3、-锁口钢管桩施工工艺工法.doc

锁口钢管桩施工工艺工法
（QB/ZTYJGYGF-QL-0203-2011）
桥梁工程有限公司 何勇 潘萍
1 前言
1.1 工艺工法概况
围堰的形式多种多样，针对不同工程的结构特点和环境条件选择适宜的围堰结构进行承台施工，对桥梁施工的安全、工期、经济和社会效益有重要影响。在诸多围堰形式中，锁口钢管桩围堰是其中的一种。
1.2 工艺原理
锁口钢管桩桩围堰，就是在围堰内施工和修建基础时，使围堰外的水或土不至于大量涌进围堰内，待基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵塞水流或航道，它是一种临时性结构。锁口钢管桩在钢管两侧加入了锁口装置，可以使两相邻钢管桩之间紧扣相连在一起。
2 工艺工法特点
2.1 相比单壁钢套箱围堰、咬合钢管桩围堰等，锁口钢管桩围堰具有加工制作简单快速、施工工期短、经济效益高。
2.2 锁口钢管桩围堰结构整体刚度大、抗弯能力强、结构整体稳定性好、材料回收利用率高、平面布置适应性强等特点。
3 适用范围
锁口钢管桩围堰适用于水深20m以内、水流流速小于3 m/s，河床为砂类土、黏性土、碎(卵)石类土和风化岩等地层条件下的基坑开挖。
4 主要技术标准
《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5）
《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10415）
《铁路桥涵施工规范》（TB 10203）
《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50）
5 施工方法
根据工程所在地场地特点，结合锁口钢管桩的特性、施工方法等方面进行考虑，制定锁口钢管桩现场施工方案，先由测量人员定出锁口钢管桩围堰的轴线，安装导向架，打桩时利用导向架确定锁口钢管桩插打位置。利用打桩机等设备插打锁口钢管桩，合龙围堰，设置内支撑，锁口止水，进行围堰内施工。待承台、墩身施工出水平后，拆除锁口钢管桩围堰。
6 工艺流程及操作要点
6.1 施工工艺流程
锁口钢管桩围堰的施工工艺流程如图1。
施工准备

钻机平台拆除
钢管桩制作

安装导向架
钢管桩运输存放

测量控制检查
插打钢管桩

围堰合龙

锁口止水
安装内支撑体系
基坑开挖
围堰内填筑

灌注封底混凝土

围堰内抽水
检测控制

承台、墩身施工出水面

拆除围堰

图1 锁口钢管桩围堰施工工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1 施工准备
1 施工平台
桥墩的桩基础施工完成后，将钻机平台上的钻孔设备全部撤离，拆除影响锁口钢管桩插打的钻孔平台结构，保留其他部分钻孔平台作为锁口钢管桩插打施工的作业平台。
2 锁口钢管桩的加工
1）锁口钢管桩的材质一般采用Q235A，钢管优先选用螺旋钢管，也可采用直缝焊接钢管。
2）其加工制作可在一般钢结构加工厂内，也可在施工工地进行。
3）在平整的场地上制作咬合钢管桩加工胎架，先将钢管对接成设计长度，然后将锁口角钢与钢管定位焊接，最后焊接加劲肋和限位肋。
4）每根咬合钢管桩上的锁口要对称位于钢管的同一直径线上。咬合钢管桩的对接焊缝按照Ⅱ级焊缝质量标准检查验收；其余的焊缝按照Ⅲ级焊缝质量标准作外观检查，要求饱满、无裂纹、不漏水；咬合钢管桩顺直、不折、不弯。
5）锁口钢管桩的结构如图2所示。

图2锁口钢管桩结构大样图(单位：mm)
3 测量定位
在围堰上下游一定距离的河岸陆地上设置控制测量点。在导向梁安装之前，用全站仪测放出围堰的内轮廓线；在咬合钢管桩插打过程中，用两台经纬仪前方交汇法控制锁口钢管桩的垂直度。
4 振动锤及起吊设备选型配套
1）振动锤选型
为了保证施工时锁口钢管桩能够打入到设计入土深度，事先要对用于沉桩的振动锤规格进行计算选择，要求振动锤的激振力P大于咬合钢管桩的贯人摩阻力Q，即P/Q＞1.1。

式中 Q——单根咬合钢管桩贯人摩阻力(kN)；
——土壤振动液化系数，=0.3～0.6；
——桩周长（m）；
——桩周第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；
——桩周第i层土的厚度（m）。
2）起吊设备选型
有栈桥钻孔围堰施工平台的，采用汽车起重机直接行使到平台上起吊振动锤及咬合钢管桩；没有栈桥时，一般采用浮吊。起吊设备的规格根据振动锤的大小选择配置。
5安装导向架
在桩基护筒上焊装双层牛腿，在牛腿上测量定出围堰内外框线，沿着内外框线安装导向圈梁。两层定位架高差要大于2.0m，定位架的牛腿和圈梁采用槽钢焊接，其结构如图3所示。 图3定位架结构示意图
6.2.2 锁口钢管桩插打与合龙
1 吊桩
吊机的主钩吊住锁口钢管桩上口、副钩吊住下口同时提升使咬合钢管桩悬空，然后主钩继续提升直至咬合钢管桩垂直，最后松脱副钩。
2插打
1）吊机吊运咬合钢管桩至沉桩位置，使其锁口与已沉入咬合钢管桩的锁口阴阳咬合，并从定位架中缓慢下放，直至进入河床不沉、自稳为止。
2）取下桩头千斤绳，用吊机主钩吊振动锤到桩头，用锤夹夹紧桩壁；启动振动锤沉桩，直至设计深度停止。下沉过程中要同步松放吊机的起重绳，控制锤身与桩身保持垂直状态。
3）锁口钢管桩不能打入到设计深度，可采用桩内射水或吸泥方法辅助下沉。
3 纠偏
1）第一根咬合钢管桩沉入后的垂直度影响到整个围堰其他咬合钢管桩的垂直度，其打入时要缓慢些，打入到设计深度一半时暂停沉桩，检查桩身的垂直度是否在0.5%L以内，如满足要求则继续开启振动锤沉桩；否则拔出重打。
2）其他的咬合钢管桩在定位架和锁口的共同作用下，一般不会产生较大偏差，只需每插打15～20根作一次检查，保证桩身的垂直度在1%L以内即可。
4合龙
1）锁口钢管桩一般由围堰上游分两头插打、到下游合龙。
2）咬合钢管桩围堰合龙前，在插打至最后4～5根桩时，测量缺口的宽度，准确计算出合龙桩的外径，加工大小合适的咬合钢管桩运至施工现场插打。
3）为保证咬合钢管桩围堰合龙时两侧锁口互相平行，避免使用异型桩进行合龙，减小合龙难度，当咬合钢管桩两端相距10～15根桩的距离时，之后每打人一根桩，均须用经纬仪控制其垂直度。若桩身存在偏斜，应逐根纠正，分散偏差，调整合龙。
6.2.3 锁口漏水的预防及处理
锁口止水是锁口钢管桩围堰防水的关键的措施和工序，采用锁口内填筑和防水布整体围护相结合方式。
1 锁口内填筑。
用棉布缝制比锁口略大的长条型布袋；将布袋放人锁口中，用φ48 mm钢管(灌浆导管)穿入布袋将其插到河床面。砂浆用注浆泵通过灌浆导管从孔底向上灌注，边灌边提升导管，直至孔口溢出砂浆为止；导管埋入砂浆不小于2m。砂浆采用M2.5#、塌落度180～200mm。
2 防水布整体维护
用双层彩条布缝制成环状布带，其宽度为围堰顶到河床面的高度加7m、最小周长为围堰周长的2倍。全部锁口钢管桩插打完成后，将布袋从围堰顶套下，上口与围堰顶齐平，下口摊铺到河床上、用砂袋压实。
3 锁口漏水处理
1）抽水过程中或抽水后发现个别锁口漏水，可派潜水工下水检查漏水处防水布破损位置并用防水布贴补。
2）抽水后如发生锁口漏水较大或漏水处较多、贴补无效和不易抽干、影响围堰内基础施工时，要停止抽水、让水回灌入围堰，重新铺设防水布，然后再抽水。
6.2.4 围囹及内支撑安装
1 围囹安装
围堰合龙后，根据施工水位度量并在咬合钢管桩上标志出围囹水平位置；在支撑附近将型钢托架焊接在咬合钢管桩上，作为围囹安装的支承。将岸上下料并连接好的围囹型钢用浮吊吊放到托架上，紧贴咬合钢管桩并与其焊接；不能紧贴咬合钢管桩的，在两者之间加小钢板焊接。
2 内支撑安装
1）在围囹上测设出支撑的安装位置，并准确测量出每根支撑两端围囹间净距；根据净距对支撑钢管下料并将其两端切割成企口。为使支撑钢管达到轴心受压计算条件，企口切割时要保证钢管轴线和围囹水平中线重合。
2）用吊机将支撑吊放到对应位置安装，围囹与支撑钢管端头直接焊接牢固、围囹顶面与支撑钢管间用连接钢板焊接连接。最后安装围堰转角处三角支撑。 图4 内支撑安装示意图
3）开挖过程中，围囹及内支撑安装本着“边开挖边支撑，先支撑后开挖”的原则。
6.2.5 基坑开挖和围堰内回填、封底
1 抽水开挖
1）围堰底地层透水性较小、稳定性较好的低桩承台，采用抽水开挖方法。
2）抽水开挖可选用人工开挖、小型挖掘机开挖、爆破开挖等方法，用扒杆、吊机等提升吊斗出渣。
3）开挖时在围堰内四周设排水沟、转角处设积水坑抽水，根据抽水量多少，配备足够数量的抽水机进行围堰内抽水。抽水机宜选择离心泵与潜水泵结合，大小搭配。
4）开挖过程中要观测围堰咬合钢管桩、围囹、内支撑等结构的应力、应变和变形情况，出现应力应变超过设计容许值的情况，要停止抽水，查明原因，采取相应加固措施后方可重新抽水开挖。
2 不抽水开挖。
1）围堰底地层透水性较大、稳定性较差有可能产生涌砂或涌泥地层的低桩承台，宜采用不抽水开挖方法。
2）不抽水开挖可选用水力吸泥机、水利吸石筒、空气吸泥机等，以上各种方法如在较紧密土层中，可用射水方法配合松土，以加快挖基进度；亦可采用抓泥斗、挖掘机等水下挖基方法。
3）开挖基本完成时，用吊线锤测量基底标高，潜水工下水检查基底平整度并辅助平整基底。
3 围堰内回填
1）对于高桩承台的围堰，则用砂卵石或废砖砟等将堰内填筑到封底混凝土底面标高。砂卵石填筑数量计算时注意扣除桩身、桩头破除和铺底混凝土所占的体积。
2）填筑物可通过栈桥用汽车运输，亦可采用驳船运到围堰边、用抓沙船的抓斗放入。
4 封底混凝土施工
1）对于不抽水开挖的围堰基坑，采用水下混凝土进行封底，施工方法同沉井封底，封底混凝土的厚度需要计算确定。
2）对于抽水开挖或堰内填筑的基坑，抽水后破除桩头、整平基坑底，采用普通混凝土浇注方法封底，封底混凝土厚度0.3～0.5m。
6.2.6 锁口钢管桩优化措施
1 为增加咬合钢管桩围堰整体抗弯刚度，可以向钢管桩内填充细砂、冲水密实。
2 由对口槽钢组成的锁口结构，下端采用坡脚焊焊接钢板，避免插打过程中砂石挤压进入锁口，影响下一部施工。
6.2.7 堰内基础施工
1 堰内承台、墩身施工的各工序施工方法同陆上桥墩基础施工。
2 承台混凝土灌注完成7d后，为减少抽水工作量，宜将围堰内水位回灌到比承台顶略低然后才施工墩身。
6.2.8 拆除围堰
1 墩身施工出水面后，即可拆除围堰。围堰拆除按从下游到上游、由低到高、先支撑再围囹最后拔除咬合钢管桩的顺序进行。
2 拆除位于水面下的支撑时，先部分停止抽水，使围堰内水位回复到待拆除的支撑下，部分平衡围堰内压力差，然后才能进行内支撑、围囹拆除施工。
3咬合钢管桩拔除时，先用振动锤轻击桩顶，将桩周土体及锁口内砂浆振动，再进行拔除作业。
4 拔除的咬合钢管桩应清刷干净，修补整齐，除锈涂刷防锈油漆；在运输、存放时，防止变形损坏。
7 劳动力组织
锁口钢管桩围堰施工技术要求高，专业性较强，要求工种多，且由于其特殊性，现场需配备专业技术人员。人员配备见表1。
表1 锁口钢管桩围堰施工所需劳动力
工程项目
人数
备注
现场管理人员
3
现场负责人1名、安全员1人、领工员1人
现场技术人员
4
技术负责人1名、质检员1人、技术员2人
钢管桩焊接接长
9
焊接工人6人，吊装工人3人
钢管桩打设
10
震动锤操作员1人、拉揽风绳工人3人
吊司机2人
实际操作4人
材料运输
2
板车司机1人，指挥1人
内支撑安装
7
焊接牛腿4人，平台拆除3人
围堰内清淤
19
高压水枪6人，泥浆泵看管1人
电工2人，清除基底杂物10人
合计
围堰/清淤
54
工序之间人员协调配合
8 主要机具设备
锁口钢管桩围堰施工的顺利进行很大程度决定于施工机械的选择，当决定选用何种机械时，需考虑现场条件。主要机械设备见表2。
表2 锁口钢管桩围堰施工机具设备表
序号
设备名称
规格型号
数量
1
液压震动锤

1
2
履带吊

1
3
混凝土汽车泵
80m³/h
2
4
污水泵

4
5
高压水枪

6
6
泥浆泵

6
7
电焊机
BX1-500-3F
10
8
氧炔焰切割
PCS-100
5
9
板车
50t
1
10
卷扬机
10t
1
表3 起吊设备选型参考表
序号
振动锤规格
起吊设备规格
序号
振动锤规格
起吊设备规格
1
DZ45
25t
3
DZ90
50t
2
DZ60
35t
4
DZ120
80t
9 质量控制
9.1 易出现的质量问题
由于河床地质结构复杂，施工中可能遇到的一些难题：
9.1.1 遇障碍物，导致打入深度不足。
9.1.2 侧向积压力不均匀，导致偏斜。
9.1.3 沿轴线倾斜度过大。
9.1.4 地基较软，导致邻桩带入。
9.2 保证措施
9.2.1 打桩过程中有时遇上大的块石或其他不明障碍物，导致锁口钢管桩打入深度不够，采用弧形桩绕过障碍物，绕过方向应为远离承台方向，但要注意移动距离不要太大。
9.2.2 锁口钢管桩杂填土地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，在发生偏斜位置将锁口钢管桩往上拔1.0～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让锁口钢管桩的位置得到纠正，减少锁口钢管桩的倾斜度。
9.2.3 锁口钢管桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形插板来纠正，异形插板一般为上下宽度大于或小于标准宽度的插板，异形插板可根据实际倾斜度进行焊接加工。
9.2.4 在基础较软处，有时发生施工时将邻桩带人现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打桩的连接锁口上涂以黄油等润滑润滑剂，减小阻力。
10 安全措施
10.1 主要安全风险分析
10.1.1 咬合钢管桩围堰施工过程中，咬合钢管桩插进锁口后，因锁口阻力不足，咬合钢管桩突然脱落下滑。
10.1.2 咬合钢管桩插打和拔除时，桩锤各部机件、连接件的安全。
10.2 保证措施
10.2.1 咬合钢管桩槽凹部位应清扫干净，锁口应先进行修整或试插。
10.2.2 组拼的咬合钢管桩组件，应采用坚固的夹具夹牢，起吊时，用绳索拴牢。挂钩应封钩。
10.2.3 咬合钢管桩插进锁口后，因锁口阻力不能插放到位而需用桩锤压插时，应先用卷扬机钢丝绳控制桩锤下落行程，防止桩锤随钢板板桩突然下滑。
10.2.4 插打咬合钢管桩，如因吊机高度不足，可改变吊点位置，但吊点不得低于桩顶以下1/3桩长位置。在转换吊点时，必须先挂后换，使新吊点吃力后，并确定牢固，才能拆除原吊点。
10.2.5 使用沉拔桩锤沉拔板桩时，桩锤各部机件、连接件要确保完好，电气线路绝缘部分要良好绝缘。每天使用前要认真检查，班后要进行保养。操作时，桩锤和板桩连接要牢固，系索射水、振动等松动措施。严禁硬拔。
11 环保措施
11.1 建立健全环境保护管理机构，制定各项规章制度，并加强监督和检查。
11.2 加强教育宣传工作，提高全体职工的文明施工和环境保护意识。
11.3 减少施工中噪声和振动，避免扰民。
11.4 采取有效措施，防止机械用油、施工和生活垃圾污染河水。
12 应用实例
12.1 工程简介
中铁一局沪昆客专长昆湖南段CKTJ Ⅷ标跨焦柳铁路特大桥工程43#、44#墩， 43#和44#墩设计全部为12根直径1.5m的柱桩，承台10.6×14.6×2.5m，其上布置1m高加台。桥址区地层主要有第四系全新统黏土；黄褐色，硬塑，含细角砾5～10%，粒径0.1-0.2cm，最大1.5cm，尖棱状，顶部含根系，σ0=160kpa，厚度约为4m左右；下伏白云质灰岩，灰白色，隐晶质结构，中厚层状，弱风化。节理发育，呈闭合—微张开状，主要由方解石脉，泥质填充，岩芯较完整，σ0=1000kpa，厚度未探明。桥址处地下水主要为松散堆积层孔隙水，碳酸盐岩裂隙水及基岩风化裂隙水，含水层富水性较弱，地下水主要由大气降水补给。
12.2 施工情况
围堰施工前期地质勘探很难准确得反应客观真实情况。在围堰施工过程中存在部分不确定和不可知的成份，在实施过程中根据情况面对可能出现的问题和不安全因素，事先制定了预案和应急措施，做到了防患未然，顺利的完成了围堰施工。为承台施工打下了坚实的基础。
12.3 工程结果评价
锁口钢管桩插板围堰施工技术在焦柳铁路特大桥工程中得到了成功的应用，这种围堰方式在浅水域有着非常好的应用前景。
12.4 建设效果及施工图片

图5 锁口钢管桩插打 图6 锁口钢管桩插打

图7 土方开挖前锁口钢管桩围堰图 图8 加固完毕后锁口钢管桩围堰

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