鎖口鋼管樁在橋梁深基坑中的應用

郭建軍

（中鐵三局集團二公司，河北 石家莊050000）

1 鎖口鋼管樁的原理與形式

1.1 鎖口鋼管樁的原理。首先在修建的基礎周圍打設鎖口鋼管樁形成圍堰，用砂漿或泥土將鎖口處封閉，然后進行堰內降水挖土，至設計深度后灌注水下混凝土封底，待水下混凝土達到要求強度將圍堰內水抽干，施工承臺和墩身混凝土。工后向圍堰內抽水回灌，用水下切割將承臺以上鋼管樁切除或用機械直接拔出。

國內鎖口鋼管樁打入多采用搭設打樁平臺或打樁船，再用震動打樁錘或柴油打樁錘擊沉打入。

鎖口鋼管樁具有剛度大、承載力高，可鎖口止水，安全可靠，施工簡單，是一種較好的基坑圍堰支護施工方法。

1.2 鎖口鋼管樁的形式。鎖口鋼管樁的形式主要有：P-P 型、P-T（C-T）型、L-P（L-T）型、C-O型等，詳見圖1、圖2。

圖1 P-P 型、P-T 型、L-P 型鎖口形式

圖2 C-O 型鎖口形式

2 鎖口鋼管樁圍堰設計

該特大橋主跨（100+196+100）m 連續梁- 拱，主墩采用20 根φ2.5m 鉆孔樁基礎，承臺尺寸22.9×29.2×6.5m，設計施工水位22.5m，對應水深10.5m。

2.1 施工方案比選。鎖口鋼管樁與鋼板樁、雙壁鋼圍堰施工方案比選見表1。

經施工方案比選，確定采用鎖口鋼管樁，其施工技術可行，安全可靠，簡便快速，經濟環保。

表1 鎖口鋼管樁與鋼板樁、雙壁鋼圍堰施工方案比選表

2.2 主墩施工平臺及圍堰方案。主墩施工平臺標高23.75m，實際施工控制水位19.5m，封底混凝土厚度1.5m，混凝土封底前基坑深度15.79m。河床面標高11.70m，河床面以下土層依次為淤泥質土4.2m、松散粗砂6.2m、稍密圓礫2.8m、全風化砂質泥巖6.4m，強風化砂質泥巖13.1m。鎖口鋼管樁圍堰內側凈尺寸25.06×31.32m。

2.3 鎖口鋼管樁圍堰設計。鎖口鋼管樁圍堰，主鋼管采用φ630mm、壁厚12mm，長度23.0m，鎖口長度21.0m；C型鎖口用φ152mm、壁厚8mm鋼管，開口60mm；O型鎖口用φ127mm、壁厚4.5mm鋼管，C型、O型鎖口分別焊接在主鋼管兩側，鎖口鋼管樁圍堰設計見圖3。

圖3 鎖口鋼管樁圍堰計算圖

2.4 鎖口鋼管樁內支撐。第一、二道圍檁采用雙拼H588×300×12×20mm 型鋼，第三道圍檁采用三拼H588×300×12×20mm型鋼，第四道圍檁采用三拼H700×300×13×24mm型鋼。

第一至三道中支撐、斜支撐采用壁厚16mm、外徑609mm無縫鋼管，第四道中支撐、斜支撐采用壁厚13mm、外徑800mm 螺旋鋼管；角支撐采用厚度20mm、直角邊長300mm 對稱三角形角撐，角支撐的道數與圍檁的道數一致，每塊均焊于圍檁型鋼的中軸處。

2.5 鎖口鋼管樁圍堰圍檁支撐焊縫要求。斜支撐、角支撐與圍檁間采用焊腳12mm角焊縫。斜支撐兩翼緣板內外側滿焊，腹板單面滿焊；角支撐直角邊采用單面或兩面滿焊，經計算確定。

2.6 鎖口鋼管樁圍堰施工要求。鋼管樁圍堰打設完成后，按順序降水開挖安裝1～4 道支撐，不可一次降水開挖兩道及以上支撐的安裝工況，按工況每開挖下降一個工況、安裝一道圍檁和支撐，然后再下降開挖、安裝下道圍檁和支撐；第四道支撐安裝時的河水水位要控制在18.5m 之內，即在安裝完第三道支撐后，如果河水水位高于18.5m，要等水位降至18.5m以下再開挖安裝第四道支撐；當第4 道支撐安裝好后立即回灌河水，使圍堰內水位距基坑底部大于6.5m，然后在水下開挖剩余部分基坑，但不降水；當基坑挖至封底混凝土底部標高后，水下將基坑底部整平，灌注水下混凝土進行封底；封底混凝土水中養護不少于3 天，且強度達到C20 混凝土標準后，方可抽干圍堰內的水、拆除第四道支撐和圍檁，進行承臺施工。

3 鎖口鋼管樁施工

3.1 鎖口鋼管樁加工。平整場地，制作鋼管樁焊接加工臺座，首先將鋼管樁對焊接長至設計長度，然后將陰陽鎖口鋼管與主管定位焊接，再焊接加勁肋和限位肋，陰陽鎖口要位于主管截面的同一軸線上（角樁為兩垂直軸線），焊縫飽滿、咬合連續、不漏水。主鋼管的上下兩端焊接高250mm的加勁鋼抱箍，確保鋼管在插打和拔出時不損壞，提高鋼管樁的周轉利用率。

3.2 導向圍檁。基礎鉆孔樁施工完成后，拆除鋼平臺，安裝鎖口鋼管樁施工導向圍檁，為確保鎖口鋼管樁打入的垂直度，采用兩層導向圍檁，將鎖口鋼管樁的第一道圍檁作為一層導向圍檁，再在鉆孔樁鋼護筒頂端臨時設置一層導向圍檁。利用鉆孔樁鋼護筒焊接簡易牛腿，第一道圍檁按設計標高安裝。

3.3 鎖口鋼管樁插打。采用1 臺50t 履帶吊配合1 臺DZJ-120振動錘沉管，首先插打首根定位樁，定位樁一般選擇上游一側緊鄰角樁的第一根樁，插入時嚴格控制鎖口鋼管樁的平面位置，從兩個相互垂直方向觀測鋼管樁的垂直度，確保首根樁的垂直度≤1/200。定位樁插打至設計標高后，沿著導向圍檁按一個方向依次插打鎖口鋼管樁。鋼管樁插打前，需清理C型鎖口內側和O型鎖口外側的雜物，涂抹專用膠泥，以利于止水。鋼管樁插打時，依次將一根鋼管樁的O型鎖口插入另一根鋼管樁的C型鎖口內。

打設過程中每隔一定數量的鋼管樁需從兩個方向校核鋼管樁的垂直度，超出允許范圍要進行適當調整。

3.4 圍堰合攏，支撐安裝。圍堰選擇在角樁處合攏，通過現場實際量測合攏距離，如需要可采用異形鎖口鋼管樁合攏，異形鎖口鋼管樁通過改變主管直徑以及角樁上C型和O型鎖口與主管中心連線之間夾角，實現圍堰快速精準合攏。

圍堰合攏后，結合基坑開挖按順序開挖安裝1～4 道支撐，通過在圍堰上焊接牛腿將圍檁與圍堰連結，每下挖一道支撐范圍的土方安裝一道圍檁和支撐，再下挖和安裝下道圍檁支撐，嚴禁超挖。

3.5 封底混凝土。采用挖掘機配合高壓水槍和吸泥泵進行基坑開挖，如在汛期高水位時施工，在吸泥的過程中按照施工方案，及時向基坑內回灌補充河水至設計標高，施工時必須保持基坑內、外水位差，不可隨意更改，以防發生管涌造成基坑坍塌。

當基坑挖至封底混凝土底部標高后，要水下將基坑底部整平，然后灌注水下混凝土進行封底。水下混凝土的坍落度控制在18～22cm，流動坡度按1:4～1:5、混凝土擴散半徑按4～6m，灌注前要進行試灌，以驗證混凝土的各項性能指標。

圖4 封底混凝土導管布置示意圖

該特大橋水中主墩封底混凝土澆筑共布設12 根導管，29 個測點，利用4 個漏斗循環倒用澆筑。導管與鉆孔樁呈梅花形布置，導管間距6.3～7.3m，靠基坑邊線側略大，混凝土擴散半徑最大控制在6.0m內。澆筑方向從上游側的一個角開始向另一個角進行，然后逐排向下游方向進行。

混凝土澆筑原則，由上游向下游，嚴格控制混凝土澆筑高差，密切注意混凝土擴散情況，嚴防未澆筑導管進入混凝土，導管澆筑停頓時間間隔不得超過30 分鐘。封底混凝土導管布置見圖4。

3.6 圍堰拆除。承臺施工完成后，用砂土將承臺與鋼管樁之間的空隙回填，在距承臺頂0.5m 范圍采用C20 混凝土封閉，拆除第二、三道圍檁支撐進行墩身下半段施工，然后再用砂土回填墩身與鋼管樁之間的空隙，同樣在距墩身頂部0.5m范圍內采用C20 混凝土封閉，拆除第一道圍檁支撐進行上半段墩身施工。

鋼管樁拆除采用50t 履帶吊配合DZJ-120 振動錘進行，拆除前先用振動錘向下略振鋼管樁，使鋼管樁與封底混凝土以及土體之間松動，再向上震動拔出。

4 結論

鎖口鋼管樁可一次加工重復周轉使用，施工成本低，無需較大的加工場地以及大型運輸吊裝設備，安裝拆除簡單，整體剛度大，穩定性好，止水效果好，可根據需要做成各種形狀的圍堰，適應性強。與鋼板樁比較，具有適用深度范圍更廣，使用圍檁支撐數量少的優點；與雙壁鋼圍堰比較，由于鎖口鋼管樁可根據需要調整鋼管直徑，使其具有簡單易行，施工快捷，成本低的優點。

鎖口鋼管樁適合于超水深條件下的基礎施工，工后可拔出重復使用，因此不僅經濟，且利于環境保護，符合可持續發展要求。