熊饒林，黃謙

（南昌路興交通工程監(jiān)理咨詢有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

鎖扣式鋼管圍堰是由鎖扣式鋼管樁結(jié)構(gòu)組合而形成的鋼制圍堰結(jié)構(gòu)，具有整體剛度好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、平面配置適應(yīng)性強(qiáng)、施工周期短、對薄弱覆蓋地層適應(yīng)性較好、防水性能滿足工程需要等技術(shù)優(yōu)點，已經(jīng)成為水工深基礎(chǔ)工程經(jīng)常應(yīng)用的一種圍堰防水施工工藝。

1 工程概況

某大橋主橋總長420m，是一座60m+3×100m+60m的一聯(lián)五跨變截面混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋。該工程的24～26#主墩位處沱江水中。主墩基礎(chǔ)是?2.0m的12根鉆孔注灌樁，樁長14～21m，是整體式承臺，寬12.6m，長17m，高4m，上方配置1m加高承臺。主墩結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土實心墩。某水電站就位于該橋梁下游的150～290m處，這導(dǎo)致該工程的墩基礎(chǔ)施工不可以過多擾動區(qū)域地層穩(wěn)定狀態(tài)，相關(guān)爆破施工更要盡力避免。最終決定該工程的水上主墩基礎(chǔ)施工采用鎖扣式鋼管樁圍堰輔助施工工藝。

2 圍堰施工操作工藝

2.1 圍堰施工基本流程

施工流程是：工前準(zhǔn)備→制備管樁導(dǎo)向架→第1階段夯插樁→樁內(nèi)導(dǎo)孔→第2階段夯插樁→圍堰合龍→拆去導(dǎo)向架→組裝第3和第4層腰梁支承系統(tǒng)并且下沉到所設(shè)計標(biāo)高→裝配第1層腰梁支承系統(tǒng)→裝配第2層腰梁支承系統(tǒng)并整固第3、4層支承系統(tǒng)→澆筑混凝土墊層→承臺施工。

2.2 鎖扣式鋼管樁制備

鎖扣鋼管樁的鋼管與鎖扣配位狀態(tài)主要存在兩種設(shè)計方式，即沿管徑齊平配位式和相對管徑的偏位轉(zhuǎn)角配位式。鎖扣鋼管樁由工廠標(biāo)準(zhǔn)化制造，經(jīng)工程現(xiàn)場夯插裝配以滿足工程需要。

鎖扣鋼管樁管材多采用螺旋鋼管制備。制作過程中，先依據(jù)設(shè)計長度截取和焊接鋼管，然后將工形鎖鋼與鋼管焊接定位，最后將限位筋和加強(qiáng)筋一體化焊接。根據(jù)工程設(shè)計需要。鋼管樁焊縫按Ⅱ級焊接縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制，其他按Ⅲ類焊接縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制，確保焊縫飽滿、無裂痕、不滲漏水。鋼管樁不彎、不折，應(yīng)順直。

2.3 鎖扣式鋼管圍堰施工

2.3.1 夯插工前準(zhǔn)備

在操作臺，面板分布梁連接至牛腿，腿梁也接至牛腿，調(diào)整裝配豎梁，使管樁與豎梁保持緊貼，確保垂直。查驗和記錄地質(zhì)情況。

2.3.2 定位測量

在距圍堰上下游一定距離的岸邊陸地上，設(shè)置控制測量點。導(dǎo)向梁裝配前，使用全站儀測量內(nèi)輪圍堰廓線。夯插過程中，應(yīng)用經(jīng)緯儀，以前相交法控制管樁垂直度。

（1）震錘激震力。為保證樁管進(jìn)入所要求土層深度，計算震錘標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。震錘激震力需滿足：

式（1）中：P為震錘激震力；R為巖土動摩阻；G為管樁的自身重量；L1為不同土層的管樁插入深度；U為管周長；K1為土層液化系數(shù)，一般取值在0.3～0.6，本工程取0.45，τ1為土層摩阻。

（2）起重吊。采用履帶式起重吊。

（3）裝配導(dǎo)向架。測量圍堰體內(nèi)界和外界，將導(dǎo)向樁沿堰廊插配到位。焊牢導(dǎo)向架，調(diào)整墊片間的高度差，使其不小2m。

2.3.3 吊樁

操作起重吊，掛吊主鉤和輔鉤分別抓牢管樁的上口和下口，將鋼管樁吊起。

2.3.4 夯插

（1）首先，在棧橋上面焊接牛腿構(gòu)造橫桿，并且將長平臺板接連到分配梁處。管樁垂直下插。然后在主棧橋確定樁位。導(dǎo)向樁夯插完成后，裝配導(dǎo)向框并拆導(dǎo)向架。導(dǎo)向框分為兩層，一層位處離河面2m處，一層位處牛腿橫梁上。夯插導(dǎo)向樁時，應(yīng)開展試樁，總結(jié)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，如果比設(shè)計施工難度大，應(yīng)調(diào)節(jié)合適的施工方案。

（2）將第1根鋼管樁插進(jìn)導(dǎo)向架，在插入支撐層時停止，再插入第2根鋼管樁，第1根鋼管樁的插入即完成。

（3）第1階段的鋼管樁引孔，繼續(xù)第2級夯插到所設(shè)計標(biāo)高。

2.3.5 合龍

（1）插樁自上游開始，最終閉合合龍。

（2）插樁至倒數(shù)4～5根樁時，測量合龍口寬度，據(jù)之計算獲準(zhǔn)確的合龍樁徑值并將合龍樁提前運(yùn)至操作點，防止現(xiàn)場存?zhèn)洳蛔銓?dǎo)致窩工。

（3）合龍鎖扣需要平行配位，杜絕以異形樁替代標(biāo)準(zhǔn)鎖扣合龍。鋼管樁在夯插時，必須保證其垂直度。每打入一根樁時，都應(yīng)用全站儀來檢測鋼管樁的垂直度。如果鋼管樁出現(xiàn)傾斜，應(yīng)立刻糾正，以防合龍失敗。

2.3.6 灌砂與抽水

合龍后及時向鎖扣填充中粗砂料。參考鎖扣實際深度，算出扣內(nèi)凈容積。在填砂過程中，使用震錘輔助填沙，當(dāng)管內(nèi)沙量不降低時，即實現(xiàn)填充。在每個鎖扣填沙均質(zhì)量合格以后，采用6臺水泵抽取圍堰內(nèi)水。填充沙結(jié)束后，抽水并裝配圍堰和內(nèi)撐，內(nèi)撐的施工要配合抽水進(jìn)行。

2.3.7 拔除鋼管樁

目標(biāo)墩臺完成設(shè)計施工后，需拆除圍堰，通常應(yīng)用履帶吊操作拔樁。如果存在過度形變的管樁，就要適當(dāng)增加起拔力。起拔要有專人現(xiàn)場指揮，起拔操作不得破壞墩臺結(jié)構(gòu)。

3 圍堰施工監(jiān)控的實施

為了保證管樁圍堰施工的安全性，應(yīng)在圍堰的內(nèi)撐架和鋼板樁上，設(shè)置形變和應(yīng)力觀測點，將檢查結(jié)果與允許值進(jìn)行比較，可以及時判別結(jié)構(gòu)的安全性并采取相應(yīng)的措施。如超過限值，應(yīng)適時加固和整改，結(jié)構(gòu)安全后再繼續(xù)施工。

3.1 圍堰施工監(jiān)測控制內(nèi)容

3.1.1 鋼管樁變形與應(yīng)力監(jiān)測

在各個階段的施工中，圍堰管樁在自身重量、施工載荷、靜水壓力、土壓力和動水壓力等共同影響下出現(xiàn)形變。并且形變和壓力互相對應(yīng)。施工時要密切注意結(jié)構(gòu)的形變情況。依據(jù)管樁的實測應(yīng)力和理論計算，可以有效地起到結(jié)構(gòu)安全的預(yù)警作用。

3.1.2 內(nèi)撐應(yīng)力變形與穩(wěn)定性監(jiān)測

在各個階段的圍堰施工中，內(nèi)撐在自身重量、靜水壓力、施工載荷、土壓力和動水壓力的共同影響下出現(xiàn)形變。并且形變和壓力互相對應(yīng)。施工時要密切注意結(jié)構(gòu)的形變情況。依據(jù)管樁的實測應(yīng)力和理論計算，可以有效地起到結(jié)構(gòu)安全的預(yù)警作用。

3.2 監(jiān)控測量點設(shè)置

3.2.1 測點設(shè)置原則

（1）盡可能選擇在應(yīng)力相對集中、工程風(fēng)險度突出、重要技術(shù)高配的區(qū)域設(shè)置測點。

（2）盡可能選擇在深水或迎水面設(shè)置測點。

3.2.2 案例測點設(shè)置

（1）24#測點設(shè)置

圍堰24#設(shè)有兩層腰梁，包括水面上、下各一層。測點設(shè)置要保持一定的冗余量。所以圍堰24#選擇應(yīng)用4根鋼管。

（2）25～26#測點設(shè)置

兩個位置均配有腰梁，水上1層，水下3層，共4層。共設(shè)置測點12個，分別位處圍堰4邊的中點位置，每根鋼板樁上設(shè)置3個測點。對于腰梁，只考慮在二、四層的腰梁上設(shè)置相應(yīng)的測量點。盡可能將測點設(shè)置在靠近深水處和迎水面的腰梁。

3.3 監(jiān)控實施

在測量點處需裝置傳感器。伴隨施工進(jìn)度的深入，所有傳感器逐步裝配完畢。為保證工程的安全，應(yīng)在每個工況下均裝配傳感器，以便直接判斷鋼圍堰的安全狀態(tài)，從而保證工程的安全性。開展監(jiān)測并記錄每天各種工況下的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過比較實測成果與計算成果，檢測形變與允許形變，借助誤差比開展安全性評估。實測力值逼近結(jié)構(gòu)承力最大容許值，尤其是前者大于后者時，須立刻叫停施工操作，給予必要的加固整改，直至結(jié)構(gòu)安全為止。

3.4 監(jiān)控成果與分析

圍堰24#最大應(yīng)力是22.3MPa，位處迎水面的第一層鋼管樁內(nèi)撐下方。圍堰25#的最大應(yīng)力是213.1MPa，位處迎水面的第二層鋼管樁內(nèi)撐位置。圍堰26#的最大應(yīng)力是204.98MPa，位處迎水面的第二層鋼管樁內(nèi)撐位置。

3.4.1 鋼圍堰24#各測點應(yīng)力狀態(tài)

鋼圍堰24#各測點應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)與理論值對比見表1。

表1 鋼圍堰24#各測點實測應(yīng)力值與理論值對比

3.4.2 鋼圍堰25#各測點應(yīng)力狀態(tài)

鋼圍堰25#各測點應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)與理論值對比見表2。

表2 鋼圍堰25#各測點實測應(yīng)力值與理論值對比

3.4.3 鋼圍堰26#各測點應(yīng)力狀態(tài)

鋼圍堰26#各測點應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)與理論值對比見表3。

表3 鋼圍堰26#各測點實測應(yīng)力值與理論值對比

對案例鋼圍堰24#～26#各測點應(yīng)力實測值和理論值比較發(fā)現(xiàn)，實測結(jié)果和理論計算結(jié)果總體差異不大，誤差控制在許可標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，滿足橋墩和承臺安全施工需求。

但是仍存有一些偏差，原因如下：①因為圍堰施工是在水下進(jìn)行，水壓、被動土壓和主動土壓等載荷簡化，與鋼板樁的約束簡化之間存在一定程度的實踐和理論上的差異；②實際檢測與預(yù)先計劃好的檢測方案之間存在差異，實際施工方案有時會發(fā)生變化，將造成觀測點位置的偏移和施工荷載的變化，亦使得實際測量值與理論值存在差異；③日常溫度變化引起的溫度應(yīng)力與施工時橋臺震動引起的應(yīng)力，也會使得實際測量值和理論值不同。

4 結(jié)語

本文開展了深水基礎(chǔ)鎖扣式鋼管圍堰施工與現(xiàn)場安全監(jiān)控技術(shù)研究，著重探討了鎖扣式管樁圍堰工藝流程、鎖扣式鋼管樁的制備、鎖扣式管樁圍堰施工、圍堰和鎖扣滲漏水的防治、鋼管樁圍堰工程的工期安全監(jiān)測控制技術(shù)。案例圍堰工程的工期安全監(jiān)測結(jié)果顯示，實測結(jié)果和理論計算總體差異不大，誤差控制在許可標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，滿足橋墩和承臺安全施工需求。