新型C-O型鎖扣鋼管樁在圍堰施工中的應(yīng)用

中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)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(huán)線和三環(huán)線之間，上距蔡甸橋約4.2 km，下距三環(huán)線長(zhǎng)豐橋8 km，北岸為武漢市東西湖區(qū)胡家臺(tái)，南岸為武漢市蔡甸區(qū)三官橋。武漢三官漢江公路大橋?qū)儆诮煌üこ蹋ㄖ鳂?、南引橋、南接線3 個(gè)部分，其中主橋全長(zhǎng)430 m。主墩包括25#、26#墩，均處于深水中。

25#墩地質(zhì)主要有淤石層（約1～2 m）及細(xì)砂層構(gòu)成。26#墩地質(zhì)主要有細(xì)砂夾粉砂黏土及細(xì)砂層構(gòu)成。25#墩處河床有多年的護(hù)岸拋石，從實(shí)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(tái)，平面尺寸為21.0 m×19.5 m（橫×順），厚5.5 m；26#主墩矩形承臺(tái)，平面尺寸為24.0 m×19.0 m（橫×順），厚5.5 m，承臺(tái)頂標(biāo)高+9.71 m，承臺(tái)底標(biāo)高+4.21 m。進(jìn)行承臺(tái)施工時(shí)預(yù)計(jì)正常水位在+17 m，承臺(tái)施工范圍均在水下，為保證承臺(tái)無水作業(yè)，需要采用圍堰進(jìn)行止水。

2 圍堰選型

為節(jié)約工期，施工按照先樁后堰，即先搭設(shè)鉆孔鋼平臺(tái)進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，再進(jìn)行圍堰施工，可以在鉆孔灌注樁施工末期進(jìn)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(cè)存在大量護(hù)岸拋石及河道通航等原因，通過計(jì)算并綜合考慮，選擇截面剛度較強(qiáng)、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(hù)岸拋石，為方便鎖扣鋼管樁順利插打，圍堰施工前需提前進(jìn)行水下拋石清理。

3 C-O型鎖扣鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)

3.1 C-O型鎖扣鋼管樁結(jié)構(gòu)

25#主墩圍堰由96 根鎖扣鋼管樁（單根長(zhǎng)度25 m），及2 道圈梁內(nèi)支撐組成；26#主墩圍堰由104 根鎖扣鋼管樁（單根長(zhǎng)度27 m），及2 道圈梁內(nèi)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(cè)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(cè)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(nèi)支撐結(jié)構(gòu)

圖1 圍堰平面布置

圍堰內(nèi)支撐設(shè)置頂層、底層2 層圈梁和斜撐、十字撐。兩層內(nèi)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(nèi)支撐圈梁材料采用HN900，HN700型鋼組成。

在加工場(chǎng)地將頂、底圈梁的H型鋼分別按圖紙拼裝成整根長(zhǎng)度，并將圈梁上的加勁肋、法蘭連接裝置焊接完整。圈梁內(nèi)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(duì)鋼管樁進(jìn)行吊裝。鋼管樁上端預(yù)先割2 個(gè)對(duì)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(shí)，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(dāng)鋼管樁完全有主鉤承受后，松開副鉤。

插打按圍堰4 個(gè)角為起始點(diǎn)多點(diǎn)同步進(jìn)行，依次連續(xù)插打直至入土深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鋼管樁采用800 kN履帶吊配合900 kN的振動(dòng)錘進(jìn)行插打，圍堰四角設(shè)4 個(gè)合龍口，合龍口按缺口實(shí)測(cè)測(cè)量尺寸加工成異型柱進(jìn)行合龍。

鋼管樁在插打過程中，用1 臺(tái)萊卡全站儀進(jìn)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(shè)計(jì)要求。利用已有施工平臺(tái)在周邊安排導(dǎo)向架。為保證圍堰順利合龍和具有良好的止水效果，須嚴(yán)格控制施工誤差，鋼管樁的傾斜率控制在1%以內(nèi)。

首根鋼管樁的垂直度影響到整個(gè)圍堰其他鋼管樁的垂直度，其打入時(shí)要緩慢些，打入到2/3設(shè)計(jì)深度時(shí)，檢查樁身的傾斜度是否超過樁長(zhǎng)的0.2%，如滿足要求則繼續(xù)開啟振動(dòng)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(zhǎng)的0.2%。

沉樁順序?yàn)殇摴軜稄膰呦掠沃虚g開始，向上游依次沉入。

4.2 圈梁內(nèi)支撐的下放

由于實(shí)際水位較低，內(nèi)圈梁可以抽水至10.0 m后用800 kN履帶吊分節(jié)吊放。圈梁可在無水狀態(tài)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(tái)在圍堰頂部搭設(shè)，在護(hù)筒頂和圍堰頂鋪設(shè)型鋼分配梁，作為操作平臺(tái)，鋼護(hù)筒頂面平臺(tái)之間搭設(shè)人員通道。

鋼管樁圍堰打設(shè)完成后，在護(hù)筒上搭設(shè)簡(jiǎn)易平臺(tái)。在平臺(tái)上架設(shè)吸泥裝置，吸泥裝置采用1 根導(dǎo)管，上部封口，接1 根鋼管置于導(dǎo)管內(nèi)2/3處，鋼管底部1 m范圍內(nèi)打小孔。在導(dǎo)管上口封口處接空壓機(jī)，在導(dǎo)管上端側(cè)壁接出1 根排泥管。使用2 臺(tái)吸泥設(shè)備配合汽車吊同時(shí)工作，吸泥到設(shè)計(jì)標(biāo)高。25#墩為+1.71 m、26#墩為+1.41 m位置，用測(cè)繩檢測(cè)整體基坑標(biāo)高，吸泥到指定標(biāo)高后，再使用潛水員下水檢查基底平整度，滿足要求后準(zhǔn)備封底施工。

圍堰內(nèi)除土采用水下吸泥，吸泥機(jī)從四周向中間移動(dòng)吸泥，吸泥機(jī)由棧橋上布設(shè)的起重設(shè)備配合施工。在水下采用高壓水槍切割土體，空氣吸泥機(jī)將切割后的土體以泥漿形式排至圍堰外的泥漿池，同時(shí)向圍堰內(nèi)補(bǔ)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(yùn)至指定地點(diǎn)丟棄。

在管樁鎖扣出現(xiàn)滲水、漏水現(xiàn)象時(shí)，采取鎖扣內(nèi)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(tái)利用鋼護(hù)筒及鋼管樁，在護(hù)筒及管樁頂鋪設(shè)型鋼連接成整體，護(hù)筒頂面平臺(tái)之間搭設(shè)人員通道。圍堰上下設(shè)置2 個(gè)鋼爬梯，由角鋼焊接而成。爬梯設(shè)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(hù)筒及鋼管樁表面淤泥，以保證鋼護(hù)筒與混凝土之間的粘結(jié)力。

混凝土封底時(shí)應(yīng)根據(jù)封底面積和水下混凝土的流動(dòng)坡度確定多點(diǎn)布設(shè)封底導(dǎo)管位。灌注混凝土?xí)r，必須協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使混凝土在圍堰內(nèi)的增長(zhǎng)高度要基本一致。

封底混凝土澆筑順序?yàn)橛蓢邇蛇呄蛑虚g，上游逐步向下游推進(jìn)，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(tái)澆筑完成后，在承臺(tái)和鋼管樁圍堰間填充細(xì)砂，并在頂面澆筑厚80 cm C50混凝土，四周填砂澆筑混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度→最下層圈梁內(nèi)支撐拆除倒換至標(biāo)高+19.7 m位置處，第一節(jié)墩柱施工完畢→圍堰內(nèi)回水至標(biāo)高+14.0 m→拆除標(biāo)高+16.0 m處十字撐→第二節(jié)墩柱施工（順橋向墩身25#預(yù)埋4 塊，26#預(yù)埋8 塊鋼板、鋼板中心標(biāo)高+16.0 m）→恢復(fù)+16.0 m內(nèi)支撐中間的十字撐→拆除+19.7 m處內(nèi)支撐中間的十字撐，圍堰內(nèi)抽水至承臺(tái)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(cè)馬道上吊裝作業(yè)，先在鋼管樁內(nèi)側(cè)+19.7 m處焊接承重牛腿，然后逐步拆除下層內(nèi)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(jié)后，此時(shí)考慮圍堰外水位+21.0 m，25#墩+19.7 m處支撐結(jié)構(gòu)無十字撐，26#墩恢復(fù)2 道十字撐。圍堰內(nèi)回灌水至15.0 m標(biāo)高，拆除16.0 m處內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。

（b）圍堰內(nèi)回灌水至+19.0 m，拆除+19.7 m處內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，此時(shí)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(zhǎng)25 m，所有鋼管樁拔樁時(shí)均分為2 節(jié)，當(dāng)鋼管樁拔至露出水面13 m時(shí)，利用火焰切割從鋼管樁頂端以下12.5 m處切斷，將上一節(jié)吊裝至橋面材料堆放處，再進(jìn)行下一節(jié)鋼管樁拔設(shè)。由于棧橋承載力和履帶吊機(jī)作業(yè)半徑限制，在拔除下游一排中間段鋼管樁時(shí)，需搭設(shè)長(zhǎng)12 m 、寬8 m棧橋一跨，然后在新搭設(shè)的棧橋上進(jìn)行剩余鋼管樁的拔除。鋼管樁運(yùn)輸采用邊拔除邊運(yùn)輸?shù)脑瓌t，由掛車直接上橋，利用吊車裝車運(yùn)輸施工場(chǎng)地外（圖5）。

圖5 25#墩鎖口鋼管樁拔設(shè)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(zhǎng)27 m，所有鋼管樁拔樁時(shí)均分為2 節(jié)，當(dāng)鋼管樁拔至露出水面16 m時(shí)，利用火焰切割從鋼管樁頂端以下13.5 m處切斷，將上一節(jié)吊裝至橋面材料堆放處，再進(jìn)行下一節(jié)鋼管樁拔設(shè)。同樣由于棧橋承載力和履帶吊機(jī)作業(yè)半徑限制，在拔除下游一排中間段鋼管樁時(shí)，需搭設(shè)長(zhǎng)12 m、寬 8 m棧橋一跨，然后在新搭設(shè)的棧橋上進(jìn)行剩余鋼管樁的拔除。鋼管樁運(yùn)輸采用邊拔除邊運(yùn)輸?shù)脑瓌t，由掛車直接上橋，利用吊車裝車運(yùn)輸施工場(chǎng)地外（圖6）。

圖6 26#墩鎖口鋼管樁拔設(shè)布置

5 結(jié)語

C-O型鎖扣鋼管樁圍堰截面剛度強(qiáng)、抗彎性能好，適用于河床起伏較大、土壓力不平衡、工程地質(zhì)條件復(fù)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(chǔ)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(shè)備簡(jiǎn)單，鎖扣止水效果好，圍堰拆除后，鋼管樁可以全部回收，周轉(zhuǎn)使用。