深水基礎鎖口鋼管樁施工技術研究

摘要：本文通過鎖口鋼管樁對深水基礎基坑支護的基礎上，對鎖口鋼管樁圍堰的結構設計、施工工藝進行研究，實踐證明該支護結構適合用橋梁深水基礎基坑開挖施工，亦為今后類似工程提供借鑒。

關鍵詞：深水基礎 鎖口鋼管樁 施工工藝

0 引言

盤錦至營口客運專線盤錦特大橋跨雙臺子河主河道（32+48+32）米連續梁主墩36#墩和37#墩全部位于主河道V型坡上，該部位是連續梁下部施工的重要部位。根據雙臺子河主墩處地質質料可推斷，第四系覆蓋層厚約10米～60米，巖土構造錯綜復雜，主要包括砂類土、填土、淤泥、黏性土、碎石類土、粉土、淤泥質黏性土等。底層上部的軟土層厚約10米～15.0米。37#墩平臺高3.535米，承臺底標高為-9.438 米，設計開挖14 米深。河道地下水量大、承臺底埋設在粉砂層，埋設較深，階段性施工無法保證工期進度，采用普通鋼板樁支撐也影響施工進度，因此預計在河流枯水期以鎖口鋼管樁圍堰的形式開展主墩基礎施工，既能保證人員安全，又可以縮短工期。

1 研究目的

根據37#墩深水基礎鎖口鋼管樁圍堰施工過程，全面分析圍堰結構設計和施工技術，總結鎖口鋼管樁圍堰技術控制措施。

2 國內外發展現狀

2.1 國外現狀 1773年法國C.A.庫倫提出了土的抗剪強度和土壓力理論和1925年K.太沙基出版《土力學》為橋梁基礎的設計和計算分析奠定了理論基礎，1936年國際土力學與基礎工程學會成立，并舉行了第一次國際學術會議，開始了橋梁基礎在設計、施工、試驗、勘測等各方面進入國際性交流的時代，比如，1936年美國舊金山—奧克蘭大橋覆蓋層厚度為54.7米、水深為32米，采用60x28米浮運沉井，定位射水后吸泥下沉，基礎深度73.28米；1938年加拿大獅門大橋，南塔基礎位于海潮急流處、流速70海里/小時，基礎采用兩個直徑14.36米的開口沉井、浮運就位、灌注混凝土下沉。

2.2 國內現狀 目前，我國橋梁深水基礎從20世紀50年代開始，發展至今已達到國際先進水平。將其粗略劃為三個階段。第一階段大力發展管柱基礎，第二階段沉井和鉆孔樁基礎，第三階段積極推進復合基礎及特殊基礎。

3 鎖口鋼管樁圍堰的設計與施工

3.1 鎖口鋼管樁圍堰的結構設計 鋼管樁圍堰由鋼管樁、腰梁、內支撐及樁間連接鎖口等四部分組成。①鋼管樁截面的選擇。按照《鋼結構設計規范》的要求，Q235鋼D/t≤100。鋼管整體穩定性滿足設計要求后，嚴格按施工標磚設計埋深，要求螺旋鋼管的壁厚為10毫米，外徑達到630毫米。②鋼管樁的支點處理。鋼管樁和圍堰支撐的水平腰梁接觸部位應設置避免鋼管壓曲的措施，鋼管樁插打后內填砂土，采用水密法夯實。③鎖口設計。圍堰設計能否成功關鍵在于鎖口的止水效果。該維護結構的止水效果主要取決于鋼管之間的連接效果，為了確保鋼管的連接質量，使鎖口的止水效果達到設計要求，同時確保鎖口具有一定強度防止自身構造開裂，且各鎖口嵌合裝置簡便易行，將切鋼板樁切開后取1/2與鋼管焊接在一起即可制作成連接鎖口，采用575×360×10毫米鋼板樁鎖口，下圖1為鋼管設計圖。④封底混凝土的厚度。強度低的混凝土在抗靜水壓力與承托承臺新鮮混凝重力的過程中厚度增加，基底開挖量也要隨之增大；若提高混凝土標號，厚度和開挖量隨之變小。因此，應提高封底混凝土的標號，嚴格控制混凝土厚度。與此同時，需增大鋼管樁埋設深度，或增加橫向支撐數量。⑤腰梁設計。圍堰內側腰梁采用HW400×400×13×21mm，支撐桿采用Φ630×10mm的Q235鋼管。結構構造如圖2。

3.2 鎖口鋼管樁圍堰的施工

①施工工藝流程如下：施工準備→場地平整→安裝導向架→打入鋼管樁→基坑開挖→設置支撐→開挖到位→混凝土封底→鏟樁頭→檢樁→承臺→墩身→拔除鋼管樁。②施工步驟。a鎖口鋼管樁的制作。制備鎖口鋼管時，先檢查鋼管和鎖口之間是否焊接密實，提前焊接加長的鋼管樁以及鋼管與鎖口的連接，確保焊縫通長，順直、牢固、不漏水。b插打鋼管樁。插打鋼管樁前，借助旋挖鉆機引孔穿過人工填筑碎石土層，在不擾動插管的大塊片石的同時停止鉆孔。DZ90振動錘與50T履帶吊配合使用按次序插打鋼管樁。先用黃油嵌填鎖口經過潤滑止水后起吊鋼管樁，由上游中心線開始對稱向下游依次打樁，至下游合攏。插打鋼管樁的過程中必須確保樁垂直于孔位。第一根樁非常關鍵，從兩個相互垂直的方向采用2臺全站儀同時實施控制，精確操控鋼管樁的垂直度。基坑開挖支護圍堰合攏后，在圍堰周圍布設觀測樁，如發現支護結構不穩定及時加固。鋼管樁圍堰合攏前，先對合攏情況進行分析。插打到最后四、五根就能計算出合攏樁的外徑，現場加工后繼續插打。及時糾正位置發生偏斜的鋼管樁，以減小鋼管樁圍堰合攏的難度，保證工程質量。c基坑開挖。根據“先支撐后開挖、分層開挖、分層支撐”的方法進行基坑開挖。基坑開挖采用長臂挖掘機配合人工清泥，在相應位置對鋼管樁分層加固。加固合格后允許下一層開挖，如需混凝土封底則基坑深度要比設計要求深一些。開挖過程中，若基坑四周的土壓較大，需通過挖機將四周的土體挖出卸載，基坑開挖后的土方不應該在基坑四周隨意堆置，而是要運出施工現場，以確保圍堰安全穩固。d支撐搭設。當土方開挖至第一道支撐允許對第一道支撐進行加固時，先將牛腿焊接在支撐下方鎖口鋼管樁上，使牛腿具有一定承載力。裝設牛腿的過程中，確保牛腿頂面都在同一水平面上，這樣斜撐就可以在同一水平面上，確保支撐系統的整體穩定性。e基坑支護工程的現場監測。本工程中有一道非常關鍵的工序就是基坑監測。施工時，要對基坑進行觀測，觀察基坑結構是否穩定，及時將基坑結構變形情況反饋至質量控制部門實施量化控制。如基坑變形量不超出限定范圍，基坑施工幾乎不受影響；如基坑變形已超出或將要超過限定值則要盡快采取整治措施，以便合理控制基坑開挖深度。現場監測將監測點布設在基坑角點、基坑中點以及第三排支撐的支點處。根據設計要求，如果鋼板樁水平位移接近或超過7毫米，腰梁變形接近或超過37.5毫米，就要及時上報觀測數據。監測過程中，工程圖人員必須參照土方開挖進度及基坑變形情況確定觀測頻次，直至回填結束才可停止觀測。觀測時，如果基坑位移量急劇變動，就要適當提高觀測頻率。如果邊坡位移情況比較穩定，可每隔3天觀測一次（見表1）。f墊層澆筑。基坑深度達到施工標準后，即可澆筑混凝土墊層。g支撐系統拆除。澆筑好承臺墩身，待混凝土強度達到施工標準后即可拆除支撐。基坑回填到支撐處可將回填面上部支撐拆掉。為避免圍堰傾覆，切忌過早拆卸上部支撐。將支撐全部拆除后即可拔除鋼管樁。先向下振動，鎖口中的水泥脫離鎖口后向上拔鋼管樁，直至鋼管樁全部被拔出，將第一道支撐以上部分的土方回填。

4 結論

鋼板樁圍堰結構設計簡單、施工方便、可回收利用，雙壁鋼圍堰方便取土、剛度大、可減少內支撐層數，盤錦至營口客運專線盤錦特大橋跨雙臺子河主河道（32+48+32）米連續梁主墩37#墩深水基礎施工的實踐證明：鎖口鋼管樁圍堰綜合了鋼板樁圍堰與雙壁鋼圍堰的雙重優勢，適用于橋梁深水基礎基坑開挖施工。經過結構受力和穩定性驗算，確定這套施工方案符合施工規范。這表明在同等的施工條件下該支護結構可以應用在實際施工中，且能夠為今后類似工程項目的施工建設提供借鑒。

參考文獻：

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