深埋式承臺(tái)鎖扣鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

李開心 徐猛

摘 要：以鶴洲水道橋?yàn)楣こ瘫尘?，圍繞深埋式承臺(tái)鎖扣鋼管樁圍堰技術(shù)進(jìn)行探討，闡述其總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)其構(gòu)件建立有限元模型，驗(yàn)證了方案的可行性，并具體分析其施工流程，通過對(duì)鎖扣鋼管樁圍堰的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，達(dá)到了預(yù)期效果，為后期承臺(tái)的施工提供了良好的干施工環(huán)境。

關(guān)鍵詞：鶴洲水道橋 鎖扣鋼管樁 深埋式承臺(tái)

1.工程概述

珠海市鶴洲至高欄港高速公路起點(diǎn)對(duì)接江珠高速，止于高欄港高速，路線長34.16km。

鶴洲水道橋?yàn)椋?5+90+160+90m）連續(xù)剛構(gòu)，主墩136#、137#墩位于鶴洲水道內(nèi)，設(shè)置左右分離式正六邊形承臺(tái)，頂標(biāo)高為-4.9m，底標(biāo)高為-9.4m，河床底標(biāo)高約-2.64，為深埋式承臺(tái)。承臺(tái)邊長為7.867m，高4.5m，采用C40混凝土進(jìn)行澆筑，單個(gè)承臺(tái)澆筑方量為723.6m3。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)地內(nèi)發(fā)育的土層按自上而下的順序依次描述如下：

（1）人工填土層（Qml），厚度一般<5m。人工填土主要分布在地表及兩岸大堤附近；

（2）海陸交互相沉積（Qmc）層，由淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂、粗砂組成；

施工期間承臺(tái)基坑最大開挖深度標(biāo)高為-12.9m，設(shè)計(jì)高潮水位為+2.94m，水頭差達(dá)15.84m，擬采用鎖扣鋼管樁圍堰。

2.深埋式承臺(tái)鎖扣鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)

鎖扣鋼管樁圍堰采用矩形結(jié)構(gòu)，因左右幅承臺(tái)之間間距為1.6m，距離較近，左右幅承臺(tái)在同一個(gè)圍堰內(nèi)進(jìn)行施工。圍堰平面尺寸31.57×17.42m，鎖扣鋼管樁長30m，為Q345B的Φ630×10mm鋼管，鎖扣采用T-C型，由Φ180×10mm無縫鋼管+Ⅰ16工字鋼組成。圍堰設(shè)計(jì)頂標(biāo)高+4.0m，底標(biāo)高-26.0m。圍檁系統(tǒng)共3層，第1層圍檁為2I56a，內(nèi)撐系統(tǒng)由Φ630×10mm主內(nèi)撐、Φ426×6mm輔助內(nèi)撐及平聯(lián)組成，第2層及第3層圍檁為4I56a，內(nèi)撐系統(tǒng)由Φ820×10mm主內(nèi)撐、Φ630×10mm輔助內(nèi)撐及平聯(lián)組成。第1層圍檁標(biāo)高為+3.5m，第2層圍檁標(biāo)高為-2.5m，第3層圍檁標(biāo)高為-6.0m。圍堰的3層主內(nèi)撐之間采用6根Φ426×6mm豎向鋼管連接，形成整體。

鎖口鋼管及圍檁對(duì)撐等構(gòu)件采用Midas Civil平面桿系有限元軟件計(jì)算（如圖1）。本項(xiàng)目針對(duì)以下幾個(gè)工況（見表2）進(jìn)行計(jì)算：

（1）鎖口鋼管驗(yàn)算。鎖口鋼管樁主體受力構(gòu)件為φ630×10mm鋼管，材質(zhì)Q345b。

（2）圍檁及內(nèi)撐驗(yàn)算。第一層圍檁為2I56a，內(nèi)支撐為φ630×10mm、φ420×6mm鋼管；第二、三層圍檁為4I56a，內(nèi)支撐為φ820×10mm、φ630×10mm、φ420×6mm鋼管，材質(zhì)均為Q235b。

第一層圍檁承受的荷載q1=98.9/ 0.885 =111.8kN/m；第二層圍檁承受的荷載q2=400.9/0.885=453kN/ m；第三層圍檁承受的荷載q3=329.4/0.885=327kN/m。

最終結(jié)果表明：在本項(xiàng)目地質(zhì)及水文條件下，鎖扣鋼管樁圍堰的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

3.鎖扣鋼管樁圍堰施工與監(jiān)控

3.1鎖扣鋼管樁加工及施打

（1）為確保加工質(zhì)量和精度要求，鎖扣鋼管樁在專業(yè)工廠設(shè)置專用胎架加工制造，整根加工成型。

（2）鋼管樁鎖扣采用自動(dòng)等離子切割，確保切割寬度和線型，鎖扣鋼管樁加工完成后，由駁船運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

（3）鎖扣鋼管樁施打設(shè)置雙層導(dǎo)向框，每層導(dǎo)向塊設(shè)置內(nèi)、外導(dǎo)向框，保證鋼管樁施沉?xí)r的平面位置及垂直度。

（4）導(dǎo)向牛腿安裝就位后，安裝雙層導(dǎo)向框，嚴(yán)控鎖扣鋼管樁垂直度在0.5%以內(nèi)。

（5）鎖扣鋼管樁圍堰合龍前還剩5根左右鋼管樁間距時(shí)應(yīng)復(fù)核合龍口間距，若不能剛好滿足鋼管樁合龍的間距要求時(shí)及時(shí)加工異型鎖扣鋼管樁，異型鎖扣鋼管樁可以通過減小主鋼管直徑或增加陰陽頭數(shù)量控制其所占空間，便于鎖扣鋼管樁圍堰順利合龍。

（6）鎖扣鋼管樁在插打過程中在鎖扣內(nèi)涂抹黃油，便于止水及減小鎖扣之間的摩擦阻力。

（7）鋼管樁圍堰形成后在鎖扣內(nèi)充填粘性土及鋸末進(jìn)行止水堵漏，充填前，將粘性土和鋸末進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，保證止水效果。

3.2圍檁及內(nèi)支撐安裝

鶴洲水道橋主墩承臺(tái)鎖扣鋼管樁圍堰共設(shè)置3層圍檁，首層圍檁作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，在鎖扣鋼管樁圍堰施打前即組裝完成，待鎖扣鋼管樁圍堰合龍后，安裝第1層內(nèi)支撐，分別抽水至設(shè)計(jì)標(biāo)高（-3.0m、-6.5m），安裝第2～3層圍檁及內(nèi)支撐。

3.3圍堰開挖

圍檁安裝到位后，向圍堰內(nèi)回水至常水位，采用長臂挖機(jī)進(jìn)行粗挖，挖至設(shè)計(jì)砂袋墊層標(biāo)高后（-12.9m），采用空氣吸泥機(jī)進(jìn)行開挖找平，最后安排潛水員進(jìn)行水下整平，要求河床標(biāo)高偏差不超過30cm。若偏差較大，則重新進(jìn)行吸泥找平。

根據(jù)吸泥情況和潛水探摸情況對(duì)基底淤泥情況進(jìn)行分析，若基底淤泥較為板結(jié)，則對(duì)局部位置拋填砂袋，若流塑性強(qiáng)，則均勻拋填50cm厚砂袋，以避免淤泥與混凝土直接接觸，提高封底質(zhì)量。砂袋拋填可根據(jù)搭設(shè)的封底平臺(tái)劃分拋填區(qū)域，并由潛水員下水整平。

3.4水下混凝土封底及抽水

砂袋墊層平整到位后，進(jìn)行水下混凝土封底。首先采用貝雷片及工25工字鋼形成封底平臺(tái)，進(jìn)行水下封底。封底混凝土標(biāo)號(hào)為C25混凝土，厚度為3m。采用水下整體斜面推進(jìn)法進(jìn)行封底，單個(gè)圍堰封底混凝土方量為1488m3。

當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，進(jìn)行抽水作業(yè)。抽水時(shí)注意觀察圍堰壁體及鋼管支撐的變形情況，抽水完成后，將封底混凝土厚度不足的地方澆筑找平混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.5施工監(jiān)控

（1）位移監(jiān)測(cè)。鎖扣鋼管樁位移檢測(cè)控制點(diǎn)布置在首層圍檁上，在承臺(tái)開挖前做好標(biāo)記，按規(guī)定要求進(jìn)行觀測(cè)，準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警。

（2）應(yīng)力監(jiān)測(cè)。在鋼圍檁和支撐表面粘貼振弦式表面式傳感器，在每個(gè)工況開始前、實(shí)施后均采用綜合測(cè)試儀采集鋼構(gòu)件的應(yīng)變數(shù)據(jù)，圍堰共設(shè)置3層圍檁，每層圍檁和支撐均布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，根據(jù)圍檁及支撐的應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果，布置在受力最不利位置處，每層應(yīng)力測(cè)點(diǎn)共計(jì)9個(gè)點(diǎn)，三層合計(jì)27個(gè)。

（3）監(jiān)測(cè)頻率及結(jié)果。①鎖扣鋼管樁圍堰施打階段，在鎖扣鋼管樁施打通過限位框及外層導(dǎo)向框施工完成后，對(duì)位移開展1次測(cè)量復(fù)核，保證鋼管樁施沉?xí)r的平面位置及垂直度；②在圍檁和支撐施工期間，每隔1天監(jiān)測(cè)一次位移和應(yīng)力情況；③封底混凝土澆筑后7d內(nèi)每天監(jiān)測(cè)1次，澆筑7d后每3d監(jiān)測(cè)1次位移和應(yīng)力情況；監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，圍堰工程位移、變形及應(yīng)力均在設(shè)計(jì)及規(guī)范范圍內(nèi)，滿足施工要求。

4.結(jié)束語

鶴洲水道橋深埋式承臺(tái)圍堰工程，本文采用鎖扣鋼管樁圍堰施工技術(shù)，取得了較好的效果，同時(shí)鎖扣鋼管樁圍堰可以有效的重復(fù)利用，降低了施工成本，提高了材料的使用周期，符合國家節(jié)能環(huán)保要求，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛，李玉凡.九龍江特大橋2號(hào)水中墩鎖扣鋼管樁圍堰施工[J].西北水電，2018（06）：62-65.

[2]羅小恒.西江特大橋主墩承臺(tái)鎖扣鋼管樁圍堰的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].廣東建材，2018（11）：53-55.