陡坡硬巖河床上U形鎖扣鋼管復合樁圍堰施工關鍵技術

摘要 文章主要針對半陸半水陡坡硬巖河床上及臨近營運中高速的深水承臺施工的特點和難點，以長深擴建T6標為例，該項目東江特大橋2#墩承臺處于此種環境下，采用U形鎖扣鋼管復合樁圍堰進行施工，詳細闡述了圍堰的工藝原理、施工步驟及施工控制要點。施工結果表明，采用U形鎖扣鋼管復合樁圍堰施工技術，順利解決了圍堰穩定性不佳、漏水等問題，保證了營運高速的安全。

關鍵詞 陡坡；硬巖；鎖扣鋼管；復合樁；圍堰

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0167-03

0 引言

隨著社會發展，結合通航、防洪等要求的提升，越來越多的大型橋梁承臺在跨越大河、湖泊時埋置于河床面以下。一般采用圍堰進行深水基礎施工，當圍堰在半陸半水河床中時，因巖層堅硬且強度高，圍堰的生根、錨固、穩定固定、止水等施工難度大。針對陡坡硬巖河床上及臨近營運中高速主墩樁基及承臺的深水施工的特點和難點，闡述了一種陡坡硬巖河床上U形鎖扣鋼管復合樁圍堰施工的關鍵技術，以期為類似工程提供參考。

1 概況

擬擴建東江特大橋采用左側分離加寬方式，設計中

心樁號為K3577+755.427，設計起訖樁號為K3577+355.177

～K3578+154.877，橋梁全長799.7 m。該標段擴建東江特大橋新橋設置在舊橋左側（上游側）1 m外，新橋比舊橋高，最大高程為10.3 m。2#墩為半陸半水墩，墩位位于斜巖陡坡上，承臺埋置于硬巖下6～11 m，水下為砂質黏性土～全風化花崗巖～強風化花崗巖～中風化花崗巖～微風化花崗巖。如圖1所示：

陡坡硬巖河床上U形鎖扣鋼管復合樁圍堰施工是將鎖扣鋼管樁支護與樁基施工兩種工藝進行融合運用，充分發揮樁基抗滑錨固作用、工藝成熟施工速度快，PLC鎖扣鋼管止水效果好、止水堵漏方便易操作，安全質量易控，經濟效益顯著等優勢[1]。

2 鎖扣鋼管復合樁工藝原理

2.1 PLC鎖扣鋼管樁組成

PLC鎖扣鋼管樁作為硬巖質及水中基坑支護。PLC鎖扣鋼管樁主鋼管采用螺旋鋼管。鎖扣采用鋼板樁鎖扣，其一側翼緣與主體鋼管雙面滿焊連接。PLC鎖扣通常成180°角，部分需轉角位置，可根據需要調整PLC鎖扣夾角。

2.2 混凝土復合樁基礎結構

混凝土樁基礎結構由水下混凝土、鋼筋籠等組成。混凝土樁基礎長度主要根據鎖扣鋼管底標高及圍堰開挖底標高進行確定。根據圍堰受力內撐要求，以及鎖扣鋼管直徑確定混凝土樁基礎直徑。Φ820 mmδ10 mm鎖扣鋼管應搭配Φ700 mm的混凝土樁基礎。

2.3 圍堰鋼圍檁結構

圍堰鋼圍檁采用內支撐，主要由H60型鋼、錨固錨桿、錨固混凝土梁、預埋鋼板等組成。如圖2、圖3所示：

3 "施工工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程圖

工藝流程如圖4所示：

3.2 工藝步驟

3.2.1 施工準備

（1）施工便道：根據2#墩承臺邊坡要求重新規劃施工便道，利用邊坡平臺作為寬約10 m的便道，以滿足履帶吊或汽車吊安裝塔吊的需要。

（2）根據樁基施工及平臺搭設，確定河床面及巖面的標高。按最高水位進行鎖扣鋼管樁圍堰試打、抽水、開挖及拆除等進行穩定性驗算。

（3）支撐系統材料加工。承臺圍堰支撐系統材料采用型鋼等，并提前30 d完成加工。

3.2.2 導向安裝

根據鋼圍堰的平面尺寸，利用平臺護筒上焊接型鋼牛腿，然后在牛腿上設置型鋼作為導向裝置。施工過程中利用定位卡確保定位準確，在施工中需反復校核鋼管樁位置和垂直度。安裝導向架時應注意以下幾點：（1）采用全站儀和水平儀控制和調整導梁位置。（2）導梁的高度要適宜，應有利于控制鋼管樁的施工。（3）導梁不能隨著鋼管樁的打設而出現下沉和變形。（4）導梁的位置應盡量垂直，并不得與鋼管樁發生碰撞。

3.2.3 鎖扣鋼管樁插打至巖面

導向架安裝完成后，開始進行鎖扣鋼管樁的插打，鋼管樁插打應采用75 t履帶吊配合90 kW振動錘進行。在鋼管樁插打完成、復合樁鉆孔施工前，應將導向架和鋼護筒進行固定。

3.2.4 復合樁施工

鋼管樁首插至巖面后，樁底位于強、中風化花崗巖層，根據地質報告，此處的最高巖石強度為140 MPa，無法利用振動錘將沉樁振動至設計標高。鋼管樁底部巖層采用潛孔錘（首選）或旋挖鉆進行底部引孔，引孔至圍堰底設計標高。采用鐵刷對護筒內壁最下端1.5 m進行清掃。將鋼管樁重新下放鋼筋籠（搭接護筒1.5 m）及澆筑混凝土（搭接護筒1.5 m），嚴禁小于1.5 m的搭接。

3.2.5 平臺拆除及邊坡修整

當鋼管樁混凝土澆筑完成后，即可開始平臺拆除工作，利用履帶吊配合人工對鉆孔平臺自上而下進行拆除。拆除順序如下：拆除面板槽鋼及分配梁工字鋼—吊移貝雷架—切割拆除原平臺平聯及鋼護筒。拆除過程中應派專人全程旁站，設立吊裝警示區，確保作業安全進行。

3.2.6 承臺開挖

完成平臺拆除后，從標高開始按照1∶1.5進行放坡，并在標高處修筑平臺；挖機通過便道開至平臺，并進入圍堰范圍內，按照由遠及近的順序進行底部巖石鑿除。完成底部巖石鑿除后，通過片石墊高返回平臺，隨即更換為長臂挖機將底部傳遞的片石進行清除。

（1）旋挖鉆掏空四周

對于堅硬花崗巖，應保證承臺開挖鑿巖的進度，經討論研究采用旋挖鉆與劈裂機鑿巖相結合的工藝進行承臺硬巖的開挖。該工藝能夠發揮各自優點進行取長補短，通過旋挖鉆在承臺周邊對整塊巖石打孔，將承臺周邊產生臨空面以達到破壞巖石的整體性，使承臺范圍內巖石與周邊孤石分割開來。

旋挖鉆主要由傳扭結構和氣動沖擊機構組成。其中，傳扭結構連接鉆桿和旋挖鉆頭裝置，傳遞回轉切削及回拉拉力；氣動沖擊機構產生沖擊作用，給沖擊鉆頭提供軸向動力，鉆孔自上而下逐層施工深入，鉆孔的速度、風壓、推進根據鉆機的性能，結合底層實際情況進行嚴格控制，防止鉆孔扭曲和變徑、造成塌孔或其他事故。為防止相鄰潛孔間串孔，首批應采用跳鉆。

（2）承臺劈裂機施工

利用普通風槍鉆孔，在孔內插入劈裂機的楔形塊組件—劈裂槍，啟動液壓泵站，液壓泵站工作產生高壓，驅動劈裂機楔形塊組件的中間楔塊向前運動，將反向楔塊兩邊撐開，以產生巨大分裂力；此分裂力由巖石內部向外，破壞巖石內部結構，巖石在此分裂力作用下將巖體分裂開來；然后使用破碎錘將分裂開的巖石解體，最后將碎石運出施工現場。

劈裂產生的一些相對較大的石塊，則采用炮錘式挖掘機破碎至合適大小。清理的順序應自上而下，破碎出來的巖石采用挖掘機進行接力式挖掘，使用挖機裝車運輸到指定地點堆放。在清理過程中應注意安全，防止巖石墜落砸傷人員及機械。

3.2.7 圍檁及支撐安裝

圍堰上下共設置二層鋼圍檁及內支撐，第一層采用H60型鋼做鋼圍檁。

在標高的靠邊坡處進行開槽，清理邊坡松散巖壁，隨即安裝10 cm×10 cm的鋼筋網并進行20 cm的混凝土澆筑，同時在圍檁與邊坡接觸位置提前預埋鋼板，保證后續圈梁與邊坡間布置對稱，安裝穩固。在標高2處安裝第二道內撐前，同樣完成此步驟。

鋼圍檁及內支撐安裝工序流程：拆除剩余鋼平臺、邊坡開挖—抽水至第二層內支撐下50 cm—鑿除巖石—安裝第二層內支撐—抽水至第一層內支撐下50 cm—鑿除巖石—安裝第一層內支撐。

3.2.8 圍堰堵漏

待復合樁完成、平臺拆除，并將邊坡開挖至巖面以下后，若復合樁間隙存在漏水的情況，則需進行二次注漿堵漏，注漿位置為圍堰外側漏水的管樁間。

3.2.9 圍堰拆除

組合鋼管樁圍堰的拆除施工流程為先分次灌水拆除內支撐及圍檁，再拆除組合鋼管樁[2]。

4 結語

該文以鎖扣鋼管復合樁作為支護結構，順利解決了基坑整體穩定性不佳、接縫處漏水、施工后周邊承臺圍堰不均勻沉降等影響舊橋運營高速的橋梁安全問題，大大縮減了施工工期，減少了現場施工作業量并降低了對周邊橋梁基礎、高邊坡及城市景觀綠道的影響，保證運營高速公路的正常通行，有效地降低了施工過程中對高速公路的影響。

參考文獻

[1]秦尚進，陳雨，劉魯魯，等.PC工法組合樁圍堰施工關鍵技術[J].建筑技術開發，2021（14）：60-61.

[2]律建華.鎖扣鋼管樁圍堰施工關鍵技術[J].科學技術創新，2023（11）：139-142.