程 鵬 軍， 余 亮， 趙 雪 峰

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

印度尼西亞雅萬高鐵項(xiàng)目是該國第一條高速鐵路項(xiàng)目，其工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不可用國內(nèi)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡單的套用與評定，因此，開展深水基礎(chǔ)復(fù)雜地質(zhì)條件下工程技術(shù)措施的研究十分必要，是安全、高質(zhì)量快速施工的先決條件。

DK655特大橋位于賈蒂蘆湖水庫下游南側(cè)，橋跨布置為4×32 m+2×24 m+4×32 m簡支梁跨越河流，其中6個(gè)橋墩位于水中，承臺尺寸為7.6 m×7.6 m，基礎(chǔ)輔助措施為雙壁鋼圍堰。

橋址區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地層自上而下主要為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Qml)；第四系全新統(tǒng)沖積層(Qa)淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、中砂、粗砂、細(xì)圓礫土及粗圓礫土等；第三系中新統(tǒng) subang 組(Tms)泥巖；第三系中新統(tǒng) subang 組(Msc)泥巖。

橋址區(qū)屬熱帶雨林氣候，分為旱季與雨季。

11月至來年3月為雨季、西北季風(fēng)期，多雨多云；4～10月為旱季、東南季風(fēng)期，晴天多而雨量少。

項(xiàng)目部從2018年3月至2019年5月進(jìn)行了河流日常水位監(jiān)測，日常水位高程為26.35 m左右，雨季最高水位為高程26.7 m左右。走訪調(diào)查得知：近30 a歷史最高水位高程為27.7 m左右。對此，技術(shù)人員開展了水深及水流速度、水流梯度調(diào)查以制定施工方案。

2 圍堰類型的選擇與對比分析

根據(jù)上述各種條件，技術(shù)人員對DK655特大橋水中墩施工圍堰類型的選擇進(jìn)行了對比分析，DK655特大橋水中墩施工圍堰類型選擇對比分析表見表1。通過分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在綜合施工安全、質(zhì)量及機(jī)械設(shè)備配套情況后，該橋28號、29號墩最終選擇采用鎖扣式鋼管樁圍堰[1]。

表1 DK655特大橋水中墩施工圍堰類型選擇對比分析表

3 鎖扣式鋼管樁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 作業(yè)鋼平臺技術(shù)參數(shù)

在28號墩～29號墩之間設(shè)置作業(yè)鋼平臺，平臺尺寸為18 m×19.5 m。鉆孔平臺和棧橋平臺的設(shè)計(jì)和施工控制荷載為100 t。中心鋼平臺設(shè)計(jì)荷載為300 t，施工控制荷載為270 t。作業(yè)鋼平臺典型斷面圖見圖1。

圖1 作業(yè)鋼平臺典型斷面圖

3.2 鋼管樁圍堰設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 鋼管樁圍堰主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鎖扣鋼管樁圍堰采用Ф609 mm×8 mm的螺旋焊接鋼管、Ф164 mm×8 mm的螺旋焊接鋼管、I20熱軋工字鋼作為圍堰材料，材質(zhì)為Q235級，單根長度為12 m，并在管樁相連處進(jìn)行鎖口處理；鎖口陰陽頭為TC形式[2]，采用Φ164 mm×8 mm的鋼管和I20工字鋼腹板沿長度方向切割一半與鋼管焊接的形式，28、29號墩2個(gè)墩采用鎖口鋼管樁圍堰施工。圍堰的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，鎖扣鋼管樁圍堰總體布置情況見圖2。

圖2 鎖口鋼管樁圍堰總體布置圖

表2 圍堰設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.2.2 圍堰支撐的設(shè)計(jì)

基坑內(nèi)設(shè)置兩道支撐，每道支撐為兩根鋼管，鋼管中心間距為6 m，鋼管樁內(nèi)側(cè)設(shè)置雙拼HW400 mm×200 mm型鋼圍檁，轉(zhuǎn)角設(shè)置角撐，底部采用C30封底混凝土,厚1 m。為保證鋼管受力均勻，與鋼圍檁相接觸的鋼管四周需加焊加勁板，鋼圍檁與鋼管樁之間的連接采用牛腿形式[3]。每個(gè)墩內(nèi)支撐技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 內(nèi)支撐技術(shù)參數(shù)表

4 鎖扣式鋼管樁圍堰的施工工藝及方法

4.1 鎖扣式鋼管樁圍堰施工工藝

鎖扣式鋼管樁圍堰施工工藝流程圖見圖3[4]。

4.2 主要施工方法

4.2.1 鎖扣鋼管樁的加工制作

在定位胎具上將Ф609 mm×8 mm的管樁和Ф164 mm×8 mm鋼管或Ⅰ20型鋼焊接成整體，大小管樁之間的焊縫處預(yù)先電焊Ф6 mm盤條以利焊接。焊接時(shí)在胎具上將鋼管固定牢靠，采取對稱焊、分段退焊等措施盡量減少焊接變形。將Ф164 mm×8 mm管樁沿徑向采用自動切割機(jī)切縫，開口縫寬4 mm±1 mm，要求縫隙均勻順直并打磨平整。

4.2.2 鎖扣鋼管樁插打

鎖扣鋼管樁采用80 t履帶吊插樁，配置DZ120液壓振動錘將其貫入至河床設(shè)計(jì)標(biāo)高。管樁從上游圍堰順橋向中心處開始，然后依次向兩邊進(jìn)行，最后在下游角樁附近合攏。

打樁過程采用兩臺經(jīng)緯儀控制垂直度，配合臨時(shí)焊接鋼管樁卡板阻止鋼管位移。打樁質(zhì)量以貫入度控制為主、標(biāo)高控制為輔，貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)為小于30 mm/90 s停止。鎖扣鋼管樁插打情況見圖4。

圖4 鎖扣鋼管樁插打情況

4.2.3 圍堰內(nèi)的水平支撐焊接

圍檁在吊裝前首先在安裝位置下方焊接承受圍檁自重的臨時(shí)短型鋼牛腿，然后吊圍檁型鋼就位。按照設(shè)計(jì)要求安裝鋼管樁支撐，對圍檁型鋼和支撐接頭位置用三角加勁板焊接，同時(shí)加強(qiáng)焊縫質(zhì)量的檢查，最終形成穩(wěn)定的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。對于鋼管樁內(nèi)側(cè)與圍檁型鋼之間存在的空隙采用鋼板、型鋼等材料填塞以保證受力傳導(dǎo)均勻。

4.2.4 鎖扣堵漏

鎖扣止水堵漏的方法采用直徑160 mm、與管樁等長的消防帶(其內(nèi)注入水泥漿)，將消防帶底部用鉛絲綁扎，用消防水袋包裹住Ф50 mm注漿管伸入母口底端進(jìn)行注漿。漿液配比為：340 kg(膨潤土)∶220 kg(水泥)∶50 kg(膨脹劑)∶1 050 kg(水)，鎖口剩余間隙采用黏土+中粗砂混合物分層填塞密實(shí)，黏土∶中粗砂=1∶1。鎖扣堵漏情況見圖5。

圖5 鎖扣堵漏情況

4.2.5 混凝土封底施工

封底混凝土的作用：(1)通過封底混凝土將樁基鋼護(hù)筒、鋼管樁形成一個(gè)整體，依靠其自重、封底混凝土與鋼護(hù)筒、鋼管樁的黏結(jié)力抵抗水浮力；(2)在封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度、圍堰內(nèi)抽水后，封底混凝土對鋼管樁下部形成有效支撐。

封底采用梯形斷面推進(jìn)法，封底順序?yàn)橛傻椭粮摺闹苓呏林虚g逐個(gè)進(jìn)行，直至封底全部完成。導(dǎo)管作用半徑取3 m，全部導(dǎo)管作用范圍覆蓋鋼管樁圍堰底部。

根據(jù)作業(yè)區(qū)繪圖及布置原則設(shè)置了7根導(dǎo)管，每根長11.5 m，同時(shí)現(xiàn)場備用一套導(dǎo)管。施工時(shí)，導(dǎo)管位置根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)，須避開導(dǎo)管及內(nèi)支撐[5]。

封底導(dǎo)管采用Φ300 mm鋼管，導(dǎo)管頂部裝有一設(shè)法蘭盤的管節(jié)與儲料斗相接，儲料斗采用樁基施工時(shí)首盤沖灌的儲料斗。導(dǎo)管在使用前須進(jìn)行水密試驗(yàn)；導(dǎo)管安裝時(shí)，每個(gè)接頭須預(yù)緊檢查，下放固定時(shí)，導(dǎo)管下口懸空15～20 cm。導(dǎo)管布置按每根導(dǎo)管的作業(yè)半徑3 m考慮，將導(dǎo)管固定在平臺分配梁上。

準(zhǔn)備工作就緒后，利用吊機(jī)“拔球”使混凝土瞬間通過導(dǎo)管壓向基底，在導(dǎo)管周圍堆成一平坦的混凝土圓錐體，然后吊運(yùn)混凝土漏斗通過導(dǎo)管源源不斷地灌入錐體內(nèi)、混凝土在水下攤開和升高，將混凝土的頂面高度控制在設(shè)計(jì)標(biāo)高下20 cm左右，待達(dá)到設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度后圍堰內(nèi)抽水后補(bǔ)澆20 cm厚的混凝土。

4.2.6 圍堰拆除

內(nèi)支撐拆除：內(nèi)支撐拆除前，應(yīng)將支撐下部結(jié)構(gòu)物與圍堰之間的空隙用砂礫填充，然后由下至上逐級拆除內(nèi)支撐。

鋼管樁拔除：待堰內(nèi)支撐鋼管拆除完成后逐根拆除鋼管樁。鋼管樁的拔除順序與插打相反，由圍堰合龍位置開始拔樁。

5 實(shí)施效果評價(jià)

鎖扣式鋼管樁圍堰在實(shí)施過程中取得了良好的效果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)安全方面。施工過程中，基坑圍堰頂水平位移最大累計(jì)變形量為5 mm，僅為控制標(biāo)準(zhǔn)50 mm的1/10；(2)質(zhì)量方面。樁基檢測合格率為100%，承臺及墩身施工質(zhì)量滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求；(3)進(jìn)度方面。水中基礎(chǔ)比原定施工計(jì)劃提前4個(gè)月完成；(4)經(jīng)濟(jì)效益方面。比原設(shè)計(jì)雙壁鋼圍堰基礎(chǔ)輔助措施節(jié)約400萬元。

6 結(jié) 語

雅萬高鐵項(xiàng)目鎖扣式鋼管樁的成功實(shí)踐充分證明鎖扣式鋼管樁圍堰是一種適合復(fù)雜地質(zhì)條件下安全經(jīng)濟(jì)快速施工的技術(shù)措施，該方法具有施工工藝簡單、快捷、安全質(zhì)量保障度高、施工成本低的優(yōu)勢，但對該結(jié)構(gòu)所能適應(yīng)的最大水深和水流問題仍需進(jìn)一步開展研究。