坡積層河床深水承臺鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)

劉宇

摘要：隨著大型橋梁的建設(shè)發(fā)展，深水基礎(chǔ)的施工越來越多，深水承臺采用鎖口鋼管樁圍堰施工得到較大推廣，但在坡積層河床深水地段未見有鋼管樁圍堰的應(yīng)用實例。毛坪大渡河特大橋跨越大渡河主河道，4號墩深水承臺采用鎖口鋼管樁圍堰，所在的該段河床為坡積層。通過對以往類似工程反復(fù)研究，結(jié)合本工程實際特點，提出并應(yīng)用了“大功率振動錘打設(shè)鋼管樁”、“坡積層機(jī)械開挖”、“砂與鋸末拌合止水”等施工技術(shù)，同時對圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行檢算及驗證，使鋼管樁圍堰在坡積層深水地段得到了成功應(yīng)用，節(jié)約了成本，加快了施工進(jìn)度，對同類工程有借鑒意義。

Abstract： With the development of large-scale bridges， more and more deep-water foundations have been constructed. The construction of deep-water caps using lock-piped steel pipe piles has been greatly promoted， but there are no application example of steel pipe pile cofferdam in the deep water section of the riverbed. The Maoping Dadu River Bridge spans the main channel of the Dadu River， and the deep water cap of Pier No. 4 is a cofferdam of locked steel pipe piles. The riverbed in this section is a slope layer. Through repeated research on similar projects in the past， combined with the actual characteristics of the project， the construction of "high-power vibratory hammer-mounted steel pipe piles"， "slope layer mechanical excavation"， "sand and sawdust mixing and water stop" were proposed and applied. At the same time， the design and verification of the cofferdam structure design are carried out， so that the steel pipe pile cofferdam has been successfully applied in the deep water section of the slope layer， which saves the cost and speeds up the construction progress， and has reference significance for similar projects.

關(guān)鍵詞：深水承臺；坡積層；“CT型”鎖口鋼管樁圍堰；控制要點

Key words： deep water cap；slope bed；"CT type" lock steel pipe pile cofferdam；control points

中圖分類號：U445.55+6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0180-04

1 工程概況

成昆鐵路峨眉至米易段工程EMZQ-3標(biāo)毛坪大渡河特大橋，是全線重難點控制性工程，中心里程DK195+168，全長622.1m，共6孔，孔跨類型為（72+3×128+96+52）m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁。本橋跨越大渡河主河道，其中2～4號墩位于河道中，平均水深12m。該橋4號墩鄰岸，墩中心距河岸約為20m，承臺靠岸一側(cè)水深6m，離岸一側(cè)水深9.5m。根據(jù)設(shè)計資料顯示和現(xiàn)場揭示，該墩所處地段地質(zhì)構(gòu)成情況為：中密細(xì)砂層，密實碎石土及密集塊石孤石堆積層、泥巖加砂層及頁巖層。4號墩承臺基礎(chǔ)采用鎖口鋼管樁圍堰，施工困難主要有：第一，承臺尺寸較大，24.8m長×15.8m寬×5m高，鋼圍堰內(nèi)輪廓尺寸單側(cè)加寬1.2m，單個圍堰重量可達(dá)到850多t；第二，承臺位于河床下5～8m，埋深較大，基礎(chǔ)開挖較困難；第三，單根鋼管樁長度24m，打入坡積層河床平均入土深度16.42m，打入難度大；第四，鋼管樁圍堰止水難度高。鋼圍堰施工過程中，通過方案比選、結(jié)構(gòu)設(shè)計檢算驗證、技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，解決現(xiàn)場實際存在的技術(shù)難題。

2 適用范圍及總體方案

2.1 適用范圍

適用于跨河、跨海等深水水域，河床地段為坡積層深水承臺鎖口鋼管樁圍堰施工。

2.2 總體方案

毛坪大渡河特大橋4號墩承臺基礎(chǔ)原設(shè)計采用雙壁鋼圍堰施工，鋼圍堰設(shè)計高度20m，壁倉厚度1.5m，封底混凝土厚度3m。因河床為坡積層及其大小里程兩端河床標(biāo)高高差較大，且雙壁鋼圍堰在該地質(zhì)分布情況下難以下沉到位，經(jīng)設(shè)計同意，最終變更為鎖口鋼管樁圍堰。鎖口鋼管樁圍堰由多根鋼管逐一插入連續(xù)組成，單根鋼管樁在大功率振動錘的作用下插入河床以下，相比雙壁鋼圍堰，該技術(shù)具有加工制作簡單快速、施工工期短、整體剛度大、材料回收利用率高、在坡積層等特殊地質(zhì)地段適應(yīng)性較強。

鎖口鋼管樁圍堰的主要結(jié)構(gòu)為支護(hù)鋼管樁、鎖口及止水、水平支撐和封底混凝土。坡積層河床深水地段鎖口鋼管樁圍堰施工，利用50t履帶吊配合大功率150kW振動錘振打鎖口鋼管樁；承臺周圈鋼管樁打設(shè)封閉完成后，在圍堰內(nèi)施做H型鋼圍檁及鋼管內(nèi)支撐；浮吊或吊車起吊挖掘機(jī)到圍堰內(nèi)，機(jī)械開挖坡積層，圍堰內(nèi)壁及護(hù)筒附近坡積層采用人工鑿除及清理；“CT型”鎖口采用塑料薄膜袋裝砂與鋸末拌合物放入鎖口鋼管內(nèi)進(jìn)行止水。通過鎖口鋼管樁安裝打設(shè)、機(jī)械開挖、圍堰內(nèi)支撐加固、鎖口止水、混凝土封底等主要工序施工完成后，正常進(jìn)入承臺墩身施工。

3 鎖口鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 水文地質(zhì)核查

根據(jù)設(shè)計院提供的設(shè)計圖及地質(zhì)柱狀圖、“先樁后堰”樁基施工過程的地質(zhì)核查、以及對現(xiàn)場水位河床的實際量測，確定常水位的變化、河床的走向、地質(zhì)地層的構(gòu)成，進(jìn)行鎖口鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計，見圖1。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)和各項指標(biāo)

鎖口鋼管樁圍堰為“CT型”結(jié)構(gòu)型式，采用？準(zhǔn)820mm×12mm×24m螺旋管，鎖口采用陰口為？準(zhǔn)200mm×8mm鋼管、陽口為I20b工字鋼，內(nèi)支撐為？準(zhǔn)820×12mm鋼管，圍檁為雙拼40H型鋼，鎖口內(nèi)填充塑料袋裝止水材料，螺旋管、陰口鋼管、陽口工字鋼等構(gòu)件焊接連接，見圖2。陰口鋼管用氣割割為10mm寬通長直縫隙，以便陽口工字鋼順利插入。

4號墩承臺平面尺寸為24.8m×15.8m，考慮基坑底排水及施工作業(yè)面等因素，圍堰平面尺寸設(shè)計為28.36 m×19.18m，基坑平面布置如圖3。鋼管樁圍堰承臺基坑開挖采用機(jī)械開挖，并澆筑2.0m厚C20封底混凝土。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計受力檢算及驗證

結(jié)合該墩實際地質(zhì)水文情況，對圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計分別進(jìn)行以下計算及驗證：鋼管樁入土深度計算、鋼管樁穩(wěn)定性驗算、鋼管樁截面強度驗算、圍堰內(nèi)支撐強度驗算、封底混凝土強度及抗浮驗算。

3.3.1 鋼管樁入土深度計算

土壓力計算采用水土分算法，土壓力的計算參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中規(guī)定。

通過多項計算等綜合分析，該圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，整體受力滿足要求，封底混凝土2.0m厚能達(dá)到該處水位抗浮要求。

4 施工工藝及控制要點

4.1 施工工藝流程如圖4所示。

4.2 操作要點

4.2.1 施工準(zhǔn)備、地質(zhì)核查及鎖口鋼管樁加工與制作

施工準(zhǔn)備工作主要包括浮箱的組拼、鋼棧橋及水中作業(yè)平臺的搭設(shè)、鋼管樁圍堰加工廠的場地平整及混凝土硬化、主要機(jī)具和材料的提前準(zhǔn)備。按照圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計逐根加工鋼管樁，確保陰口鋼管和陽口工字鋼與？準(zhǔn)820螺旋管焊接密封、牢固。

4.2.2 鎖口鋼管樁打設(shè)與加固

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?qū)挾却笥诠軜吨睆?cm為宜，即每邊各放大1cm。然后采用50t履帶吊配合150kW振動錘逐根施打鎖口鋼管樁，用履帶吊將鋼管樁吊至插點處進(jìn)行插樁，對準(zhǔn)樁與定位樁的鎖口，利用錘慣性打樁至堅實坡積層，開動振動錘打樁下降，控制打樁錘下降的速度，盡可能的保證鋼管樁的垂直度。

總體插打方式為由各邊中部向兩端插打鋼管樁，分別在角樁處合攏。具體插打順序為：先河床較深即坡積層較薄位置，再打設(shè)其他位置。打樁設(shè)備應(yīng)滿足鋼管樁的插打和拔除。

鎖口鋼管樁打設(shè)封閉完成后，邊抽水邊加固圍檁與鋼管內(nèi)支撐，保證圍堰受力均勻不變形。

4.2.3 坡積層機(jī)械開挖

圍堰內(nèi)支撐加固到坡積層頂面時，用50t履帶吊吊起挖掘機(jī)到圍堰內(nèi)，開始坡積層機(jī)械開挖。挖除的堆積物及時用50t履帶吊和1.5m3的料斗調(diào)出圍堰內(nèi)運走。較硬的坡積層用炮錘鑿除；緊貼鋼管樁和護(hù)筒上的坡積層用挖掘機(jī)無法方便挖除時，采用人工機(jī)械挖除，并用高壓水槍沖洗清除干凈。

4.2.4 鎖口鋼管樁圍堰止水

止水材料的選擇是整個圍堰設(shè)計的關(guān)鍵。由于是在水中向鎖口里填充材料，要求材料不能被水沖走，而且材料強度又不能太高，太高了不便于鋼管樁拆除，材料又要求止水效果良好。經(jīng)現(xiàn)場試驗及比選分析，決定采用砂與鋸末拌合物，體積配比為4：1。制作直徑約為0.2m的塑料袋，底口封死，長度略大于鋼管樁長度。用長條塑料袋包裹住0.3～0.5m長？準(zhǔn)20鋼筋（配重）伸入“CT型”鎖口底端，然后進(jìn)行灌注砂與鋸末拌合物止水材料，直至灌滿鎖口。這樣解決了填充料被水沖走的可能性，塑料袋良好的柔度又保證了鎖口內(nèi)能被拌合物充分填充，達(dá)到止水效果。

4.2.5 混凝土封底及鎖口鋼圍堰拆除

機(jī)械開挖到設(shè)計標(biāo)高后，平整及清理基底。在圍堰內(nèi)灌滿水與圍堰外河水持平，采用C20水下混凝土封底，厚度不小于2.0m。其后按照原有施工工藝施工承臺和墩身。

當(dāng)墩身施工露出河道水位標(biāo)高后，拆除鎖口鋼圍堰。拆除順序按從下游到上游、先支撐再圍檁、最后拔除鋼管樁的順序進(jìn)行，以此恢復(fù)河道。

5 施工質(zhì)量控制注意事項

①鋼管樁入土（巖）深度經(jīng)計算確定，控制管樁入土（巖）底標(biāo)高，同時確保鋼管樁的垂直度誤差<1%L 且≤2cm，管樁平面誤差控制在±5cm 以內(nèi)。

②裝卸鋼管樁采用兩點吊，插打時采用單根起吊，大功率振動錘雙肢夾樁打設(shè)，并注意保護(hù)鎖口，以防止鎖口變形。

③在打樁過程中，為保證鋼管樁的垂直度，用一臺全站儀在無導(dǎo)向框限位方向加以控制。為防止鎖口中心線平面位移，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。同時在導(dǎo)向框上預(yù)先算出每根管樁的位置，以便隨時檢查校正。

④在使用拼接接長的鋼管樁時，鋼管樁的拼接接頭不能在圍堰的同一斷面上，而且相鄰樁的接頭上下錯開至少大于2m，所以，在組拼鋼管樁時要預(yù)先配樁，在運輸、存放時，按打樁順序堆放，打樁時按規(guī)定的順序插打。

6 結(jié)束語

坡積層河床深水承臺鎖口鋼圍堰施工技術(shù)，采用大功率振動錘打設(shè)鎖口鋼管樁，挖掘機(jī)機(jī)械開挖坡積層基礎(chǔ)，砂和鋸末拌合止水等施工技術(shù)，使鎖口鋼管樁圍堰在坡積層深水地段得到了成功應(yīng)用，拓寬了鎖口鋼管樁圍堰方案技術(shù)應(yīng)用范圍，填補了鎖口鋼管樁圍堰施工領(lǐng)域的空白。鎖口鋼管樁圍堰施工完成后，所有材料均可回收重復(fù)再利用，節(jié)約了成本，經(jīng)成本分析核算，比較原設(shè)計雙壁鋼圍堰施工，采用鎖口鋼管樁圍堰及其處理工藝方法，可直接節(jié)省成本60萬元，經(jīng)濟(jì)效益極其顯著；同時，采用該技術(shù)后，加快了施工進(jìn)度，安全質(zhì)量也有所保障，為墩身出水和梁部順利施工創(chuàng)造了條件，為按期完成毛坪大渡河特大橋剛構(gòu)連續(xù)梁合龍奠定了基礎(chǔ)，受到上級領(lǐng)導(dǎo)高度肯定，取得了較好的社會效益，值得在類似工程上借鑒使用。

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