锁扣钢管桩在地铁围护结构中的应用

万陶 汪怀园

随着我国轨道交通建设进入高质量发展阶段，对施工质量，安全环保越来越重视。文章以车站出入口围护结构方案比选，引入锁扣钢管桩，在复杂地质和周边环境下合理组织施工，安全质量可控，过程中总结了CT锁扣处渗漏、止水，与车站主体围护结构接缝及障碍物的处理，锁扣钢管桩周转使用，可减低成本，值得推广。

基坑; 锁扣钢管桩; 围护结构

TU94+2B

[定稿日期]2021-06-22

[作者简介]万陶（1987～），男，本科，工程师，从事轨道交通安全管理工作。

本文针对施工场地狭长，水文地质复杂，周边环境要求的高条件下，选用锁扣钢管桩围护结构施工工艺，具体介绍钢管桩的施工方法和技术。

1 工程概况

福州地铁4号线第3标段，花海公园站沿江边洲路敷设，跨江边洲路与南社一路交叉口设置，车站全长475 m，标准段宽19.7 m，标准段基坑深度15.7 m，端头井宽度23.8 m，基坑深度为17.2 m。

1号风亭、1号物业安全出口基坑内净尺寸75.91 m×7.07 m，开挖深度7.3～9.4 m;3、4号物业出入口基坑内净尺寸22.59 m×7.07 m，开挖深度7.1～9.2 m;2号风亭组、1号安全出口基坑内净尺寸57.85 m×7.07 m，开挖深度约7.0～9.0 m;3号出入口基坑内净尺寸56.13 m×7.07 m，开挖深度6.7～10.2 m;4号出入口基坑内净尺寸36.35 m×7.07 m，开挖深度6.5～10.0 m。

车站西北侧为在建厦航福州总部，南侧为龙津跃进河及驳岸、厦航林浦住宅工程，东北侧为祥浦居花园住宅楼、东部新城商务办公中心。地质垂直施工区域从上而下：杂填土、中细砂、淤泥夹沙、淤泥质土等，其中渣土夹有5 %～30 %的块石、碎石，块石、碎石岩性以花岗岩和凝灰岩为主，深度一般在5 m以内。驳岸基础及扩大区下放10 m以内夹有块石、孤石等异物（图1）。

2 方案比选

目前国内地铁车站出入口围护结构，常采用地下连续墙、SMW工法桩为主。

2.1 地下连续墙施工

常用设备需成槽机、搅拌机、履带吊等，其中成槽机重量约89 t，抓取力15 t，总荷载约104 t。成槽时，设备重心位于驳岸上方，由于驳岸下发地层以高压缩的淤泥质土为主，长期被河水浸泡，含水量大，在重型设备荷载作用下，易发生沉降，成槽机及搅拌机倾覆风险极大。

地下连续墙位于现状跃进河驳岸位置，须先进行围堰筑岛回填，约侵占河道2 m，涉及占用河道的审批手续办理困难。

2.2 SMW工法桩

常用设备需三轴搅拌机及后配套等，其中三轴搅拌机施工中产生的噪音比较大，车站南北侧是高度集中的办公区和住宅区，不允许夜间施工，SMW工法桩不能24 h连续作用，当天第一根与上一天最后一根桩只能采用冷搭，搭接处的质量难以保证，渗漏风险比较大。

2.3 拉森钢板桩

常用设备需振动锤，可间断作业，可循环周转使用，环境无污染，适用于淤泥质土、砂层等均匀地质。对比较复杂，含有填石等障碍物不均地质施打比较困难，止水效果较差等。

2.4 锁扣钢管桩

常用设备需振动锤，可间断作业，可循环周转使用，环境无污染，适用于淤泥质土、砂层等相对均匀地质，强度、刚度比较大，止水效果较好。

地下连续墙、SMW工法桩施工过程中，产生的泥浆容易渗漏至跃进河，造成水质污染，环境风险比较大。

花海公园站为狭长型，且为铺轨站，轨道单位的大型设备已进场施工作业，存在大型设备交叉作业，安全风险比较大。在现场施工条件的分析和总结基础上，决定附属围护结构采用锁扣钢管桩。

3 锁扣钢管桩施工

3.1 锁扣管桩型式

锁扣钢管采用630×10 mm钢管，锁口形式为C-T型，锁扣连接为180×7 mm圆钢管及工16#工字钢，围护结构涉及五种桩型，桩型仅长度不同，共计374根，1 334 t;附属围护结构与车站主体围护结构地下连续墙连接处采用800 mm的三重管旋噴桩加固（表1）。

3.2 锁扣钢管桩加工

根据图纸统计每个附属的结构钢管桩长度和数量，在对半成品钢管桩进行修缮加工以满足设计相关要求，分类存放（图2、图3）。

钢管桩锁口采用二氧化碳保护焊进行焊接，先连续点焊，间距0.5 m左右，再实施满焊，焊缝高度不小于10 mm。

焊接C型锁口前，先将锁口钢管开口，缝隙间距为28 mm，C型锁口每隔1 m焊接10 mm厚加劲板，两侧对称布置，加劲板与钢管桩、C型锁口之间均为单面焊，焊缝高度不小于10 mm。

在C型锁扣顶部沿缝隙对称开V型坡口，约15 cm，便于工字钢顺利插入锁扣;底部开斜口，减少钢管桩插入阻力。

钢管接长采用连接板对接，按照图纸加工成型每个桩，合理匹配，连接处不得与相邻钢管桩接头在同一个截面处;加工连接板400 mm×200 mm×12 mm，按照图纸焊接。

钢管桩桩脚采用12 mm厚加劲板加强，加强段长度为300 mm，增加强度和刚度，防止施打过程中，桩脚卷边变形。

3.3 锁扣钢管桩施打

根据地层及场地特点，采用山东临工液压打桩机E600FP-58t、台湾芳富强力高速液压打拔桩机PCF450插打锁口钢管桩。根据测量放样确定每根桩的位置并施做定位框，然后采用振动锤打桩机插打锁口钢管桩，其施工工艺流程见图4。

3.3.1 驳岸挖除

将影响钢管桩施工的跃进河驳岸及障碍物挖除，并回填黏性土;拆除的驳岸长度约为255 m（图5）。

3.3.2 首根钢管桩

整个围护结构施工的关键，测量放线出的位置，钢管桩应缓慢打入。施打中，专人观测钢管桩的检查其位置及垂直度，不符合要求时，及时纠正或重新施打。

3.3.3 导向装置

在钢管桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确，设置安装导向架，在钢栈桥桩上焊接牛腿，安装焊接工字钢20 为定位，钢管桩沿工字钢外边缘一直往前插打。

3.3.4 钢管桩施打

打拔桩机PCF450夹紧钢管桩顶部，缓慢上提，调整垂直度，调整锁扣与首根桩位置，人工辅助对准锁扣，缓慢插入，整个桩打入指定标高。根据施打情况移动定位工字钢，以此类推，直至完成所有钢管桩施工。

附属主体结构完成并达到设计要求强度后，进行围护结构锁口钢管桩拔除。

3.3.5 钢管桩拔除

用液压打拔桩机PCF450将钢管桩锁口振活以减小土的阻力，边振边拔;过程中个别桩拔不动，用90型振动锤，汽车吊辅助拔出;钢管桩拔出后，分类堆码存放，以便周转使用。

4 安全质量管理

施工人员应经三级安全教育培训和安全技术交底，录入人员管理系统建立实名制后方可作业，焊工、起重司机、起重指挥等特种作业人员必须有效证件，报审同意后方可作业。

汽车吊、打拔桩机等设备设施各项功能齐全，各类安全保险装置有效，持有效证件并报审同意方可作业。

施工人员每日召开班前会，安排工作任务同时告知安全注意事项，确保施工安全。

与铺轨单位签订交叉作业协议，做好各自施工“区域”警示隔离，并及时交流和信息沟通。

钢管桩等材料，按成品、半成品及型号等堆放整齐，加工区内各类焊渣，边角料每日清理，做好工完料清。

钢管桩施工完后，对其顶部回填土或者焊接钢筋网片，防止人员坠落钢管桩内。

5 存在问题及解决措施

花海公园站1号风亭、1号物业安全出口钢管桩施工中存在问题及解决措施。

5.1 钢管桩防漏和止水

止水材料按锯末4 %、水泥6 %、中粗砂90 %比例，小型搅拌机搅拌均匀后，倒入锁扣，60振动棒插入锁扣振动，钢筋辅助插入，直到止水材料填满锁扣。

局部锁扣焊缝渗漏，准备船筏，土工布，棉絮及快干水泥等材料，待河水退潮后，在钢管桩外侧临水面用土工布对渗漏点封堵处理，再用长臂挖机挖土压实渗漏区域，内部棉絮、棉纱对渗漏点堵塞，再用快干水泥封堵。

土方开挖时，分层分段开挖，发现渗漏点及时封堵;纵向设置缓坡，沿围护边开挖排水沟，在最低设置集水坑，放置水泵，向外排水。

5.2 防河水倒灌风险

福州雨季集中在4～9月，台风集中在7～11月，台风伴随集中暴雨，且附属结构紧邻跃进河，应防台防汛及防止河水倒灌。根据往年水位统计，采取钢管桩接长0.5 m，高出2020年最高水位0.8 m，达到挡水防汛的目的。

5.3 钢管桩与地下连续墙局部处理

钢管桩可能存在无法与地下连续墙密贴的情况，存在渗漏风险。钢管桩与地下连续墙的间隙，若间隙大于30 cm，将一根锁扣钢管桩纵向局部割除，然后临近地下连续墙施工至设计标高，并在接缝外侧施作旋喷桩;若间隙小于30 cm，在接口处外侧补打一根钢管桩，并在接缝外侧施作旋喷桩。

原有车站地下连续墙有一定偏位，外侧施作旋喷桩，偏缝不均匀，存在渗漏风险。将旋喷桩施作的角度进行微调，确保与地下连续墙紧贴密实，无渗漏缝。

5.4 遇到难以挖除的障碍物

钻孔桩扩孔、桩头等难以清除，导致无法在原桩位施打。适当调整位置，避开障碍物施打钢管桩，在后续施工中，逐渐顺接至原设计桩位。基坑开挖时，在该拐角内侧焊接两道三角钢板支撑，两道钢板支撑间距及架设时间同钢支撑，加强阴角位置钢管桩的整體受力性能。

5.5 周边土体处理

钢管桩拔除后影响土体自身的结构稳定，影响主体结构的承载力。在拔除位置进行注浆加固，提高土体自身强度及稳定性，减少对主体结构影响。采用单排地面袖阀管注浆，间距为1 500 mm，注浆类型采用水泥液浆，注浆范围为地面向下至底板以下不小于3 m为注浆范围，注浆初始压力为0.5～1.0 MPa，稳定压力为2.0～3.0 MPa，注浆水泥采用42.5硅酸盐水泥，水灰比取1∶1。

6 经济效益分析

4号出入口为新增单位工程，无概算价格。其他出入口原围护结构为地下连续墙。总概算1 186.17万元。

锁扣钢管桩为周转材料暂定3 600元/t，从广州运转现场500元/t，修缮加工300元/t，施单价900元/t。施工完毕，锁扣钢管桩出售或者周转给其他单位暂定单位3 600元/t。综合成本226.84万元。综合比较，节约960万元（表2）。

7 总结

C-T型锁扣钢管桩围护结构施工，制作简单，可周转使用，成本可控;施工过程中不产生泥浆等污染物，节能环保;可连续及间断作业，受外界环境影响小，工期可控。

参考文献

[1] 韩立军. 锁扣钢管桩在桥梁围堰施工中的应用[J].技术与市场， 2015（10）.

[2] 陈宝华. 大冲邕江特大桥9#墩浅埋桩尖锁扣钢管桩施工技术[J]. 铁道建筑技术， 2014（z1）.

3513500589200