淺談橋梁水中承臺(tái)鎖口鋼管樁圍堰施工

杜 寧

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，天津 300222）

1 工程概況

海口特大橋14#、15#墩柱為水中墩，左右線(xiàn)共4個(gè)承臺(tái)，承臺(tái)尺寸14.4m×10.2m×4m，左右線(xiàn)2個(gè)承臺(tái)間距8m，每個(gè)承臺(tái)基礎(chǔ)由6根直徑2.5m的鉆孔樁組成。目前14#墩已經(jīng)完成樁基1根，15#墩完成樁基3根。承臺(tái)為低樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，承臺(tái)底標(biāo)高為-4.0m，施工區(qū)域常水位+3.9m，50年一遇水位為+4.92m，一般沖刷線(xiàn)-5m。

2 工程地質(zhì)條件分析

14#墩：

第一層：粉砂層（標(biāo)高-4m～-6.8m）局部相變?yōu)榧?xì)砂。灰色，以稍密狀態(tài)為主，上部部分呈松散狀態(tài)，下部部分為中密狀態(tài)，飽和。砂的主要成分為石英、長(zhǎng)石，顆粒級(jí)配較均勻，粘粒含量約0～8.4%。

第二層：殘積砂質(zhì)粘性土（標(biāo)高-6.8m～-11.6m），灰黃色、灰白色，可塑狀態(tài)為主，下部呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，濕，其細(xì)粒土狀態(tài)為可塑，母巖為花崗巖，母巖組織結(jié)構(gòu)已全部破壞，礦物風(fēng)化呈土狀。

第三層：砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（標(biāo)高-11.6m～-27.5m）：灰褐、灰白色，風(fēng)化劇烈，呈散體狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈砂土狀，手捏易散，局部夾少量碎塊狀，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，工程地質(zhì)性能好。

15#墩：

第一層：淤泥層（標(biāo)高-4m～-5.89m），以灰～深灰色為主，上部大都呈稀軟狀、下部為流～軟塑，飽和。粘性強(qiáng)，切面光滑，手捏具有滑膩感，富含有機(jī)質(zhì)，味微臭，干強(qiáng)度中等、韌性中等、切面光滑、搖震反應(yīng)緩慢。

第二層：粉砂層（標(biāo)高-5.89m～-11m），特征同14#墩第一層。

第三層：砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（標(biāo)高-11m～-21m）：特征同14#墩第三層。

3 水文情況

該區(qū)域水位受降水量控制，雨季常暴漲暴跌。港灣內(nèi)的平均潮差由灣口向?yàn)稠斨饾u增大，年平均高潮位4.76m，年平均低潮位-0.46m，年平均潮差5.22m。

福清灣是一個(gè)半封閉的海灣，潮型屬正規(guī)半日潮。潮流表層流速大于底層流速，漲落潮最大流速絕大部分出現(xiàn)在高潮前后2～3h，流速不大于1m/s，多在表層和中層。潮流主要特點(diǎn)落潮流速大于漲潮流速。潮汐一天有2個(gè)周期，12h50min為一周期，漲潮約5h，落潮約7h15min。下游梅花站潮汐特征：歷史最高潮位4.82m，歷史最低潮位-3.62m。

4 整體方案確定

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬采用鋼管樁圍堰進(jìn)行施工。由于存在倒用等情況，本橋采用鋼管樁圍堰比較合適，倒用比較方便，材料等也相對(duì)經(jīng)濟(jì)，是相對(duì)合理的施工方法。

承臺(tái)底標(biāo)高為-4.0m，封底混凝土厚度為2m，圍堰設(shè)防水位為+5.0m，必要時(shí)在圍堰頂部設(shè)置擋浪板。圍堰加工高度為18.0m，圍堰頂部標(biāo)高為+5.5m，圍堰底部標(biāo)高為-12.5m。圍堰結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 鋼管樁圍堰立面布置圖/mm

5 鋼管樁圍堰工藝參數(shù)

鋼管樁圍堰參數(shù)如下：

（1）鋼管樁：鋼管樁采用Ф526×10mm，陽(yáng)頭采用工28b，陰頭采用槽28b，采用焊縫與鋼管樁進(jìn)行焊接。

（2）圈梁：圈梁采用2根HN588×300焊接成圈梁結(jié)構(gòu)，與鋼管樁抄緊，在圈梁底設(shè)置牛腿結(jié)構(gòu)，作為圈梁的支撐。

（3）內(nèi)支撐：內(nèi)支撐采用Ф630×10mm結(jié)構(gòu)，與圈梁進(jìn)行對(duì)接。

6 鎖口鋼管樁圍堰施工方法

6.1 圍堰制造及存放

（1）圍堰制作。

鎖口鋼管樁的材質(zhì)采用Q235A，鋼管的質(zhì)量符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中“5.3.2鋼管樁制作”的相關(guān)規(guī)定［1］。

首先選擇專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍在現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃的場(chǎng)地上經(jīng)行鋼管樁加工，按照設(shè)計(jì)要求將鋼管連接到要求長(zhǎng)度，然后對(duì)鎖口角鋼和鋼管進(jìn)行定位焊接，最后焊接加勁肋和限位肋［2］。

保持每根鋼管樁上的鎖口位于鋼管的同一直徑線(xiàn)上。對(duì)接焊縫按照Ⅱ級(jí)焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢查驗(yàn)收；其余的焊縫按照Ⅲ級(jí)焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作外觀檢查，要求飽滿(mǎn)、無(wú)裂紋、不漏水。

將加工好的鋼管樁運(yùn)到工地，要求現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其詳細(xì)檢查、丈量、分類(lèi)、并進(jìn)行編號(hào)，然后進(jìn)行鎖口焊接，焊接的流程為先連續(xù)進(jìn)行電焊處理，再進(jìn)行滿(mǎn)焊，焊縫厚度不小于4mm，焊接加工完成后，對(duì)兩側(cè)鎖口用兩根2～3m的短樁作通過(guò)試驗(yàn)，以2～3人拉動(dòng)通過(guò)為宜。鎖口通不過(guò)或樁身有彎曲、扭曲等缺陷，采用冷彎，熱敲（溫度不超過(guò)800℃～1000℃），焊補(bǔ)、鉚補(bǔ)等方法加以整修［3］。

（2）鋼管樁吊運(yùn)和堆放。

裝卸鋼管樁采用兩點(diǎn)吊。吊運(yùn)方式采用單根起吊，并注意保護(hù)鎖口陰陽(yáng)頭，以防止鎖口變形。管樁堆放在平坦加固的場(chǎng)地上，堆放前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行壓實(shí)處理。

在堆放時(shí)注意以下幾點(diǎn)：

①堆放的順序、位置、方向、和平面布置等應(yīng)考慮到以后的施工方便；

②鋼管樁要按型號(hào)、規(guī)格、長(zhǎng)度、施工部分分別堆放，并在堆放處設(shè)置標(biāo)牌說(shuō)明；

③鋼管樁應(yīng)分層堆放，每層堆放數(shù)量一般不超過(guò)3根，各層間要墊枕木，墊木間距一般為3－4米，且上、下層墊木應(yīng)在同一垂直線(xiàn)。

6.2 圍堰插打及拆除

（1）施工準(zhǔn)備。

鉆孔樁施工完成后，撤離鉆機(jī)，清理鉆孔樁施工平臺(tái)。

樁身內(nèi)外側(cè)及鎖口陰陽(yáng)頭，均涂以黃油混合物油膏（重量配合比為：黃油∶瀝青∶干鋸末∶干粘土=2∶2∶2∶1），以減少插打時(shí)的摩阻力，并加強(qiáng)防滲性能。

鋼管樁施打前，測(cè)量組放樣定位，控制圍堰各個(gè)邊的鋼管樁位置，定出圍堰的角點(diǎn)。

（2）導(dǎo)向框的設(shè)置。

為了精確控制鋼管樁的打入后的平面位置，需設(shè)置導(dǎo)向框，導(dǎo)向框由導(dǎo)框樁與導(dǎo)框組成，均為I30工字鋼。導(dǎo)框樁水平間距為5m，導(dǎo)框樁高出土圍堰平臺(tái)頂面1m，打入土圍堰頂面下5m深，樁長(zhǎng)為6m。為方便鋼管樁能順利插入導(dǎo)向框，兩導(dǎo)框比520mm鋼管樁大20mm，即每邊各放大10mm，為540mm。導(dǎo)框樁與導(dǎo)框連接采用焊接連接，焊縫高度不小于4mm［4］。

（3）鋼管樁插打。

①打樁機(jī)械選擇。

根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，打樁機(jī)械選擇60T振動(dòng)打樁機(jī)，該打樁機(jī)能夠滿(mǎn)足長(zhǎng)度大的鋼管樁的插打和拔除。

②鋼管樁施工。

鋼管樁打設(shè)：先用吊車(chē)將鋼管樁吊至插點(diǎn)處進(jìn)行插樁，插樁時(shí)鎖口要對(duì)準(zhǔn)，每插入一根即套上樁帽，輕輕加以錘擊。

在打樁過(guò)程中，為保證鋼管樁的垂直度，用兩臺(tái)全站儀在無(wú)導(dǎo)向框限位兩個(gè)方向加以控制。為防止鎖口中心線(xiàn)平面位移，在打樁進(jìn)行方向的鋼管樁鎖口處設(shè)卡板，阻止管樁位移。同時(shí)在導(dǎo)向框上預(yù)先算出每根管樁的位置，以便隨時(shí)檢查校正。

開(kāi)始打設(shè)的一、二根鋼管樁的位置和方向確保精確，以便起到樣管導(dǎo)向作用，每打入1m應(yīng)測(cè)量一次，打至預(yù)定深度后應(yīng)立即用鋼筋與導(dǎo)向框焊接固定。

鋼管樁插打順序：由各邊中部向兩端插打鋼管樁，在角樁處合攏。

打樁方式的選擇。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和鋼管樁的設(shè)計(jì)，選擇單樁打入法，以一根鋼管樁為一組，逐根插打，直至鋼管樁插打完畢。

③鋼管樁施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1）。

表1 鋼管樁檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

④拔除鋼管樁。

鋼管樁拔除機(jī)械采用60t振動(dòng)拔樁機(jī)。進(jìn)行拔除時(shí)，需要先使用振動(dòng)錘將鎖口振脫以減小拔樁阻力，然后邊振動(dòng)邊拔除，振幅控制范圍在10～20mm；遇到拔除阻力較大的樁時(shí)，改為間歇振動(dòng)拔除的方式，時(shí)間控制在每次振動(dòng)15min，連續(xù)工作時(shí)間不超過(guò)1.5h。

6.3 圈梁和內(nèi)支撐安裝

在鋼管樁圍堰內(nèi)側(cè)焊接圈梁牛腿，將圈梁做成整體，直接吊裝放置在圈梁牛腿上，圈梁與鋼管樁之間抄墊緊密。

吊裝內(nèi)支撐，與圈梁焊接成整體。

6.4 吸泥及封底前檢查

由于河床是淤泥夾砂，厚度約4.6m，在低潮時(shí)，應(yīng)用圍堰內(nèi)吸泥輔助下沉的方式進(jìn)行施工，需要在離圍堰內(nèi)壁一定距離處開(kāi)始進(jìn)行對(duì)稱(chēng)吸泥，不可將吸泥機(jī)直接伸入圍堰刃腳下直接吸泥。

圍堰內(nèi)進(jìn)行吸泥，對(duì)河床高度進(jìn)行確認(rèn)，并安排潛水員進(jìn)行探摸，保證淤泥清除干凈，確保封底砼與圍堰內(nèi)壁及鋼護(hù)筒壁粘結(jié)質(zhì)量。

6.5 封底混凝土施工

（1）河床清理。

鋼管樁圍堰河床清理采用高壓水管?chē)娚渑浜衔鄼C(jī)在圍堰中心范圍內(nèi)射水吸泥，直到圍堰內(nèi)河床標(biāo)高略低于封底混凝土底面標(biāo)高。圍堰清理過(guò)程中，要時(shí)刻注意對(duì)河床進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不要吸成“大漏斗”，即中間吸得很低，邊上很高。

（2）鋼護(hù)筒確認(rèn)。

為確保鋼護(hù)筒的表面情況，應(yīng)派潛水員下水，對(duì)鋼護(hù)筒表面情況進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)沾有泥巴或者其它影響鋼混粘結(jié)力的附著物進(jìn)行清理。

（3）連通管設(shè)置。

圍堰側(cè)板應(yīng)設(shè)置內(nèi)外連通管，連通管應(yīng)設(shè)置在退潮后圍堰側(cè)板能夠露出的位置，保證圍堰封底混凝土澆筑后內(nèi)外水頭保持基本一致。

（4）封底混凝土澆筑。

在確認(rèn)鋼護(hù)筒表面情況后，選擇水位較平穩(wěn)的時(shí)間，盡快進(jìn)行封底砼澆筑。利用吸泥平臺(tái)作為混凝土澆筑平臺(tái)，混凝土灌注采用垂直導(dǎo)管水下灌注，在圍堰內(nèi)多點(diǎn)均勻設(shè)置水下導(dǎo)管，導(dǎo)管上安裝料斗，在鋼管樁底部灌注水下砼。

現(xiàn)場(chǎng)采用泵送多點(diǎn)灌注封底混凝土，施工時(shí)應(yīng)采用多處導(dǎo)管灌注施工，為保證混凝土的流動(dòng)性并延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間，在混凝土中摻入相應(yīng)外加劑。實(shí)驗(yàn)室按C20標(biāo)準(zhǔn)配制水下封底混凝土，坍落度18～20cm，按要求緩凝時(shí)間不得少于6h，封底混凝土要求和易性好，達(dá)到流動(dòng)半徑2.0～3.0m的要求?；炷烈凑諒南掠蔚缴嫌芜B續(xù)、快速澆注的原則。封底砼澆筑過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土澆筑厚度，避免封底砼過(guò)大或過(guò)小的情況，確保安全。

6.6 內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換及墩身施工

鋼管樁墩身施工前，內(nèi)支撐及圈梁為：安裝第一層圈梁及第二層圈梁，安裝第二層內(nèi)支撐。承臺(tái)施工完成并承臺(tái)模板拆除后，在承臺(tái)與鋼管樁之間灌砂，澆筑混凝土圈梁。安裝第一層圈梁，拆除第二層內(nèi)支撐，澆筑3m高墩身。安裝第二層內(nèi)支撐，拆除第一層圈梁，澆筑墩身出水。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)鎖扣鋼管樁圍堰的施工，確保了水中承臺(tái)及墩身的順利澆筑，保證了工期，決定了施工過(guò)程中的安全性及可靠性。

［1］ 王亞?wèn)|，劉明明. 橋梁承臺(tái)鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)［J］. 科技致富向?qū)В?011，21：34-36.

［2］ JTG D62-2004. 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JTG/T F50-2011. 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 羅國(guó)喜. TC鎖口咬合鋼管樁圍堰施工技術(shù)［J］. 福建建筑，2012，01：48-49.