南宁铁路局建设管理处 广西南宁 530000
1.前 言
随着桥梁建设技术的发展与创新，深水基础、大型实体结构施工逐渐成为常见工程。围堰作为深水基础的常用施工措施，其安装定位的质量、安全、进度、效益直接影响工程建设，是工程建设者值得认真探索的问题。南昆客专新南宁邕江四线特大桥施工过程运用“管+工+管”组合型锁口钢管桩施工工法，解决了内河深水航道围堰快速安装、精确定位、锁口结构处渗漏水等施工问题，取得了良好的经济效益，为今后类似工程施工积累了经验和提供借鉴。
2.工程概况
新南宁邕江四线特大桥位于广西南宁市区内，中心里程为：DK3+619.8，孔跨式样为1×24m+10×32m+（36+64+36）m连续梁+2×24m+1×32m+（72+2×128+72）m连续梁+（52+88+52）m连续梁+2×32m+（36+64+36）m连续梁+12×32m预应力混凝土梁，依次跨越江北大道、邕江、江南大道、五一路，全长1782.28m。其中跨越邕江处江面宽约370m，属内河Ⅱ级航道，桥位江面至轨面约33.5m，主跨（72+2×128+72）m连续梁为主航道，其墩基础（20#～22#号）位于邕江水中，施工常水位水深约5.3～13.8m，采用圆端型实体墩，钻孔桩基础，采用组合型锁口钢管桩围堰施工。
3.施工工法简介
3.1 “管+工+管”组合型锁口钢管桩围堰施工工法采用φ630×10mm大钢管作为主体受力结构，一侧焊接φ168×6mm小钢管作为阴头（小钢管上切割通缝，采用加劲板加固），另一侧焊接I20a工字钢作为阳头，形成单组锁口钢管桩。施工过程中利用振动锤夹紧大钢管，将阳头工字钢插入小钢管通缝内，并在小钢管内填充堵水材料。多组钢管桩前后连在一起形成一个闭合围堰。
3.2 工法特点
⑴ 钻孔桩施工与钢管桩围堰制作同步平行作业，实现了工期和效益最佳。
⑵ 利用钻孔平台作业条件和常规作业机具，无需大型浮运设备和吊装设置，更具经济性和适用性。
⑶ 发挥液压千斤顶平稳、可控、同步等优势，使工艺操作简单、可靠；可利用桥墩基础钻孔桩定位与纠偏。
⑷ 围堰插打全部在钻孔作业平台上进行，不占用航道，消除了航道安全风险。
⑸ 有效解决了传统锁口结构处的渗漏水问题，确保承台施工过程中始终处于无水安全状态。
3.3 适用范围
适用于内河航道大型桥梁基础及内河水务工程的结构施工，特别是不具备整体吊装作业的施工。
4.20#、22#锁口钢管桩围堰施工工艺及操作要点
4.1 工艺流程
4.1.1 工艺流程
图4.1 “管+工+管”锁口钢管桩围堰施工工艺流程图
4.1.2 工艺综述
本工程20#、22#深水墩围堰所用单组锁口钢管桩由φ630×10mm钢管、φ168×6mm钢管和I20a工字钢加工拼装而成；钢围堰为矩形结构，平面尺寸为22.566×31.706m，高度为16m，每个围堰共需116根锁口钢管，设置上、下两层内支撑。施工工艺主要包括：
（1）在φ630×10mm钢管外壁长度方向上，对称焊接φ168×6mm钢管和I20a工字钢（转角用的钢管焊成90度），采用汽车吊配合DZ90振动锤把每一根钢管振动下沉至设计深度。
（2）围堰内的四个转角，顺桥向45°各设置上、下两层φ630×10mm斜支撑，每个角4根，共16根。第一层：每个转角处，距封底混凝土顶面高9.908m，距围堰内侧边缘4.255m和8.825m处各设1根（每个转角2根，共8根）；第二层：距封底混凝土顶面高4.908m，与第一层位置上下对应设置相同规格、数量的斜支撑。围堰中部，顺桥向、与每层斜支撑等高处、距桥墩中心2.098m的两侧各设1根φ800×12mm钢管直支撑（每层设2根，共4根）。
（3）承台基坑采用有水开挖，当挖至封底混凝土底标高后，浇筑1.5m厚的C20封底砼，施工过程中保持围堰内水位同外部水位相同。待封底砼满足强度要求后抽水至支撑标高处，并立即安装内支撑后再继续抽水，然后割除封底砼上的钻孔桩钢护筒，清基后进行承台施工。
图4.2 锁口钢管桩围堰平面布置图
图4.3 管工管锁口钢管桩围堰实景图
4.2 施工方法
4.2.1锁口钢管桩、导向架加工
（1）锁口钢管桩加工
在加工厂内采用焊接方法，把每节长度为12m的φ630×10mm螺旋管接长为16m钢管桩，并在焊缝四周布置30×15cm的帮块。
接长后的钢管两侧分别焊接φ168×10mm钢管和I20a工字钢作为钢管桩锁口。φ168mm钢管与I20a工字钢自钢管桩顶部至底部以上50cm，长度15.5m。φ168mm钢管与φ630mm钢管间两侧采用竖向加劲板加固，加劲板长度14cm，高度7cm，采用δ10mm钢板制作，与联接的钢管满焊，自钢管桩顶部每30cm设置一道。钢管桩底部至以上50cm梆焊δ10mm钢板，作为补强圈，防止搭设时底部刃角卷起。
4.4 “管+工+管”钢管桩结构图
⑵导向架加工
为保证锁口钢管桩插打位置准确和保证其垂直度，施工前需设导向架。导向架净间距65cm，均采用I45a工字钢制作。钻孔桩完成后，拆除围堰范围内的钢平台，然后在锁口钢管桩插打轮廓线内安装导向架。导向架顶面与钢平台顶平，共设上下两道，每道为两根。导向架外侧与钢平台主梁焊接，上下高差为1m，内侧导向架通过竖向稳定桩打入河床内固定，上下高差为3m。竖向稳定桩长度为18.57m，间隔5m设一根，若其位置与围堰内撑相冲突时可适当调整。
4.2.2 钢管桩施工
打桩机械选择25t汽车吊结合DZ90振动锤形式。
（1）钢管桩打设
插打钢管桩前应先在导向架上预先标出每根管桩的中心位置，并在打桩进行方向的钢管桩锁口处设卡板（卡板距管桩外缘为2cm，采用1cm厚钢板制作）。然后用振动锤夹具夹起钢管桩慢慢放松吊机钢丝绳，对入导向架内，确认桩身垂直度满足要求后，开动振动锤振动，直至将桩打至设计深度。每次振动持续时间不宜超过10～15min，时间过长则振动锤易遭到破坏，太短则桩难以下沉。每根桩的下沉应一气呵成，不可中途停顿或中断较长时间，以免桩周围土恢复造成下沉困难。
打设的一、二根钢管桩的位置和方向必须确保精确，以便起到样管导向作用，每打入1 m应测量一次，打至预定深度后应立即用钢筋与导向框焊接固定。打桩过程中，用两台全站仪在无导向架限位两个方向交叉加以控制，保证钢管桩的垂直度。
（2）钢管桩插打顺序
根据现场实际情况和钢管桩的设计，选择单桩打入法，以一根钢管桩为一组，逐根插打，直至钢管桩插打完毕。施工顺序由各边中部向两端插打钢管桩，分别在角桩处合拢。
4.2.3 基坑开挖与封底混凝土
钢管桩施工完成后，在保证围堰内水位与邕江水位一致的情况下，即可进行基坑开挖。基坑开挖采用高压射水将砂土冲起，然后用吸泥机抽出基坑外钢箱内静置过滤后用汽车运至指定地点弃放。基坑开挖至承台底以下1.5m时，立即对基底进行测量，务必保证基坑底最高位置低于承台底1.5m，确认后进行封底混凝土施工。封底混凝土采用C20高性能混凝土，封底厚度为1.5m，混凝土方量约1330m3。采用两台QY-25吊机分别吊装两根导管，导管顶部各设置一个料斗，从承台两对角向中心环绕浇注，直至完成整个围堰内封底混凝土施工。
4.2.4 支撑安装
（1）内支撑结构
内支撑由围檩、牛腿托架和支撑钢管组成。牛腿托架采用[20槽钢，托架上设挡块，采用[20槽钢制作，托架沿钢管桩四周布置，间距4m；围檩由三根I40a工字钢制作，并于两端设63×70×1cm钢板以焊成整体；斜撑处设置63×100×1cm钢板；支撑为φ630×10mm钢管。顺桥向布置两道对撑，承台四角各布置2道斜撑。为保证支撑整体受力，纵横向围檩采用电焊连接，并于交角处加设三道10mm的加劲三角形钢板，钢板边长为50cm，另钢围檩背面与锁口钢管桩间必须密贴，若有缝隙应加焊钢板。
（2）内支撑安装
沿钢管桩四周每隔4m焊接[20槽钢托架，焊缝必须满焊，高度不小于6mm。托架必须错开钢管支撑位置。托架安装完成后吊装工字钢梁，并与钢管桩有效焊接。四周安装完毕后形成封闭的圈梁。
图4.5 支撑截面图
4.2.5 基坑抽水
封底混凝土达到设计强度后，采用四台潜水泵进行围堰内抽水。然后将封底砼内的泥沙杂物等清理干净，以便进行承台施工。
4.2.6 栏杆及爬梯安装
在围堰平台的四周设置栏杆，并挂密目网，以防止平台上物体坠落堰内。栏杆采用φ48×3.5mm钢管制作。立柱高1.5m，间距2m，横杆设置3层，自围堰顶部以上分别30cm，90cm，120cm高度各设置一道。采用5×5cm密目网维护。基坑内沿承台四边中心位置各设置一个爬梯，兼做人行通道或疏散通道。爬梯立柱采用L75×75×6mm角钢制作，踏脚板间距20cm，采用L50×50×4mm角钢制作。
4.2.7 锁口钢管桩拆除
承台浇注完毕后，待混凝土满足拆模要求，及时拆除模板然后解除钢管支撑与工字钢圈梁的联系，吊出围堰。再依次拆除工字钢圈梁，最后拆除托架。
5.结束语
南宁邕江四线特大桥跨邕江连续梁20#、22#墩深水基础围堰，成功地运用了“管+工+管” 组合型锁口钢管桩围堰工法进行施工，经测算较传统施工方法节约成本290多万元，工期缩短80多天，是一种安全、高效、实用的施工方法。不但保证了深水围堰施工安全，又节约了建设成本、缩短了施工工期，取得了较好的社会效益和经济效益。据查该工法的使用在国内尚属首次，它的成功应用，不但加快了南昆客专的建设步伐，也将在今后类似工程施工中发挥作用，极具推广价值。
参考文献：
[1]《公路钢木结构设计规范》（JTJ085-86）
[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）
[3]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
[4]《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
[5]《结构设计原理》人民交通出版社；
[6]《桥梁工程》合肥工业大学出版社
论文作者:李其金
论文发表刊物:《基层建设》2015年32期
论文发表时间:2016/10/26
标签：钢管论文; 围堰论文; 封底论文; 工字钢论文; 基坑论文; 导向论文; 混凝土论文; 《基层建设》2015年32期论文;