深水淺覆蓋層鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)

周 瓊

(中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528400)

1 工程概況

廣東省中山至陽春高速公路開平至陽春段錦江特大橋橋址區(qū)屬河谷平原地貌，地勢平坦，跨越錦江。橋梁全長1 020 m，左、右幅橋跨組合為：23×20+5×50+20+(35+55+35)+8×20預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁、T梁。依據(jù)地勘資料及現(xiàn)場實際勘測，錦江特大橋25#、26#墩自上而下分布卵石土、強風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，河床面無淤泥，卵石土層較薄，屬于情況較為特殊的近似裸巖河床，最大水流速度為1.5 m/s，施工常水位為+5.0 m，由于所處地區(qū)雨季持續(xù)時間長，且橋位上游附近有水閘，導(dǎo)致水位上漲速度快，因此施工控制高位水取10年一遇水位為+8.2 m。綜合考慮施工工期和安全要求，結(jié)合現(xiàn)場插打試驗結(jié)果，最終確定采用鎖口鋼管樁圍堰進行施工。

2 鎖口鋼管樁圍堰施工方案

錦江特大橋25#、26#墩水中承臺施工采用分離式CO型鎖口鋼管樁圍堰進行擋水，鎖口樁分為標(biāo)準(zhǔn)樁、角樁和合攏樁，標(biāo)準(zhǔn)樁和角樁的鎖口陰陽分別采用φ152×8 mm和φ133×4.5 mm直縫管，主管為φ820×12 mm螺旋焊管，合攏樁分為兩種：I型樁為φ152×8 mmC型管(陰頭)+φ820×12 mm主管+φ152×8 mmC型管(陰頭)、II型樁為I20b鋼(陽頭)+φ630×10 mm主管+I20b鋼(陽頭)。鎖口樁主管為Q345材質(zhì)，圍囹、內(nèi)支撐管及陰陽鎖口的材質(zhì)為Q235鋼，鎖口和主管雙面滿焊，有效焊縫厚度不小于8 mm，同時兩者間貼板補強。

本項目圍堰設(shè)計過程中，利用有限元軟件對鎖口鋼管樁圍堰整體建立仿真模型，考慮圍堰自重、水壓力、水流力和土壓力等荷載，分以下三個施工階段分別進行了計算：①清理基底至封底混凝土標(biāo)高，插打鎖口鋼管樁，安裝完第一層內(nèi)支撐后，澆筑封底混凝土；②外側(cè)水位+8.2 m，封底混凝土等強后，抽水至第二層內(nèi)支撐標(biāo)高以下0.7 m；③外側(cè)水位+8.2 m，安裝第二層內(nèi)支撐后，抽水至封底混凝土頂面。

最終確定鎖口鋼管樁樁長為15 m，圍堰結(jié)構(gòu)由鎖口鋼管樁、圍囹及內(nèi)支撐組成，內(nèi)支撐系統(tǒng)為兩層，標(biāo)高分別為+8.0 m、+5.0 m，圍囹采用2I45a工鋼，內(nèi)支撐采用φ630×8 mm的鋼管。為防止局部應(yīng)力集中，在圍囹與支撐鋼管連接處設(shè)置小三角及直角梯形加勁板，同時在圍囹轉(zhuǎn)角處設(shè)置對稱鋼板加勁肋。第二層圍囹與鎖口鋼管樁之間空隙需C25混凝土抄填密實或鋼板、木塊塞緊，然后才能進行基坑開挖或抽水施工。封底混凝土采用C25水下混凝土，一次性完成澆筑。

3 工藝流程及施工要點

3.1 工藝流程

拆除樁基施工鉆孔平臺→搭設(shè)臨時平臺→鎖口鋼管樁樁位開槽→安裝圍囹支撐架→安裝第一層圍囹→插打鎖口鋼管樁→槽口澆筑錨固混凝土→基坑開挖至指定標(biāo)高→安裝第一層圍囹的內(nèi)支撐→澆筑水下封底混凝土→安裝第二層圍囹及內(nèi)支撐→承臺鋼筋、模板、混凝土施工→墩身施工出水面→拆除第二層圍囹及內(nèi)支撐→拆除第一層圍囹及內(nèi)支撐→圍堰內(nèi)回灌水→搭設(shè)拆除平臺→拔除鎖口鋼管樁。

3.2 施工要點

(1)樁位開槽

樁基全部施工完成后，拆除樁基施工鉆孔平臺。利用拆除的面板10 mm鋼板及I25a工鋼分配梁加工成一整塊臨時平臺，用于鎖口鋼管樁的插打及基坑開挖施工。在鋼護筒上焊接牛腿，在牛腿上安裝2I45a承重梁，采用吊車將臨時平臺吊至承重梁上點焊固定，采用型號為PC300SC的液壓挖掘機(俗稱“抓斗”)在鎖口鋼管樁的設(shè)計位置進行開槽施工，挖出的泥渣通過泥漿運輸車運走，避免污染河道。開槽完成后進行鎖口鋼管樁的插打。

(2)鎖口鋼管樁插打及錨固

在鋼護筒上標(biāo)記出圍囹設(shè)計位置后，在其下方割孔插裝I25a的工鋼作為圍囹的豎向支撐，將第一層圍囹下放到位后與豎向支撐焊接固定。

根據(jù)圍堰的結(jié)構(gòu)布置情況，將鎖口鋼管樁首樁定在圍堰大樁號側(cè)下游角部，首樁插打好后，從首樁兩側(cè)分別繞圍堰中心順時針和逆時針方向同時進行插打施工，合攏口定于圍堰小樁號側(cè)上游角部。為確保鋼管樁定位準(zhǔn)確，在圍囹上首根鎖口鋼管樁位置前后焊接型鋼導(dǎo)向架來保證首樁插打平面位置的準(zhǔn)確，首樁施工完成后，通過勁板與圍囹焊接固定，再將首樁及型鋼導(dǎo)向架一同作為兩側(cè)鋼管樁插打的導(dǎo)向。

鎖口鋼管樁插打前在鎖口上涂抹黃油，采用70T履帶吊配合DZ-120振動錘進行插打。在插打過程中通過全站儀的持續(xù)觀測輔以吊錘吊重進行垂直度的控制，確保鎖口鋼管樁打入位置及垂直度滿足設(shè)計要求。

為解決鎖口鋼管樁嵌固穩(wěn)定性不足的問題，在圍堰合攏后，采用導(dǎo)管在圍堰外側(cè)所開的槽口內(nèi)灌注C25水下混凝土將鎖口鋼管樁進行錨固。

(3)基坑開挖

主要采用液壓挖掘機進行基坑開挖施工，當(dāng)開挖接近設(shè)計底標(biāo)高后，應(yīng)派潛水員對基坑底部水下觸摸，觀察基底開挖質(zhì)量，對欠挖處進行補挖，超挖或底部泥渣超過20 cm厚時，利用碎石回填。為保證封底混凝土與鋼護筒和圍堰底部結(jié)合密實，需派潛水員在水下采用高壓水槍對圍堰內(nèi)側(cè)底部及鋼護筒四周底部清理?；浊謇硗瓿珊螅瑢⑴R時平臺吊離施工區(qū)域。

(4)封底混凝土澆筑

采用I25a工鋼和5 cm厚的腳手板搭設(shè)類井字形人行通道，采用料斗和導(dǎo)管進行水下封底混凝土澆筑，澆筑時從四周向中間，確保封水效果。打開料斗底部的塞子后，輸送泵不停地向儲料斗內(nèi)泵料，當(dāng)儲料斗內(nèi)的料剛下完時，馬上觀測導(dǎo)管的埋深情況，如埋管正常，則連續(xù)澆筑封底混凝土。封底混凝土澆筑過程中，應(yīng)不斷地測量正在澆筑的導(dǎo)管周圍的混凝土面擴散、上升情況。當(dāng)澆筑一定高度，潛水員下去檢查邊、角和護筒周圍位置的混凝土擠於情況，及時調(diào)整澆筑面的厚度。

(5)圍堰抽水止水

當(dāng)封底混凝土強度達到100%設(shè)計強度且齡期不小于3 d后，進行抽水工作。抽水采用功效為30 m3/h的離心水泵。抽水應(yīng)緩慢，過程中應(yīng)觀察樁身的變形情況，如發(fā)生異常，立即停止抽水并與設(shè)計人員聯(lián)系；圍堰內(nèi)抽水時應(yīng)注意檢查各節(jié)點是否頂緊，鎖口鋼管樁與內(nèi)支撐之間的抄墊是否抄緊密實，抽水速度不能過快，且要隨時觀察圍堰的變化情況。

當(dāng)圍堰內(nèi)水位明顯低于河面水位時，進行堵漏工作。插打鎖口鋼管樁時，已經(jīng)在C-O處涂抹過黃油，黃油不溶于水，具有一定的阻水能力。由于C-O口間縫隙大約只有2 mm，無法塞入止?jié){條，故本項目采用砂子和鋸末1∶3比例的混合物進行堵漏。利用鋸末遇水膨脹的特性，通過砂子的自重，將其帶入鎖口鋼管樁的C-O口內(nèi)。

(6)施工監(jiān)測

為切實保證基坑和施工人員的安全，及時跟蹤和掌握施工過程中可能出現(xiàn)的各種不利現(xiàn)象，現(xiàn)場嚴(yán)格按照方案進行各道工序的施工，嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量內(nèi)控制度，同時對圍堰結(jié)構(gòu)進行施工監(jiān)測?，F(xiàn)場監(jiān)測的項目主要有樁頂水平位移、圍囹的水平位移、樁身的應(yīng)力和變形、內(nèi)支撐的軸力、圍堰內(nèi)外水位高差、基坑是否滲漏。

(7)鋼管樁拔除

墩身施工出水面后，在承臺預(yù)埋件上焊接φ630×8 mm的鋼管樁，鋼管樁之間采用[20a槽鋼焊接成平聯(lián)及剪刀撐，鋼管樁頂面開槽口并焊接牛腿，安裝2II45a的承重梁，再將采用10 mm鋼板及I25a工鋼分配梁焊接成的臨時平臺吊至承重梁上，從而形成鎖口鋼管樁拆除平臺。拔樁前自下而上拆除圍囹和內(nèi)支撐，先拆除下層內(nèi)支撐和圍囹，將水灌進一部分，再拆除上層內(nèi)支撐和圍囹。圍堰內(nèi)外水位一致時采用履帶吊和振動錘拔除鎖口鋼管樁。

4 結(jié) 論

錦江特大橋25#、26#墩水中承臺順利完成施工，說明項目所確定的施工工藝滿足現(xiàn)場實際要求，在近似裸巖河床的地質(zhì)條件下，施工過程中采用先開槽再鎖口鋼管樁、再進行混凝土錨固的鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)是可行的，在保證安全和質(zhì)量的同時，也完成了工期目標(biāo)，對類似工程由一定的參考價值，是值得推廣的一種方法。