鄭濟高速鐵路鄭州黃河特大橋鎖口鋼管樁圍堰施工控制關(guān)鍵技術(shù)

王海彬

(中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450053)

0 引言

鄭濟高速鐵路黃河特大橋為新建鄭州—濟南高速鐵路、河南省規(guī)劃的鄭新市域鐵路及鄭新快速路跨越黃河的公鐵兩用橋梁，橋位距上游京港澳高速公路劉江黃河大橋約3.5km，主河槽主橋總長 2 016m， 為橋跨布置(112+6×168+112)m + 7×112m鋼桁梁橋。主橋鋼桁梁為三主桁結(jié)構(gòu)、雙層橋面布置，上層為公路雙向6車道，下層為鄭濟雙線鐵路和市域雙線鐵路共4線鐵路，總體橋跨如圖1所示。

圖1 總體橋跨布置(單位：m)

385號墩位于黃河主河槽內(nèi)，為該黃河特大橋主橋水中墩，承臺高5m，平面尺寸為40.3m×19.1m，承臺下設(shè)置32 (4×8) 根直徑2.0m 的鉆孔灌注樁; 385號墩承臺底標高71.878m，承臺頂標高76.878m，所在位置河床標高≤79.700m。承臺采用鎖口鋼管樁圍堰，圍堰尺寸為43.7m×22.5m×28m，圍堰主要由鎖口鋼管樁、圈梁及內(nèi)支撐、下放系統(tǒng)、封底混凝土組成，圍堰封底厚度為3.5m(標高為68.378～71.878m)，封底總方量為2 991.0m3，385號圍堰總體布置如圖2所示。

圖2 385號墩圍堰

1 鎖口鋼管樁圍堰施工方案

承臺施工方法較多，要根據(jù)不同工程自身特點選擇適宜的圍堰結(jié)構(gòu)進行水中承臺施工。鎖口鋼管樁圍堰與雙壁鋼圍堰和鋼板樁圍堰相比，既具有圍水、擋護特性，又利用了鋼管圓形截面的受力特點，簡化了結(jié)構(gòu)，同時造價低、施工速度快，但鎖口鋼管樁圍堰多層內(nèi)支撐施工、鎖口鋼管樁插打、鎖口止水則是圍堰施工成功的關(guān)鍵。

鄭濟高速鐵路黃河特大橋385號水中墩施工中采用鎖口鋼管樁圍堰，水深流急且沖刷嚴重，圍堰施工技術(shù)難點多，安全風(fēng)險高，工期緊，圍堰施工采用先內(nèi)支撐后圍堰的逆作法工藝，鎖口鋼管樁圍堰共設(shè)置3層圈梁及內(nèi)支撐，3層內(nèi)支撐鎖口鋼管樁圍堰較好地解決了水深且沖刷嚴重施工難題。

圍堰施工時基本位于86.000m左右。考慮到現(xiàn)場實際施工狀況，故利用385號墩鉆孔平臺局部平臺樁作為2層圈梁拼裝平臺。鋼圍堰施工前，先將鉆孔平臺拆除，并在4，5，28，29號護筒位置焊接牛腿作為第2層圍堰拼裝平臺，在該平臺頂面拼裝第2層圈梁及內(nèi)支撐，繼續(xù)焊接安裝豎向連接系，并安裝第1層圈梁及內(nèi)支撐。2層圈梁拼裝到位后，將2，7，26，31號鋼護筒接高，并安裝吊掛系統(tǒng)，將1，2層圈梁整體下放，安裝導(dǎo)向，插打鋼管樁，鋼管樁合龍后，基坑內(nèi)吸泥，達到封底地面標高后進行圍堰封底，安裝第3層圈梁，開始承臺施工。承臺施工完成后進行體系轉(zhuǎn)換，承臺與鋼管樁間回填砂，并澆筑封層混凝土，拆除第3層內(nèi)支撐。

圍堰施工步驟為：以385號墩鉆孔平臺為依托，施工1，2層圈梁拼裝平臺→安裝第1，2層圈梁及內(nèi)支撐→將護筒接高，安裝吊掛系統(tǒng)→提升1，2層圈梁10cm，拆除鉆孔平臺→圈梁及內(nèi)支撐整體下放至設(shè)計位置并固定→安裝插打鋼管樁施工平臺并開始插打鎖口鋼管樁直至合龍→圍堰內(nèi)抽渣吸泥、圍堰封底→圍堰內(nèi)抽水，安裝第3層內(nèi)支撐，施加頂力→承臺施工并澆筑封層→拆除第3層內(nèi)支撐及第2層內(nèi)支撐。

2 鎖口鋼管樁圍堰施工控制關(guān)鍵技術(shù)

鎖口鋼管樁圍堰施工從圍堰內(nèi)支撐及鋼管樁插打到圍堰封底施工全過程，施工工序復(fù)雜，鎖口鋼管樁圍堰多層內(nèi)支撐施工、鎖口鋼管樁插打、鎖口止水則是圍堰施工成功的關(guān)鍵，故需對各階段施工進行詳細分析，明確控制要點，以確保圍堰順序安全施工完成。

2.1 圈梁加工

圍堰圈梁采用“三角整體加工+內(nèi)支撐螺栓連接”方式，現(xiàn)場施工便道總寬8.0m，上游側(cè)棧橋總寬10.0m，棧橋護欄高1.2m。第2層圈梁分塊最大尺寸為12m×10.8m，第1，2層圈梁在鋼結(jié)構(gòu)車間加工成≤12.0m長單根后，運輸至棧橋頭空場地按設(shè)計分塊組拼。棧橋頭運輸至385號墩時利用13m平板車(車廂高1.6m)通過上游側(cè)棧橋運輸，圈梁內(nèi)支撐與圈梁采用螺栓連接方式，圈梁分塊整體加工及內(nèi)支撐螺栓連接便于圍堰內(nèi)支撐系統(tǒng)快捷安裝，有效有質(zhì)地加快圍堰施工。

2.2 第1層圈梁拼裝

利用鉆孔平臺部分鋼管樁及分配梁作為第1層圈梁及內(nèi)支撐拼裝平臺，因圍堰施工期橋位處黃河水位為86.200m，原設(shè)計第2層圈梁拼裝牛腿標高為86.300m，為防止水位上漲影響第1，2層圈梁拼裝施工，嚴重影響工期，項目部及時調(diào)整施工方案，拔除中部20根平臺支撐鋼管樁，保留鉆孔平臺四角16根鋼管樁作為拼裝圈梁平臺支撐樁，安裝樁頂2HN600×200分配梁，并在4，5，28，29號護筒上焊接中間支撐牛腿，該方案有效解決了水位上漲對圍堰施工的影響。

2.3 第2層圈梁拼裝

利用第1，2層圈梁豎向連接系安裝第1層圈梁，第2層圈梁拼裝底標高為91.450m，鋼護筒頂面標高為92.600m，為保證第1，2層圈梁及內(nèi)支撐整體下放，利用第1，2層圈梁連接系作為支撐，安裝第1層圈梁及內(nèi)支撐，先在第2層圈梁上安裝三角圈梁下連接系豎桿，再安裝第1層三角節(jié)段圈梁，第1層圈梁直線段區(qū)域先將豎桿安裝到第1層圈梁直線段上，第1層直線段圈梁及連接系整體吊裝與第2層圈梁安裝到位，最后安裝連接系斜桿。該施工方法有效有質(zhì)地解決了第1層圈梁及內(nèi)支撐無拼裝平臺的施工問題。

為確保頂層三角圈梁安裝準確，須把控相應(yīng)關(guān)鍵點：①支撐頂層圈梁三角的豎向連接系加工尺寸準確；②豎向連接系垂直度及位置安裝到位；③頂、底口開口方向與頂層圈梁相對應(yīng)。豎向連接系頂部開口插入頂層圈梁翼緣板處，須提前將槽口放大尺寸，槽口切割深度必須保持一致。

2.4 圈梁下放

2.4.1圍堰吊掛系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場實測標高，接高2，7，26，31號鋼護筒，接高后護筒頂標高100.170m。護筒接高前，先將鋼護筒接高加固件焊接至護筒頂，護筒接高加固件位置需擺放準確，護筒對接設(shè)置8塊扒板，垂直度≤0.5%，對接處采用坡口焊。

鋼護筒接高后，安裝吊掛系統(tǒng)，吊掛系統(tǒng)由分配梁F1～F3、千斤頂、精軋螺紋鋼、墊梁、鋼護筒接高加固件、反拉件等組成，385號圍堰吊掛系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 385號墩圍堰下放系統(tǒng)立面

采用φ40 PSB930精軋螺紋鋼，每個下放點設(shè)置3根18m長精軋螺紋鋼，精軋螺紋鋼配置按(12+6)，(9+9)，(6+12)m，均需過連接器。安裝精軋螺紋鋼時，將連接器安裝到位，精軋螺紋鋼各深入連接器一半(11cm)，檢查連接器套筒是否擰到位，測量護筒垂直度及鋼護筒偏位，將鋼護筒導(dǎo)向按下放高度預(yù)留相應(yīng)距離，焊接安裝導(dǎo)向前端圓弧板。

2.4.2提升1，2層圈梁10cm

利用下放系統(tǒng)將1，2層圈梁提升10cm，具體操作步驟為：上層精軋螺紋鋼螺母擰緊，8臺千斤頂同步起頂10cm，將下層精軋螺紋鋼螺母擰緊，松開上層螺母。1，2層牛腿脫離拼裝牛腿后，靜止10min檢驗下放系統(tǒng)安全性，確認無誤后方可進行后續(xù)操作。

2.4.3拆除2層圈梁下方拼裝平臺

將拼裝平臺四角圈梁拼裝分配梁2HN600型鋼、樁間連接系拆除，利用DZ135打樁錘將管樁拔除，切除中間直線段圈梁下方4條牛腿。拼裝平臺拆除時，嚴禁機械、待拆構(gòu)件碰撞鉆孔平臺。

2.4.4下放1，2層圈梁

2層圈梁拼裝平臺拆除后，開始下放1，2層圈梁，385號圍堰下放步驟如圖4所示。

圖4 圍堰下放施工步驟

1)步驟1 將上層精軋螺紋鋼螺母向上旋擰，留12cm間隙。

2)步驟2 千斤頂起頂，下層螺母與分配梁脫開后停止起頂，將下層螺母向上旋擰10cm。

3)步驟3 千斤頂落頂。

重復(fù)上述步驟，直至將圈梁下放到位。

2.5 鎖口鋼管樁插打

鎖口鋼管樁長28m，采用一陰一陽鎖口鋼管，管樁主管采用φ820×12鋼管，鎖口陰管采用φ219×8，陽管采用鎖口I20b。

主管定尺長度按8m+12m+8m，單根管需設(shè)置2處接頭，管樁對接應(yīng)平順過渡，接頭處進行坡口焊，外側(cè)加扒板，鎖口工字鋼及鎖口陰管接長時采取等強對接，工字鋼接頭與主管接頭距離≥200mm。在鎖口工字鋼腹板兩側(cè)設(shè)置φ16通長止水圓鋼，圓鋼及陰陽管與主管間采取通長焊，焊縫高度hf=8mm。工字鋼對接接頭位置焊接完成后，將工字鋼腹板需插打經(jīng)過的位置打磨平順。

采用導(dǎo)向架+型鋼定位架，提高了定位精度，鋼管樁插打施工順序為：自西北角向南第1根鋼管樁開始插打，插打第2根樁為角樁，待角樁插打完成后，利用2臺起重機配合DZ135振動打樁錘沿大里程及下游方向開始雙向插打施工，在大里程下游側(cè)角點附近合龍。鋼管樁插打雙層導(dǎo)向如圖5所示。

圖5 鋼管樁插打雙層導(dǎo)向立面布置

鋼管樁合龍通過精確計算，確定合龍口位置。如合龍精度不滿足要求，現(xiàn)場實測鋼管樁的角度和尺寸，根據(jù)實際切割焊接成異形鋼管樁，以確保整個圍堰密封。

為保證合龍時兩側(cè)鎖口相互平行，使用方樁進行合龍，合龍時采用2根定制方樁合龍，有效解決了因鎖口鋼管樁偏差造成合龍困難的問題，合龍兩側(cè)剩余10～15根鎖口鋼管樁時，每打入1根樁均應(yīng)控制其雙向垂直度。若樁身存在偏斜，應(yīng)逐根糾正，分散偏差，調(diào)整合龍。合龍前，在插打最后4～5根樁時，測量缺口位置，計算合龍路徑及合龍樁外徑，加工大小合適的方樁進行插打。

鋼管樁插打完成后，及時進行位移監(jiān)測，及時記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時反饋信息。

鋼管樁插打關(guān)鍵技術(shù)：鋼管樁插打前，需在鎖口位置涂抹黃油，主要起止水、插打過程中增加潤滑性作用。鋼管樁自上游側(cè)角樁旁第1根標準鋼管樁開始插打，沿兩側(cè)施工，在下游側(cè)大里程拐角處合龍。插打鋼管樁前需設(shè)置導(dǎo)向，導(dǎo)向共計設(shè)置2層，首根鋼管樁插打設(shè)置2層導(dǎo)向裝置，上層通過在棧橋縱梁上設(shè)置型鋼定位，下層以2層圈梁為導(dǎo)向插打，鋼管樁緊靠圈梁，首根鋼管樁雙向垂直度要求控制在0.3%以內(nèi)，陰、陽頭位置需安裝準確。鋼管樁插打雙向垂直度≤0.5%，鋼管樁長28m，插打至頂面設(shè)計標高89.000m。在插打過程中，加強測量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜及時調(diào)整，每完成10 塊左右測量校正1次，確保在同一直線上。

2.6 圍堰鎖口堵漏

鋼管樁插打完成后，搭設(shè)鎖口頂部操作平臺，利用高壓水管對鋼管樁鎖口內(nèi)泥沙進行沖洗，沖洗至封底混凝土底以下0.5m位置，填塞黏土，配合比為紅黏土∶麻絮鋸末=3∶1，然后將拌合好的紅黏土與鋸末混合料填塞進鎖口內(nèi)并經(jīng)搗固桿件振搗密實，填塞至圍堰設(shè)防水位87.500m以上位置，圍堰抽水結(jié)束后，對漏水鎖口外部利用麻絮針對性堵漏。

圍堰鎖口堵漏控制要點為：鎖口沖砂完成后、填塞混合物前分別對鎖口底高程進行嚴格控制，利用測繩對鎖口兩側(cè)均進行測量，防止兩側(cè)高度不統(tǒng)一。紅黏土與鋸末混合物拌合過程中，要求現(xiàn)場技術(shù)人員全程盯控，對拍打揉搓過后的紅黏土混合物進行檢查，驗收合格后方可進行填塞。

2.7 圍堰封底

鋼圍堰封底平臺內(nèi)側(cè)鎖口鋼管樁頂設(shè)置牛腿，牛腿頂設(shè)置2I25b組合型鋼，貝雷梁直接搭設(shè)在鎖口鋼管樁頂上，貝雷梁分6組架設(shè)，貝雷梁組片間沿橫橋向設(shè)置拉森IV鋼管樁作為通道，共設(shè)置5道，供平臺封底混凝土澆筑和測量封底混凝土標高使用。貝雷梁頂面按圖紙設(shè)計布設(shè)通長2I25分配梁，下料點部位布置導(dǎo)管卡固定導(dǎo)管，圍堰封底分2個隔艙進行，底隔艙面板朝向上游側(cè)，封底施工時先進行上游側(cè)封底施工。采用2臺汽車泵供料。封底首封原則是從低到高，先角再邊后中間，圍堰河床高差不大時，砍球總體順序為從一端向另一端進行。首封滿足導(dǎo)管最小埋深要求，2臺汽車泵按順序逐根導(dǎo)管法砍球澆筑，保持導(dǎo)管四周混凝土的流動性和封底混凝土面同步上升，補方混凝土量根據(jù)混凝土面上升情況確定，首封混凝土采用15m3水封總槽+8m3料斗一次連續(xù)灌注，保證導(dǎo)管埋深要求。

圍堰封底關(guān)鍵點如下。

1)圍堰封底時應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管編號的先后順序依次進行各導(dǎo)管的首批混凝土灌注。在灌注過程中應(yīng)注意控制每個灌注點標高，每灌注1次，能引起混凝土面變動的點即該導(dǎo)管作用半徑范圍內(nèi)的測點都要測1次，并記錄灌注、測量時間，及時填寫水封記錄。

2)在水下混凝土澆筑時，混凝土坍落度控制在18～22cm，以滿足首灌、補灌及找平階段的坍落度調(diào)整；摻加粉煤灰和高效緩凝劑，以提高混凝土流動性，延長混凝土初凝時間，初凝時間≥24h，混凝土的和易性、流動性要良好，同時要符合泵送和水下灌注混凝土的施工要求。

3)封底施工應(yīng)嚴格按方案設(shè)計順序進行，嚴禁在同一點超量下放混凝土使其自流。

4)封底過程中及封底后48h內(nèi)，避免圍堰承受動荷載，避免受擾動導(dǎo)致護筒與封底混凝土間黏結(jié)性能差。

5)封底混凝土頂面標高嚴格按設(shè)計圖紙控制，防止承臺施工時混凝土鑿除數(shù)量過大。在混凝土面灌注到距離預(yù)計高度約50cm時控制灌注速度，加強觀測，嚴格控制封底混凝土終澆標高。根據(jù)現(xiàn)場測點的實測混凝土面高程，確定該點是否終止灌注，終止灌注前上提導(dǎo)管，適當減小埋深，盡量排空導(dǎo)管內(nèi)混凝土，使其表面平整。混凝土灌注臨近結(jié)束時，全面測出混凝土面標高，重點檢測導(dǎo)管作用半徑相交處、周邊倒角等部位，根據(jù)結(jié)果對標高偏低的測點附近導(dǎo)管增加灌注量，力求混凝土頂面平整，并保證厚度達到要求。當所有測點均符合要求后，暫停混凝土灌注，并核對混凝土的灌入數(shù)量，以確定所測混凝土高度是否準確，當確定混凝土的頂面標高到位后終止混凝土灌注，拆除灌注導(dǎo)管，沖洗堆放。待混凝土灌注完后拆除料斗、導(dǎo)管、翻板等設(shè)備。

2.8 第3層圈梁施工

因橋位處黃河水位上漲，且沖刷嚴重，第3層圈梁及內(nèi)支撐安裝時間由封底前改為封底后，并對第3層圈梁及內(nèi)支撐施加預(yù)頂力，該方案有效解決了水位上漲及沖刷對圍堰施工安全的影響問題，第3層圈梁施工時，分節(jié)段安裝，考慮到現(xiàn)場鋼管樁插打完成，圍堰整體受力，鋼管樁局部出現(xiàn)變形，為確保圈梁安裝順直，接頭處平順過渡，故將圈梁單邊分塊安裝，線形調(diào)直后再予以焊接。如鋼管樁局部變形過大，則將長邊方向向承臺中心位置移動，確保整體線形順直。若長邊方向向內(nèi)側(cè)移動，則會出現(xiàn)短邊方向長度不足現(xiàn)象，故長邊安裝到位后，提前測量短邊尺寸，根據(jù)現(xiàn)場實際尺寸切割下料。

內(nèi)支撐安裝也通過法蘭連接，第3層內(nèi)支撐需施加預(yù)頂力，內(nèi)支撐一端用法蘭螺栓與圈梁相連，另一端設(shè)置墊座、楔塊，內(nèi)支撐安裝后，內(nèi)支撐鋼管間設(shè)置千斤頂，千斤頂對稱與內(nèi)支撐中心線放置，每根鋼管頂端設(shè)2臺千斤頂，共設(shè)置18臺100t千斤頂，搭設(shè)施工作業(yè)平臺，對內(nèi)支撐對頂作業(yè)，千斤頂同步頂升，按20，40，70t三級施頂，打入楔塊，并將楔塊與墊塊焊接牢固。

3 結(jié)語

鄭濟高速鐵路黃河特大橋位于河南省新鄉(xiāng)市原陽縣和鄭州市中牟縣境內(nèi)，其中主橋385號水中墩采用鎖口鋼管樁圍堰施工，該圍堰主要由鎖口鋼管樁、圈梁、內(nèi)支撐、封底混凝土、承臺封層、下放系統(tǒng)組成，圍堰尺寸為43.7m×22.5m×28m，鎖口鋼管樁主管采用φ820×12鋼管，樁長28m，根據(jù)鎖口形式不同，分角樁及普通一陰一陽管樁。主管采用φ820×12鋼管，陽頭采用鎖口I20b，陰頭采用φ219×8鎖口管，鋼管樁共計128根。

圍堰高度達28m，水深達13.3m，主河槽水深流急，黃河為游蕩性河流，沖刷劇烈、主河槽位置擺動較大，圍堰施工難度大，圍堰內(nèi)支撐下放、圍堰合龍、圍堰止水效果是圍堰施工的重難點。同時，工程質(zhì)量、施工安全等也達到了較高水平，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟和社會效益。