锁扣式钢管桩围堰在复杂深水基础中的应用

程 鹏 军， 余 亮， 赵 雪 峰

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

印度尼西亚雅万高铁项目是该国第一条高速铁路项目，其工程地质和水文地质条件不可用国内常规标准进行简单的套用与评定，因此，开展深水基础复杂地质条件下工程技术措施的研究十分必要，是安全、高质量快速施工的先决条件。

DK655特大桥位于贾蒂芦湖水库下游南侧，桥跨布置为4×32 m+2×24 m+4×32 m简支梁跨越河流，其中6个桥墩位于水中，承台尺寸为7.6 m×7.6 m，基础辅助措施为双壁钢围堰。

桥址区勘探深度范围内地层自上而下主要为：第四系全新统人工堆积层(Qml)；第四系全新统冲积层(Qa)淤泥质黏土、粉质黏土、粉土、细砂、中砂、粗砂、细圆砾土及粗圆砾土等；第三系中新统 subang 组(Tms)泥岩；第三系中新统 subang 组(Msc)泥岩。

桥址区属热带雨林气候，分为旱季与雨季。

11月至来年3月为雨季、西北季风期，多雨多云；4～10月为旱季、东南季风期，晴天多而雨量少。

项目部从2018年3月至2019年5月进行了河流日常水位监测，日常水位高程为26.35 m左右，雨季最高水位为高程26.7 m左右。走访调查得知：近30 a历史最高水位高程为27.7 m左右。对此，技术人员开展了水深及水流速度、水流梯度调查以制定施工方案。

2 围堰类型的选择与对比分析

根据上述各种条件，技术人员对DK655特大桥水中墩施工围堰类型的选择进行了对比分析，DK655特大桥水中墩施工围堰类型选择对比分析表见表1。通过分析并结合现场实际情况，在综合施工安全、质量及机械设备配套情况后，该桥28号、29号墩最终选择采用锁扣式钢管桩围堰[1]。

表1 DK655特大桥水中墩施工围堰类型选择对比分析表

3 锁扣式钢管桩结构的设计

3.1 作业钢平台技术参数

在28号墩～29号墩之间设置作业钢平台，平台尺寸为18 m×19.5 m。钻孔平台和栈桥平台的设计和施工控制荷载为100 t。中心钢平台设计荷载为300 t，施工控制荷载为270 t。作业钢平台典型断面图见图1。

图1 作业钢平台典型断面图

3.2 钢管桩围堰设计参数及结构设计

3.2.1 钢管桩围堰主要设计参数

锁扣钢管桩围堰采用Ф609 mm×8 mm的螺旋焊接钢管、Ф164 mm×8 mm的螺旋焊接钢管、I20热轧工字钢作为围堰材料，材质为Q235级，单根长度为12 m，并在管桩相连处进行锁口处理；锁口阴阳头为TC形式[2]，采用Φ164 mm×8 mm的钢管和I20工字钢腹板沿长度方向切割一半与钢管焊接的形式，28、29号墩2个墩采用锁口钢管桩围堰施工。围堰的设计参数见表2，锁扣钢管桩围堰总体布置情况见图2。

图2 锁口钢管桩围堰总体布置图

表2 围堰设计参数表

3.2.2 围堰支撑的设计

基坑内设置两道支撑，每道支撑为两根钢管，钢管中心间距为6 m，钢管桩内侧设置双拼HW400 mm×200 mm型钢围檩，转角设置角撑，底部采用C30封底混凝土,厚1 m。为保证钢管受力均匀，与钢围檩相接触的钢管四周需加焊加劲板，钢围檩与钢管桩之间的连接采用牛腿形式[3]。每个墩内支撑技术参数见表3。

表3 内支撑技术参数表

4 锁扣式钢管桩围堰的施工工艺及方法

4.1 锁扣式钢管桩围堰施工工艺

锁扣式钢管桩围堰施工工艺流程图见图3[4]。

4.2 主要施工方法

4.2.1 锁扣钢管桩的加工制作

在定位胎具上将Ф609 mm×8 mm的管桩和Ф164 mm×8 mm钢管或Ⅰ20型钢焊接成整体，大小管桩之间的焊缝处预先电焊Ф6 mm盘条以利焊接。焊接时在胎具上将钢管固定牢靠，采取对称焊、分段退焊等措施尽量减少焊接变形。将Ф164 mm×8 mm管桩沿径向采用自动切割机切缝，开口缝宽4 mm±1 mm，要求缝隙均匀顺直并打磨平整。

4.2.2 锁扣钢管桩插打

锁扣钢管桩采用80 t履带吊插桩，配置DZ120液压振动锤将其贯入至河床设计标高。管桩从上游围堰顺桥向中心处开始，然后依次向两边进行，最后在下游角桩附近合拢。

打桩过程采用两台经纬仪控制垂直度，配合临时焊接钢管桩卡板阻止钢管位移。打桩质量以贯入度控制为主、标高控制为辅，贯入度控制标准为小于30 mm/90 s停止。锁扣钢管桩插打情况见图4。

图4 锁扣钢管桩插打情况

4.2.3 围堰内的水平支撑焊接

围檩在吊装前首先在安装位置下方焊接承受围檩自重的临时短型钢牛腿，然后吊围檩型钢就位。按照设计要求安装钢管桩支撑，对围檩型钢和支撑接头位置用三角加劲板焊接，同时加强焊缝质量的检查，最终形成稳定的内支撑结构。对于钢管桩内侧与围檩型钢之间存在的空隙采用钢板、型钢等材料填塞以保证受力传导均匀。

4.2.4 锁扣堵漏

锁扣止水堵漏的方法采用直径160 mm、与管桩等长的消防带(其内注入水泥浆)，将消防带底部用铅丝绑扎，用消防水袋包裹住Ф50 mm注浆管伸入母口底端进行注浆。浆液配比为：340 kg(膨润土)∶220 kg(水泥)∶50 kg(膨胀剂)∶1 050 kg(水)，锁口剩余间隙采用黏土+中粗砂混合物分层填塞密实，黏土∶中粗砂=1∶1。锁扣堵漏情况见图5。

图5 锁扣堵漏情况

4.2.5 混凝土封底施工

封底混凝土的作用：(1)通过封底混凝土将桩基钢护筒、钢管桩形成一个整体，依靠其自重、封底混凝土与钢护筒、钢管桩的黏结力抵抗水浮力；(2)在封底混凝土达到设计强度、围堰内抽水后，封底混凝土对钢管桩下部形成有效支撑。

封底采用梯形断面推进法，封底顺序为由低至高、从周边至中间逐个进行，直至封底全部完成。导管作用半径取3 m，全部导管作用范围覆盖钢管桩围堰底部。

根据作业区绘图及布置原则设置了7根导管，每根长11.5 m，同时现场备用一套导管。施工时，导管位置根据实际情况进行微调，须避开导管及内支撑[5]。

封底导管采用Φ300 mm钢管，导管顶部装有一设法兰盘的管节与储料斗相接，储料斗采用桩基施工时首盘冲灌的储料斗。导管在使用前须进行水密试验；导管安装时，每个接头须预紧检查，下放固定时，导管下口悬空15～20 cm。导管布置按每根导管的作业半径3 m考虑，将导管固定在平台分配梁上。

准备工作就绪后，利用吊机“拔球”使混凝土瞬间通过导管压向基底，在导管周围堆成一平坦的混凝土圆锥体，然后吊运混凝土漏斗通过导管源源不断地灌入锥体内、混凝土在水下摊开和升高，将混凝土的顶面高度控制在设计标高下20 cm左右，待达到设计要求的混凝土强度后围堰内抽水后补浇20 cm厚的混凝土。

4.2.6 围堰拆除

内支撑拆除：内支撑拆除前，应将支撑下部结构物与围堰之间的空隙用砂砾填充，然后由下至上逐级拆除内支撑。

钢管桩拔除：待堰内支撑钢管拆除完成后逐根拆除钢管桩。钢管桩的拔除顺序与插打相反，由围堰合龙位置开始拔桩。

5 实施效果评价

锁扣式钢管桩围堰在实施过程中取得了良好的效果，主要体现在以下几个方面：(1)安全方面。施工过程中，基坑围堰顶水平位移最大累计变形量为5 mm，仅为控制标准50 mm的1/10；(2)质量方面。桩基检测合格率为100%，承台及墩身施工质量满足验收标准要求；(3)进度方面。水中基础比原定施工计划提前4个月完成；(4)经济效益方面。比原设计双壁钢围堰基础辅助措施节约400万元。

6 结 语

雅万高铁项目锁扣式钢管桩的成功实践充分证明锁扣式钢管桩围堰是一种适合复杂地质条件下安全经济快速施工的技术措施，该方法具有施工工艺简单、快捷、安全质量保障度高、施工成本低的优势，但对该结构所能适应的最大水深和水流问题仍需进一步开展研究。