巴河特大橋主墩承臺鎖口鋼管樁圍堰施工關鍵技術

張志永

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 064000）

0 引言

為解決橋梁主墩承臺軟弱地層以及河道淺灘的基坑支護問題，通常采用鎖口鋼管樁插打穿過軟弱地層，插入具有較高承載力的巖層，以發揮其擋土、擋水的作用。然而，鎖口鋼管樁圍堰因鎖口結構使得各個管樁之間存在一定間隙，而橋梁樁基多涉及水下作業，在河深不大、軟弱地層且開挖深度較大的基坑支護時，往往對支護結構的剛度要求較高。因此，采用鎖口鋼管樁加筑島圍堰施工就成為橋梁基坑開挖支護的重要組合形式，本文以巴河特大橋為例，對鎖口鋼管樁圍堰施工關鍵技術進行細致探討。

1 工程概況

1.1 項目背景

圖1 巴河特大橋結構形式

新建黃黃鐵路 HHZQ-1 標段采用巴河特大橋跨越巴河，為本標段重點及關鍵控制性工程。巴河特大橋全長為 2 961.52 m，中心里程為 DK10+766.73，巴河特大橋 20#～23# 墩采用（44.5+108+2×200+108+44.5）m斜拉橋上跨巴河，其結構形式如圖 1 所示。其中，主墩 21#、22#、23# 墩位于巴河河道內，承臺基坑防護均采用鎖口鋼管樁圍堰，在枯水期插打鎖口鋼管樁，施工水位為 24.0 m，圍堰頂面高程為 25.0 m。鎖口鋼管樁地下截水采用落底帷幕，并根據圍堰滲漏水情況，在圍堰外強風化巖層高度范圍內采用圍幕注漿加固，起到圍堰四周封水的作用。承臺內土方和淤泥采用挖掘機開挖，圍堰內邊抽水開挖邊安裝鋼支撐，承臺底巖石部分采用破碎錘破碎或大型切割機對巖層切割后開挖，采用卷揚機垂直運輸至棧橋并外運至棄渣場。開挖到承臺底后，再施工承臺混凝土墊層或混凝土封底。

1.2 項目難點

1）基坑挖深大。該項目基坑開挖深度較大，加之地下水活躍，遇水后易變成流塑狀態，從而極易致使出現涌砂、涌泥。一旦出現涌砂、涌泥就會導致鎖口鋼管樁內外側的受力失衡，從而出現鋼管樁支護失穩而引發安全事故。

2）根據該項目地質水文資料，該項目采用鎖口鋼管樁圍堰，因作業環境為深水作業，且地質存在巖層，需進行強風化片麻巖石切割處理，使得鋼管樁插打存在一定的困難。

3）鎖口處的止水處理要求相對較高，如若處理不好將會直接影響基坑圍堰的止水效果。

2 筑島圍堰施工

為有效解決巴河特大橋施工現場漲水對橋梁承臺造成的影響，主墩樁基采用草袋筑島圍堰，承臺深基坑防護采用鎖口鋼管樁圍堰。具體施工方法為：利用巴河枯水期，黃岡側在主線右側 14.22 m（下游）修筑黃岡側筑島草袋圍堰，黃梅側在主線右側 22.09 m（下游）修筑黃岡側筑島草袋圍堰，棧橋同時在主線左側 20 m（上游）修筑。在線路右側設置草袋圍堰，黃岡側引道直接從岸邊填筑至 22# 墩，黃梅側引道直接從岸邊填筑至 23# 墩，引道頂寬 7 m，高出既有水面 1 m，引道兩側迎水坡面滿鋪兩層草袋，坡比為 1∶1，保證邊坡穩定。沿 22#、23# 墩四周進行圍堰筑島，圍堰在鎖口鋼管樁外側寬 15 m，筑島圍堰外側用草袋分層碼放，坡比為 1∶1。筑島圍堰施工過程中，做好環水保工作，及時進行草袋圍堰防護，防止水土流失［1］。筑島圍堰完工后，采用旋挖鉆施工鉆孔樁基，成孔后下放鋼筋籠，水下灌注樁基混凝土。

3 鎖口鋼管樁圍堰施工關鍵技術

3.1 鋼管樁制作

在插打鋼管樁前，應提前將各種材料焊接加工成半成品。φ820×14 mm 鋼管兩側對稱分別焊接φ219×10 mm 鋼管與半 I32b工字鋼（見圖 2）；對位于基坑支護四角位置的鋼管樁，應將鎖口鋼管與半工字鋼呈 90°焊接在鋼管樁上。為確保φ820×14 mm 鋼管樁與φ219×10 mm 鎖口鋼管焊接的強度，可在兩根鋼管焊接的連接位置左右各滿焊一根 10 mm 厚、5 cm 寬的扁鋼，要求做到焊縫飽滿，避免因焊接質量不達標漏水而導致后續施工難度加大。在φ219×10 mm 鎖口鋼管上割一條1～1.5 cm 寬的縫隙，要求割縫線形平滑順直，防止插打時工字鋼與鎖口鋼管間的阻力過大，使鎖口變形而影響止水效果；φ820×14 mm 鋼管與半 I32b 工字鋼之間亦采用雙面滿焊，要求焊縫飽滿［2］。因鋼管樁的加工及制作所需的場地比較大，結合本項目現場情況，利用主橋橋頭較大的空間作為鋼管樁加工制作場地，加工好的鎖口鋼管樁利用板車運至施工部位進行插打。

圖2 鎖口管制作

3.2 鋼管樁插打

正式插打鋼管樁前，應先進行試打，如若入樁較為順利則可繼續插打。如若插打困難則應放出鋼管樁插打范圍，并用挖掘機輔助插打。引橋基坑左右幅分離，支護斷面相對較小，插打施工時應在沖孔完工且鉆機移位后進行，以免因插打振動而導致坍孔；主墩基坑左右幅為一個整體，支護斷面相對較大，若與沖擊鉆引孔距離足夠，便可同步進行插打作業［3］。鎖口鋼管樁插打的具體步驟如下。

1）第一根鎖口鋼管樁插打。采用 QUY80 履帶吊吊 90 t 振動錘插打第一根鎖口鋼管樁（見圖 3），插打時應嚴格把控鋼管垂直度，防止垂直度不達標與塊石層護臂發生碰撞，如若碰撞時有石塊落入，不僅會影響插打，而且極有可能會導致鋼管下端出現擠壓變形而影響止水效果。同時，如若第一根鋼管樁垂直度不達標，那么后續鋼管也會隨之發生傾斜，進而影響最后圍護結構的合攏。

圖3 鋼管樁插打

2）第二根鎖口鋼管樁插打。完成第一根鋼管樁的插打后，隨即實施第二根鋼管樁插打，插打時應將半工字鋼套進第一根組合鋼管φ219×10 mm 的鎖口鋼管內，然后按照第一根鋼管樁的插打方式進行插打。插打時，第二根鋼管樁與第一根鋼管樁通過φ219×10 mm 鎖口鋼管與半工字鋼連接形成鎖口（見圖 4）。

圖4 鎖口示意圖（單位：mm）

3）形成閉合的支護體系。按照上述方式循環插打鋼管樁，直至完成一個承臺基坑，并形成閉合、方形的支護體系。在進行插打作業時，應注意在最后幾根鋼管樁插打時，須嚴格做好剩余部分尺寸的測量，并根據剩余部分的尺寸對鋼管樁間的距離進行調整，以免對鋼管樁合攏造成影響。

3.3 鋼管樁引孔

該項目鎖口鋼管樁圍堰地下截水采用落底帷幕，在完成鋼管樁圍堰插打后，用旋挖鉆在鋼管內鉆φ700mm 的引孔樁，樁深嵌入弱風化巖 2 m。完成引孔施工后，下放鋼筋籠，并通過水下灌注法灌注樁底鋼筋混凝土樁基，以便于錨固生根。該項目 21# 墩錨固樁的鋼筋籠主筋為φ20 鋼筋 20 根，箍筋為φ8 鋼筋，箍筋間距離為 10.5 cm；22# 墩錨固樁的鋼筋籠主筋為φ22 鋼筋 25 根，箍筋為φ14 鋼筋，箍筋間距離為 10.5 cm；23# 墩錨固樁的鋼筋籠主筋為φ22 鋼筋 25 根，箍筋為φ14 鋼筋，箍筋間距離為 10.5 cm。

根據施工現場地質條件與插打鋼管樁間的滲漏水情況，對于滲漏水的可在圍堰外強風化巖地層高度范圍內設止水帷幕，鉆孔后采用分段式注漿灌注水泥漿或水玻璃漿液，注漿終壓可參照注漿處靜水壓力加 0.5～1.5 MPa 并通過試驗最終確定。其中，水泥漿水灰比為 1∶1，速凝劑摻量為 2 % 水泥用量，水泥標號為 42.5 硅酸鹽水泥；若注漿液采用水泥－水玻璃雙液漿，則水玻璃濃度為 35 Be'，水泥漿與水玻璃體積比為 1∶1；緩凝劑摻量為 2 % 水泥用量，注漿后應確保鋼管樁圍堰無滲漏水現象［4］。

3.4 基坑開挖及安裝內撐

完成承臺鎖口鋼管樁圍堰施工后，應立即組織進行基坑開挖，邊開挖邊安裝內部支撐體系?；娱_挖前，應先進行鎖口止水，即向φ219×10 mm 鋼管內填充黏土，并水夯密實，使黏土將工字鋼與小鋼管間的縫隙擠密并發揮止水作用。然后，由上向下將基坑內土石清理干凈，并用挖機開挖至深 2 m 后暫停，安裝圍檁及第一道內部支撐體系。第一道內部支撐體系區域穩定后繼續開挖基坑，開挖過程中須注意做好支撐體系的防護，嚴禁挖機碰撞支撐體系而導致其發生失穩。對于狹小位置無法使用挖機開挖的，可人工輔助開挖，但開挖時人工、機械不得處于同一作業面，以免操作失誤導致人員受傷。開挖至一定深度，普通挖機無法繼續開挖時，可采用長臂挖機繼續開挖，挖至一定深度后按照第一道支撐安裝方法安裝第二道支撐體系，依此循環完成鋼管樁內部支撐體系的安裝［5］。

該項目引橋基坑幾何尺寸較小，內支撐僅安裝圍檁與角撐，主墩基坑幾何尺寸較大，除圍檁外還要安裝水平支撐，水平支撐與圍檁通過滿焊連接，從而形成網格化的內部支撐體系。承臺基坑采用長臂挖機開挖，并借助垂直起吊料斗外運開挖土方至指定地點。承臺底部的大塊巖石部分采用破碎錘及手提電圓鋸切割機進行破碎后外運至基坑，直至挖至承臺底以下 20 cm 處時灌注封底混凝土。

3.5 基坑圍堰監測

為有效確?；娱_挖過程中人員的安全，應安排專人做好平面位置的變形監測，同時，還要對嵌巖樁以及鎖口鋼管樁施工過程中的應力和位移、內部支撐體系應力變形、鋼管樁頂部豎向位移、圍堰內外部的水位等做好相關監測。樁頂豎向位移采用精密水準儀，后視點布設在基坑挖深的 3 倍外不易被破壞的位置，并獲取該點絕對高程，以備該點被破壞后補點使用。根據基坑圍堰的監測結果，用于指導圍堰施工，進而確保施工中作業人員的人身安全。

4 結論

巴河特大橋 2 1#、2 2#、2 3# 墩承臺使用φ820×14 mm 鎖口鋼管樁配合筑島圍堰施工，整個圍堰施工過程中未出現管涌、滲水等不良現象，該方案施工可行性高，獲得了良好的經濟效益。

1）該項目圍堰施工中，前期對施工現場地質水文條件等進行了充分勘察，對工程重點、難點予以了詳細分析，對施工工況進行了精確驗算，對地質水文的變化擬定了有效應急預案，這些都為本項目的順利完工提供了條件。

2）大橋承臺鎖口鋼管樁圍堰通過鎖口的止水功能，打破了傳統軟弱河灘淤泥地質條件施工的難題，為橋梁承臺施工提供了安全、穩定的作業環境，與其他圍堰施工技術相比，其施工成本低、作業工期短、應用效果好，極具應用推廣價值。Q