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        鎖口鋼管樁在橋梁深基坑中的應(yīng)用

        2021-05-28 06:18:34郭建軍
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年14期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        郭建軍

        (中鐵三局集團(tuán)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(jìn)行堰內(nèi)降水挖土,至設(shè)計(jì)深度后灌注水下混凝土封底,待水下混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度將圍堰內(nèi)水抽干,施工承臺(tái)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(tái)以上鋼管樁切除或用機(jī)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(tái)或打樁船,再用震動(dòng)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(hù)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(jì)

        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(tái)尺寸22.9×29.2×6.5m,設(shè)計(jì)施工水位22.5m,對(duì)應(yīng)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(jì)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(tái)及圍堰方案。主墩施工平臺(tái)標(biāo)高23.75m,實(shí)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(biāo)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(fēng)化砂質(zhì)泥巖6.4m,強(qiáng)風(fēng)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(jì)。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(jì)見圖3。

        圖3 鎖口鋼管樁圍堰計(jì)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(duì)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(jì)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(gè)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(shí)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(dāng)?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(dāng)基坑挖至封底混凝土底部標(biāo)高后,水下將基坑底部整平,灌注水下混凝土進(jìn)行封底;封底混凝土水中養(yǎng)護(hù)不少于3 天,且強(qiáng)度達(dá)到C20 混凝土標(biāo)準(zhǔn)后,方可抽干圍堰內(nèi)的水、拆除第四道支撐和圍檁,進(jìn)行承臺(tái)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(tái)座,首先將鋼管樁對(duì)焊接長至設(shè)計(jì)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(shí)不損壞,提高鋼管樁的周轉(zhuǎn)利用率。

        3.2 導(dǎo)向圍檁。基礎(chǔ)鉆孔樁施工完成后,拆除鋼平臺(tái),安裝鎖口鋼管樁施工導(dǎo)向圍檁,為確保鎖口鋼管樁打入的垂直度,采用兩層導(dǎo)向圍檁,將鎖口鋼管樁的第一道圍檁作為一層導(dǎo)向圍檁,再在鉆孔樁鋼護(hù)筒頂端臨時(shí)設(shè)置一層導(dǎo)向圍檁。利用鉆孔樁鋼護(hù)筒焊接簡易牛腿,第一道圍檁按設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝。

        3.3 鎖口鋼管樁插打。采用1 臺(tái)50t 履帶吊配合1 臺(tái)DZJ-120振動(dòng)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(shí)嚴(yán)格控制鎖口鋼管樁的平面位置,從兩個(gè)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(jì)標(biāo)高后,沿著導(dǎo)向圍檁按一個(gè)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(shí),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(gè)方向校核鋼管樁的垂直度,超出允許范圍要進(jìn)行適當(dāng)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(shí)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(shí)現(xiàn)圍堰快速精準(zhǔn)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(yán)禁超挖。

        3.5 封底混凝土。采用挖掘機(jī)配合高壓水槍和吸泥泵進(jìn)行基坑開挖,如在汛期高水位時(shí)施工,在吸泥的過程中按照施工方案,及時(shí)向基坑內(nèi)回灌補(bǔ)充河水至設(shè)計(jì)標(biāo)高,施工時(shí)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(dāng)基坑挖至封底混凝土底部標(biāo)高后,要水下將基坑底部整平,然后灌注水下混凝土進(jìn)行封底。水下混凝土的坍落度控制在18~22cm,流動(dòng)坡度按1:4~1:5、混凝土擴(kuò)散半徑按4~6m,灌注前要進(jìn)行試灌,以驗(yàn)證混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

        圖4 封底混凝土導(dǎo)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(dǎo)管,29 個(gè)測點(diǎn),利用4 個(gè)漏斗循環(huán)倒用澆筑。導(dǎo)管與鉆孔樁呈梅花形布置,導(dǎo)管間距6.3~7.3m,靠基坑邊線側(cè)略大,混凝土擴(kuò)散半徑最大控制在6.0m內(nèi)。澆筑方向從上游側(cè)的一個(gè)角開始向另一個(gè)角進(jìn)行,然后逐排向下游方向進(jìn)行。

        混凝土澆筑原則,由上游向下游,嚴(yán)格控制混凝土澆筑高差,密切注意混凝土擴(kuò)散情況,嚴(yán)防未澆筑導(dǎo)管進(jìn)入混凝土,導(dǎo)管澆筑停頓時(shí)間間隔不得超過30 分鐘。封底混凝土導(dǎo)管布置見圖4。

        3.6 圍堰拆除。承臺(tái)施工完成后,用砂土將承臺(tái)與鋼管樁之間的空隙回填,在距承臺(tái)頂0.5m 范圍采用C20 混凝土封閉,拆除第二、三道圍檁支撐進(jìn)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(jìn)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(dòng)錘進(jìn)行,拆除前先用振動(dòng)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(dòng),再向上震動(dòng)拔出。

        4 結(jié)論

        鎖口鋼管樁可一次加工重復(fù)周轉(zhuǎn)使用,施工成本低,無需較大的加工場地以及大型運(yùn)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(yīng)性強(qiáng)。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(diǎn);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(diǎn)。

        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(fù)使用,因此不僅經(jīng)濟(jì),且利于環(huán)境保護(hù),符合可持續(xù)發(fā)展要求。

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