深水基礎(chǔ)施工鎖口鋼管樁圍堰的止水試驗(yàn)

代建兵

（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 工程概況

新建鐵路天津至秦皇島客運(yùn)專線下塢薊運(yùn)河特大橋在跨越薊運(yùn)河段，中心里程為DK72+463.38，上部結(jié)構(gòu)為（40+64+80+80+48）m五孔預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁，Φ1.5m鋼筋混凝土摩擦樁群樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土低樁承臺(tái)，圓端形橋墩。線路跨越處薊運(yùn)河段河寬約270m，與線路成80°左右的斜交。其中84?！?7＃墩位于薊運(yùn)河主河槽內(nèi)，承臺(tái)尺寸：86＃墩14.6m×18.6m×3m，其它均為 14.6×14.6×3m。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，85＃、86＃墩河床面標(biāo)高為-7.5m，84＃、87＃ 墩河床面標(biāo)高為-7.0m，薊運(yùn)河二十年一遇水位+2.95m，常水位+0.17m，一般沖刷線高程-9.79m，局部沖刷線高程-11.72m。

84?！?7＃墩深水基礎(chǔ)采用鎖口鋼管樁圍堰施工。河床面以下2～4m為流塑狀淤泥，河床不穩(wěn)定，其下土層為粉土和粉質(zhì)粘土，圍堰設(shè)計(jì)偏安全考慮穩(wěn)定河床面標(biāo)高84＃、87＃墩按-9.5m設(shè)計(jì)，86＃、87＃墩按-10.0m設(shè)計(jì)。圍堰施工水位+1.25m，設(shè)防水位+2.0m，最大設(shè)計(jì)流速為1m/s。

2 鎖口鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)形式

圍堰形式采用Φ630×10mm鋼管樁，鎖口為Φ219×8mm和I20b型工字鋼組合形式，鋼管樁設(shè)計(jì)每根長(zhǎng)度24m。圍堰結(jié)構(gòu)單元寬度：管樁直徑+鎖口寬度 (0.63+0.24)m；每套圍堰管樁數(shù)量：86＃ 墩為 88 根；84＃、85＃、87＃ 墩均為 80根。各類型圍堰結(jié)構(gòu)單元見圖1

圖1 圍堰結(jié)構(gòu)單元類型示意圖

鋼管樁圍堰在工廠內(nèi)加工定尺長(zhǎng)度為12m，半成品運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，再在加工平臺(tái)上焊接成24m，采用振動(dòng)打樁錘插打就位，圍堰均按排水開挖設(shè)計(jì)，每套圍堰設(shè)置5道內(nèi)支撐，封底采用干封。

對(duì)于采用鎖口鋼管樁圍堰施工深水基礎(chǔ)，良好的止水效果是施工成功的關(guān)鍵。84?！?7＃墩圍堰正式施工前進(jìn)行了止水試驗(yàn)，以驗(yàn)證止水措施的可行性和有效性。

圖2 試驗(yàn)圍堰設(shè)置位置

3 止水試驗(yàn)圍堰施工

本次止水試驗(yàn)取8根Φ630mm鋼管樁組成試驗(yàn)圍堰，包括4根中樁和4根角樁，每根長(zhǎng)度12m。圍堰頂標(biāo)高為＋1.25m,圍堰底標(biāo)高為-10.75m?？缢E運(yùn)河水上施工沿橋位左側(cè)采用了單側(cè)鋼棧橋，試驗(yàn)圍堰設(shè)置于鋼棧橋的左側(cè)，以便于定位和插打，試驗(yàn)圍堰設(shè)置位置見圖2，試驗(yàn)圍堰結(jié)構(gòu)平面布置見圖3。

圖3 試驗(yàn)圍堰結(jié)構(gòu)平面示意圖

3.1 圍堰的加工制造

首先，在定位胎具上將Φ630mm管樁和Φ219mm鋼管或工鋼焊接成整體。大小管樁之間焊縫處預(yù)先電焊Φ6mm盤條以利焊接。焊接時(shí)在胎具上將鋼管固定牢靠，采取對(duì)稱焊、分段退焊等措施，盡量減少焊接變形。然后，將Φ219mm管樁沿徑向采用自動(dòng)切割機(jī)切縫，開口縫寬9±1mm。施工要求縫隙均勻順直，并打磨平整。為方便插打，頂口處可適當(dāng)增大縫隙寬度。

3.2 圍堰的插打定位

試驗(yàn)圍堰插打順序如圖2中箭頭指示方向，由1#樁開始依次插打。2009年4月9日17時(shí)，2#樁插打完成，試驗(yàn)圍堰合攏。

鋼管樁采用振動(dòng)打樁錘進(jìn)行插打，在插打過程中，用一臺(tái)全站儀及經(jīng)緯儀進(jìn)行插打全過程控制，以確保管樁打入位置準(zhǔn)確及垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。利用已有棧橋在側(cè)面安裝導(dǎo)向架，在導(dǎo)向架上按理論尺寸放線定出各樁的位置，在導(dǎo)向架內(nèi)插入樁，用振動(dòng)打樁錘振動(dòng)下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高。樁的傾斜率控制在0.5%以內(nèi)。

圍堰插打時(shí)須控制兩根鋼管樁間距盡量靠近，以盡量減小I20b翼緣與Φ219mm鋼管內(nèi)壁的凈距，以期達(dá)到較好的止水效果。具體方法：在I20b工鋼與Φ219mm鋼管接口內(nèi)側(cè)加焊Φ8mm盤條。盤條焊接于I20b工鋼腹板兩側(cè)，間隔2m布置，單根盤條長(zhǎng)取40cm。

4 止水試驗(yàn)

4.1 止水材料試驗(yàn)步驟

4.1.1 采用粘貼膠皮：即在鎖口鋼管縫隙處粘貼膠皮，希望靠堰外水壓作用使膠皮和鎖口密貼，以達(dá)到止水目的。

4.1.2 安裝止水帶：即在I20b工鋼翼緣和鎖口鋼管縫隙之間填塞膨脹率為300%的止水帶，該產(chǎn)品可在72小時(shí)達(dá)到膨脹止水效果。

4.1.3 填塞紅粘土+鋸末：即在鎖口鋼管內(nèi)填塞紅粘土+鋸末混合物，進(jìn)行鎖口止水，紅粘土+鋸末配比：3：1（體積比）。

4.1.4 填塞其它配比的粘土。

4.2 止水試驗(yàn)過程

2009年4月10日至17日分別采用粘貼膠皮、膨脹止水帶塞填鎖口鋼管處空隙等方法，試驗(yàn)圍堰堰內(nèi)抽水后滲水嚴(yán)重，此兩種方法不可行。

17日晚20：20開始采用高壓射水法清理鎖口鋼管內(nèi)淤泥，準(zhǔn)備填充紅粘土+鋸末。配比按3：1（體積比）配置。

18日晚21：35完成鎖口鋼管內(nèi)紅粘土填充。

19日12：17試驗(yàn)圍堰內(nèi)抽水見底觀測(cè)，整體效果較好。僅5#管樁頂下1.33m處滲漏較大，底端亦有滲流；4#管樁下段有滲流，流量較小。其余管樁未見明顯滲漏。初步判斷為粘土搗實(shí)不密，鎖口封閉不充分。

12：37觀測(cè)5#管樁底端滲流已減弱，4#管樁底端已不見明顯滲流。12：50觀測(cè)4#管樁底端滲流加劇，5#管樁底端滲流已不明顯，頂段1.33m處滲流依舊較大。

13：00用測(cè)繩測(cè)得各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以3#管樁為參照。A：管樁頂面；B：堰內(nèi)水面；C：堰內(nèi)底面；D：河床底面；E：河水水位。測(cè)點(diǎn)位置見圖4。

圖4 測(cè)點(diǎn)位置示意圖

13：00 測(cè)，AC：6.33m；AB：4.44m；AE：1.2m；,AD：6.7m。

堰內(nèi)水深BC：1.89m，河水深ED：5.5m。

13:30再次測(cè)得AB：4.03m，堰內(nèi)水深BC：2.3m，堰內(nèi)水位上升0.41m。

14:30測(cè)得AB：3.25m，堰內(nèi)水深BC：3.08m，堰內(nèi)水位上升0.78m，5#管樁頂段1.33m處滲漏加劇。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研究，決定再次進(jìn)行堰內(nèi)抽水，以進(jìn)一步觀察。

14:50～15:10再次抽水，抽見堰底（露出淤泥面），復(fù)測(cè)AC：6.33m。15:23停止抽水。

16:23測(cè)得AB：4.76m，堰內(nèi)水深BC：1.57m，堰內(nèi)水位上升1.57m。

17:20測(cè)得AB：3.70m，堰內(nèi)水深 BC：2.63m，堰內(nèi)水位上升1.06m。

由此分析，采用紅粘土+鋸末填塞可達(dá)到止水效果，只是鎖口鋼管內(nèi)粘土搗實(shí)不充分，鎖口縫隙未完全封閉，故加添紅粘土+鋸末，自制搗錘，再次人工搗實(shí)。

晚20:40二次搗實(shí)結(jié)束，試驗(yàn)圍堰再次抽水，見底。

4月20日早上觀測(cè)，試驗(yàn)圍堰滲水量小，6#管樁底端可見滲水，其余管樁無(wú)明顯可見滲流。10:00測(cè)得AB：6.00m，堰內(nèi)水深BC：0.33m。堰內(nèi)水位上升0.33m。

15:00測(cè)得AB：5.74m，堰內(nèi)水深BC：0.59m，堰內(nèi)水位上升0.26m。

16:30測(cè)得AB：5.70m，堰內(nèi)水深BC：0.63m，堰內(nèi)水位上升0.04m。

4月21日9:30測(cè)得AB：5.33m，堰內(nèi)水深BC：1m，堰內(nèi)水位上升0.37m。

14:40測(cè)得AB：5.23m，堰內(nèi)水深BC：1.1m，堰內(nèi)水位上升0.1m。

18:00測(cè)得堰內(nèi)水深BC無(wú)變化。

4月22日15:00測(cè)得試驗(yàn)用圍堰堰內(nèi)水深BC：1.34m，堰內(nèi)水位上升0.24m。

4月24日14:30測(cè)得試驗(yàn)用圍堰堰內(nèi)水深BC：1.83m，堰內(nèi)水位上升0.59m。

此時(shí)，堰外水深為5.50m，堰內(nèi)水深為1.83m，圍堰樁頂標(biāo)高為＋1.25m,圍堰樁底標(biāo)高為1.25 m-12.00 m ＝-10.75m。圍堰內(nèi)底面標(biāo)高為1.25 m-6.33 m ＝-5.08m。河床標(biāo)高為1.25 m-6.70 m＝-5.45m。堰內(nèi)水面標(biāo)高為-5.08 m+1.83 m＝-3.25m。二次搗實(shí)后114h試驗(yàn)圍堰觀測(cè)結(jié)果見圖5。

圖5 二次搗實(shí)后114h堰內(nèi)水位示意圖

后試驗(yàn)圍堰靜置一周未抽水，反復(fù)觀測(cè)，圍堰滲漏很少，堰內(nèi)水位無(wú)明顯上升。

根據(jù)以上情況分析，鎖口鋼管內(nèi)紅粘土+鋸末二次搗實(shí)后較之前，堰內(nèi)水位上升速度顯著降低。由此判斷鋼管內(nèi)粘土搗實(shí)程度決定試驗(yàn)的成功與否。

4.3 止水試驗(yàn)結(jié)果分析及主體工程圍堰施工經(jīng)驗(yàn)

從試驗(yàn)過程可以看出，采用粘貼膠皮、填塞膨脹止水帶效果很差，基本起不到止水作用。后采用紅粘土+鋸末填塞并經(jīng)搗實(shí)后，取得了較好的止水效果。

84＃～87＃墩承臺(tái)圍堰施工過程中，鎖口鋼管內(nèi)采用紅粘土+鋸末填塞，并摻加了適量膨潤(rùn)土改善粘土性能，進(jìn)行了充分搗實(shí)，而且對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)加工精度和插打精度進(jìn)行了嚴(yán)格控制，成功實(shí)現(xiàn)了止水，圍堰內(nèi)抽水開挖后，滲漏很少，僅需設(shè)置小型匯水溝少量間歇排水，實(shí)現(xiàn)了干封封底，各墩承臺(tái)均順利施工完成。

5 結(jié)語(yǔ)

鎖口鋼管樁圍堰因其制作、加工、運(yùn)輸、插打工藝簡(jiǎn)單，施工速度快，組裝形式多樣，可重復(fù)使用等特點(diǎn)，已越來(lái)越廣泛地在深水基礎(chǔ)、水利、碼頭、海港岸墻、護(hù)岸、防波堤等工程中得到應(yīng)用，而圍堰止水始終是施工成功的關(guān)鍵。本文對(duì)津秦鐵路客運(yùn)專線下塢薊運(yùn)河特大橋深水基礎(chǔ)施工鎖口鋼管樁圍堰的止水試驗(yàn)進(jìn)行了介紹，為鎖口鋼管樁圍堰止水措施的采用提供了有益的參考和借鑒。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.

[2]鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.TB 10002.5-2005.北京：中國(guó)鐵道出版社 ,2005.