長單根后，運輸至棧橋頭空場地按設計分塊組拼。棧橋頭運輸至385號墩時利用13m平板車(車廂高1.6m)通過上游側棧橋運輸，圈梁內支撐與圈梁采用螺栓連接方式，圈梁分塊整體加工及內支撐螺栓連接便于圍堰內支撐系統快捷安裝，有效有質地加快圍堰施工。

2.2 第1層圈梁拼裝

利用鉆孔平臺部分鋼管樁及分配梁作為第1層圈梁及內支撐拼裝平臺，因圍堰施工期橋位處黃河水位為86.200m，原設計第2層圈梁拼裝牛腿標高為86.300m，為防止水位上漲影響第1，2層圈梁拼裝施工，嚴重影響工期，項目部及時調整施工方案，拔除中部20根平臺支撐鋼管樁，保留鉆孔平臺四角16根鋼管樁作為拼裝圈梁平臺支撐樁，安裝樁頂2HN600×200分配梁，并在4，5，28，29號護筒上焊接中間支撐牛腿，該方案有效解決了水位上漲對圍堰施工的影響。

2.3 第2層圈梁拼裝

利用第1，2層圈梁豎向連接系安裝第1層圈梁，第2層圈梁拼裝底標高為91.450m，鋼護筒頂面標高為92.600m，為保證第1，2層圈梁及內支撐整體下放，利用第1，2層圈梁連接系作為支撐，安裝第1層圈梁及內支撐，先在第2層圈梁上安裝三角圈梁下連接系豎桿，再安裝第1層三角節段圈梁，第1層圈梁直線段區域先將豎桿安裝到第1層圈梁直線段上，第1層直線段圈梁及連接系整體吊裝與第2層圈梁安裝到位，最后安裝連接系斜桿。該施工方法有效有質地解決了第1層圈梁及內支撐無拼裝平臺的施工問題。

為確保頂層三角圈梁安裝準確，須把控相應關鍵點：①支撐頂層圈梁三角的豎向連接系加工尺寸準確；②豎向連接系垂直度及位置安裝到位；③頂、底口開口方向與頂層圈梁相對應。豎向連接系頂部開口插入頂層圈梁翼緣板處，須提前將槽口放大尺寸，槽口切割深度必須保持一致。

2.4 圈梁下放

2.4.1圍堰吊掛系統

根據現場實測標高，接高2，7，26，31號鋼護筒，接高后護筒頂標高100.170m。護筒接高前，先將鋼護筒接高加固件焊接至護筒頂，護筒接高加固件位置需擺放準確，護筒對接設置8塊扒板，垂直度≤0.5%，對接處采用坡口焊。

鋼護筒接高后，安裝吊掛系統，吊掛系統由分配梁F1～F3、千斤頂、精軋螺紋鋼、墊梁、鋼護筒接高加固件、反拉件等組成，385號圍堰吊掛系統如圖3所示。

圖3 385號墩圍堰下放系統立面

采用φ40 PSB930精軋螺紋鋼，每個下放點設置3根18m長精軋螺紋鋼，精軋螺紋鋼配置按(12+6)，(9+9)，(6+12)m，均需過連接器。安裝精軋螺紋鋼時，將連接器安裝到位，精軋螺紋鋼各深入連接器一半(11cm)，檢查連接器套筒是否擰到位，測量護筒垂直度及鋼護筒偏位，將鋼護筒導向按下放高度預留相應距離，焊接安裝導向前端圓弧板。

2.4.2提升1，2層圈梁10cm

利用下放系統將1，2層圈梁提升10cm，具體操作步驟為：上層精軋螺紋鋼螺母擰緊，8臺千斤頂同步起頂10cm，將下層精軋螺紋鋼螺母擰緊，松開上層螺母。1，2層牛腿脫離拼裝牛腿后，靜止10min檢驗下放系統安全性，確認無誤后方可進行后續操作。

2.4.3拆除2層圈梁下方拼裝平臺

將拼裝平臺四角圈梁拼裝分配梁2HN600型鋼、樁間連接系拆除，利用DZ135打樁錘將管樁拔除，切除中間直線段圈梁下方4條牛腿。拼裝平臺拆除時，嚴禁機械、待拆構件碰撞鉆孔平臺。

2.4.4下放1，2層圈梁

2層圈梁拼裝平臺拆除后，開始下放1，2層圈梁，385號圍堰下放步驟如圖4所示。

圖4 圍堰下放施工步驟

1)步驟1 將上層精軋螺紋鋼螺母向上旋擰，留12cm間隙。

2)步驟2 千斤頂起頂，下層螺母與分配梁脫開后停止起頂，將下層螺母向上旋擰10cm。

3)步驟3 千斤頂落頂。

重復上述步驟，直至將圈梁下放到位。

2.5 鎖口鋼管樁插打

鎖口鋼管樁長28m，采用一陰一陽鎖口鋼管，管樁主管采用φ820×12鋼管，鎖口陰管采用φ219×8，陽管采用鎖口I20b。

主管定尺長度按8m+12m+8m，單根管需設置2處接頭，管樁對接應平順過渡，接頭處進行坡口焊，外側加扒板，鎖口工字鋼及鎖口陰管接長時采取等強對接，工字鋼接頭與主管接頭距離≥200mm。在鎖口工字鋼腹板兩側設置φ16通長止水圓鋼，圓鋼及陰陽管與主管間采取通長焊，焊縫高度hf=8mm。工字鋼對接接頭位置焊接完成后，將工字鋼腹板需插打經過的位置打磨平順。

采用導向架+型鋼定位架，提高了定位精度，鋼管樁插打施工順序為：自西北角向南第1根鋼管樁開始插打，插打第2根樁為角樁，待角樁插打完成后，利用2臺起重機配合DZ135振動打樁錘沿大里程及下游方向開始雙向插打施工，在大里程下游側角點附近合龍。鋼管樁插打雙層導向如圖5所示。

圖5 鋼管樁插打雙層導向立面布置

鋼管樁合龍通過精確計算，確定合龍口位置。如合龍精度不滿足要求，現場實測鋼管樁的角度和尺寸，根據實際切割焊接成異形鋼管樁，以確保整個圍堰密封。

為保證合龍時兩側鎖口相互平行，使用方樁進行合龍，合龍時采用2根定制方樁合龍，有效解決了因鎖口鋼管樁偏差造成合龍困難的問題，合龍兩側剩余10～15根鎖口鋼管樁時，每打入1根樁均應控制其雙向垂直度。若樁身存在偏斜，應逐根糾正，分散偏差，調整合龍。合龍前，在插打最后4～5根樁時，測量缺口位置，計算合龍路徑及合龍樁外徑，加工大小合適的方樁進行插打。

鋼管樁插打完成后，及時進行位移監測，及時記錄監測數據，及時反饋信息。

鋼管樁插打關鍵技術：鋼管樁插打前，需在鎖口位置涂抹黃油，主要起止水、插打過程中增加潤滑性作用。鋼管樁自上游側角樁旁第1根標準鋼管樁開始插打，沿兩側施工，在下游側大里程拐角處合龍。插打鋼管樁前需設置導向，導向共計設置2層，首根鋼管樁插打設置2層導向裝置，上層通過在棧橋縱梁上設置型鋼定位，下層以2層圈梁為導向插打，鋼管樁緊靠圈梁，首根鋼管樁雙向垂直度要求控制在0.3%以內，陰、陽頭位置需安裝準確。鋼管樁插打雙向垂直度≤0.5%，鋼管樁長28m，插打至頂面設計標高89.000m。在插打過程中，加強測量工作，發現傾斜及時調整，每完成10 塊左右測量校正1次，確保在同一直線上。

2.6 圍堰鎖口堵漏

鋼管樁插打完成后，搭設鎖口頂部操作平臺，利用高壓水管對鋼管樁鎖口內泥沙進行沖洗，沖洗至封底混凝土底以下0.5m位置，填塞黏土，配合比為紅黏土∶麻絮鋸末=3∶1，然后將拌合好的紅黏土與鋸末混合料填塞進鎖口內并經搗固桿件振搗密實，填塞至圍堰設防水位87.500m以上位置，圍堰抽水結束后，對漏水鎖口外部利用麻絮針對性堵漏。

圍堰鎖口堵漏控制要點為：鎖口沖砂完成后、填塞混合物前分別對鎖口底高程進行嚴格控制，利用測繩對鎖口兩側均進行測量，防止兩側高度不統一。紅黏土與鋸末混合物拌合過程中，要求現場技術人員全程盯控，對拍打揉搓過后的紅黏土混合物進行檢查，驗收合格后方可進行填塞。

2.7 圍堰封底

鋼圍堰封底平臺內側鎖口鋼管樁頂設置牛腿，牛腿頂設置2I25b組合型鋼，貝雷梁直接搭設在鎖口鋼管樁頂上，貝雷梁分6組架設，貝雷梁組片間沿橫橋向設置拉森IV鋼管樁作為通道，共設置5道，供平臺封底混凝土澆筑和測量封底混凝土標高使用。貝雷梁頂面按圖紙設計布設通長2I25分配梁，下料點部位布置導管卡固定導管，圍堰封底分2個隔艙進行，底隔艙面板朝向上游側，封底施工時先進行上游側封底施工。采用2臺汽車泵供料。封底首封原則是從低到高，先角再邊后中間，圍堰河床高差不大時，砍球總體順序為從一端向另一端進行。首封滿足導管最小埋深要求，2臺汽車泵按順序逐根導管法砍球澆筑，保持導管四周混凝土的流動性和封底混凝土面同步上升，補方混凝土量根據混凝土面上升情況確定，首封混凝土采用15m3水封總槽+8m3料斗一次連續灌注，保證導管埋深要求。

圍堰封底關鍵點如下。

1)圍堰封底時應根據導管編號的先后順序依次進行各導管的首批混凝土灌注。在灌注過程中應注意控制每個灌注點標高，每灌注1次，能引起混凝土面變動的點即該導管作用半徑范圍內的測點都要測1次，并記錄灌注、測量時間，及時填寫水封記錄。

2)在水下混凝土澆筑時，混凝土坍落度控制在18～22cm，以滿足首灌、補灌及找平階段的坍落度調整；摻加粉煤灰和高效緩凝劑，以提高混凝土流動性，延長混凝土初凝時間，初凝時間≥24h，混凝土的和易性、流動性要良好，同時要符合泵送和水下灌注混凝土的施工要求。

3)封底施工應嚴格按方案設計順序進行，嚴禁在同一點超量下放混凝土使其自流。

4)封底過程中及封底后48h內，避免圍堰承受動荷載，避免受擾動導致護筒與封底混凝土間黏結性能差。

5)封底混凝土頂面標高嚴格按設計圖紙控制，防止承臺施工時混凝土鑿除數量過大。在混凝土面灌注到距離預計高度約50cm時控制灌注速度，加強觀測，嚴格控制封底混凝土終澆標高。根據現場測點的實測混凝土面高程，確定該點是否終止灌注，終止灌注前上提導管，適當減小埋深，盡量排空導管內混凝土，使其表面平整?；炷凉嘧⑴R近結束時，全面測出混凝土面標高，重點檢測導管作用半徑相交處、周邊倒角等部位，根據結果對標高偏低的測點附近導管增加灌注量，力求混凝土頂面平整，并保證厚度達到要求。當所有測點均符合要求后，暫?；炷凉嘧ⅲ⒑藢炷恋墓嗳霐盗浚源_定所測混凝土高度是否準確，當確定混凝土的頂面標高到位后終止混凝土灌注，拆除灌注導管，沖洗堆放。待混凝土灌注完后拆除料斗、導管、翻板等設備。

2.8 第3層圈梁施工

因橋位處黃河水位上漲，且沖刷嚴重，第3層圈梁及內支撐安裝時間由封底前改為封底后，并對第3層圈梁及內支撐施加預頂力，該方案有效解決了水位上漲及沖刷對圍堰施工安全的影響問題，第3層圈梁施工時，分節段安裝，考慮到現場鋼管樁插打完成，圍堰整體受力，鋼管樁局部出現變形，為確保圈梁安裝順直，接頭處平順過渡，故將圈梁單邊分塊安裝，線形調直后再予以焊接。如鋼管樁局部變形過大，則將長邊方向向承臺中心位置移動，確保整體線形順直。若長邊方向向內側移動，則會出現短邊方向長度不足現象，故長邊安裝到位后，提前測量短邊尺寸，根據現場實際尺寸切割下料。

內支撐安裝也通過法蘭連接，第3層內支撐需施加預頂力，內支撐一端用法蘭螺栓與圈梁相連，另一端設置墊座、楔塊，內支撐安裝后，內支撐鋼管間設置千斤頂，千斤頂對稱與內支撐中心線放置，每根鋼管頂端設2臺千斤頂，共設置18臺100t千斤頂，搭設施工作業平臺，對內支撐對頂作業，千斤頂同步頂升，按20，40，70t三級施頂，打入楔塊，并將楔塊與墊塊焊接牢固。

3 結語

鄭濟高速鐵路黃河特大橋位于河南省新鄉市原陽縣和鄭州市中牟縣境內，其中主橋385號水中墩采用鎖口鋼管樁圍堰施工，該圍堰主要由鎖口鋼管樁、圈梁、內支撐、封底混凝土、承臺封層、下放系統組成，圍堰尺寸為43.7m×22.5m×28m，鎖口鋼管樁主管采用φ820×12鋼管，樁長28m，根據鎖口形式不同，分角樁及普通一陰一陽管樁。主管采用φ820×12鋼管，陽頭采用鎖口I20b，陰頭采用φ219×8鎖口管，鋼管樁共計128根。

圍堰高度達28m，水深達13.3m，主河槽水深流急，黃河為游蕩性河流，沖刷劇烈、主河槽位置擺動較大，圍堰施工難度大，圍堰內支撐下放、圍堰合龍、圍堰止水效果是圍堰施工的重難點。同時，工程質量、施工安全等也達到了較高水平，創造了良好的經濟和社會效益。