浅谈桥梁水中承台锁口钢管桩围堰施工

2018-03-01杜宁

建筑机械 2018年1期

杜宁

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，天津 300222）

1 工程概况

海口特大桥14#、15#墩柱为水中墩，左右线共4个承台，承台尺寸14.4m×10.2m×4m，左右线2个承台间距8m，每个承台基础由6根直径2.5m的钻孔桩组成。目前14#墩已经完成桩基1根，15#墩完成桩基3根。承台为低桩承台结构，承台底标高为-4.0m，施工区域常水位+3.9m，50年一遇水位为+4.92m，一般冲刷线-5m。

2 工程地质条件分析

14#墩：

第一层：粉砂层（标高-4m～-6.8m）局部相变为细砂。灰色，以稍密状态为主，上部部分呈松散状态，下部部分为中密状态，饱和。砂的主要成分为石英、长石，颗粒级配较均匀，粘粒含量约0～8.4%。

第二层：残积砂质粘性土（标高-6.8m～-11.6m），灰黄色、灰白色，可塑状态为主，下部呈硬塑～坚硬状态，湿，其细粒土状态为可塑，母岩为花岗岩，母岩组织结构已全部破坏，矿物风化呈土状。

第三层：砂土状强风化花岗岩（标高-11.6m～-27.5m）：灰褐、灰白色，风化剧烈，呈散体状结构，岩芯呈砂土状，手捏易散，局部夹少量碎块状，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级，工程地质性能好。

15#墩：

第一层：淤泥层（标高-4m～-5.89m），以灰～深灰色为主，上部大都呈稀软状、下部为流～软塑，饱和。粘性强，切面光滑，手捏具有滑腻感，富含有机质，味微臭，干强度中等、韧性中等、切面光滑、摇震反应缓慢。

第二层：粉砂层（标高-5.89m～-11m），特征同14#墩第一层。

第三层：砂土状强风化花岗岩（标高-11m～-21m）：特征同14#墩第三层。

3 水文情况

该区域水位受降水量控制，雨季常暴涨暴跌。港湾内的平均潮差由湾口向湾顶逐渐增大，年平均高潮位4.76m，年平均低潮位-0.46m，年平均潮差5.22m。

福清湾是一个半封闭的海湾，潮型属正规半日潮。潮流表层流速大于底层流速，涨落潮最大流速绝大部分出现在高潮前后2～3h，流速不大于1m/s，多在表层和中层。潮流主要特点落潮流速大于涨潮流速。潮汐一天有2个周期，12h50min为一周期，涨潮约5h，落潮约7h15min。下游梅花站潮汐特征：历史最高潮位4.82m，历史最低潮位-3.62m。

4 整体方案确定

结合现场实际情况，拟采用钢管桩围堰进行施工。由于存在倒用等情况，本桥采用钢管桩围堰比较合适，倒用比较方便，材料等也相对经济，是相对合理的施工方法。

承台底标高为-4.0m，封底混凝土厚度为2m，围堰设防水位为+5.0m，必要时在围堰顶部设置挡浪板。围堰加工高度为18.0m，围堰顶部标高为+5.5m，围堰底部标高为-12.5m。围堰结构布置如图1所示。

图1 钢管桩围堰立面布置图/mm

5 钢管桩围堰工艺参数

钢管桩围堰参数如下：

（1）钢管桩：钢管桩采用Ф526×10mm，阳头采用工28b，阴头采用槽28b，采用焊缝与钢管桩进行焊接。

（2）圈梁：圈梁采用2根HN588×300焊接成圈梁结构，与钢管桩抄紧，在圈梁底设置牛腿结构，作为圈梁的支撑。

（3）内支撑：内支撑采用Ф630×10mm结构，与圈梁进行对接。

6 锁口钢管桩围堰施工方法

6.1 围堰制造及存放

（1）围堰制作。

锁口钢管桩的材质采用Q235A，钢管的质量符合《公路桥涵施工技术规范》中“5.3.2钢管桩制作”的相关规定［1］。

首先选择专业队伍在现场规划的场地上经行钢管桩加工，按照设计要求将钢管连接到要求长度，然后对锁口角钢和钢管进行定位焊接，最后焊接加劲肋和限位肋［2］。

保持每根钢管桩上的锁口位于钢管的同一直径线上。对接焊缝按照Ⅱ级焊缝质量标准检查验收；其余的焊缝按照Ⅲ级焊缝质量标准作外观检查，要求饱满、无裂纹、不漏水。

将加工好的钢管桩运到工地，要求现场对其详细检查、丈量、分类、并进行编号，然后进行锁口焊接，焊接的流程为先连续进行电焊处理，再进行满焊，焊缝厚度不小于4mm，焊接加工完成后，对两侧锁口用两根2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲等缺陷，采用冷弯，热敲（温度不超过800℃～1000℃），焊补、铆补等方法加以整修［3］。

（2）钢管桩吊运和堆放。

装卸钢管桩采用两点吊。吊运方式采用单根起吊，并注意保护锁口阴阳头，以防止锁口变形。管桩堆放在平坦加固的场地上，堆放前对场地进行压实处理。

在堆放时注意以下几点：

①堆放的顺序、位置、方向、和平面布置等应考虑到以后的施工方便；

②钢管桩要按型号、规格、长度、施工部分分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；

③钢管桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过3根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3－4米，且上、下层垫木应在同一垂直线。

6.2 围堰插打及拆除

（1）施工准备。

钻孔桩施工完成后，撤离钻机，清理钻孔桩施工平台。

桩身内外侧及锁口阴阳头，均涂以黄油混合物油膏（重量配合比为：黄油∶沥青∶干锯末∶干粘土=2∶2∶2∶1），以减少插打时的摩阻力，并加强防渗性能。

钢管桩施打前，测量组放样定位，控制围堰各个边的钢管桩位置，定出围堰的角点。

（2）导向框的设置。

为了精确控制钢管桩的打入后的平面位置，需设置导向框，导向框由导框桩与导框组成，均为I30工字钢。导框桩水平间距为5m，导框桩高出土围堰平台顶面1m，打入土围堰顶面下5m深，桩长为6m。为方便钢管桩能顺利插入导向框，两导框比520mm钢管桩大20mm，即每边各放大10mm，为540mm。导框桩与导框连接采用焊接连接，焊缝高度不小于4mm［4］。

（3）钢管桩插打。

①打桩机械选择。

根据设计地质和现场调查情况，打桩机械选择60T振动打桩机，该打桩机能够满足长度大的钢管桩的插打和拔除。

②钢管桩施工。

钢管桩打设：先用吊车将钢管桩吊至插点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一根即套上桩帽，轻轻加以锤击。

在打桩过程中，为保证钢管桩的垂直度，用两台全站仪在无导向框限位两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，在打桩进行方向的钢管桩锁口处设卡板，阻止管桩位移。同时在导向框上预先算出每根管桩的位置，以便随时检查校正。

开始打设的一、二根钢管桩的位置和方向确保精确，以便起到样管导向作用，每打入1m应测量一次，打至预定深度后应立即用钢筋与导向框焊接固定。

钢管桩插打顺序：由各边中部向两端插打钢管桩，在角桩处合拢。

打桩方式的选择。根据现场实际情况和钢管桩的设计，选择单桩打入法，以一根钢管桩为一组，逐根插打，直至钢管桩插打完毕。

③钢管桩施工质量标准（见表1）。

表1 钢管桩检验标准

④拔除钢管桩。

钢管桩拔除机械采用60t振动拔桩机。进行拔除时，需要先使用振动锤将锁口振脱以减小拔桩阻力，然后边振动边拔除，振幅控制范围在10～20mm；遇到拔除阻力较大的桩时，改为间歇振动拔除的方式，时间控制在每次振动15min，连续工作时间不超过1.5h。

6.3 圈梁和内支撑安装

在钢管桩围堰内侧焊接圈梁牛腿，将圈梁做成整体，直接吊装放置在圈梁牛腿上，圈梁与钢管桩之间抄垫紧密。

吊装内支撑，与圈梁焊接成整体。

6.4 吸泥及封底前检查

由于河床是淤泥夹砂，厚度约4.6m，在低潮时，应用围堰内吸泥辅助下沉的方式进行施工，需要在离围堰内壁一定距离处开始进行对称吸泥，不可将吸泥机直接伸入围堰刃脚下直接吸泥。

围堰内进行吸泥，对河床高度进行确认，并安排潜水员进行探摸，保证淤泥清除干净，确保封底砼与围堰内壁及钢护筒壁粘结质量。

6.5 封底混凝土施工

（1）河床清理。

钢管桩围堰河床清理采用高压水管喷射配合吸泥机在围堰中心范围内射水吸泥，直到围堰内河床标高略低于封底混凝土底面标高。围堰清理过程中，要时刻注意对河床进行监测，不要吸成“大漏斗”，即中间吸得很低，边上很高。

（2）钢护筒确认。

为确保钢护筒的表面情况，应派潜水员下水，对钢护筒表面情况进行确认，对沾有泥巴或者其它影响钢混粘结力的附着物进行清理。

（3）连通管设置。

围堰侧板应设置内外连通管，连通管应设置在退潮后围堰侧板能够露出的位置，保证围堰封底混凝土浇筑后内外水头保持基本一致。

（4）封底混凝土浇筑。

在确认钢护筒表面情况后，选择水位较平稳的时间，尽快进行封底砼浇筑。利用吸泥平台作为混凝土浇筑平台，混凝土灌注采用垂直导管水下灌注，在围堰内多点均匀设置水下导管，导管上安装料斗，在钢管桩底部灌注水下砼。

现场采用泵送多点灌注封底混凝土，施工时应采用多处导管灌注施工，为保证混凝土的流动性并延长混凝土的初凝时间，在混凝土中掺入相应外加剂。实验室按C20标准配制水下封底混凝土，坍落度18～20cm，按要求缓凝时间不得少于6h，封底混凝土要求和易性好，达到流动半径2.0～3.0m的要求。混凝土要按照从下游到上游连续、快速浇注的原则。封底砼浇筑过程中，应严格控制混凝土浇筑厚度，避免封底砼过大或过小的情况，确保安全。