中交第三公路工程局有限公司 北京 100000
摘要：随着桥梁建设向大跨度方向的发展，大型水中承台围堰的施工方法较为繁多，工艺较为成熟。针对不同工程的结构特点，水中大型承台施工围堰形式的选择，将会对整个施工中的安全、工期、经济效益及社会效益有着重要的影响。
关键词：深水基础 围堰 施工技术
1、前言
锁口钢管桩围堰与钢板桩围堰和双壁钢围堰或土围堰比较，即具有围水、挡护特性，锁口钢管桩利用了钢管圆形截面的受力特点，简化了结构，同时造价低、安装速度快。对水上桥梁施工的安全、工期、经济和社会效益有重要意义，对锁口钢管桩围堰的设计、加工、插拔施工、止水封底等施工技术的总结，有利于施工知识的储备。
2、施工背景
某某大桥为主跨400m的钢混组合梁斜拉桥，其中辅助墩及过渡墩承台均位于水中，承台平面均为矩形（15m×10.5m×4m），四角为半径2m的圆弧，中部为宽4m长7m系梁连接，呈哑铃型。承台顶高程为+2.000，底高程为-2.000，封底混凝土为50cm厚C20混凝土，封底混凝土底标高为-2.5m，承台混凝土为C35混凝土，承台混凝土方量均为1372.0m3。
3、围堰布置
3.1围堰结构平面布置要与钻孔灌注桩钢护筒、钢管桩及水上作业平台的布置相配合，使得围堰施工简单化为原则。
3.2围堰结构立面布置根据河水水位确定，围堰顶面标高应高出施工期内河水最高涨潮水位1m以上。
围堰结构布置图见图3-1，围堰结构剖面图见3-2。
4、围堰设计材料选用
4.1围堰设计程序
4.1.1设计资料收集，如水文、地质等资料，以及加工制造、运输、吊装、振动锤等有关数据。
4.1.2资料中的围堰设计参数计算，水流、潮差、土质侧压力系数。
4.1.3确定合理施工顺序，明确围堰结构计算的条件。
4.1.4绘出围堰总图，拟定钢管桩直径，锁口形式。
4.1.5围堰侧压力计算，进一步求出每米宽围堰的弯矩和支撑反力。
4.1.6按以锁口中心宽度换算成每根管桩的弯矩和支撑反力，检算桩的应力，检算水平支撑。
4.1.7按锤击沉桩的锤击力及允许的施工误差设计锁口。
4.2材料选用
根据计算结果和实际情况，支护可选择钢管桩、H型钢、工字钢等材料。钢管桩入土深度根据围堰稳定性计算和承台底标高确定，并在管桩相连处进行锁口处理；锁口阴阳头采用TC形式，分别采用Φ160*10钢管和16号工字钢一半于钢管焊接的形式。为节省材料，锁口长度可比钢管桩长度小，但需考虑承台封底混凝土底标高、河床标高等具体参数确定。
锁口构造见图4.2-1。
图4.2-1 锁口构造图
结构所有钢构件均采用Q235（A3）钢材，原材料质量应符合国家相关规范。
5、主要施工技术
5.1施工放样与定位
根据承台的有效宽度及考虑施工作业通道围堰宽度和深度，确定施工区域，在插打导向桩时需全程对导向桩桩位及垂直度进行监测。
5.2导向框的设置
为了精确控制钢管桩的打入后的平面位置，需设置导向框，导向框应采用有足够的刚度且带有平面的H型钢，导向框水平长度不宜过大，控制在10m左右，为方便钢管桩能顺利插入导向框，导框宽度大于管桩直径2cm为宜，即每边各放大1cm。导框桩与导框应焊接牢固。导向框结构示意见图5.2-1
图5.2-1 导向框结构示意图
5.3钢管桩插打的操作要点
5.3.1装卸钢管桩采用两点吊。吊运方式采用单根起吊，并注意保护锁口，以防止锁口变形。
5.3.2根据设计地质和现场调查情况，选用满足施工区域地质层管桩插打力的振动锤及相应的起吊设备。本项目采用80T履带吊配合60KW振拔锤施打。
5.3.3总体插打方式为由各边中部向两端插打钢管桩，分别在角桩处合拢。首先将导向框及导向桩打设到位，然后利用导向框插打第一根钢管桩，第一根钢管桩插打至外露9米时停止插打，然后进行第2根钢管桩插打，第2根钢管桩插打至与第1根钢管桩齐平时，停止第2根钢管桩插打，将第1根钢管桩剩余部分插打到位，再开始第3根钢管桩插打，插打至与第2根钢管桩平齐时停止插打完成第2根钢管桩剩余部分插打，如此循环施工。插打流程见图5.3-1～-5.3-5，锁口钢管桩插打见图5.3-6
图5.3-5 锁口钢管桩插打
5.3.4先用履带吊将钢管桩吊至插点处进行插桩，对准桩与定位桩的锁口，锁口抹上润滑油，开动液压机，夹紧桩，锤下降。
5.3.5试开打桩锤30秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至坚实土层，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直。
5.3.6在打桩过程中，为保证钢管桩的垂直度，用两台经纬仪在无导向框限位两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，在打桩进行方向的钢管桩锁口处设卡板，阻止管桩位移。同时在导向框上预先算出每根管桩的位置，以便随时检查校正。
5.3.7打桩至设计高度前40cm 时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。
5.3.8松开液压夹口，提升第二根钢管桩至桩位处，打第二根桩，以此类推至打完所有桩。
5.4堵漏止水
5.4.1锁口钢管桩的止水是围堰成功的关键，堵漏采用直径15cm（比锁口略大）与锁口长度相同的防水布袋内注浆进行堵漏，将帆布袋包裹住Ф30mm注浆管伸入母口底端，后进行注浆，边注浆边提升直至注满母口。
5.4.2采用布袋内注浆可防止浆液在水下被冲散，同时也在浆液与锁口壁体形成隔离层，方便后期拔桩。
5.4.3浆液必须充满锁口才能成功止水，强度要求不高，可采用低强度高流动性泥浆。建议配比：350kg（膨润土）：200kg（水泥）：40kg（膨胀剂）：1000kg（水）。
5.4.4止水前，先对锁口内进行冲洗，保证锁口内通畅，壁体无夹泥，
5.4.5采用专用拌浆设备拌制泥浆，严格控制浆体的施工质量，避免过稀导致收水严重或过稠导致灌注困难。
5.4.6布袋与注浆管一同插入锁口，安装时防止绞缠，到底后，开始注浆，注浆管边注浆边提升。锁口堵漏灌浆见图5.4-2、5.4-3
图5.4-2 锁口插入注浆管及布袋
5.4.7及时检查布袋充满情况，需要补灌的必须及时进行，防止口袋被浆体硬结，影响补灌质量。
5.5围堰抽水与清淤
5.5.1钢管桩围堰完成堵漏后进行抽水，抽水过程中应严格控制抽水速度和抽水高度，过程中对围堰情况、漏水情况进行观测。
5.5.2在抽水后，在基坑内设置集水井将积水排出，基底采用泥浆泵配合高压水枪将围堰内的淤泥清除。如基底有淤泥应进行处理在进行基底混凝土施工。
5.6封底混凝土的浇筑
封底混凝土在抽水后为无水作业，基底处理完成后，进行标高复核，按设计要求进行封底混凝土浇筑。封底混凝土采用C20混凝土，按普通混凝土采用一次性浇筑，当封底混凝土强度达到90%以上时进行抽水，完成后先人工清理桩头上的淤泥，然后采用空压机和风镐凿除桩头砼，凿除至承台底面以上15cm，清洗桩头。
5.7承台混凝土
承台混凝土分两次浇筑，第一次浇筑2.5m，第二次浇筑1.5m，不设冷却水管，采用C35混凝土，浇筑采用长臂混凝土泵送车进行浇注，施工时严格控制混凝土的原材料选用，浇注砼时，严格控制混凝土的坍落度，侧模与主筋之间进行单独布料。
5.7钢管桩的拔除
承台施工完毕后，可进行围堰拆除。钢管桩拔除顺序与插打相反，由围堰合龙位置开始拔桩。拔桩时，先用振动锤将管桩锁口振活以减小土的阻力，然后边振边拔，振幅为10-20mm；供振动锤使用的电源应为振动锤本身电动机额定功率的1.2～2.0倍；对引拔阻力较大的钢管桩，采用间歇振动的方法每次振动15min，振动锤连续工作不超过1.5h。
6、结束语
围堰主要是靠在相邻钢管桩连接的锁口内采用在帆布袋灌注一定稠度的低强度混凝土砂浆达到止水效果。通过锁口钢管安装插打、堵漏、抽水、混凝土封底、承台施工五个阶段来实现桥梁水中大型承台作业的无水施工。
采用振拔锤逐根插入锁口钢管桩，施工工序简洁，精度要求不高，作业人工小，施工速度快；整体刚度好，锁口钢管桩本身刚度较大且深嵌入承台底以下地层、变形少，桩间通过锁口连接在一起整体稳定性好；围堰内无须复杂的内支撑体系，为承台施工提供了作业空间和可靠的安全保障。整个围堰结构的钢材回收率达90%以上，可用于其他承台基础围堰施工或上部结构施工的支撑管柱，材料周转利用率高，经济效益明显，为今后类似工程施工提供借鉴案例。
参考文献：
[1]公路桥涵施工技术规范（JTG/F50-2011）
[2]建筑施工手册（第三版）
[3]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025—86）
论文作者:赵祥成
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/23
标签：围堰论文; 钢管论文; 混凝土论文; 封底论文; 导向论文; 结构论文; 标高论文; 《基层建设》2018年第15期论文;