鎖口鋼管樁在橋梁深基坑中的應用

郭建軍

（中鐵三局集團二公司，河北 石家莊050000）

1 鎖口鋼管樁的原理與形式

1.1 鎖口鋼管樁的原理。首先在修建的基礎(chǔ)周圍打設(shè)鎖口鋼管樁形成圍堰，用砂漿或泥土將鎖口處封閉，然后進行堰內(nèi)降水挖土，至設(shè)計深度后灌注水下混凝土封底，待水下混凝土達到要求強度將圍堰內(nèi)水抽干，施工承臺和墩身混凝土。工后向圍堰內(nèi)抽水回灌，用水下切割將承臺以上鋼管樁切除或用機械直接拔出。

國內(nèi)鎖口鋼管樁打入多采用搭設(shè)打樁平臺或打樁船，再用震動打樁錘或柴油打樁錘擊沉打入。

鎖口鋼管樁具有剛度大、承載力高，可鎖口止水，安全可靠，施工簡單，是一種較好的基坑圍堰支護施工方法。

1.2 鎖口鋼管樁的形式。鎖口鋼管樁的形式主要有：P-P 型、P-T（C-T）型、L-P（L-T）型、C-O型等，詳見圖1、圖2。

圖1 P-P 型、P-T 型、L-P 型鎖口形式

圖2 C-O 型鎖口形式

2 鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計

該特大橋主跨（100+196+100）m 連續(xù)梁- 拱，主墩采用20 根φ2.5m 鉆孔樁基礎(chǔ)，承臺尺寸22.9×29.2×6.5m，設(shè)計施工水位22.5m，對應水深10.5m。

2.1 施工方案比選。鎖口鋼管樁與鋼板樁、雙壁鋼圍堰施工方案比選見表1。

經(jīng)施工方案比選，確定采用鎖口鋼管樁，其施工技術(shù)可行，安全可靠，簡便快速，經(jīng)濟環(huán)保。

表1 鎖口鋼管樁與鋼板樁、雙壁鋼圍堰施工方案比選表

2.2 主墩施工平臺及圍堰方案。主墩施工平臺標高23.75m，實際施工控制水位19.5m，封底混凝土厚度1.5m，混凝土封底前基坑深度15.79m。河床面標高11.70m，河床面以下土層依次為淤泥質(zhì)土4.2m、松散粗砂6.2m、稍密圓礫2.8m、全風化砂質(zhì)泥巖6.4m，強風化砂質(zhì)泥巖13.1m。鎖口鋼管樁圍堰內(nèi)側(cè)凈尺寸25.06×31.32m。

2.3 鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計。鎖口鋼管樁圍堰，主鋼管采用φ630mm、壁厚12mm，長度23.0m，鎖口長度21.0m；C型鎖口用φ152mm、壁厚8mm鋼管，開口60mm；O型鎖口用φ127mm、壁厚4.5mm鋼管，C型、O型鎖口分別焊接在主鋼管兩側(cè)，鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計見圖3。

圖3 鎖口鋼管樁圍堰計算圖

2.4 鎖口鋼管樁內(nèi)支撐。第一、二道圍檁采用雙拼H588×300×12×20mm 型鋼，第三道圍檁采用三拼H588×300×12×20mm型鋼，第四道圍檁采用三拼H700×300×13×24mm型鋼。

第一至三道中支撐、斜支撐采用壁厚16mm、外徑609mm無縫鋼管，第四道中支撐、斜支撐采用壁厚13mm、外徑800mm 螺旋鋼管；角支撐采用厚度20mm、直角邊長300mm 對稱三角形角撐，角支撐的道數(shù)與圍檁的道數(shù)一致，每塊均焊于圍檁型鋼的中軸處。

2.5 鎖口鋼管樁圍堰圍檁支撐焊縫要求。斜支撐、角支撐與圍檁間采用焊腳12mm角焊縫。斜支撐兩翼緣板內(nèi)外側(cè)滿焊，腹板單面滿焊；角支撐直角邊采用單面或兩面滿焊，經(jīng)計算確定。

2.6 鎖口鋼管樁圍堰施工要求。鋼管樁圍堰打設(shè)完成后，按順序降水開挖安裝1～4 道支撐，不可一次降水開挖兩道及以上支撐的安裝工況，按工況每開挖下降一個工況、安裝一道圍檁和支撐，然后再下降開挖、安裝下道圍檁和支撐；第四道支撐安裝時的河水水位要控制在18.5m 之內(nèi)，即在安裝完第三道支撐后，如果河水水位高于18.5m，要等水位降至18.5m以下再開挖安裝第四道支撐；當?shù)? 道支撐安裝好后立即回灌河水，使圍堰內(nèi)水位距基坑底部大于6.5m，然后在水下開挖剩余部分基坑，但不降水；當基坑挖至封底混凝土底部標高后，水下將基坑底部整平，灌注水下混凝土進行封底；封底混凝土水中養(yǎng)護不少于3 天，且強度達到C20 混凝土標準后，方可抽干圍堰內(nèi)的水、拆除第四道支撐和圍檁，進行承臺施工。

3 鎖口鋼管樁施工

3.1 鎖口鋼管樁加工。平整場地，制作鋼管樁焊接加工臺座，首先將鋼管樁對焊接長至設(shè)計長度，然后將陰陽鎖口鋼管與主管定位焊接，再焊接加勁肋和限位肋，陰陽鎖口要位于主管截面的同一軸線上（角樁為兩垂直軸線），焊縫飽滿、咬合連續(xù)、不漏水。主鋼管的上下兩端焊接高250mm的加勁鋼抱箍，確保鋼管在插打和拔出時不損壞，提高鋼管樁的周轉(zhuǎn)利用率。

3.2 導向圍檁?；A(chǔ)鉆孔樁施工完成后，拆除鋼平臺，安裝鎖口鋼管樁施工導向圍檁，為確保鎖口鋼管樁打入的垂直度，采用兩層導向圍檁，將鎖口鋼管樁的第一道圍檁作為一層導向圍檁，再在鉆孔樁鋼護筒頂端臨時設(shè)置一層導向圍檁。利用鉆孔樁鋼護筒焊接簡易牛腿，第一道圍檁按設(shè)計標高安裝。

3.3 鎖口鋼管樁插打。采用1 臺50t 履帶吊配合1 臺DZJ-120振動錘沉管，首先插打首根定位樁，定位樁一般選擇上游一側(cè)緊鄰角樁的第一根樁，插入時嚴格控制鎖口鋼管樁的平面位置，從兩個相互垂直方向觀測鋼管樁的垂直度，確保首根樁的垂直度≤1/200。定位樁插打至設(shè)計標高后，沿著導向圍檁按一個方向依次插打鎖口鋼管樁。鋼管樁插打前，需清理C型鎖口內(nèi)側(cè)和O型鎖口外側(cè)的雜物，涂抹專用膠泥，以利于止水。鋼管樁插打時，依次將一根鋼管樁的O型鎖口插入另一根鋼管樁的C型鎖口內(nèi)。

打設(shè)過程中每隔一定數(shù)量的鋼管樁需從兩個方向校核鋼管樁的垂直度，超出允許范圍要進行適當調(diào)整。

3.4 圍堰合攏，支撐安裝。圍堰選擇在角樁處合攏，通過現(xiàn)場實際量測合攏距離，如需要可采用異形鎖口鋼管樁合攏，異形鎖口鋼管樁通過改變主管直徑以及角樁上C型和O型鎖口與主管中心連線之間夾角，實現(xiàn)圍堰快速精準合攏。

圍堰合攏后，結(jié)合基坑開挖按順序開挖安裝1～4 道支撐，通過在圍堰上焊接牛腿將圍檁與圍堰連結(jié)，每下挖一道支撐范圍的土方安裝一道圍檁和支撐，再下挖和安裝下道圍檁支撐，嚴禁超挖。

3.5 封底混凝土。采用挖掘機配合高壓水槍和吸泥泵進行基坑開挖，如在汛期高水位時施工，在吸泥的過程中按照施工方案，及時向基坑內(nèi)回灌補充河水至設(shè)計標高，施工時必須保持基坑內(nèi)、外水位差，不可隨意更改，以防發(fā)生管涌造成基坑坍塌。

當基坑挖至封底混凝土底部標高后，要水下將基坑底部整平，然后灌注水下混凝土進行封底。水下混凝土的坍落度控制在18～22cm，流動坡度按1:4～1:5、混凝土擴散半徑按4～6m，灌注前要進行試灌，以驗證混凝土的各項性能指標。

圖4 封底混凝土導管布置示意圖

該特大橋水中主墩封底混凝土澆筑共布設(shè)12 根導管，29 個測點，利用4 個漏斗循環(huán)倒用澆筑。導管與鉆孔樁呈梅花形布置，導管間距6.3～7.3m，靠基坑邊線側(cè)略大，混凝土擴散半徑最大控制在6.0m內(nèi)。澆筑方向從上游側(cè)的一個角開始向另一個角進行，然后逐排向下游方向進行。

混凝土澆筑原則，由上游向下游，嚴格控制混凝土澆筑高差，密切注意混凝土擴散情況，嚴防未澆筑導管進入混凝土，導管澆筑停頓時間間隔不得超過30 分鐘。封底混凝土導管布置見圖4。

3.6 圍堰拆除。承臺施工完成后，用砂土將承臺與鋼管樁之間的空隙回填，在距承臺頂0.5m 范圍采用C20 混凝土封閉，拆除第二、三道圍檁支撐進行墩身下半段施工，然后再用砂土回填墩身與鋼管樁之間的空隙，同樣在距墩身頂部0.5m范圍內(nèi)采用C20 混凝土封閉，拆除第一道圍檁支撐進行上半段墩身施工。

鋼管樁拆除采用50t 履帶吊配合DZJ-120 振動錘進行，拆除前先用振動錘向下略振鋼管樁，使鋼管樁與封底混凝土以及土體之間松動，再向上震動拔出。

4 結(jié)論

鎖口鋼管樁可一次加工重復周轉(zhuǎn)使用，施工成本低，無需較大的加工場地以及大型運輸?shù)跹b設(shè)備，安裝拆除簡單，整體剛度大，穩(wěn)定性好，止水效果好，可根據(jù)需要做成各種形狀的圍堰，適應性強。與鋼板樁比較，具有適用深度范圍更廣，使用圍檁支撐數(shù)量少的優(yōu)點；與雙壁鋼圍堰比較，由于鎖口鋼管樁可根據(jù)需要調(diào)整鋼管直徑，使其具有簡單易行，施工快捷，成本低的優(yōu)點。

鎖口鋼管樁適合于超水深條件下的基礎(chǔ)施工，工后可拔出重復使用，因此不僅經(jīng)濟，且利于環(huán)境保護，符合可持續(xù)發(fā)展要求。