復(fù)雜地質(zhì)條件下鎖扣鋼管樁深水圍堰施工

王曉磊

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)路橋工程有限公司 湖北 宜昌 443002

引言

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，施工管理人員需要面對(duì)的情況是不同的，所以選擇的深水圍堰的方式也是不同的。在我國(guó)目前建設(shè)交通網(wǎng)的過程中，在全國(guó)各地都有針對(duì)深水情況建立橋梁工程的現(xiàn)象，大多數(shù)深水所處位置對(duì)于施工人員來講是有著一定的施工難度的。所以，本文借鑒不同深水工程對(duì)鎖扣鋼管樁深水圍堰施工過程中采用的不同辦法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工技術(shù)，為我國(guó)的橋梁建設(shè)工程貢獻(xiàn)一定的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)我國(guó)的社會(huì)主義建設(shè)。

1 武陽高速公路黃石段富水河特大橋深水圍堰施工工藝

1.1 工程概況

首先介紹武陽高速公路黃石段的工程特點(diǎn)，武陽高速公路黃石段是國(guó)務(wù)院批復(fù)的《長(zhǎng)江中下游城市群發(fā)展規(guī)劃》中武漢至南昌高速公路通道的重要組成部分。在建設(shè)武陽高速公路時(shí)，富水河特大橋是擺在施工人員面前必須處理的難題之一。在建設(shè)的過程中，1號(hào)到19號(hào)這19個(gè)橋墩的位置是在三溪河中的，96號(hào)到106號(hào)這11個(gè)橋墩是在富水河中的，所以需要針對(duì)這30個(gè)橋墩的實(shí)際情況采取圍堰的方式進(jìn)行施工。針對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂?，五月到十月屬于降雨量最大的時(shí)間，全年大概百分之八十的降雨量都在這幾個(gè)月中。這30個(gè)橋墩施工難度最大的是97號(hào)及98號(hào)橋墩，因?yàn)槠湮挥诟凰拥闹行奈恢?，橋墩周圍地質(zhì)情況是地表自上往下為第四系沖洪積黏土、粉質(zhì)黏土、砂、卵石、碎石、片石等覆蓋，覆蓋層厚11～20m不等，下伏基巖主要為白堊-第三季泥質(zhì)粉砂，地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，施工難度相較于其他橋墩來說比較大。

1.2 施工方案選擇

針對(duì)深水區(qū)的橋墩建設(shè)，往往能夠處于備選方案的大概有三種技術(shù)。第一種就是鋼板樁圍堰，第二種就是雙臂鋼圍堰，最后就是鎖扣鋼管樁圍堰。其中第一種方案和第二種方案都具有實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，而當(dāng)時(shí)的施工管理人員對(duì)第三種施工方案沒有實(shí)際的施工經(jīng)驗(yàn)。

第一種鋼板樁圍堰技術(shù)，經(jīng)常用于普通的水中圍堰施工工程中。在具體施工的過程中直接使用現(xiàn)成的鋼板樁，不需要進(jìn)行二次加工，所以施工方法比較簡(jiǎn)單。但是針對(duì)97號(hào)及98號(hào)橋墩周圍的碎石和片石，所以容易對(duì)鋼板樁造成損害，最后的施工效果可能會(huì)大受影響。其次就是由于是在深水區(qū)進(jìn)行施工，即使在鋼板樁施工之后，仍然需要建立相對(duì)復(fù)雜的內(nèi)支撐系統(tǒng)。在建設(shè)內(nèi)支撐系統(tǒng)時(shí)，需要的材料比較多，同時(shí)建設(shè)的內(nèi)支撐系統(tǒng)可能會(huì)影響機(jī)械的挖泥工作，直接會(huì)對(duì)建設(shè)的工期造成不利影響，所以對(duì)選擇鋼板樁圍堰施工方案放棄。

第二種是雙壁鋼圍堰施工方案，雙壁鋼圍堰在傳統(tǒng)的施工技術(shù)中強(qiáng)度、穩(wěn)定性都能夠適應(yīng)深水作業(yè)的要求[1]。但是相對(duì)于第一種施工方案，雙壁鋼圍堰技術(shù)需要的施工流程步驟更為煩瑣，同時(shí)還需要專業(yè)的水上技術(shù)人員，所以對(duì)人力資源的要求比較高。同時(shí)雙壁鋼圍堰使用完成之后水下部分不能回收。結(jié)合其投入的人力資源成本，可以說雙壁鋼圍堰技術(shù)浪費(fèi)的資源比較多。

結(jié)合上面兩種圍堰方式的特點(diǎn)，最終選擇了鎖扣鋼管樁圍堰施工方案。首先鎖扣鋼管樁自身的強(qiáng)度能夠滿足深水作業(yè)的要求。雖然使用鋼的數(shù)量比較多，但是由于使用的鋼采購相對(duì)方便，同時(shí)鋼管樁能夠進(jìn)行回收，所以對(duì)于資源的浪費(fèi)程度也可以接受。最重要的就是鋼管樁在進(jìn)行后續(xù)施工作業(yè)時(shí)，能夠直接選擇原有的施工設(shè)備，同時(shí)對(duì)施工精度要求比較低，所以能夠顯著提高施工效率和質(zhì)量。雖然施工單位還沒有使用鎖扣鋼管樁圍堰施工的經(jīng)驗(yàn)，但是在實(shí)際的施工過程中，決定對(duì)97號(hào)及98號(hào)墩使用鎖扣鋼管樁圍堰技術(shù)，要求施工過程中要盡量小心謹(jǐn)慎，需要在實(shí)際過程中進(jìn)行探索。

1.3 具體施工工藝

1.3.1 加工技術(shù)。在進(jìn)行鎖扣鋼管樁加工之前，先需要焊接牛腿和安裝導(dǎo)向架工作，之后進(jìn)行實(shí)際的鎖孔鋼管樁加工工作。首先針對(duì)鎖扣鋼管樁制作專用的臺(tái)架，先制作符合要求的臺(tái)架形狀，之后按照實(shí)際的設(shè)計(jì)圖焊接角鋼。同時(shí)選擇的鋼管樁也需要使用符合要求的尺寸和質(zhì)量。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)和加工的過程中，應(yīng)該針對(duì)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行加工。最后需要施工人員注意的是，盡量使用二氧化碳保護(hù)焊進(jìn)行實(shí)際的加工，這樣能夠有效保證鋼管樁使用的質(zhì)量和角鐵的質(zhì)量，能夠滿足深水的施工要求[2]。

1.3.2 插打技術(shù)。在鋼管樁加工完成之后，下一步工作就是進(jìn)行鋼管樁的插打工作。首先將鋼管樁運(yùn)送至實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)，然后根據(jù)導(dǎo)向架確定第一個(gè)鎖孔鋼管樁的位置，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)和加工的尺寸依次確定其他鎖扣鋼管樁的位置。

第一個(gè)鋼管樁的插打工作是最重要的，因?yàn)榈谝粋€(gè)鋼管樁是其他后面鋼管樁進(jìn)行插打的基礎(chǔ)。所以在第一個(gè)鋼管樁上設(shè)計(jì)限位框架。在進(jìn)行插打時(shí)一定要小心謹(jǐn)慎，插打工作人員要對(duì)插打的垂直角度和水平角度進(jìn)行觀察。需要調(diào)整時(shí)可以停止插打，等吊車將插打的鎖孔鋼管樁的角度和位置調(diào)整好之后繼續(xù)進(jìn)行插打。在最后調(diào)整完位置之后，使用振動(dòng)錘進(jìn)行緩慢敲打，這樣幫助鎖扣鋼管樁角度正確的進(jìn)入深水區(qū)橋墩周圍的地層。在進(jìn)行插打工作時(shí)，需要施工人員注意的是，一定要對(duì)鎖扣鋼管樁的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)傾斜度不滿足要求時(shí)，可以選擇手拉葫蘆方式進(jìn)行糾正。同時(shí)在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，施工人員可以使用智能化的設(shè)備提高觀測(cè)的精度，通過這種辦法充分保證鎖扣鋼管樁的角度位置能夠滿足施工要求。最后就是針對(duì)插打過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，鋼管樁之所以出現(xiàn)久打不下的情況，有如下兩種原因：①可能是底部卷起，如果出現(xiàn)這種情況的話，可以對(duì)鋼管樁進(jìn)行底部加固，提高管體的強(qiáng)度和硬度。這樣能夠充分保證鋼管樁可以打入地面。②在插打過程中也可能出現(xiàn)鋼管樁變形的情況，如果出現(xiàn)這種情況的話，要及時(shí)對(duì)鋼管樁進(jìn)行更換。這樣能夠避免對(duì)鎖扣的損害，同時(shí)能夠保證施工的質(zhì)量。在發(fā)現(xiàn)深水底部有鐵制或者鋼制物體會(huì)影響插打工作時(shí)，可以聯(lián)系潛水員對(duì)其進(jìn)行清除[3]。這樣做能夠充分保證鎖扣鋼管樁質(zhì)量滿足下一步施工動(dòng)作，提高整個(gè)工程的施工質(zhì)量。

1.3.3 合龍技術(shù)。通常情況下選擇合龍技術(shù)的實(shí)施地點(diǎn)應(yīng)該選擇在下游的中間。在進(jìn)行合龍時(shí)，需要施工人員注意的是，不要將四五根鋼管樁打到標(biāo)高，合龍之后再將其統(tǒng)一打至標(biāo)高。在富水河特大橋施工的過程中，使用的技術(shù)是異性鎖扣鋼管樁制作合龍。也就是在施工時(shí)，需要施工人員精確測(cè)量鎖扣的大小，還有其各個(gè)角度的寬度，然后根據(jù)施工人員測(cè)量的數(shù)據(jù)制作異形鎖。分析完成之后，加工需要特殊尺寸的鋼管樁，然后將這個(gè)特殊尺寸的鋼管樁帶至實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行合龍。

1.3.4 挖泥及內(nèi)支撐施工工藝。挖泥工作和安裝內(nèi)支撐系統(tǒng)的工作是鎖扣鋼管樁使用的基礎(chǔ)工作。首先針對(duì)挖泥工作，該工程的施工管理人員選擇的是常臂抓斗進(jìn)行挖泥。在進(jìn)行施工的過程中，需要保證內(nèi)外部的水壓平衡。這樣既能夠保證施工質(zhì)量，同時(shí)還能夠保證施工安全。挖泥的過程中需要根據(jù)實(shí)際的深度選擇能夠滿足施工條件的抓臂，保證抓臂的長(zhǎng)度能夠滿足實(shí)際的需求。

最后就是建設(shè)內(nèi)部的支撐系統(tǒng)。根據(jù)富水河的水深，選擇的建設(shè)支撐系統(tǒng)的方式就是先支撐后降水。也就是先安裝第一層支撐系統(tǒng)，然后進(jìn)行抽水，之后安裝第二層系統(tǒng)，再進(jìn)行抽水，以此類推。需要注意的就是在安裝支撐系統(tǒng)的過程中，使用的材料質(zhì)量一定要得到充分的保證，這樣也能夠充分保證施工的安全。

1.3.5 鎖扣鋼管樁圍堰堵漏技術(shù)。最后就是鎖扣鋼管樁圍堰堵漏技術(shù)。如果圍堰設(shè)計(jì)內(nèi)外水壓差達(dá)到了7，在這個(gè)時(shí)候使用單純的黏土進(jìn)行填充，很容易出現(xiàn)鎖扣鋼管樁中的鎖扣在高壓以及水流的沖擊下漏穿透的現(xiàn)象。所以使用鎖扣鋼管樁圍堰堵漏技術(shù)來進(jìn)行填充，以此保護(hù)鎖扣鋼管樁的鎖扣。經(jīng)過實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)分析，最終選擇的堵漏材料為基坑中采出的優(yōu)質(zhì)黏土和采購的棉絮，通過工作人員的專業(yè)手法將棉絮和黏土進(jìn)行充分的混合，然后將這種混合物填充進(jìn)鎖扣內(nèi)部，最后采用振動(dòng)錐壓實(shí)鎖扣。需要工作人員注意的是，在壓實(shí)鎖扣填充物時(shí)，應(yīng)該使用比鎖扣直徑小的金屬錐，這樣能夠有效避免鎖扣壓實(shí)在震動(dòng)錐上。在實(shí)際操作的過程中，將鎖扣填充物填滿之后，進(jìn)行震動(dòng)壓實(shí)，然后鎖扣內(nèi)部出現(xiàn)的塌陷進(jìn)行填充物的再次填滿和壓實(shí)。最后鎖扣內(nèi)部填充物能夠高出設(shè)計(jì)水面大概不到1m即可，通過這種方式能夠有效保護(hù)鎖扣的安全性。同時(shí)還需要工作人員注意的是，在進(jìn)行填充的過程中可以使用一層棉絮一層黏土的手法，這樣能夠保證填充物的穩(wěn)定性，進(jìn)而保護(hù)鎖扣的安全。

2 在使用鎖扣鋼管樁進(jìn)行深水圍堰工程中的注意事項(xiàng)

2.1 施工前進(jìn)行充分的環(huán)境調(diào)查

在深水區(qū)使用鎖扣鋼管樁進(jìn)行建設(shè)之前，需要先對(duì)其周圍的環(huán)境和水底的環(huán)境進(jìn)行充分的調(diào)查[4]。需要調(diào)查的有當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、降雨時(shí)間。在施工過程中，降雨較大，施工的難度也會(huì)隨之增大，同時(shí)也會(huì)對(duì)施工安全造成影響。其次就是需要對(duì)水中的環(huán)境進(jìn)行充分的調(diào)查，包括對(duì)水底地質(zhì)地層、施工地點(diǎn)周圍的環(huán)境進(jìn)行充分的調(diào)查，這樣能夠充分保證鎖扣鋼管樁在使用的過程中可以盡量降低環(huán)境因素導(dǎo)致的施工難度。比如說發(fā)現(xiàn)橋墩處有碎石、片石和鐵制鋼制材料時(shí)，及時(shí)對(duì)其清理，能夠降低鋼管樁損壞的概率，進(jìn)而降低施工的難度，充分保證施工工程的質(zhì)量和效率。需要工作人員注意的是，現(xiàn)階段我國(guó)的高新技術(shù)不斷發(fā)展，所以在實(shí)際的調(diào)查過程中能夠使用高精尖的技術(shù)對(duì)其調(diào)查，像紅外線成像技術(shù)，既能夠提高調(diào)查的精度，同時(shí)還能夠降低調(diào)查的工作量，提高工作效率。

2.2 施工中使用智能化的設(shè)備和技術(shù)

在施工中使用智能化的設(shè)備和技術(shù)主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)是施工過程中進(jìn)行測(cè)量，另一個(gè)就是在施工過程中進(jìn)行操作。比如說在實(shí)際的施工過程中，需要施工工作人員進(jìn)行測(cè)量的工作有很多，使用智能化的測(cè)量設(shè)備能夠提高測(cè)量精度，降低誤差。其次就是像在焊接角鐵的過程中需要使用焊機(jī)，可以使用智能化的焊機(jī)，在保證角鐵質(zhì)量的同時(shí)，還能夠充分保證角鐵的尺寸。這樣能夠充分提高工程建設(shè)的質(zhì)量和效率。

2.3 施工人員的安全

施工管理人員需要提高對(duì)施工人員安全的重視，在深水區(qū)進(jìn)行鎖扣鋼管樁進(jìn)行圍堰處理的工作，由于需要面對(duì)深水和大型的工程設(shè)備，甚至還需要到水中進(jìn)行操作。所以對(duì)于施工人員的安全需要特別重視，盡量降低安全事故出現(xiàn)的概率。像施工管理人員可以從施工人員的安全裝備和提高施工人員的安全意識(shí)入手。從物質(zhì)層面和精神層面充分保證施工人員的生命健康安全。這樣能夠幫助企業(yè)在獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)獲得良好的社會(huì)效益，最重要的是能夠充分保證施工工程的高質(zhì)量高效率進(jìn)行。

3 結(jié)束語

深水圍堰工作是建設(shè)我國(guó)多元化交通網(wǎng)的基礎(chǔ)，因?yàn)樵谖覈?guó)的陸路交通運(yùn)輸中，很多地方都需要經(jīng)過深水區(qū)。所以在實(shí)際施工的過程中，應(yīng)該結(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)選擇施工方案，保證施工方案能夠貼合工程特點(diǎn)。同時(shí)需要管理人員注意的是，施工方案中要盡量降低施工成本，這樣能夠最大程度避免資源的浪費(fèi)，保證施工單位獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。