巴河特大桥主墩承台锁口钢管桩围堰施工关键技术

2021-05-18张志永

工程质量 2021年3期

张志永

（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北唐山 064000）

0 引言

为解决桥梁主墩承台软弱地层以及河道浅滩的基坑支护问题，通常采用锁口钢管桩插打穿过软弱地层，插入具有较高承载力的岩层，以发挥其挡土、挡水的作用。然而，锁口钢管桩围堰因锁口结构使得各个管桩之间存在一定间隙，而桥梁桩基多涉及水下作业，在河深不大、软弱地层且开挖深度较大的基坑支护时，往往对支护结构的刚度要求较高。因此，采用锁口钢管桩加筑岛围堰施工就成为桥梁基坑开挖支护的重要组合形式，本文以巴河特大桥为例，对锁口钢管桩围堰施工关键技术进行细致探讨。

1 工程概况

1.1 项目背景

图1 巴河特大桥结构形式

新建黄黄铁路 HHZQ-1 标段采用巴河特大桥跨越巴河，为本标段重点及关键控制性工程。巴河特大桥全长为 2 961.52 m，中心里程为 DK10+766.73，巴河特大桥 20#～23# 墩采用（44.5+108+2×200+108+44.5）m斜拉桥上跨巴河，其结构形式如图 1 所示。其中，主墩 21#、22#、23# 墩位于巴河河道内，承台基坑防护均采用锁口钢管桩围堰，在枯水期插打锁口钢管桩，施工水位为 24.0 m，围堰顶面高程为 25.0 m。锁口钢管桩地下截水采用落底帷幕，并根据围堰渗漏水情况，在围堰外强风化岩层高度范围内采用围幕注浆加固，起到围堰四周封水的作用。承台内土方和淤泥采用挖掘机开挖，围堰内边抽水开挖边安装钢支撑，承台底岩石部分采用破碎锤破碎或大型切割机对岩层切割后开挖，采用卷扬机垂直运输至栈桥并外运至弃渣场。开挖到承台底后，再施工承台混凝土垫层或混凝土封底。

1.2 项目难点

1）基坑挖深大。该项目基坑开挖深度较大，加之地下水活跃，遇水后易变成流塑状态，从而极易致使出现涌砂、涌泥。一旦出现涌砂、涌泥就会导致锁口钢管桩内外侧的受力失衡，从而出现钢管桩支护失稳而引发安全事故。

2）根据该项目地质水文资料，该项目采用锁口钢管桩围堰，因作业环境为深水作业，且地质存在岩层，需进行强风化片麻岩石切割处理，使得钢管桩插打存在一定的困难。

3）锁口处的止水处理要求相对较高，如若处理不好将会直接影响基坑围堰的止水效果。

2 筑岛围堰施工

为有效解决巴河特大桥施工现场涨水对桥梁承台造成的影响，主墩桩基采用草袋筑岛围堰，承台深基坑防护采用锁口钢管桩围堰。具体施工方法为：利用巴河枯水期，黄冈侧在主线右侧 14.22 m（下游）修筑黄冈侧筑岛草袋围堰，黄梅侧在主线右侧 22.09 m（下游）修筑黄冈侧筑岛草袋围堰，栈桥同时在主线左侧 20 m（上游）修筑。在线路右侧设置草袋围堰，黄冈侧引道直接从岸边填筑至 22# 墩，黄梅侧引道直接从岸边填筑至 23# 墩，引道顶宽 7 m，高出既有水面 1 m，引道两侧迎水坡面满铺两层草袋，坡比为 1∶1，保证边坡稳定。沿 22#、23# 墩四周进行围堰筑岛，围堰在锁口钢管桩外侧宽 15 m，筑岛围堰外侧用草袋分层码放，坡比为 1∶1。筑岛围堰施工过程中，做好环水保工作，及时进行草袋围堰防护，防止水土流失［1］。筑岛围堰完工后，采用旋挖钻施工钻孔桩基，成孔后下放钢筋笼，水下灌注桩基混凝土。

3 锁口钢管桩围堰施工关键技术

3.1 钢管桩制作

在插打钢管桩前，应提前将各种材料焊接加工成半成品。φ820×14 mm 钢管两侧对称分别焊接φ219×10 mm 钢管与半 I32b工字钢（见图 2）；对位于基坑支护四角位置的钢管桩，应将锁口钢管与半工字钢呈 90°焊接在钢管桩上。为确保φ820×14 mm 钢管桩与φ219×10 mm 锁口钢管焊接的强度，可在两根钢管焊接的连接位置左右各满焊一根 10 mm 厚、5 cm 宽的扁钢，要求做到焊缝饱满，避免因焊接质量不达标漏水而导致后续施工难度加大。在φ219×10 mm 锁口钢管上割一条1～1.5 cm 宽的缝隙，要求割缝线形平滑顺直，防止插打时工字钢与锁口钢管间的阻力过大，使锁口变形而影响止水效果；φ820×14 mm 钢管与半 I32b 工字钢之间亦采用双面满焊，要求焊缝饱满［2］。因钢管桩的加工及制作所需的场地比较大，结合本项目现场情况，利用主桥桥头较大的空间作为钢管桩加工制作场地，加工好的锁口钢管桩利用板车运至施工部位进行插打。

图2 锁口管制作

3.2 钢管桩插打

正式插打钢管桩前，应先进行试打，如若入桩较为顺利则可继续插打。如若插打困难则应放出钢管桩插打范围，并用挖掘机辅助插打。引桥基坑左右幅分离，支护断面相对较小，插打施工时应在冲孔完工且钻机移位后进行，以免因插打振动而导致坍孔；主墩基坑左右幅为一个整体，支护断面相对较大，若与冲击钻引孔距离足够，便可同步进行插打作业［3］。锁口钢管桩插打的具体步骤如下。

1）第一根锁口钢管桩插打。采用 QUY80 履带吊吊 90 t 振动锤插打第一根锁口钢管桩（见图 3），插打时应严格把控钢管垂直度，防止垂直度不达标与块石层护臂发生碰撞，如若碰撞时有石块落入，不仅会影响插打，而且极有可能会导致钢管下端出现挤压变形而影响止水效果。同时，如若第一根钢管桩垂直度不达标，那么后续钢管也会随之发生倾斜，进而影响最后围护结构的合拢。

图3 钢管桩插打

2）第二根锁口钢管桩插打。完成第一根钢管桩的插打后，随即实施第二根钢管桩插打，插打时应将半工字钢套进第一根组合钢管φ219×10 mm 的锁口钢管内，然后按照第一根钢管桩的插打方式进行插打。插打时，第二根钢管桩与第一根钢管桩通过φ219×10 mm 锁口钢管与半工字钢连接形成锁口（见图 4）。

图4 锁口示意图（单位：mm）

3）形成闭合的支护体系。按照上述方式循环插打钢管桩，直至完成一个承台基坑，并形成闭合、方形的支护体系。在进行插打作业时，应注意在最后几根钢管桩插打时，须严格做好剩余部分尺寸的测量，并根据剩余部分的尺寸对钢管桩间的距离进行调整，以免对钢管桩合拢造成影响。

3.3 钢管桩引孔

该项目锁口钢管桩围堰地下截水采用落底帷幕，在完成钢管桩围堰插打后，用旋挖钻在钢管内钻φ700mm 的引孔桩，桩深嵌入弱风化岩 2 m。完成引孔施工后，下放钢筋笼，并通过水下灌注法灌注桩底钢筋混凝土桩基，以便于锚固生根。该项目 21# 墩锚固桩的钢筋笼主筋为φ20 钢筋 20 根，箍筋为φ8 钢筋，箍筋间距离为 10.5 cm；22# 墩锚固桩的钢筋笼主筋为φ22 钢筋 25 根，箍筋为φ14 钢筋，箍筋间距离为 10.5 cm；23# 墩锚固桩的钢筋笼主筋为φ22 钢筋 25 根，箍筋为φ14 钢筋，箍筋间距离为 10.5 cm。

根据施工现场地质条件与插打钢管桩间的渗漏水情况，对于渗漏水的可在围堰外强风化岩地层高度范围内设止水帷幕，钻孔后采用分段式注浆灌注水泥浆或水玻璃浆液，注浆终压可参照注浆处静水压力加 0.5～1.5 MPa 并通过试验最终确定。其中，水泥浆水灰比为 1∶1，速凝剂掺量为 2 % 水泥用量，水泥标号为 42.5 硅酸盐水泥；若注浆液采用水泥－水玻璃双液浆，则水玻璃浓度为 35 Be'，水泥浆与水玻璃体积比为 1∶1；缓凝剂掺量为 2 % 水泥用量，注浆后应确保钢管桩围堰无渗漏水现象［4］。

3.4 基坑开挖及安装内撑

完成承台锁口钢管桩围堰施工后，应立即组织进行基坑开挖，边开挖边安装内部支撑体系。基坑开挖前，应先进行锁口止水，即向φ219×10 mm 钢管内填充黏土，并水夯密实，使黏土将工字钢与小钢管间的缝隙挤密并发挥止水作用。然后，由上向下将基坑内土石清理干净，并用挖机开挖至深 2 m 后暂停，安装围檩及第一道内部支撑体系。第一道内部支撑体系区域稳定后继续开挖基坑，开挖过程中须注意做好支撑体系的防护，严禁挖机碰撞支撑体系而导致其发生失稳。对于狭小位置无法使用挖机开挖的，可人工辅助开挖，但开挖时人工、机械不得处于同一作业面，以免操作失误导致人员受伤。开挖至一定深度，普通挖机无法继续开挖时，可采用长臂挖机继续开挖，挖至一定深度后按照第一道支撑安装方法安装第二道支撑体系，依此循环完成钢管桩内部支撑体系的安装［5］。

该项目引桥基坑几何尺寸较小，内支撑仅安装围檩与角撑，主墩基坑几何尺寸较大，除围檩外还要安装水平支撑，水平支撑与围檩通过满焊连接，从而形成网格化的内部支撑体系。承台基坑采用长臂挖机开挖，并借助垂直起吊料斗外运开挖土方至指定地点。承台底部的大块岩石部分采用破碎锤及手提电圆锯切割机进行破碎后外运至基坑，直至挖至承台底以下 20 cm 处时灌注封底混凝土。

3.5 基坑围堰监测

为有效确保基坑开挖过程中人员的安全，应安排专人做好平面位置的变形监测，同时，还要对嵌岩桩以及锁口钢管桩施工过程中的应力和位移、内部支撑体系应力变形、钢管桩顶部竖向位移、围堰内外部的水位等做好相关监测。桩顶竖向位移采用精密水准仪，后视点布设在基坑挖深的 3 倍外不易被破坏的位置，并获取该点绝对高程，以备该点被破坏后补点使用。根据基坑围堰的监测结果，用于指导围堰施工，进而确保施工中作业人员的人身安全。