锁口钢管桩围堰设计及施工技术

锁口钢管桩围堰设计及施工技术

金水

中铁大桥局集团第五工程有限公司江西九江332001

摘要：以武汉市四环线青山长江公路大桥39#～40#墩承台及下部墩身施工为研究对象，阐述了锁口钢管桩围堰从设计到施工的全过程，包括该围堰的总体布置、结构形式、锁口钢管桩的加工制造、定位插打、钢管桩的合龙，围堰止水、围堰内清基、围堰封底等，确保深水承台的施工安全。

关键词：围堰；锁口钢管桩；围堰设计；围堰施工

1工程概况

青山长江公路大桥为武汉市四环线东北跨越长江段，大桥位于天兴洲洲尾，处于天兴洲子堤外（东端）约700m，距洲尾约1.8km处。上距天兴洲公铁两用桥约7.5km，下距阳逻长江公路大桥约12.0km。在武钢外贸港码头下游约1km的大众装卸码头处跨越长江、天兴洲。

其中北汊副通航孔桥跨（38#～43#墩）布置为（65+110+110+110+65）m五跨预应力混凝土连续梁桥。39#～42#主墩均为钢筋混凝土实体墩，墩厚3.5m，墩宽11.0m，下部为17.0m×10.75m方形承台，承台厚4.0m；主墩基础采用12根Φ2.5m钻孔灌注桩，桩长70m。

根据现场勘测，39#、40#主墩处河床面标高分别为+11.9m及+12.3m，最高通航水位26.95m，最低通航水位9.33m。39#～40#墩承台及下部墩身考虑在低水位期采用锁口钢管桩围堰进行施工，围堰设防水位定为+19.0m。

2钢管桩围堰设计

39#、40#墩左右幅承台采用一套锁口钢管桩围堰施工，左右幅承台平面尺寸均为17.0m×10.75m，两幅承台间净距为3.75m。根据水中围堰类似经验考虑长边方向作业空间为1.168m，短边方向作业空间为1.357m，从而计算出钢管桩围堰设计内边尺寸为40.086m×13.464m，外边尺寸为41.346m×14.724m。围堰钢管桩采用φ630×8mm钢管，钢管桩插打进入粉细砂(2-3)层以下2.0m，围堰底标高取-1.0m，围堰顶标高为+20.0m，钢管桩每根长度为21.0m，平均打入深度为分别为12.9m和13.3m。

根据土层地质情况和止水要求，本围堰锁口形式采用“C-O”型锁口。

围堰封底混凝土采用水下C30混凝土，厚度为3.0m；拼装牛腿须置在设防水位以上。

3围堰施工

3.1施工工艺流程

3.2锁口钢管桩加工及拼装

锁口、钢管桩均在加工场内加工、制造。钢管桩与锁口拼装焊接在加工场内进行，加工场内做好钢管桩与锁口小钢管之间焊接胎具，保证焊接的中线对中和焊缝顺直。钢管锁口缝采用自动切割机设轨道定向切割。

钢管桩顶部和底部设置加强箍，并采用与钢管桩材质相同的钢板满焊，加强箍的纵缝应和卷焊桩管的纵缝错开90°，加强箍的厚度与原管壁叠合后的径厚比不大于40。在锁口槽口下端焊接一定坡度的挡板，防止插打过程中渣土进入锁口槽口部位。

3.3钢管桩插打

在钻孔灌注桩施工平台周边安装导向架。导向架设上、下两层，严格控制钢管桩的倾斜度。导向架应作试桩通过性试验。在导向架上按理论尺寸放线定出各桩的位置，插打至设计标高。

钢管桩采用履带吊配合振动锤进行插打。

钢管桩插打从上游侧的角桩开始，然后依次插打到位，至下游侧钢管桩采用两次插打到位并完成围堰合龙。最后一面（下游侧）钢管桩第一次将已插打好的钢管桩打下5～6m，使具有稳定入土深度，并先行合龙，第二次再依次插打到设计标高。

角桩的插打是围堰施工的关键，在插打时严格控制好角桩的垂直度，需在两个垂直方向同时进行控制。为确保钢管桩插打位置准确，在导向架上设置一个限位框架，大小较锁口钢管桩每边大1cm，插打钢管桩靠紧导向架，一边插打，履带吊一边缓慢下钩，并在互相垂直的两个方向观察，以后的锁口钢管桩起吊后人工扶持插入前一根锁口钢管桩锁口内，然后采用振动锤振动下沉。

3.4钢管桩合龙

开始插打的钢管桩可以一次插打至设计标高，最后一面（下游侧）应先插打钢管桩至一稳定高度，当钢管桩全部合龙后，再由合龙处逐根将钢管桩插打至设计标高。围堰合龙桩采用下游侧距角桩一定距离的中桩。

钢管桩围堰在合龙时，由于各种原因导致钢管桩最后无法合龙时，可根据实际情况制造异型钢管桩进行合龙，钢管桩进行调整和丈量尺寸后，根据合龙口的宽度及锁口形式，制作异型钢管桩。

3.5围堰止水

围堰锁口填充止水材料采用黏土掺锯末，体积比取3:1，并掺适量膨润土和麻丝，以提高止水效果。填充前，采用射水法冲洗锁口内的淤泥等，人工填充黏土块。采用强制搅拌机、铁锹等工具，将干黏土适当掺水，以能将黏土和锯末、麻丝等充分混合在一起，投放时入水不散为宜。填充锁口连续下料，并采用锁口钢管充分捣实。

3.6清基及围堰封底

围堰内取土、清基采用长臂挖掘机开挖结合砂石泵抽吸的方法进行。现场开挖过程中需对围堰进行观测，若发现锁口钢管桩桩顶移位等现象时应停止开挖，并向围堰内回填土后采取措施。

基底清理至设计标高后，开始封底混凝土施工，封底采用多点同时封底的方式,确保一次封底的成功。封底采用垂直导管法灌注水下混凝土，封底前需将钢护筒周围、围堰内壁和桩侧清理干净。水下封底必须一次连续灌注完成，封底混凝土采用低水化热水泥和级配良好的粗、细骨料，并掺加适量粉煤灰和外加剂。

封底混凝土厚度不小于设计厚度。

3.7围堰内抽水及内支撑安装

封底混凝土达到设计强度后，开始围堰内抽水并安装内支撑。

安装水泵，在围堰内抽水至内支撑设计高度时安装内支撑。安装前先在钢护筒及钢管桩上焊接内支撑临时牛腿，再拆除导向临时撑杆及临时牛腿，将导向内圈梁及内支撑移至新焊牛腿上，割除部分钢护筒，焊接其余内支撑。

在确保安全的前提下，围堰内支撑的施工与围堰内抽水按“先支撑后抽水，分成支撑分层抽水”的原则进行。本围堰共设置两层支撑，内支撑的施工顺序如下：安装第一层内支撑→抽水至第二层支撑处→安装第二层内支撑。

按设计要求，安装内支撑，应保证内支撑轴线与围檩轴线在同一水平面。围檩与内支撑端头应焊接牢固。在围檩与支撑接触部位的钢管桩应进行局部补强。

3.8围堰拆除

承台及水下墩身部分施工完成后，拆除围堰。

拆除前做好可靠的换撑和监测准备工作。围堰拆除按从下游到上游，内支撑由低到高、先支撑再围檩，最后拔除钢管桩的顺序进行。围堰锁口钢管桩采用履带吊配合振动锤拔除。拔除钢管桩之前，应向围堰内注水使围堰内外的水位保持平衡。围堰拆除后，对河床及时进行复原。

4结束语

锁口钢管桩围堰因其制造、加工、运输、插打工艺简单，施工速度快，组装形式多样，可重复利用等特点，已越来越广泛地在深水基础等工程中得到应用。本文对武汉市四环线青山长江公路大桥39#～40#墩锁口钢管桩围堰，从设计到施工的全过程做了介绍，为锁口钢管桩围堰在今后的应用提供参考和借鉴。

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》JTG_TF50-2011

[2]《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015

[3]《钢结构设计规范》GB50017-2014

[4]《路桥施工计算手册》周水兴等，北京：人民交通出版社，2001