欽江五橋主墩鎖口鋼管樁圍堰施工技術研究

馮華月，李明珊

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530001)

在諸多大型橋梁中，為了確保橋梁主墩具有足夠承載能力，深基礎成為眾多橋梁設計者的首選。以群樁基礎結合大體積承臺的基礎結構設計，得到廣泛推廣、應用。不管是水中施工還是陸地施工，群樁基礎的設計位置一般都以盡量靠河岸淺灘為主。對主墩承臺的施工，必須解決軟弱地層或者河道淺灘的深基坑支護問題。鎖口鋼管樁圍堰具有剛度大、插打方便、回收率高、擋土性能好等特點。鎖口鋼管樁圍堰依靠大型振動錘即可施工，操作起來比較簡便，適應能力強，在振動下沉過程中能有效穿越軟弱地層，插入承載力較高的巖層中以增加腳部的穩定性。在軟弱地層或填土質量較差的地層中用作圍堰的擋土結構，具有非常好的效果。

然而，鎖口鋼管樁圍堰由于其鎖口的存在，管樁之間的間隙難以消除，且橋梁深基礎大多涉及水中施工，當河水深度不大，河道淺灘地層軟弱，開挖深度大的基坑在支護時，對支護結構又需要有較高的剛度。因而鎖口鋼管樁圍堰配合筑島施工，就成為橋梁深基坑開挖、支護的重要組合形式，在施工中既能發揮各自作用，又能消除施工時的各種不利情況。它們的組合應用直接影響到整個基坑的支護效果，對保證工期進度也有著關鍵的作用。本文以欽江五橋為例，介紹鎖口鋼管樁配合筑島圍堰的施工技術。

1 工程概況

欽江五橋位于欽州市內，西接欽州灣大道，東接永福東大街，橋梁橫跨欽江，是欽州市內交通的重要橋梁，橋梁設計范圍為K0+550.720～K1+063.028，其中主橋長295 m，主跨135 m，橋型為預應力混凝土連續梁橋，設計為雙向六車道，全橋長512.56 m，寬36.5 m。6#、7#主墩分別位于大橋西、東河岸靠河岸沖刷位置，其中6#主墩承臺下右側外角和7#主墩承臺上右側外角基本落在河岸中。主墩基礎為鉆孔灌注樁群樁基礎，樁基為32根φ1.8 m的鉆孔灌注樁，樁長均為31 m，設計混凝土為C45水下混凝土。承臺頂面標高3.87 m，承臺底標高-0.13 m，現場實測水位1.55 m，墩位附近原測地面標高6.29 m，水深約1～2.5 m，承臺底標高位于常水位以下。主墩承臺分左右幅，每幅橫橋向長17.75 m，順橋向長15.8 m，高4 m，兩幅承臺關于橋梁中線對稱，兩幅承臺橫橋向凈距1 m。

2 總體施工方案

為了解決橋梁樁基施工場地抵御潮水變化和小規模漲水對承臺的施工風險，故主墩樁基施工采用筑島方案進行，承臺施工采用鋼管樁圍堰。采用黏土填筑島體，構筑樁基、承臺施工平臺。樁基施工完成后，施工鋼管樁圍堰，開挖承臺土方，使島體變成上工作平臺。筑島體頂面標高按6.26 m控制，樁基施工完成后進一步整平場地把地面標高控制在6.00 m左右。迎水面擬按1∶1.75坡度進行設計放坡填筑，筑島完畢，壓實達到設計要求壓實度后，施工承臺基坑的鋼管樁圍堰，開挖深度在6.3 m左右，開挖形成圍堰基底寬度比承臺每邊擴大1.6 m左右，基底沿承臺四周挖排水溝，筑島圍堰體基本是靠河岸外側，不考慮有機械行走。筑島占河床面積約142.57 m2，占流水斷面積約128.64 m2，為河床流水面積的9.9 %。

本圍堰方案采用150根13.5 m長φ630×10 mm鋼管樁，每個鋼管樁上焊接L100×100×8 mm角鋼形成陰、陽鎖口，角鋼上每隔60 cm焊加強肋。通過振動錘把鋼管樁振入承臺四周土體中，并進入一定巖層深度，鎖口陰陽相扣，形成封水效果。

圖1 圍堰橫橋向斷面圖

圖2 鋼圍堰施工工藝流程圖

鋼管樁圍堰支護計劃深度為13.5 m，超出原地面0.4 m，深入基坑底以下6 m，由于考慮承臺鋼筋一次性綁扎完成，故僅在基坑底以上5 m的位置設置一道支撐。圍堰中心位置尺寸為38.5 m(橫橋向)×18.2 m(順橋向)。底部考慮用0.85 m厚C30封底混凝土，以穩定基坑底部的四周，封底混凝土上預留15 cm厚的調平層，作為基坑底部處理。開挖深度在7.3 m左右，橫橋向預留1.64 m、順橋向預留1.69 m的工作空間，用于承臺模板安裝。同時圍堰的布置要考慮到樁基靜載試驗的要求。

3 筑島實施

6#墩填筑時應從上游開始，向下游逐步推進；7#墩填筑時應從下游向上游推進。圍堰尺寸為45 m×25 m，平均高度為6 m。填筑時用壓路機分層壓實，每層厚度根據實際情況確定，每層壓實后承載力不能<0.15 MPa。根據地形的實際情況繪制各個部位的填土斷面，求出筑島工程量，確保承臺施工時，能保證承臺基坑開挖有足夠的范圍，以便后續施工有足夠空間。

先將土倒在已出水面的堰頭上，順坡送入水中，以免離析造成滲漏，水面以上的填土要分層夯實；黏土采用自卸車運輸，現場設兩臺挖掘機、兩臺裝載機、一臺推土機散料，一臺壓路機分層壓實；為了適應水流方向以及可能的回水壓力，圍堰四周邊可略為呈圓弧狀布；島體外部迎水面擬按1∶1.75的坡率放坡，基坑內設鋼管樁圍堰對基坑進行支護，坡頂預留工作平臺用以抵抗河流水位變化，筑島部分坡頂不考慮走行設備，但仍以實際施工中填土形成的自然坡率控制。

4 鎖口鋼管樁施工

4.1 鎖口鋼管樁加工

所有鋼結構材料都在工廠加工，施工前應繪制詳細的施工圖，必要時對加工單位進行細致的技術交底。具體步驟是：先按圖紙分塊的要求進行實地放樣，放樣尺寸和圖紙相符后，對進場的材料進行檢驗，檢驗合格后對型鋼部分按設計圖紙下料加工成半成品；然后對結構放樣尺寸進行定位，每條鋼管在管壁兩側都應彈出兩條象限線，以確定角鋼的焊接位置。焊接工藝應該在固定的模架上進行，以保證插打鋼管樁時，鎖扣對位。鎖扣鋼管樁的所有材料，均從市場購買半成品材料，到現場焊接加工，鋼管采用螺旋焊管，確保壁厚達到設計及規范要求，所購買的各種型鋼也應滿足要求，運到現場焊接，由此形成整個圍堰。

鋼管樁采用螺旋焊管與4根角鋼焊接而成，所有鋼管樁宜一根成型，盡量避免接長鋼管樁，若需要接長鋼管樁，宜采用對接焊，四周再采用相同質材的鋼版進行搭接，所有焊縫達到與母材等強的要求，樁頂部15 cm需加焊1 cm厚鋼板加強，保證振動插打過程中管頂不受破壞。

4.2 導向定位、鋼管樁插打

施工前先進行鋼管樁的試打，如果入樁順利可以繼續插打剩余部分的鋼管樁。如果入樁存在困難，則應在地面上放樣出鋼管樁的插打范圍，然后采用挖掘機開槽后再進行鋼管樁的施工，開槽時應分段進行。由上游開始，兩邊同時向下游插打，圍堰形狀為矩形結構，故可直接在地面上標記號鋼管樁的中心線位置，直接利用振動錘插打鋼管樁。

第一步：樁基施工完成后，進一步整平場地，盡量減少對表面土體的擾動。然后放出圍堰的中心線，利用震動錘、汽車吊等設備插打鋼管樁，鋼管樁由一側向另一側推進，為加快插打速度可以用兩套設備在橫橋向同時推進。鋼管樁合攏前，應提前在剩余5～10根管時就開始計算，適當調整鎖扣鋼管樁之間的間距，確保鋼管樁順利合攏。

第二步：在鋼管樁合攏后，可以進行基坑的開挖，基坑開挖應分層進行，當基坑開挖至第二道鋼支撐以下0.5 m的位置時，必須先安裝基坑內的鋼圍檁和鋼支撐，才能繼續開挖基坑內土體，在開挖過程中注意觀測圍堰和基坑四周土體的變形情況。并注意觀察四周的滲水情況，必要時采取堵水措施。

第三步：基坑開挖至底部后，澆筑封底混凝土，預留10～20 cm人工清理調平，然后進行底部調平層的澆筑，如果周圍滲水較大，可以將基坑設成中間高兩邊稍低，并在四周設排水溝和集水坑，利用水泵將坑內的水抽出。調平層達到設計強度后可以根據進度進行承臺其余工作的施工。

5 鎖口鋼管樁圍堰技術分析

5.1 鎖口鋼管樁入土深度分析

圍堰施工完成以后先開挖第一層土體，根據設計圖，開挖深度為1.89 m，由于土體具有一定的粘聚力，按照朗金土壓力計算原理，黏性土的主動土壓力上部較小，因此在承臺基坑內的第一次開挖，圍堰受到的土壓力很小，而且圍堰本身剛度較大，不驗算第一次挖土對圍堰受力的影響。圍堰支撐安裝以后，基坑繼續開挖至基坑底(封底混凝土底部標高)，此時圍堰受到的土壓力最大，工況最不利，因此需要驗算開挖至基坑底時，圍堰受到的土壓力情況，并且分析圍堰的整體受力情況。

填土材料采用黏性土，參考《廣西欽州市欽江五橋工程巖土工程勘察報告》，圍堰所在土體基本以粉土、淤泥質土為主。假設土的粘聚力為：c=5.0 kN/m2，重度：r=18.0 kN/m3，內摩擦角：φ=20°。考慮鋼管樁與土的摩擦作用，板樁墻前和墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(為安全起見，對主動土壓力不予折減)。基坑采用分層開挖，澆筑封底混凝土時應根據滲水情況可以采取局部開挖后立即澆筑封底混凝土的措施，以確保基坑的安全。根據計算得出鋼管樁最大入土深度為13.5 m。

圖3 鋼管樁受力分析示意圖

5.2 圍堰整體受力分析

圍堰整體分析采用MIDAS Civil 2013進行，鋼管樁、圍檁、支撐等所有構件均按梁單元進行模擬。鋼管樁受力按圖六分析計算模擬，鋼管樁底端在P0作用位置為固結，圍檁與鋼管樁的約束采用一般節點連接，設置一定的位移剛度，鋼管樁焊接的角鋼在模型計算中不予考慮，但是將角鋼受到的荷載折算到鋼管樁梁單元中受力。

受力分析按兩種工況計算：工況一，圍堰支撐設置完成，基坑開挖至封底混凝土底部；工況二，封底混凝土澆筑完成，并拆除設在中間的支撐。根據相關規范，所有鋼材均按A3鋼材考慮，最大剪切應力為85 MPa，最大彎曲應力為145 MPa。

圖4 圍堰分析模型圖

受力工況驗算項目計算值容許值結果工況一分析組合應力93.4MPa145MPa滿足要求剪切應力17.9MPa85MPa滿足要求位移17mm50mm滿足要求工況二分析組合應力100MPa145MPa滿足要求剪切應力14.7MPa85MPa滿足要求位移18mm50mm滿足要求

6 結語

本工程6#、7#主墩鎖口鋼管樁配合筑島圍堰施工是成功的。通過各種有效的計算與分析，確保了兩個鎖口鋼管樁圍堰在使用期間的安全與穩定。圍堰過程中均能抽干堰內的水，并順利實施封底混凝土。在承臺施工期間，本圍堰工程還給檢測單位提供了一個安全的環境，讓本橋主墩樁基靜載試驗順利實施，現如今已順利完成承臺施工。實踐證明，整套鎖口鋼管樁及筑島圍堰施工方案切實可行，并在本工程6#、7#主墩圍堰施工中取得了良好實施效果，可為同類型工程提供參考。

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