◎ 孔令洲 劉鑫 閆思汗 周陳 中交二公局第二工程有限公司

目前基坑支護(hù)方式較多，施工工藝成熟，可根據(jù)不同地質(zhì)情況選擇合適的支護(hù)方式。其中深水基坑常用支護(hù)方式主要有鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰、沉井圍堰、雙壁鋼圍堰及注漿帷幕等結(jié)構(gòu)。

江安二橋特大型斜拉橋主橋4#主墩承臺(tái)埋深較深，且位于河道中央，施工期處于豐水期。鋼板樁圍堰剛度相對(duì)較低，對(duì)于深基坑適應(yīng)性較差；本工程覆蓋層為卵石土，沉井圍堰及雙壁鋼圍堰下沉困難；本工程開(kāi)挖深度大且施工處于豐水期，采用注漿帷幕填筑方量較大；鋼管樁支護(hù)剛度較大，且施工為單根施工，施工較為靈活，對(duì)各工程適應(yīng)性強(qiáng)。

本文在以往鎖口鋼管樁施工工藝上，針對(duì)本工程特點(diǎn)，對(duì)鎖口鋼管樁圍堰鋼管樁施工工藝進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，在保證鋼管插打深度，鋼管垂直度控制及圍堰止水均取得較好效果。

1.工程概況

1.1 工程總體簡(jiǎn)介

四川江安第二過(guò)江通道公路橋梁工程2標(biāo)段位于四川省宜賓市江安縣，位于江安縣長(zhǎng)江下游約6公里處。橋位南岸為“怡樂(lè)鎮(zhèn)三巖村柏樹(shù)灣崖口處”，北岸為“陽(yáng)春鎮(zhèn)陽(yáng)春村青棢山處”，路線總體呈南北走向。施工2標(biāo)段全長(zhǎng)1875m，起點(diǎn)與北岸收費(fèi)站對(duì)接，里程樁號(hào)為K25+405，終點(diǎn)位于怡樂(lè)鎮(zhèn)柏樹(shù)灣，里程樁號(hào)K27+280。本標(biāo)段包括跨江特大橋一座，長(zhǎng)1130m，北岸引橋685m，南岸接線路基工程60m，按照一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

1.2 主橋4#主塔基礎(chǔ)簡(jiǎn)介

主橋4#墩位于長(zhǎng)江河道中央，主塔基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)+整體式承臺(tái)結(jié)構(gòu)形式，承臺(tái)平面尺寸為38×23m（橫×縱），高7.5m，承臺(tái)橫橋向兩端采用弧形截面設(shè)計(jì)，在承臺(tái)頂部設(shè)3.8m高的臺(tái)式塔座，塔座頂面尺寸為33×18m（橫×縱），塔座上連接主塔塔柱。主塔基礎(chǔ)承臺(tái)采用C35混凝土，塔座采用C40混凝土。

1.3 氣象水文及工程地質(zhì)條件

四川省宜賓市江安縣為溫暖潮濕亞熱帶季風(fēng)氣候，特點(diǎn)是冬暖春旱、夏季炎熱、雨量充沛。橋址區(qū)地表水系主要為長(zhǎng)江，長(zhǎng)江自西向東流經(jīng)橋址區(qū)，水量大，水流急。

4#主塔基礎(chǔ)位于長(zhǎng)江水域北側(cè)淺灘，北側(cè)河床平坦，局部因挖砂形成凹坑，水深淺，枯水季節(jié)大部分露出水面，墩中心里程K26+655，墩中心距北岸水邊線約385m，距怡樂(lè)鎮(zhèn)一側(cè)水邊線約400m，墩位處河床高程236～240m，由北向南逐漸升高。墩位處覆蓋層為中密-密實(shí)狀卵石層夾圓礫土，厚7.6m，承載力較高，厚度較小，下伏基巖為中生界侏羅系遂寧組粉砂質(zhì)泥巖，局部夾砂巖，巖面高程231m，中風(fēng)化基巖為較好的基礎(chǔ)持力層。

圖1 四川江安第二過(guò)江通道公路橋梁工程2標(biāo)段總體布置圖

2.圍堰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

2.1 圍堰總體設(shè)計(jì)

主橋4#墩鎖口鋼管樁圍堰平面設(shè)計(jì)尺寸為42.57×27.72m（橫×縱），橫橋向承臺(tái)外側(cè)凈距1.9m，縱向外側(cè)凈距2.0m。圍堰設(shè)計(jì)頂標(biāo)高+250m，底標(biāo)高+220m（較承臺(tái)設(shè)計(jì)底標(biāo)高+225.5m低5.5m），圍堰內(nèi)沿豎向共設(shè)5道圍檁支撐體系。

圖2 圍堰鋼管樁插打施工流程圖

圖3 臨時(shí)鋼護(hù)筒埋設(shè)施工照片

2.2 圍堰鎖口鋼管樁構(gòu)造

鎖口鋼管樁共分標(biāo)準(zhǔn)鎖口鋼管樁和拐角鎖口鋼管樁兩種類(lèi)型，單個(gè)鎖口鋼管樁由鋼管和連接鎖口組成，其中鋼管樁之間的連接鎖口采用C-T型。鎖口鋼管樁鋼管采用Φ720×10mm規(guī)格，單根鎖口鋼管樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)30m，C型鎖口采用Φ180×10mm規(guī)格鋼管（設(shè)20mm開(kāi)口），T型鎖口采用工18鋼，C-T鎖口均與鋼管采用焊接方式進(jìn)行連接，在承臺(tái)底標(biāo)高以下區(qū)段鋼管樁不設(shè)置鎖口[1]。

2.3 圍檁及內(nèi)支撐構(gòu)造

（1）圍檁構(gòu)造。鎖口鋼管樁圍堰內(nèi)圍檁構(gòu)造采用型鋼結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需求分為雙拼、三拼和四拼共三種類(lèi)型。

主橋4#墩鎖口鋼管樁圍堰沿豎向共設(shè)5道圍檁，自上而下第一道圍檁采用3H488×300結(jié)構(gòu)形式，第二、四、五道圍檁采用3H700×300結(jié)構(gòu)，第三道圍檁采用4H700×300結(jié)構(gòu)，在各組拼圍檁型鋼內(nèi)均設(shè)有加勁板，同時(shí)根據(jù)圍堰內(nèi)支撐體系在圍檁拐角及中部設(shè)置有斜撐連接件和對(duì)撐連接件。

（2）內(nèi)支撐構(gòu)造。圍堰內(nèi)支撐系統(tǒng)在內(nèi)圍檁構(gòu)造的基礎(chǔ)上設(shè)置有斜撐和對(duì)撐，圍檁共設(shè)置12道斜撐，3 道對(duì)撐，根據(jù)各層對(duì)撐受力大小，采用不同規(guī)格鋼管，第一層采用Φ720×10 mm鋼管作為對(duì)撐外，其余各道圍檁內(nèi)支撐均采用Φ1000×12mm鋼管作為對(duì)撐。

3.鋼管樁施工方法

3.1 圍堰鋼管樁施工工藝流程

鎖口鋼管樁圍堰施工，鋼管樁插打決定了圍堰施工質(zhì)量。針對(duì)卵石層鋼管樁振打困難，我部采取旋挖鉆引孔開(kāi)槽，回填黏土后采取振樁錘插打鋼管樁，以保證鋼管樁插打深度及垂直度。

3.2 引孔施工

對(duì)于首根鋼管樁的定位采用原位放樣，采用全站儀（或GPS）在原位進(jìn)行三維放樣，定出鎖口鋼管樁（拐角樁）中心，然后開(kāi)展首根鋼護(hù)筒的埋設(shè)和鉆孔施工。對(duì)于后續(xù)逐根插打過(guò)程中的鎖口鋼管樁軸線定位放樣，在首根鎖口鋼管樁插打完成后，在鎖口鋼管樁插打方向的軸線遠(yuǎn)端10～12m處放樣軸線標(biāo)點(diǎn)，然后采用履帶吊機(jī)+振樁錘插打臨時(shí)定位樁，在后期逐根插打過(guò)程中借助臨時(shí)定位樁側(cè)向設(shè)置的導(dǎo)向架實(shí)現(xiàn)臨時(shí)鋼護(hù)筒、臨時(shí)鋼管樁及鎖口鋼管樁搭設(shè)位置的定位導(dǎo)向。

（1）臨時(shí)鋼管設(shè)置。臨時(shí)鋼管樁與鎖口鋼管樁構(gòu)造基本相同，主管采用Φ720×10mm鋼管，在主管兩側(cè)設(shè)置C-T型鎖口，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試打及優(yōu)化施工設(shè)計(jì)情況，臨時(shí)鋼管樁C型鎖口沿主管管壁豎向設(shè)置，自管頂開(kāi)始，C型鎖口采用Φ180×10mm規(guī)格鋼管（設(shè)20mm開(kāi)口）；T型鎖口設(shè)置于C型鎖口的主管對(duì)稱(chēng)側(cè)，自管頂開(kāi)始，采用1/2工18鋼，C-T鎖口均與鋼管采用焊接方式進(jìn)行連接?？紤]到臨時(shí)鋼管樁的應(yīng)用性，在T型鎖口兩側(cè)分別設(shè)2根工25鋼，作為臨時(shí)鋼護(hù)筒安設(shè)時(shí)的輔助定位裝置，2根工25鋼對(duì)稱(chēng)于T型鎖口在兩側(cè)分別設(shè)置，夾角55°，定位工鋼沿主管管壁通長(zhǎng)設(shè)置，主管20m以下部位在定位工25鋼外側(cè)焊接弧形鋼板作為孔內(nèi)隔檔，以防鉆孔過(guò)程中前期鉆孔內(nèi)回填黏土塌孔。

在圍堰鎖口鋼管樁“引孔插樁”施工過(guò)程中，旋挖鉆機(jī)實(shí)際鉆孔為超前1個(gè)孔位，即在已插打的鎖口鋼管樁前臨時(shí)插打1根臨時(shí)鋼管樁，然后再安設(shè)鋼護(hù)筒進(jìn)行鉆孔作業(yè)，待鉆孔施工完成并在孔內(nèi)回填黏土后依次拔除鋼護(hù)筒和臨時(shí)鋼管樁，然后在臨時(shí)鋼管樁位置插打鎖口鋼管樁，再在前端依次插打臨時(shí)鋼管樁和埋設(shè)護(hù)筒，進(jìn)行下一根樁位的引孔施工。

（2）鋼護(hù)筒埋設(shè)。對(duì)于主橋4#墩圍堰施工而言，鎖口鋼管樁引孔作業(yè)均在水上平臺(tái)上進(jìn)行，綜合考慮平臺(tái)懸空及鉆孔穿過(guò)較厚卵石層等因素，為保證孔壁穩(wěn)定，采用厚度δ=16mm，長(zhǎng)14m，直徑Φ1.4m的鋼護(hù)筒。

鋼護(hù)筒的安設(shè)施工采用人工配合吊機(jī)的方式進(jìn)行，人工配合調(diào)控將鋼護(hù)筒鎖口與臨時(shí)鋼管樁鎖口進(jìn)行對(duì)接，借助自身重力將鋼護(hù)筒自然下放至河床頂，調(diào)整護(hù)筒軸線位置；然后采用履帶吊機(jī)+振樁錘的方式對(duì)鋼護(hù)筒輔助振動(dòng)下沉，至無(wú)法貫入為止，完成鋼護(hù)筒的安設(shè)[2]。

（3）鉆孔施工。根據(jù)鎖口鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除首根樁外，其余鉆孔均采用“咬合成孔”工藝，即新鉆孔位與前序鉆孔孔位間存在相互重疊部分，具體咬合示意如圖4所示。

圖4 咬合引孔施工示意圖

圖5 旋挖鉆引孔施工照片

對(duì)于主橋4#墩圍堰采用旋挖鉆引孔施工，由于河床頂存在約10m厚卵石層，為避免卵石層段塌孔，在卵石層地質(zhì)段鉆孔過(guò)程中采用“護(hù)筒跟進(jìn)”鉆孔工藝，即邊鉆孔邊跟進(jìn)護(hù)筒，直至臨時(shí)鋼護(hù)筒跟進(jìn)至中風(fēng)化泥巖內(nèi)，在中風(fēng)化泥巖內(nèi)直接進(jìn)行鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔底位置。

3.3 插打鋼管樁

鎖口鋼管樁插打采用履帶吊機(jī)+120型振樁錘配合施工，振樁錘夾具夾緊鎖口鋼管樁頂部管壁，采用低頻低振幅啟動(dòng)，緩慢振動(dòng)下沉鎖口鋼管樁。為確保后續(xù)逐根鎖口鋼管樁插打施工過(guò)程中鎖口鋼管樁插打的軸線控制，在施工前需設(shè)置臨時(shí)導(dǎo)向架，臨時(shí)導(dǎo)向架設(shè)置包括臨時(shí)導(dǎo)向鋼管樁、導(dǎo)梁及滑動(dòng)限位裝置。

（1）牛腿及導(dǎo)梁安設(shè)。首根鎖口鋼管樁施工完成后，采用測(cè)量放樣的方式在鎖口鋼管樁逐根插打方向，在距離首根鎖口鋼管樁8～10m處（具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)成孔情況確定），現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行臨時(shí)導(dǎo)向鋼管樁的設(shè)置，臨時(shí)導(dǎo)向鋼管樁采用直徑Φ820鋼管，施工時(shí)采用履帶吊機(jī)+振樁錘進(jìn)行原位振打設(shè)置。

臨時(shí)導(dǎo)向樁施工完成后，借助首根鎖口鋼管樁（后續(xù)可采用已施打完的鎖口鋼管樁）作為后導(dǎo)向基準(zhǔn)，臨時(shí)導(dǎo)向鋼管樁作為前基準(zhǔn)，在鋼管樁頂部側(cè)向焊接牛腿（工25鋼），在牛腿上沿鎖口鋼管樁插打軸線方向設(shè)置平行的2根導(dǎo)梁（H500x200型鋼）。然后采用人工配合機(jī)械設(shè)備的方式將導(dǎo)梁安設(shè)在牛腿上臨時(shí)焊接固定，安設(shè)時(shí)導(dǎo)梁前端設(shè)于臨時(shí)導(dǎo)向鋼管樁側(cè)向牛腿上，導(dǎo)梁后端設(shè)于首根拐角樁或已施工完成的鎖口鋼管樁側(cè)向牛腿上[3]。

（2）鎖口鋼管樁限位裝置。沿軸線方向平行布設(shè)的兩根導(dǎo)梁間凈距1450mm，在施工過(guò)程中主要用于臨時(shí)鋼護(hù)筒（直徑Φ1400mm）的定位。在鎖口鋼管樁插打（臨時(shí)鋼管樁）施工時(shí)，為確保鎖口鋼管樁的施工質(zhì)量保證，借助已安裝的導(dǎo)梁，在導(dǎo)梁上采用型鋼焊接設(shè)置限位裝置。限位裝置采用2根挑梁+1根橫梁焊接組成，其中2根臨時(shí)挑梁根部采用夾板螺栓錨固于導(dǎo)梁上翼緣板，以方便臨時(shí)安拆。

4.結(jié)語(yǔ)

采用引孔回填施工工藝進(jìn)行鋼管樁圍堰施工，無(wú)論是圍堰結(jié)構(gòu)的安全性，還是止水效果，均取得了較好的成果。拓展了鋼管樁圍堰的應(yīng)用范圍，對(duì)卵石層及巖層類(lèi)深水基礎(chǔ)基坑支護(hù)具有較好的適應(yīng)性。對(duì)比于傳統(tǒng)的直接振打下沉的鋼管樁施工方法，該方法對(duì)鎖口鋼管的垂直度控制及圍堰整體線型控制有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)，降低了鋼管樁下沉的難度，但同時(shí)較傳統(tǒng)施工方法其成本也相應(yīng)有所增加。鋼管樁引孔回填的施工工藝在本項(xiàng)目的成功應(yīng)用，解決了圍堰在特殊地層施工困難的問(wèn)題，提高了鎖口鋼管樁施工精度，降低了對(duì)鎖口鋼管樁鎖口的損傷，值得在今后類(lèi)似工程中進(jìn)一步推廣。