深水基礎巖層地質鎖口鋼管樁圍堰施工技術

王澤升

（中鐵十七局集團第五工程有限公司 山西太原 030032）

1 工程概況

永州市城南大橋橋址區域地質為淺埋覆蓋層巖層地質，主橋施工區域水深為8 m，主墩承臺全部設計為低樁嵌巖承臺。主墩圍堰施工采用鎖口鋼管樁圍堰，圍堰平面尺寸為：長度28.20 m、寬度17.70 m，鎖口鋼管樁頂標高設計為98.0 m，鎖口鋼管樁底標高為79.68 m，鋼管樁長度為18.32 m，鋼管樁嵌入承臺底巖層錨固深度4.32 m。

橋址區域卵石層覆蓋較薄，且該區域以前為湘江上游采砂區，施工區域覆蓋層基本全部為大顆粒卵石，卵石層以下地質為巖層。根據地勘報告顯示，施工區域巖面較為傾斜，且施工區域為永州市城市一級飲用水源地。深水基礎施工環保要求很高，原設計雙壁鋼套箱圍堰施工低樁承臺需要進行水下爆破巖層施工，施工成本高、安全風險大、工期長，對施工區域水體影響較大，環保無法保證。針對此，本文提出了一種方便實用的鎖口鋼管樁圍堰施工技術［1］。

2 工藝原理

深水基礎淺埋覆蓋巖層地質鎖口鋼管樁圍堰施工工藝原理如下：

（1）圍堰鎖口鋼管樁采用T-C型鎖口［2］，主管采用φ529×10 mm螺旋管，鎖口陰頭為φ168×8 mm無縫鋼管，陽頭均為 20b型鋼，大小鋼管兩側采用豎向加勁板加固并與連接的鋼管全部滿焊。

（2）圍堰采用普通螺旋鉆機引孔，粉砂質泥巖包裹鉆頭，連續鉆進幾乎無進尺。通過兩項創新，鉆桿上增加高壓注水管和更換合金鋼鉆頭且在鉆頭上開小孔，解決了長螺旋鉆機在巖層地質圍堰施工引孔的技術難題。

（3）改進型長螺旋鉆機引孔施工過程中，鉆頭容易向已成孔較軟的一側發生偏鉆。通過研究分析，在相鄰已成孔的孔內下放630鋼護管可防止發生偏鉆現象，有效保證了鉆孔成孔質量。

（4）圍堰內支撐體系施工采用“分層抽水，分層安裝內支撐”的施工工藝，第一層和第二層內支撐間距為3 m，第二層和第三層、第三層和第四層支撐間距為2.5 m［3］。施工過程中通過嚴格控制每次抽水深度確保圍堰支撐安裝施工全過程安全［4］。

（5）圍堰內外側采用靜壓和旋噴兩種注漿方法，確保了鋼管樁底部符合完全固結要求［5］，有效預防了鋼管樁底部發生位移和卵石層范圍透水的問題。

3 技術創新點

根據具體地質情況以及施工情況，對圍堰施工進行了以下三個方面的創新。

（1）針對圍堰施工區域覆蓋層淺、覆蓋層下全部為巖層的地質情況，采用改進型長螺旋鉆機進行引孔施工。通過在鉆頭上面開直徑2 cm小孔，在鉆桿上面增加高壓注水管，解決了鉆頭被泥巖包裹、連續鉆進無進尺等技術難題，提高了圍堰樁引孔效率，加快了施工進度。

（2）由于施工區域圍堰止水難度大，采用在圍堰鋼管樁內外側靜壓注漿，在鎖口鋼管樁圍堰外側卵石層進行懸灌注漿，在鋼管樁T-C鎖口內填筑棉絮和黏土混合物，有效地解決了鋼管樁圍堰止水問題。

（3）深水鎖口鋼管樁圍堰內支撐較密集，堰內土石方采用小型挖機配備破碎錘分段、分層、分塊進行開挖，在圍堰東西兩側馬道上安裝龍門吊軌道，用10 t龍門吊進行出渣作業；外側馬道上設置兩級沉淀池將承臺開挖過程中排除的泥漿進行沉淀處理，確保達到施工環保要求，保護飲用水源。

4 關鍵技術

4.1 鎖口鋼管樁制作

鎖口鋼管樁采用T-C型鎖口，鋼管樁主管采用φ529×10 mm Q235B螺旋管，鎖口陰頭為φ168×8 mm無縫鋼管，鎖口陽頭均為 20b型鋼［6］，大小鋼管兩側采用豎向加勁板加固并與連接的鋼管全部滿焊。鎖口鋼管樁如圖1所示。

圖1 鎖口鋼管樁示意

4.2 制作導向架確保圍堰線形尺寸準確

鎖口鋼管樁施工時為了確保準確的沉樁位置，采用導向架對其進行限制。利用馬道和平臺樁作為導向架的支撐點，在水面以上50 cm處采用 40a型鋼沿圍堰中線兩側焊接鋼管樁導向架。導向架寬度設置為84 cm，在工字鋼側面通長焊接1.25 m×6 m鋼板，防止螺旋鉆在鉆進過程中與工字鋼交叉干擾。導向架如圖2所示。

圖2 導向架

4.3 長螺旋鉆機引孔施工

淺埋覆蓋層軟巖地質螺旋鉆引孔施工采用改進型直徑80 cm長螺旋鉆機在樁基鉆孔平臺和馬道上鉆進軟巖至承臺底以下設計錨固深度。長螺旋鉆機鉆進過程中，需在相鄰已成孔（直徑80 cm）的孔內利用90振動錘插打φ630 mm鋼護管，保證鉆進時鉆頭不偏鉆，引孔完成的相鄰孔全部連通無軟巖隔層。

4.4 鋼管樁插打施工

在成孔孔內采用90振動錘依次逐根插打φ529鎖口鋼管樁至設計錨固深度直至圍堰合龍。在打樁過程中，為保證鋼管樁的垂直度，用全站儀在無導向框限位兩個方向加以控制；為防止鎖口中心線平面位移，在鋼管樁鎖口處設卡板，阻止管樁位移，同時在導向框上預先計算出每根管樁的位置，以便隨時檢查校正。

4.5 圍堰合龍施工

圍堰合龍選擇在角樁附近。為保證鋼管樁圍堰合龍時兩側鎖口互相平行，應避免使用異型樁進行合龍，減小圍堰合龍難度。當鋼管樁兩端相距10～15根樁的距離時，之后每打入1根樁，均須用全站儀控制其垂直度。若樁身存在偏斜，應逐根糾正，分散偏差，調整直至合龍。

4.6 圍堰止水堵漏

（1）鎖口填充止水堵漏

為防止圍堰抽水、開挖時鋼管樁鎖口處漏水，施工過程中采用黏土對全部鋼管樁鎖口進行封堵止水處理，對個別鎖口漏水的地方，潛水員下水用棉布條進行塞堵處理。鋼管樁鎖口內填筑黏土，每填筑3～4 m，用鋼棒上下來回擊實處理，直到鋼管樁鎖口內黏土填充物頂面標高高出設計水位0.5 m。

（2）圍堰內、外側注漿

圍堰注漿材料采用普通硅酸鹽水泥＋雙液速凝灌漿材料（摻量10%）。

為防止鎖口鋼管樁底部發生透水，利用XY-100型地質鉆機在圍堰鋼管樁外側卵石層范圍進行旋噴注漿，在圍堰168mm小管內外側進行靜壓注漿施工。高壓旋噴樁鉆孔孔距0.8m，距圍堰管距離為0.5 m。高壓旋噴注漿深度為超過河床卵石層底標高0.5 m。內外堰樁采用靜壓注漿，靜壓樁孔距0.8 m，距離圍堰管0.25m，靜壓注漿深度按照圍堰管底標高控制。

（3）圍堰四周與河床面接觸處止水處理

由于圍堰第一道支撐和第二道支撐之間間距為3 m，第二、三、四3道支撐之間間距為2.5 m，圍堰分層抽水施作支撐過程中鋼管樁向內側發生變形，導致鋼管樁和已注漿固結的河床面之間產生3～5 cm的縫隙。橋址區域水深8 m，水壓大，縫隙內透水嚴重，導致無法繼續向下抽水施工圍檁支撐。采用向圍堰四周回填黏土的方法，成功解決了圍堰外圍變形縫透水的問題。

4.7 抽水施作圍堰內支撐

圍堰抽水至第一道支撐牛腿位置，開始安裝第一道圍檁和內支撐。圍檁和內支撐安裝采用吊車抬吊，手拉葫蘆輔助安裝準確就位。先將牛腿牢固焊接到鋼管樁上，然后用吊車將現場已經拼裝好的型鋼圍檁架立在牛腿上，然后把牛腿、圍囹、鋼管樁牢固焊接成一個整體，圍堰圍檁焊接牢固后安裝φ630×10 mm內支撐鋼管；圍堰剩余各層內支撐施工方法同第一層內支撐施工。共設置4道內支撐。

4.8 基坑開挖

堰內基坑采用XR30-8小型挖機與10 t龍門吊配合開挖。基坑內土方通過龍門吊和料斗吊運至基坑外馬道上面，由渣土車運至指定地點。深基坑開挖面距離深基坑底面20 cm時，采用人工開挖至坑底設計標高，防止擾動原狀土體。

4.9 圍堰監控量測

為確保圍堰抽水、圍堰內支撐安裝、承臺深基坑開挖及墩柱施工時內支撐體系轉換過程中圍堰結構安全，對主橋11#墩鎖口鋼管樁圍堰內支撐鋼管進行應力監測。在主橋11#圍堰第二層、第三層和第四層內支撐鋼管上安裝應變片，施工過程中根據特定工況進行內支撐應力監測［7］。理論計算內支撐組合最大應力為118.9 MPa，所有內支撐桿件應力均小于118.9 MPa，施工全過程圍堰結構安全可靠。

5 質量控制

（1）測量班利用全站儀在圍堰四周馬道上準確測量放樣出長螺旋鉆機引孔的具體樁位。

（2）利用長螺旋鉆機引孔過程中必須嚴格控制鉆孔垂直度，防止引孔鉆進發生偏鉆。

（3）成孔提鉆過程中檢查螺旋鉆桿連接螺栓是否牢固，有無缺少和損壞現象，如有缺少和損壞及時更換連接螺栓，防止鉆進過程中發生鉆桿在螺栓連接部位扭斷。

（4）利用改進型長螺旋鉆機在粉砂質泥巖地質引孔鉆進過程中必須通過注水管連續向鉆桿內注水，防止鉆頭被泥巖包裹無法鉆進。

（5）改進型長螺旋鉆機鉆頭為合金鋼鉆頭，定期對螺旋鉆頭進行維修保養。

（6）引孔全過程必須嚴格按照施工工藝流程在已成孔內插入鋼護管，防止卵石層塌孔及偏鉆。

（7）履帶吊將鋼管樁吊至插點處進行插樁，對準樁與定位樁的鎖口。鎖口涂抹潤滑油，開動液壓機，夾緊樁，開始沉樁施工［8］。

（8）試開振動錘 30 s左右，停止振動［9］，進行鋼管樁垂直度檢查。垂直度檢查無誤后，繼續進行振動錘擊沉樁施工。

（9）打樁至設計高度以上40 cm時，停止振動，振動錘因慣性繼續轉動一定時間，打樁至孔底設計高度［10］。

（10）打樁過程中，用全站儀在無導向框限位兩個方向加以控制，防止鎖口中心線平面位移。在打樁進行方向的鋼管樁鎖口處設置卡板，阻止管樁發生位移［11］。

（11）鎖口鋼管樁插打同一截面鋼管樁焊接接頭數量不超過總數的50%，接頭上下交錯布置。

（12）保證購進的圍堰鋼管樁、圍檁工字鋼和內支撐鋼管等原材料有生產合格證、檢驗試驗單，并進行嚴格的清點驗收。

6 應用實例

永州市城南大橋工程選址城南大道與金水路平交口，跨湘江西路和湘江東路，順接城南大道，止于城南大道與空港路平交口。橋梁全長1 183.56 m，主橋為70 m＋2×120 m＋70 m預應砼矮塔斜拉橋，橋面寬34 m，整幅式單箱五室箱梁截面。主橋橋墩：邊墩8#及主墩9#、10#、11#位于湘江內，湘江平均水深8 m。主墩基礎全部采用低樁嵌巖承臺，主墩承臺尺寸為13.7 m×24.2 m×4 m。根據實際地質情況，主墩11#承臺施工采用鎖口鋼管樁圍堰作為圍護結構。主墩11#鎖口鋼管樁圍堰2017年10月1日開始施工，2017年11月25日完成內支撐體系施工，歷時55 d。11#墩鎖口鋼管樁圍堰鋼管樁設計數量114根，總重量456 t。改進型長螺旋鉆機引孔114孔，圍堰注漿342孔。堰內基坑開挖卵石層1 225 m3，破碎開挖巖層1 468.8 m3。

7 結束語

此施工技術解決了環保要求高、無法爆破鋼套箱圍堰施工難題，突破了傳統軟土、淤泥地質應用鎖口鋼管樁圍堰施工技術，為深水基礎淺埋覆蓋層軟巖地質內低樁承臺圍堰的施工提供了一種新的施工方法。與雙壁鋼套箱圍堰施工相比，施工工期壓縮50%以上，成本節約40%左右，社會經濟效益十分顯著。由此可見，鎖口鋼管樁圍堰［12］具有廣闊的推廣應用前景。