新型C-O型鎖扣鋼管樁在圍堰施工中的應用

中建三局第三建設工程有限責任公司 武漢 430074

1 工程概況

武漢三官漢江公路大橋位于武漢外環線和三環線之間，上距蔡甸橋約4.2 km，下距三環線長豐橋8 km，北岸為武漢市東西湖區胡家臺，南岸為武漢市蔡甸區三官橋。武漢三官漢江公路大橋屬于交通工程，包括主橋、南引橋、南接線3 個部分，其中主橋全長430 m。主墩包括25#、26#墩，均處于深水中。

25#墩地質主要有淤石層（約1～2 m）及細砂層構成。26#墩地質主要有細砂夾粉砂黏土及細砂層構成。25#墩處河床有多年的護岸拋石，從實際施工看，拋石分幾層分布，河床以下4 m，拋石中夾雜有橡膠膜袋。

25#主墩矩形承臺，平面尺寸為21.0 m×19.5 m（橫×順），厚5.5 m；26#主墩矩形承臺，平面尺寸為24.0 m×19.0 m（橫×順），厚5.5 m，承臺頂標高+9.71 m，承臺底標高+4.21 m。進行承臺施工時預計正常水位在+17 m，承臺施工范圍均在水下，為保證承臺無水作業，需要采用圍堰進行止水。

2 圍堰選型

為節約工期，施工按照先樁后堰，即先搭設鉆孔鋼平臺進行鉆孔灌注樁施工，再進行圍堰施工，可以在鉆孔灌注樁施工末期進行圍堰加工和拼裝。

由于橋址處河床起伏大，覆蓋層較厚，江底靠岸側存在大量護岸拋石及河道通航等原因，通過計算并綜合考慮，選擇截面剛度較強、止水效果好的C-O型鎖扣鋼管樁圍堰方案。

由于河床底存在大量的護岸拋石，為方便鎖扣鋼管樁順利插打，圍堰施工前需提前進行水下拋石清理。

3 C-O型鎖扣鋼管樁圍堰結構

3.1 C-O型鎖扣鋼管樁結構

25#主墩圍堰由96 根鎖扣鋼管樁（單根長度25 m），及2 道圈梁內支撐組成；26#主墩圍堰由104 根鎖扣鋼管樁（單根長度27 m），及2 道圈梁內支撐組成。鎖扣鋼管樁由Φ820 mm×10 mm與C鎖扣（陰鎖扣）、O鎖扣（陽鎖扣）鋼管（分別為Φ152 mm×8 mm，Φ133 mm×4.5 mm）組成。C鎖扣管外側開口便于O鎖扣管插入，鎖扣管壁之間間隙1.5 mm，C、O鎖扣管分別焊于鋼管樁兩側形成C-O型鎖扣鋼管樁。圖1、圖2為圍堰布置示意。

3.2 圈梁及內支撐結構

圖1 圍堰平面布置

圍堰內支撐設置頂層、底層2 層圈梁和斜撐、十字撐。兩層內支撐通過連接系連成整體。主鋼管與陰鎖管樁鎖扣間距97.2 cm，內支撐圈梁材料采用HN900，HN700型鋼組成。

在加工場地將頂、底圈梁的H型鋼分別按圖紙拼裝成整根長度，并將圈梁上的加勁肋、法蘭連接裝置焊接完整。圈梁內支撐分別按圖紙單根尺寸加工，以備組裝。

圖2 圍堰立面布置

4 鎖扣鋼管樁圍堰施工[1-8]

4.1 鎖扣鋼管樁吊裝插打

插打前，對鋼管樁進行吊裝。鋼管樁上端預先割2 個對稱的吊掛孔，栓上帶卸扣的鋼絲繩，吊車的主鉤吊住樁的上端鋼絲繩提升，同時，為避免樁下口局部變形，用吊車的小勾吊住樁下端口提升保持懸空。當鋼管樁完全有主鉤承受后，松開副鉤。

插打按圍堰4 個角為起始點多點同步進行，依次連續插打直至入土深度達到設計要求，鋼管樁采用800 kN履帶吊配合900 kN的振動錘進行插打，圍堰四角設4 個合龍口，合龍口按缺口實測測量尺寸加工成異型柱進行合龍。

鋼管樁在插打過程中，用1 臺萊卡全站儀進行插打全過程控制，以確保鋼管樁打入位置正確，確保垂直度滿足設計要求。利用已有施工平臺在周邊安排導向架。為保證圍堰順利合龍和具有良好的止水效果，須嚴格控制施工誤差，鋼管樁的傾斜率控制在1%以內。

首根鋼管樁的垂直度影響到整個圍堰其他鋼管樁的垂直度，其打入時要緩慢些，打入到2/3設計深度時，檢查樁身的傾斜度是否超過樁長的0.2%，如滿足要求則繼續開啟振動錘沉樁；否則拔出重打。其他鋼管樁每插打10 根做一次檢查，保證樁身的傾斜度不超過樁長的0.2%。

沉樁順序為鋼管樁從圍堰下游中間開始，向上游依次沉入。

4.2 圈梁內支撐的下放

由于實際水位較低，內圈梁可以抽水至10.0 m后用800 kN履帶吊分節吊放。圈梁可在無水狀態下焊接到位。

4.3 吸泥、清基

圍堰吸泥、清基及封底混凝土施工平臺在圍堰頂部搭設，在護筒頂和圍堰頂鋪設型鋼分配梁，作為操作平臺，鋼護筒頂面平臺之間搭設人員通道。

鋼管樁圍堰打設完成后，在護筒上搭設簡易平臺。在平臺上架設吸泥裝置，吸泥裝置采用1 根導管，上部封口，接1 根鋼管置于導管內2/3處，鋼管底部1 m范圍內打小孔。在導管上口封口處接空壓機，在導管上端側壁接出1 根排泥管。使用2 臺吸泥設備配合汽車吊同時工作，吸泥到設計標高。25#墩為+1.71 m、26#墩為+1.41 m位置，用測繩檢測整體基坑標高，吸泥到指定標高后，再使用潛水員下水檢查基底平整度，滿足要求后準備封底施工。

圍堰內除土采用水下吸泥，吸泥機從四周向中間移動吸泥，吸泥機由棧橋上布設的起重設備配合施工。在水下采用高壓水槍切割土體，空氣吸泥機將切割后的土體以泥漿形式排至圍堰外的泥漿池，同時向圍堰內補水。吸泥用泥漿管排放至岸邊沉淀池，沉淀過濾后將清水排至江中，沉淀淤泥運至指定地點丟棄。

在管樁鎖扣出現滲水、漏水現象時，采取鎖扣內注黃油麻絲堵漏。

4.4 封底混凝土施工

圍堰封底混凝土施工平臺利用鋼護筒及鋼管樁，在護筒及管樁頂鋪設型鋼連接成整體，護筒頂面平臺之間搭設人員通道。圍堰上下設置2 個鋼爬梯，由角鋼焊接而成。爬梯設置扶手，確保上下通道的安全。

澆筑封底混凝土前，必須清除鋼護筒及鋼管樁表面淤泥，以保證鋼護筒與混凝土之間的粘結力。

混凝土封底時應根據封底面積和水下混凝土的流動坡度確定多點布設封底導管位。灌注混凝土時，必須協調統一，使混凝土在圍堰內的增長高度要基本一致。

封底混凝土澆筑順序為由圍堰兩邊向中間，上游逐步向下游推進，一次澆筑完成（圖3）。

圖3 封底混凝土澆筑

4.5 鎖扣鋼管樁拔除

4.5.1 圍堰換撐

圍堰換撐施工流程：承臺澆筑完成后，在承臺和鋼管樁圍堰間填充細砂，并在頂面澆筑厚80 cm C50混凝土，四周填砂澆筑混凝土達到設計強度→最下層圈梁內支撐拆除倒換至標高+19.7 m位置處，第一節墩柱施工完畢→圍堰內回水至標高+14.0 m→拆除標高+16.0 m處十字撐→第二節墩柱施工（順橋向墩身25#預埋4 塊，26#預埋8 塊鋼板、鋼板中心標高+16.0 m）→恢復+16.0 m內支撐中間的十字撐→拆除+19.7 m處內支撐中間的十字撐，圍堰內抽水至承臺面→墩柱施工→圍堰拆除。

圖4 圍堰換撐

換撐施工（圖4）采用吊車在主棧橋及兩側馬道上吊裝作業，先在鋼管樁內側+19.7 m處焊接承重牛腿，然后逐步拆除下層內支撐鋼管及圈梁，分段吊裝圈梁至承重牛腿上并將圈梁上翼緣與鋼管樁焊接牢靠，圈梁全部安裝完成后，先安裝四周角撐，然后再安裝中間十字撐。

4.5.2 圍堰拆撐

（a）墩柱施工至第四節后，此時考慮圍堰外水位+21.0 m，25#墩+19.7 m處支撐結構無十字撐，26#墩恢復2 道十字撐。圍堰內回灌水至15.0 m標高，拆除16.0 m處內支撐結構。

（b）圍堰內回灌水至+19.0 m，拆除+19.7 m處內支撐結構，此時考慮圍堰外水位21.0 m。

4.5.3 25#墩鎖口鋼管樁拆除

25#墩鎖口鋼管樁共有96 根，每根長25 m，所有鋼管樁拔樁時均分為2 節，當鋼管樁拔至露出水面13 m時，利用火焰切割從鋼管樁頂端以下12.5 m處切斷，將上一節吊裝至橋面材料堆放處，再進行下一節鋼管樁拔設。由于棧橋承載力和履帶吊機作業半徑限制，在拔除下游一排中間段鋼管樁時，需搭設長12 m 、寬8 m棧橋一跨，然后在新搭設的棧橋上進行剩余鋼管樁的拔除。鋼管樁運輸采用邊拔除邊運輸的原則，由掛車直接上橋，利用吊車裝車運輸施工場地外（圖5）。

圖5 25#墩鎖口鋼管樁拔設布置

4.5.4 26#墩鎖口鋼管樁拆除

26#墩鎖口鋼管樁共有109 根，每根長27 m，所有鋼管樁拔樁時均分為2 節，當鋼管樁拔至露出水面16 m時，利用火焰切割從鋼管樁頂端以下13.5 m處切斷，將上一節吊裝至橋面材料堆放處，再進行下一節鋼管樁拔設。同樣由于棧橋承載力和履帶吊機作業半徑限制，在拔除下游一排中間段鋼管樁時，需搭設長12 m、寬 8 m棧橋一跨，然后在新搭設的棧橋上進行剩余鋼管樁的拔除。鋼管樁運輸采用邊拔除邊運輸的原則，由掛車直接上橋，利用吊車裝車運輸施工場地外（圖6）。

圖6 26#墩鎖口鋼管樁拔設布置

5 結語

C-O型鎖扣鋼管樁圍堰截面剛度強、抗彎性能好，適用于河床起伏較大、土壓力不平衡、工程地質條件復雜（比如水下地層有障礙、密集孤石、片石堆積等）深水橋梁基礎的施工。

所用新型C-O型鎖扣鋼管樁加工方便，定位插打速度快，施工設備簡單，鎖扣止水效果好，圍堰拆除后，鋼管樁可以全部回收，周轉使用。