橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)

楊津

（河北鐵路事業(yè)發(fā)展中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

隨著我國鐵路橋梁工程項目日益增多，深水橋墩施工越來越常見。橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰施工是橋梁整體施工的重要環(huán)節(jié)。為避免橋梁工程因相關(guān)施工問題而導致整體質(zhì)量受到影響，在橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰施工之前，應預先進行地質(zhì)勘察，了解鐵路橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰技術(shù)應用的難點，處理好圍堰開挖和支撐的關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)場實際地質(zhì)情況制定可行的施工方案，對各個施工環(huán)節(jié)進行規(guī)范性施工，嚴抓施工質(zhì)量，在相關(guān)施工過程中將變形量控制在合理范圍內(nèi)。

1 工程概況

某鐵路橋梁墩采用樁基礎(chǔ)，鉆孔樁基礎(chǔ)采用筑島平臺施工，最終實施圍堰方案開挖基坑，但圍堰的防水、阻水難度較大，經(jīng)過多方探討擬采用鎖口鋼管樁結(jié)構(gòu)形式的圍堰方案，以有效解決基坑樁基及承臺施工問題。

2 鎖口鋼管樁及鎖口鋼管樁圍堰施工特點

2.1 鎖口鋼管樁的特點

鎖口鋼管是帶有鎖口的一種鋼管，有各種尺寸及聯(lián)鎖形式，不僅強度高，還可在深水中施工。在施工中，圍堰內(nèi)有縱橫向支撐，由許多互相連接的單體構(gòu)成，其中包含各種尺寸及聯(lián)鎖形式，而每個單體又由許多鋼管樁組成，且應用中都能獨自抵抗傾覆、滑動和防止聯(lián)鎖處拉裂。

2.2 鎖口鋼管樁圍堰施工特點

在鎖口鋼管樁圍堰施工中，為防止因流速增大引起水流對圍堰、河床的集中沖刷，施工前可以在上下游及兩岸設(shè)測量觀測點，保證堰體外坡面有受沖刷危險時及時獲取相關(guān)參數(shù)信息。同時，施工中應控制圍堰長和短邊方向，按照從上游向下游的順序進行合龍。黏土中不宜使用射水下沉辦法，如發(fā)現(xiàn)問題則需立即糾正，避免對施工建設(shè)造成影響。

3 鎖口鋼管樁圍堰施工方案

3.1 鎖口鋼管樁圍堰施工方案設(shè)計依據(jù)

3.1.1 服務年限

橋梁工程采用鎖口鋼管樁結(jié)構(gòu)形式的圍堰方案，部分區(qū)域以放坡法為主。在深基坑支護設(shè)計時以臨時支護為主，服務年限以支護竣工結(jié)束后1年時間為計算基準。合理控制基坑安全等級，依據(jù)相關(guān)標準要求設(shè)計，全部區(qū)域圍堰施工的安全等級要求為一級，具體可依據(jù)不同等級分布進行驗算，并詳細記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工作業(yè)的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。

3.1.2 參數(shù)驗算

綜合考慮基坑壁（邊坡）高度、實際條件、邊界特征等，按照支護斷面完成圍堰開挖深基坑安全等級及參數(shù)驗算工作。同時，依據(jù)工程勘察報告，科學確定施工作業(yè)相關(guān)指標。該工程地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

3.1.3支護結(jié)構(gòu)

根據(jù)該鐵路橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰建設(shè)要求，考慮支護結(jié)構(gòu)的整體支護效果，注意分層處理、施工階段進度與質(zhì)量控制，組建專業(yè)化施工隊伍，監(jiān)管部門要積極參與，全程跟蹤管控。同時，控制各放點位置，并逐一校對，做好記錄；合理控制鋼絞絲強度（1 860N/mm2），截長預留大于700mm張拉長度，沿桿體軸線間隔1.5～2.0m/個，確保整個支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2 施工方案

鎖口鋼管樁中的鋼管加工比較簡單，能夠滿足現(xiàn)場施工要求，雖然用鋼量高達820t，但可大部分回收并用于支架工程，鎖口鋼管樁加工和插打都可利用現(xiàn)有設(shè)備，平面形狀參照橋梁承臺系梁的形狀布置。該橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰總長192m，鋼管樁174根，以滿足施工要求。鎖口鋼管樁圍堰無縫鋼管轉(zhuǎn)角點1-2-3-4-5-6，迎水側(cè)沉入，上層中心標高212.0m，下層圍檁在基坑開挖完成并澆筑封底混凝土后拆除，內(nèi)撐采用強度標準Q345鋼管提高荷載，為承臺、系梁澆筑騰出施工空間。

4 鎖口鋼管樁圍堰施工要點

4.1 開展工程勘察工作

該橋梁工程在深基坑鎖口鋼管樁圍堰施工中，考慮當?shù)刈匀画h(huán)境和地質(zhì)情況，采取科學合理的鎖口鋼管樁圍堰施工方案，重點對地質(zhì)、水文條件等進行勘察，深入了解不同施工區(qū)域的地質(zhì)差異，結(jié)合實際地質(zhì)情況準備材料。

4.2 確定最不利工況

分析鋼管樁在各工況下的受力情況，在圍堰內(nèi)開挖土石方至上層內(nèi)撐底部要求標高211.0m，樁底固結(jié)在開挖面以下地基中，荷載為開挖面以上土壓力和水壓力形成的線性荷載，基坑挖至下層支撐底面標高207.0m，上端與上層圍檁、內(nèi)支撐系統(tǒng)鉸接。安裝上、下層支撐后，基坑開挖至封層，具體挖至封底混凝土層底面標高201.0m，側(cè)向荷載為開挖面形成線性荷載。拆除下層圍檁及內(nèi)撐系統(tǒng)，保留上層圍檁、內(nèi)支撐系統(tǒng)。鋼管樁下端固結(jié)在封底混凝土中，側(cè)向荷載為封底混凝土頂面以上土壓力和水壓力形成的線性荷載。

4.3 建立圍堰模型

鎖口鋼管樁圍堰采用Midas Civil橋梁結(jié)構(gòu)計算軟件整體建模。鋼管樁與承臺底地基固結(jié)，對于灰?guī)r地基固結(jié)點位于承臺底下1m。內(nèi)撐與內(nèi)撐間采用共節(jié)點剛性連接方式，圍堰荷載按自重系數(shù)為1施加，工程在施工中只計算覆蓋層土壓力，施工荷載按q=45kN/m2考慮，避免施工出現(xiàn)安全問題。

4.4 支撐體系施工

在加工場地，將鋼管樁與鎖口鋼管、工字鋼按設(shè)計圖焊接成為整體，要求開口豎直、平順，開口寬度誤差不小于2mm。為了保證鋼管樁與工字鋼及鎖口無縫鋼管的焊縫質(zhì)量，無縫鋼管?168mm割口處理后與工字鋼形成鎖口，沿鋼管樁縱向50cm設(shè)置一道加固鋼管肋。

4.5 角撐內(nèi)撐施工

基坑支護若存在問題，會為后續(xù)建設(shè)埋下安全隱患，常見病害類型主要分為3個方面，即防護加固工程結(jié)構(gòu)變形、坡面變形及坡體變形。為避免施工問題，要求在角撐梁施工過程中將樁表面浮土清理干凈，確保同一標高下的梁頂齊平。基坑凌空面如作業(yè)高度大于1.5m安裝配套安全網(wǎng)，以構(gòu)建全面的安全防護體系，內(nèi)撐梁施工之初首先要設(shè)置立柱，保證設(shè)計與實際施工情況相同，提高整體施工建設(shè)質(zhì)量。

4.6 合龍

為了確保鋼管樁圍堰合龍時兩側(cè)鎖口互相平行，應測量鋼管樁底部，計算樁底鋼管之間的距離，調(diào)整角樁方向，確定下一道施工工序，減少施工過程中出現(xiàn)的合龍偏差。另外，及時調(diào)整導向架位置，將合龍位置選擇在角樁附近，并不斷調(diào)整鋼管樁鎖口與上一面鎖口之間的間距，每隔10根樁進行一次校核。

4.7 吸泥清基

在鋼管樁鎖口圍堰施工完后，配合高壓射水設(shè)備和專業(yè)吸泥機進行吸泥，將基底清理干凈。該橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰施工過程中，共采用了4臺吸泥機在圍堰四周進行移動吸泥，并在圍堰外圍布設(shè)1臺備用吸泥機，以便其他機械出現(xiàn)故障或堵泥時可隨時使用。吸泥過程應分層反復地進行，慢慢地提高吸泥管口到水平面，直至吸泥到設(shè)計標高方可停止吸泥機工作，然后待圍堰水中的泥砂沉淀以后，再進一步進行吸泥作業(yè)。

吸泥過程中，在吸泥管和排泥管彎頭處非常容易出現(xiàn)堵塞，對此應及時進行處理，避免沙袋、木塊等掉入圍堰內(nèi)導致吸泥設(shè)備被堵塞。對于一些泥砂比較難吸出的情況，需要采用高壓水槍對其進行沖洗，確保泥砂被沖散后能夠進行吸泥操作為止。待圍堰內(nèi)的吸泥量達到設(shè)計要求后，由專用高壓水槍清洗鋼護筒上的泥漿，確保基底平整度。

4.8 封底

待基底泥漿清理干凈后，進行封底操作，具體采用塌落度為20cm左右的C30水下混凝土，按照相關(guān)工藝進行施工，避免澆筑過程中出現(xiàn)混凝土滲漏或封底失效等質(zhì)量問題。

4.9 圍堰堵漏

抽空圍堰內(nèi)的水后，圍堰內(nèi)外會形成水位差，此時采用在圍堰內(nèi)側(cè)布設(shè)塑料薄膜的方式進行圍堰堵漏，即安排專業(yè)潛水工對圍堰鎖口位置布設(shè)一道塑料薄膜，在圍堰內(nèi)水位被抽干下降的過程中，塑料薄膜被緊緊地吸附在圍堰鎖口縫隙上，從而起到止水的效果。若在施工過程中，出現(xiàn)堵漏失敗，應及時采取補救措施，并需要對鋼板樁進行防滲漏檢測，特別是鎖口部位需要每隔1～2m進行松緊試驗，確保密實度滿足要求。在施工過程中，若出現(xiàn)滲漏且滲漏量較小，則可以等降水以后再進行處理；若滲漏位置在鎖口處，則采用黏土或堵漏劑直接封堵；若滲漏量比較大且水位較深，則采用沙袋或堵漏劑進行堵漏。在打入鋼板樁之前，可使用鋸末和黃油的混合物涂抹在緊鎖裝置上，起到減小阻力、提高防滲漏的目的。

4.10 鋼支撐拆除

支撐拆除可以理解為“倒換”過程，如發(fā)現(xiàn)支撐軸力接近設(shè)計值，則需要對支撐進行加固或增加新的支撐。鋼支撐拆除應隨土方回填分段進行，遵循“先下層、后上層；先兩端、后中間”的原則，可以在活動端設(shè)2臺100t千斤頂取出鋼楔塊，用汽車吊將支撐吊出基坑，相鄰支撐不得同時拆除。支撐拆除前應完成傳力體系構(gòu)建，發(fā)現(xiàn)異常情況需啟動應急預案，及時通知相關(guān)部門協(xié)商解決，注意相鄰支撐內(nèi)力變化和基坑變形情況。

4.11 質(zhì)量檢測

該橋梁工程根據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況，選擇安全系數(shù)較高的圍堰對其進行施工。在施工的過程中，注意橋梁工程鎖口鋼管樁圍堰的施工質(zhì)量控制，做好質(zhì)量檢測，避免施工過程中出現(xiàn)下沉、開裂、滲漏等事故。在圍堰底部、中間節(jié)點位置和頂部布設(shè)3個監(jiān)測點，定期進行監(jiān)測，為后續(xù)施工建設(shè)提供技術(shù)指導。通過鎖扣鋼管樁圍堰施工，有效地保證了3號墩的施工安全與質(zhì)量，不僅縮短了建設(shè)工期，還為大橋深大基坑開挖提供了較好的施工范例。

5 結(jié)語

合理應用鎖口鋼管樁圍堰施工技術(shù)，不僅可以降低橋梁工程圍堰施工過程中可能出現(xiàn)的坍塌風險，而且可以為橋梁承臺施工提供良好的條件，同時還可以縮短橋梁承臺施工工期，提高施工質(zhì)量?？⒐を炇战Y(jié)果表明，該鐵路橋梁工程質(zhì)量合格，施工后監(jiān)測未出現(xiàn)明顯質(zhì)量問題，表明所用施工工藝和施工技術(shù)有科學有效，確保了工程整體施工質(zhì)量，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。