鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用

高海健

（中鐵十八局集團第一工程有限公司，河北涿州 072750）

水庫橋梁工程施工難度較大，影響因素眾多，整體拼裝式圍堰需要進行整體拼裝，再起吊下放，最后定位，需要用到大量設(shè)備，而且施工過程控制難度較大，安全系數(shù)低，不利于水庫橋梁施工。在水庫橋梁工程施工中，經(jīng)常采用圍堰來創(chuàng)造陸上施工條件，圍堰結(jié)構(gòu)形式種類比較多，適用性也不相同，需要結(jié)合承臺結(jié)構(gòu)來選擇合適的圍堰形式，以保證在水庫橋梁工程施工的安全性、施工工期，其中鋼鎖管圍巖是眾多圍堰形式的一種，鋼鎖管圍堰具有很高的強度、剛度、穩(wěn)定性等，可實現(xiàn)充分利用，符合綠色環(huán)保施工理念的要求，且鎖口部位自帶連接、定位、止水等功能，加工制作和施工更加簡單快捷，可有效縮短施工工期，保證施工的安全性，滿足水庫橋梁工程施工相關(guān)標準和規(guī)范的要求?；诖?，展開鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用分析就顯得尤為必要。

1 工程概述

六角宮水庫中橋位于德化縣梁春村，白林安隧道與梁春隧道之間，全長111.60m，橋墩位于六角宮水庫庫區(qū)，巖土層地質(zhì)為軟土、碎石土、砂巖及弱風化砂巖，無巖溶、土洞及塌陷滑坡等不良地質(zhì)情況，且地形起伏較大，施工時需跨越水庫庫尾；2#墩基巖裸露無覆蓋層，施工中水深約為15m～19m，施工水位時河流底面寬度約為70m，水流速較大；水庫枯水期時間僅4 個月，工期緊，汛期水位上漲快，加劇了施工困難。其中1#—2#墩位于水庫水中：1#墩承臺長9.1m、寬7.7m、高3m，河床面高程+521.35m～+525.71m、承臺底高程+522.71m；2#墩承臺長9.1m、寬7.7m、高3m，河床面高程+519.135m～+523.47m、承臺底高程+521.59m。為了滿足下部結(jié)構(gòu)施工的需要，綜合考慮水文地質(zhì)、施工條件及成本，確定采用鋼鎖管圍堰作為1#—2#墩承臺施工的重要輔助措施。

2 鋼鎖管圍堰結(jié)構(gòu)組成分析

鋼鎖管圍堰比較適用于水庫水深小于20m，流速小于3m/s，河床多為砂類土、粘性土地質(zhì)條件的圍巖施工中。在本工程施工中，為滿足1#墩和2#墩承臺尺寸施工及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工的要求，需要單根鋼鎖管圍堰的尺寸如下：長度不小于15m，寬度不小于13m，在長度布置上要以承臺的橫向中心線作為界限，在靠近岸邊的圍堰施工時，可采用12m長的鋼鎖管，靠近水中一側(cè)的圍巖在施工時，則可以采用長度為15m 的鋼鎖管【1】。其他兩側(cè)可結(jié)合地質(zhì)情況，合理搭配選擇12m 或者15m 的鋼鎖管。在圍堰支撐體系上至少要布置兩道鋼鎖管，其中第一道布置在承臺面以上約4.5m 的位置，第二道布置在承臺面上約0.5m 的位置，圍堰工字鋼選擇了2I40工字鋼，角撐材料為2I40工字鋼，支撐鋼管選擇了Ф530*8 鋼管，此種結(jié)構(gòu)形式，可有效滿足水庫橋梁工程承臺施工的要求，具體橫斷面結(jié)構(gòu)布置圖如圖1 所示：

圖1 鋼鎖管圍堰結(jié)構(gòu)橫斷面結(jié)構(gòu)布置圖（mm）

3 鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用

3.1 鋼鎖管加工

本工程在施工中鋼鎖管由I14 工字鋼+Ф530鋼管+Ф120 鋼管共同組成，為更好地利用工程所在地區(qū)的地質(zhì)條件，決定采用長度為12m搭配15m的鋼鎖管。各項材料在進入施工現(xiàn)場之前需要進行的詳細檢測，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不達標的原材料及時做返廠處理，不能應(yīng)用在施工中。此外，在鋼鎖管加工時所選擇的焊條、焊絲等都必須符合國家相關(guān)規(guī)定。加工完成之后，對焊縫質(zhì)量要進行詳細檢測，達到要求之后才能進行鋼鎖管插打【2】。

3.2 鋼鎖管插打

在鋼鎖管插打之前，要先進行導(dǎo)向定位樁施工，并在護筒上焊接工字鋼形成牛腿，通過導(dǎo)向架來保證每根鋼鎖管插打的垂直度符合要求。插打吊車?？吭诰嚯x鋼鎖管插就近的鋼平臺上，進行側(cè)向插打，便于現(xiàn)場管理人員和測量人員控制鋼鎖管插打質(zhì)量。在振動錘選型時，為保證鋼鎖管能夠順利打入設(shè)計好的土層中，需要對振動錘的的型號和規(guī)格進行計算選擇，保證振動錘在插打時形成的激振力P 大于鋼鎖管的貫入摩阻力Q，促使P/Q＞1.1。鋼鎖管的貫入摩阻力Q計算公式如下：

此公式中Q 表示單根鋼鎖管在插打過程中的貫入摩阻力（kN）；λs表示土壤的振動液化系數(shù)，在本工程施工中取值在0.3～0.6 之間；u 表示單根鋼鎖管樁的周長（m）；τi表示鋼鎖管樁周第i 層土體的極限側(cè)阻力的標準值（kPa）；li表示鋼鎖管樁周第i層土的厚度（m）。

在振動錘下落時開啟液壓口，拉一根樁到插打樁錘的下方，并在鎖扣上均勻涂抹一層潤滑油，然后提升振動錘。當鋼鎖管底部離開水平面30cm 以上時，停止上升，將振動錘落下，促使樁位于夾口中，啟動液壓機，夾緊樁體，同時提升樁和振動錘，至打樁點。對準樁和定位樁的鎖口，振動錘下落，利用振動錘和樁體自身的重力，壓到淤泥以下無法再下降的位置。試開打樁錘30s之后，停止振動，利用振動錘的慣性，將樁體插打到堅實的土層中【3】。然后啟動振動錘繼續(xù)打樁下降，但要嚴格控制振動錘下降的速度，盡量保證樁體豎直下落，從而保證鎖口能夠順利咬合，進一步提升止水能力。

樁體達到設(shè)計高度30cm～40cm 時，停止振動，通過振動錘自身的慣性，將樁體插打到設(shè)計高度。然后關(guān)閉液壓夾口，促使振動錘緩慢上升，繼續(xù)插打第二根，以此類推，打完所有樁體，達到合攏的樁體，然后進行鋼鎖管圍堰止水處理。

3.3 清淤和回填

當鋼鎖管插打完成之后，將鋼鎖管和導(dǎo)向架連接為一個整體，再對鋼鎖管圍堰施工標高進行詳細測量，利用抽砂泵和高壓射水相互配合的方式，將圍堰中高于封底底面的砂土全部清理干凈，而低于封底的部位需要進行回填處理?；靥顣r多采用碎石回填，具體施工示意圖如圖2所示：

圖2 封底碎石回填示意圖

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，靠近岸邊的圍巖土層難以插打進入鋼鎖管，因孤石、弱風化層的存在，致使鋼鎖管難以貫入到設(shè)計標高。為解決這一問題，等支撐加固完成之后，對標高進行復(fù)核，采用內(nèi)側(cè)黃土沙袋堆配合現(xiàn)澆混凝土方法進行堵漏處理。且本工程的承臺處于邊坡位置上，為最大限度上保證鋼鎖管的穩(wěn)定性和強度，可在靠近河中的一側(cè)，回填堆砌規(guī)格小于1m 的沙袋到封底頂面標高位置，然后進行加固處理【4】。

3.4 封底處理和硬化混凝土澆筑

鋼鎖管圍巖回填和清渣結(jié)束之后，可開始水下混凝土封底施工，本工程在封底施工中，采用了強度等級為C30的混凝土，封底厚度控制在100cm～150cm之間。封底施工立面圖如圖3所示：

圖3 封底施工立面圖

封底施工和養(yǎng)護結(jié)束后，對圍巖支撐進行抽水及加固施工，嚴控抽水高度及速度，同時設(shè)置一道安全支撐在圍堰頂端。抽水達到預(yù)定深度后，立即進行加支撐防護【5】。在導(dǎo)向槽鋼上將鋼鎖管全部焊固。綜合考慮施工場地小，水下地質(zhì)差的條件，為確保施工安全和方便后期承臺鋼筋模板施工，因此決定在圍堰內(nèi)部采用雙拼I40 工字鋼圍堰和2I40工字鋼斜撐骨架進行內(nèi)支撐，內(nèi)部支撐共分上下兩層。具體施工示意圖如圖4所示：

圖4 鋼鎖管施工平面示意圖

硬化混凝土采用強度為C30混凝土，要求混凝土坍落度在18cm～22cm 之間，并且具有良好的流動性，加入適量的UWB 避免混凝土在水下分散，達到封底密實、抗?jié)B、不離析、效率高等要求。嚴格按照鋼鎖管的施工尺寸和孔樁護筒阻擋情況，合理布置導(dǎo)管，以保證混凝土能夠澆筑到角落，提升封底效果，導(dǎo)管的長度要充足，距離基底15cm～30cm，以降低混凝土拌合發(fā)生的集中堆積問題【6】。

3.5 防滲和堵漏

為提升鋼鎖管圍堰施工質(zhì)量，避免發(fā)生滲漏水問題，影響水庫橋梁工程施工進度和質(zhì)量，在鋼鎖管插打之前，需要在鎖口內(nèi)部涂抹一定量黃油和鋸末混合物，以封堵每根鋼鎖管之間的間隙。當鋼鎖管圍堰合攏之后，在鎖扣位置布置角樁，具體情況如圖5所示：

圖5 鋼鎖管圍堰角樁示意圖（mm）

角樁布置完成之后，在鎖扣位置進行混凝土注漿，在樁腳漏水位置，通過局部混凝土封底的方法進行處理。鋼鎖管圍堰完成圍堰支撐和堵漏措施后，進行抽水（封底混凝土至少達到70%的強度），最后進入后續(xù)主體施工（后續(xù)的破樁頭、承臺及水中部分的墩身施工）【7】。

4 施工效果分析

在本工程施工中，為保證橋梁工程施工質(zhì)量，采用鋼鎖管圍堰施工技術(shù)，取得了良好效果，圍堰內(nèi)口尺寸誤差小于30mm，傾斜度小于h/500，每個構(gòu)件之間的接縫、分塊之間的拼縫都沒有明顯的凹凸面，施工質(zhì)量比較高。鋼鎖管圍堰在下沉過程中，對隔艙中的水位高差嚴格控制，保證水位高差小于6m，避免在河水汛期進入圍堰，為水庫橋梁工程施工提供了良好環(huán)境，施工效果顯著，值得類似工程參考借鑒。

5 結(jié)束語

總之，文章以六角宮水庫中橋為研究實例，對鋼鎖管圍堰施工技術(shù)在水庫橋梁工程中的應(yīng)用進行詳細分析，研究表明，水庫橋梁工程施工難度較大，涉及到的影響因素也比較多，圍堰施工可為水庫橋梁工程施工提供陸地施工條件，從而降低水資源對橋梁工程造成的影響。鋼鎖管圍巖在施工速度、施工的便捷性等方面有顯著優(yōu)勢。因此，本工程在施工中，采用了鋼鎖管圍堰施工技術(shù)，1#～2#墩承臺采用鋼鎖管圍堰后進行承臺施工，根據(jù)水下情況，采用12m搭配15m長鋼鎖管進行施工，考慮到后期承臺鋼筋、模板及內(nèi)支撐的施工方便，并根據(jù)實際地質(zhì)情況及單個承臺鋼鎖管圍堰大小比承臺尺寸加寬2.0m～3.5m 設(shè)計，按照此種方法施工的圍堰，穩(wěn)定性比較高，可滿足橋梁工程施工的要求，值得大范圍推廣應(yīng)用。