張志欣(中鐵大橋局第七工程有限公司,湖北武漢430056）

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鎖口鋼管樁圍堰在城市水中橋梁的應(yīng)用

張志欣
(中鐵大橋局第七工程有限公司,湖北武漢430056）

摘要：本文通過對武漢藏龍二橋基礎(chǔ)施工，從方案比選、圍堰插打、基礎(chǔ)施工等方面介紹了鎖口鋼管樁圍堰在城市橋梁中的應(yīng)用，本項目鎖口鋼管樁的成功施工實踐，為今后在同類工程中的推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：鎖口鋼管樁圍堰;施工;推廣應(yīng)用

工程概況及地質(zhì)情況

武漢藏龍二橋位于江夏區(qū)藏龍島，橫跨湯遜湖湖汊。藏龍二橋全長744.5m，橋梁分左右兩幅。主橋為6#墩~11#墩，位于湯遜湖水中，基礎(chǔ)均采用11根φ1.2m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，呈梅花形布置，順橋向3排；承臺為矩形承臺，單幅承臺尺寸均為11.2m× 7.4m×3m?？睖y期間測得湖水位標高18.60m，歷史最高水位22.19m。

地質(zhì)資料顯示主墩處地質(zhì)情況依次為：淤泥、粘土、含角礫粘土、強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

1圍堰方案選擇

1.1圍堰形式選擇

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，結(jié)合水文地質(zhì)條件及水中承臺的結(jié)構(gòu)形式特點、工期等來進行圍堰形式的選擇。藏龍二橋是區(qū)重點工程，水上主墩施工是整座橋梁的控制工程，基礎(chǔ)施工速度直接影響到上部現(xiàn)澆箱梁的施工進度，工程量大，工期緊張，要求樁基及承臺的施工要在保證安全、質(zhì)量的前提下，達到最短的工期。將鋼板樁圍堰與鎖口鋼管樁圍堰進行比選：

鋼板樁圍堰：整體剛度小，容易變形。由于內(nèi)支撐數(shù)量多，影響承臺基坑的開挖及鋼筋綁扎，給施工造成了很大的困難，不利于施工。由于墩位處不同位置地質(zhì)情況差異較大，對地質(zhì)較硬墩位采用鋼板樁圍堰入土深度達不到要求，且施工復(fù)雜，安全系數(shù)低。插打過程容易造成鋼板樁變形，材料損耗大。

鎖扣鋼管樁圍堰：加工制作簡單快速，整體剛度大，不易變形，長度靈活選用。因內(nèi)支撐少，圍堰內(nèi)施工空間大，可加縮短施工周期。設(shè)備式投入，可重復(fù)利用，材料回收利用率高，且根據(jù)地質(zhì)情況可適當接長或截短，適用范圍廣，經(jīng)濟效果明顯。

經(jīng)過比較分析，鎖口鋼管樁圍堰剛度大、安全程度高，地質(zhì)情況適應(yīng)性強，技術(shù)可行性強、施工周期短、經(jīng)濟環(huán)保，考慮藏龍二橋?qū)嶋H地質(zhì)情況及工期，決定采用鎖口鋼管樁圍堰。

1.2鎖口形式的選擇

鋼管樁的連接形式是設(shè)計中的重要步驟，既要考慮到施工方便，保證插打過程中定位的準確性，還要考慮到節(jié)約成本和止水效果，更重要的是剛度夠大，不易變形，減少倒用過程中的維修。我們把工程中常用鎖口形式進行了比較。

C-T型鎖口：便于插打嵌合，各管樁之間鏈接牢固，鎖口空隙大，便于填充止水材料。但是插打過程不能準確定位，不利于圍堰合攏。

C-O型鎖口：節(jié)省材料，增大鎖口空間，利于填充止水材料。鎖口強度小，插打過程中鎖口部位容易破壞，鎖口之間活動量小，不便于各管樁之間的微調(diào)，不利于合攏

考慮快速施工，圍堰可多次倒用次數(shù)等原因，結(jié)合以上兩種鎖口形式的優(yōu)缺點，重新設(shè)計了一種L-T型鎖口。該鎖口剛度較大，定位性好，利于插打和圍堰合攏，且可多次倒用不易破壞。

2鋼管樁圍堰設(shè)計及檢算

2.1鎖口鋼管樁設(shè)計

圍堰按單幅設(shè)置，鎖口鋼管樁與承臺凈距83cm，距離圍堰頂50cm設(shè)置一道內(nèi)支撐，承臺內(nèi)支撐采用單根H588型鋼。鎖口鋼管樁采用φ630*10mm螺旋鋼管和角鋼制作，每根樁長10.5m，樁底部50cm范圍內(nèi)設(shè)置防水鎖口。

2.2鎖口鋼管樁圍堰檢算

2.2.1設(shè)計參數(shù)的選取

鋼管樁總長度為10.5m，清淤后實際入土深度為2.966m，粘土層為不透水，計算時取飽和容重20kN/m3，鋼管樁入土深度范圍內(nèi)土層加權(quán)平均等效內(nèi)摩擦角為19.5°。

被動土壓力系數(shù)：kp= tg2(45o+ 19.5o/ 2)= 2.0

主動土壓力系數(shù)：ka= tg2(45o- 19.5o/ 2)= 0.499

2.2.2計算工況

工況一：內(nèi)支撐已安裝，吸泥完成，準備打墊層混凝土；

工況二：墊層混凝土施工完成，安裝內(nèi)支撐撐桿，抽干圍堰內(nèi)積水，準備施工承臺；

工況三：承臺施工完成，向圍堰內(nèi)灌水至承臺下20cm處，拆除內(nèi)支撐撐桿，準備施工墩身。

2.2.3鋼管樁計算

2.2.3.1鋼管樁入土深度計算

按工況一計算鋼管樁入土深度，其它工況不控制入土深度。按下端為簡支的自由支撐法檢算鋼管樁入土深度是否滿足要求，1根鋼管樁承受0.75m范圍內(nèi)的土壓力和水壓力。

A、當圍堰外為主動土壓力，圍堰內(nèi)為被動土壓力時

圍堰外側(cè)壓力、內(nèi)側(cè)壓力對鋼管樁繞內(nèi)支撐點產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動彎矩分別為：

圍堰內(nèi)側(cè)土、水壓力抵抗鋼管樁轉(zhuǎn)動的安全系數(shù)為2.53，入土深度滿足要求。

B、當圍堰外為被動土壓力，圍堰內(nèi)為主動土壓力時

圍堰外側(cè)壓力、內(nèi)側(cè)壓力對鋼管樁繞內(nèi)支撐點產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動彎矩分別為：

圍堰外側(cè)土、水壓力抵抗鋼管樁轉(zhuǎn)動的安全系數(shù)為3.78，入土深度滿足要求。

由上述計算可知，當圍堰內(nèi)清淤完成，圍堰在內(nèi)外水土壓力作用下的穩(wěn)定性滿足要求。

2.2.3.2鋼管樁強度計算

在工況一中，鋼管樁內(nèi)外壓力基本平衡，其強度不受此工況控制，故僅計算在工況二、工況三作用時的鋼管樁強度，此時圍堰外側(cè)為主動土壓力，假定鋼管樁在墊層混凝土頂面往下0.5m處鉸接，內(nèi)支撐為只受壓支座。

用Midas建立單根鋼管樁計算模型，計算單根鋼管樁在工況二和工況三作用時的彎矩和內(nèi)支撐反力，計算結(jié)果如下表：

表1鋼管樁彎矩和內(nèi)支撐反力

鋼管樁最大彎曲正應(yīng)力為：

鋼管樁受力滿足要求。

3鎖口鋼管樁圍堰的施工及應(yīng)用

3.1施工工藝流程

施工主要流程如下：施工準備→插打定位樁→安裝圈梁→打入鎖口鋼管樁→搭設(shè)鉆孔平臺→插打鋼護筒→鉆孔樁施工→拆除鉆孔平臺→基坑帶水開挖→混凝土封底→設(shè)置頂部橫撐→圍堰抽水→安裝第二道圈梁→圍堰止水堵漏→鑿除樁頭→施工承臺→施工第一節(jié)墩柱→施工第二節(jié)墩柱→拆除圍堰。

3.2圍堰施工

鋼管樁圍堰施工主要采用75t履帶吊機配合DZJ90振動錘進行插打。

圍堰施工前，先插打4根鋼管樁作為定位樁，將圈梁固定在定位樁上作為圍堰施工的導(dǎo)向；插打緊挨角樁的一根普通樁，然后依次將剩余普通樁及角樁插打到合攏。首根鋼管樁的垂直度影響到整個圍堰其他鋼管樁的垂直度，其打入時要緩慢些，打入到2/3設(shè)計深度時，檢查樁身的傾斜度是否超過樁長的0.2%，如滿足要求則繼續(xù)開啟振動錘沉樁；否則拔出重打。其他鋼管樁每插打10根做一次檢查，保證樁身的傾斜度不超過樁長的0.2%。

3.3樁基施工

圍堰施工完畢，在圍堰上接長作為鉆孔平臺的基礎(chǔ)樁，鋪設(shè)分配梁及貝雷片及型鋼，搭設(shè)鉆孔平臺，鉆孔平臺可同時進行三根樁基的鉆孔工作。

同時將圍堰作為鉆孔施工過程中的泥漿池，在圍堰內(nèi)進行造漿及泥漿循環(huán)，既解決了水上施工泥漿排放問題，又減少了制作泥漿箱的費用，既環(huán)保又經(jīng)濟。通過實踐，在圍堰內(nèi)進行泥漿循環(huán)基本滿足鉆孔施工的要求。

3.4關(guān)鍵技術(shù)要點

鋼管樁定位合攏。圍堰施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)：①定位樁及導(dǎo)向圈梁的位置要準確，先進行緊挨角樁的管樁插打，并緊貼定位圈梁依次插打；②管樁插打過程中要隨時監(jiān)測，確保插打定位準確并保證垂直度，插打時出現(xiàn)偏樁，及時拔除重新定位。③在鎖扣鋼管樁即將合攏的時候要將最后合攏的鋼管樁一起先安裝到預(yù)先設(shè)計的位置，再依次插打到位。

止水堵漏。作為承臺施工的臨時結(jié)構(gòu)，圍堰止水是最重要的一項工作。鎖口能否止水是圍堰成敗的關(guān)鍵之一，為確保圍堰鎖口能夠止水，須做到：角鋼、T鋼和鋼管的焊縫要飽滿，保證焊接質(zhì)量。在漏水部位還要進行堵漏處理，由于湯遜湖河床有2m多厚的淤泥層，經(jīng)過調(diào)查及實踐，我們采用了工地常用的養(yǎng)護毯等材料進行鎖口位置的封堵，在漏水部位用長鋼筋將養(yǎng)護毯填塞到鎖口內(nèi)，可以穿過淤泥層，達到了止水的效果。

4結(jié)語

通過對施工圍堰方案的比選及鎖口鋼管樁的設(shè)計施工和應(yīng)用，解決了藏龍二橋工程主橋基礎(chǔ)施工中由于地質(zhì)局限而產(chǎn)生的基坑支護問題鎖口鋼管樁剛度大，強度高，可保證施工質(zhì)量，確保安全，因其損耗小，可多次倒用，也降低了工程造價。采用先圍堰后平臺的形式縮短了施工周期，確保了工程的順利進行，在今后的城市水中橋梁中的應(yīng)用有一定的借鑒意義。

DOI編碼：10.13646/j.cnki.42-1395/u.2016.01.023

中圖分類號：615.9

文獻標志碼：A

文章編號：1006－7973（2016）01－0069－02