浅谈锁扣钢管桩围堰施工.doc

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浅谈锁口钢管桩围堰施工
（广西桂通工程咨询有限公司 张重伟）
　　摘 要：钢管桩围堰在不同的施工时期起着不同的作用，作为承台施工围堰期，其作用是抵抗基坑四周的土压力，支护围堰内开挖后形成的基坑。本文结合南宁外环公路大冲邕江特大桥9#墩承台锁口钢管桩围堰的实施，就锁口钢管桩围堰的设计及施工进行阐述，展望了锁口钢管桩围堰推广应用前景。
　　关键词：锁口钢管桩；围堰；技术控制；施工
引言：近年来，随着经济和社会的发展，我国桥梁工程深水基础数量越来越多，相应的施工难度越来越大，国内桥梁工程基础工程在复杂地层施工中，能否安全建好深水基础关系到整个桥梁工程施工的成败。本文在以往研究的基础上，通过工程实例对锁口钢管桩围堰施工进行了分析，总结经验。
1、工程概况
大冲邕江特大桥位于南宁市青秀区长塘镇德福村大冲屯附近，跨越邕江及湘桂铁路，是南宁外环公路项目的控制性工程，是目前广西壮族自治区内在建的最大一座双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。全桥长888米，主桥为193+332+113米高低塔混凝土斜拉桥，采用半漂浮体系，预应力混凝土主梁标准段采用双分离边箱形断面形式。该桥9#墩位于邕江南岸岸边，桥塔基础采用承台接钻孔灌注桩基础。矮塔下设两个15.6×15.6m矩形钢筋混凝土承台，高为5m。每个承台下各设9根φ250cm的钻孔灌注桩，桩长25m，采用嵌岩桩形式，为群桩基础。承台外边线距岸边约30m，测量水位61.7m，承台顶标高61.5m，承台底标高56.5m。
结合大冲邕江特大桥9 #墩的位置及地质、水文等情况，从施工的工期、方便性及设备情况等各方面分析，为了加快进度完成南宁外环公路整体进度指标、保证工程质量，必须对传统的围堰进行创新。从承台形式、地质、水文及以往水中施工经验来看，我们决定采用钢管桩施工方案，9#墩水中桩基础采用筑岛围堰方法施工，在岛上冲击钻成孔。承台施工采用锁口钢管桩围堰开挖施工。
　 2、锁口钢管桩围堰设计
　　2.1钢管桩的截面选择
　　钢管桩是围堰受力主要部件。根据《钢结构设计规范》规定：钢管直径与壁厚比的要求。 A3钢D/t≤100，并且要穿过密集孤面、片石堆积和木质沉船，结合力学计算情况采用φ529mm，厚度为8mm的钢管，同时为防止在振动锤作用下造成桩端和桩头出现破裂现象，对桩端和桩头进行局部加强。
　　2.2 锁口的设计
锁口形式分为阴隼和阳隼两种。为保证锁口能止水，我们做了以下工作：一是保证锁口有足够强度，我们对锁口强度进行反复验算及结合现场实际材料情况决定锁口阳隼采用10#工字钢、阴隼采用10#槽钢并通过加劲板与钢管桩连接，（如图1所示）并且确保工字钢和角钢与钢管桩之间采用CO2电焊机接进行焊接，保证了焊缝符合国家相应的标准，即要保证强度又要保证不漏水;二是使锁口有空隙进行堵漏，通过选择采用“L-T”形锁口较好。三是锁口空隙堵漏选择了不易透水和易填压密实的材料。

图1锁口构造图
　 2.3 筑岛及锁口围堰设计
9#墩处邕江实测水位为61.70m，根据水文资料及方便施工，确定筑岛标高为63.0m。筑岛围堰从9#墩岸边位置开始填筑，筑岛体外侧采用1：2的坡度进行放坡。筑岛范围为纵桥向、横向桥超出承台边10m，整个筑岛范围长74m，宽35.6m。
9#墩承台尺寸15.6m×15.6m×5m，根据水中围堰类似经验考虑长边方向作业空间为1.5m，短边方向作业空间为1.0m，从而计算出钢管桩围堰设计尺寸为18m×18m，设计承台底标高为56.5 m，河床地面标高为 58.5 m，目前施工正常水位为61.7 m，钢管桩围堰设计顶标高为 64.7m，通过对围堰结构受力的计算确定材料采用长度为18m。
　 2.4 围堰内支撑设计
内支撑设计是围堰成功的关键所在，内支撑主要功能是阻挡支撑围堰外侧压力的。在设计时应考虑在围堰内封底混凝土之前，作用围堰上的水流力、侧压力等各种荷载应通过钢管桩传递给内支撑上，因此承包人必须上报钢围堰支护的受力计算书，以确认钢管桩围堰的支护形式、数量、长度能满足开挖过程中的土压力要求，同时内支撑系统受力要明确、安装尽可能简单易操作，同时方便施工。
根据受力计算书的要求，本桥9#墩围堰内支撑采用φ529、δ=10mm及φ630、δ=10mm的螺旋钢管组成，第一道支撑为锁口桩顶面往下0.8m位置处，第二道支撑为第一道支撑往下4m位置处。在内支撑与钢管桩之间采用I56b工字钢作为分配梁连接。
　　2.5围堰内封底混凝土的强度和厚度的确定
　　低强度混凝土，在抗静水压力和承托承台新鲜混凝土重力时要增加厚度，反之成立，通过力学抗压计算9#墩采用0.30m厚，强度C20的水下混凝土进行封底。
　　3 锁口钢管桩施工及技术要点
　　3.1施工工艺流程
　　锁口钢管桩加工→现场清理→沉放导向架定位桩→测量定位→沉第一根钢管桩→其它桩顺次下沉→钢管桩围堰内挖泥→设置第1、2道内支撑→钢管桩围堰内挖泥→钢管桩围堰封底。
　　3.2钢管桩加工
　　3.2.1为了保证锁口钢管桩的质量，按照设计要求进场钢管桩、工字钢及角钢，并安排专人按照锁口钢管桩尺寸设计制作锁口钢管桩胎架，以保证锁口钢管桩的结构尺寸。
　 3.2.2焊接质量检查，包括管身的焊接、管体和附件的焊接，主要检查焊缝宽度、焊缝深度和饱满度。焊缝高度、宽度及设计强度均符合国家标准及设计要求。焊缝外观要无气孔、无焊瘤、无裂缝。
3.2.3所有锁口钢管桩加工精度、锁口大小位置误差均满足规范及施工要求，阴隼、阳隼的轴线要在同一条线，阴阳隼与钢管桩的相贴面要垂直。吊装点的位置要合理，以免钢管桩变形。钢管桩的检验标准如下表所示：
钢管桩检验标准
序号
检验项目
允许偏差
检验方法
1
桩身垂直度
1%L（L为桩长）
用尺量
2
齿槽平直度及光滑度
无电焊渣或毛刺
用2-3 m 长的桩段作通过试验
3
桩长度
不小于设计长度
用尺量
3.2.4试拼检查，钢管桩在正式沉入前要先进行试拼，以检查钢管桩的加工精度和焊接质量。
3.3钢管桩的沉放
3.3.1沉桩位置及测量控制。钢管桩利用振动锤振入的过程中容易产生偏移，因此要有可靠的定位系统控制其坐标，钢管桩沉入时的平面位置主要通过导向架和测量仪器控制。
3.3.2制作精确的导向架。导向框由导框桩与导框组成，均为I40工字钢。导框桩水平间距为5m，导框桩高出土围堰平台顶面1m，打入土围堰顶面下5m深，桩长为6m。为方便钢管桩能顺利插入导向框，两导框比529mm钢管桩大20mm，即每边各放大10mm，为549mm。导框桩与导框连接采用焊接连接，焊缝高度不小于4mm。测量人员用全站仪放出4个角位置，按照测量放点进行安装，保证导向架位置准确和两工字钢相互垂直。如图2所示
3.3.3沉头三根桩。控制钢管桩的沉入精度首先要控制好第一根桩，第一根沉放的钢管桩位于承台角位置，是加工加工有两条阴隼的转角桩，第一根桩沉放到位后，将导向架与钢管桩焊接好，再将第二、三根桩依次沉放到位。

图2 导向框布置
　　3.3.4在沉桩过程中要及时用吊线观察钢管桩的垂直度，必要时采用手拉葫芦进行纠偏。钢管桩必须保证插正、打正，以免影响后面的钢管桩，一边插打，吊车一边缓慢下钩，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片锁口钢管桩锁口，然后用振动锤振动下沉，整个施工过程中，要始终控制每根锁口钢管桩的垂直度。当钢管桩的倾斜度超过1%时，则要进行纠偏，同时一次性纠偏不能太多，以免引起锁口间卡住，影响下一片钢管桩的插打。
　　3.3.5在沉放过程中，如果发生桩身突然倾斜错位或贯入度突然增大等现象， 此时应停止沉放，将偏位的桩拔出，分析原因，改变施工方法。
　 3.4 钢管桩围堰堵漏
　　止水的一般方法是在施工过程中用棉花加粘土混合物填塞接缝。堵漏材料采用现场基坑开挖出来的粘土，外购买棉絮，采用人工的方式将棉絮和粘土混合物塞进锁口内。
　　3.5管桩围堰安装内支撑及挖泥
　　3.5.1及时安装内支撑系统和抽水。确保安全的前提下，围堰内支撑的施工与围堰内抽水的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，根据本围堰结构力学设计情况分两层支撑。
　　围堰内支撑的顺序如下：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。
　　3.5.2长臂挖机进行取土。为了加快施工进度经QC小组讨论采用租赁长臂挖掘机进行取泥。本工程中安装内支撑、抽水和采用长臂挖机挖泥总施工时间为一个月，大大缩短了工期，加快了施工进度。
3.6钢管桩围堰封底
采用输送泵输送混凝土，混凝土采用搅拌站集中搅拌供料，混凝土搅拌运输罐车运料至现场，混凝土采用C20高流动性混凝土。采用汽车泵配合漏斗进行，封底混凝土采用低热水泥和良好的粗、细骨料，并掺加适量粉煤灰和外加剂。从而保证混凝土拌和物和易性良好，初凝时间长，坍落度损失小。为了保证封底厚度和封底标高的正确，安排专职测量员进行标高确认。
　 4.结论
锁口钢管桩围堰不仅承担了周围的土压力，还隔绝了河水的渗透，具有坚固耐用的特点，具有较高的安全系数，大大的降低了基坑开挖的难度。从经济效益来分析，使用锁口钢管桩提高了材料周转效率，钢管桩围堰施工完毕后钢管可用于索塔下横梁及主梁0#块的支架现浇段的支撑。
锁口钢管桩围堰存在着明显的优点，在南宁外环公路大冲邕江特大桥工程中得到了成功运用，这种围堰方式在浅水区域有着良好的应用前景。只要针对不同地理条件对其设计进行进一步研究，将会得到很好的推广。

参考文献：
1、中交第一公路工程局有限公司；JTG/TF50―2011 桥涵施工技术规范 ；人民交通出版社；2011.08
2、罗国喜；TC锁口咬合钢管桩围堰施工技术[J]；福建建筑；2012年01期
3、王东亚；刘明明； 桥梁承台锁口钢管桩围堰施工技术 [J]；科技致富向导；2011年21期
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