鎖扣鋼管樁圍堰施工技術及質量控制

霍應敏HUO Ying-min

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，西安 710000）

0 引言

臨近水域的工程項目，水文地質條件復雜，因此施工難度比較大，為保障施工的安全、有效且經濟，采用鎖扣鋼管樁圍堰技術，有利于營造安全的施工環境，可為后續施工的順利開展提供便利。但因鎖扣鋼管樁圍堰施工技術難度比較大，可通過系統地分析和總結鎖扣鋼管樁圍堰技術在實際工程中的應用情況，探索其在不同水下工程條件下的適用性、施工方法的創新及質量控制的有效措施，提高項目建設效益，為未來的水下工程提供參考和借鑒。

1 應用范圍

鎖扣鋼管樁圍堰的應用范圍廣泛，在橋梁與碼頭建設中，需在地下進行基礎結構施工，可應用鎖扣鋼管樁圍堰施工技術，提供干燥的舒適環境，便于土方開挖、基礎澆筑和結構建設。在水壩的修建與維護工作中，尤其是在需要干預水流以進行混凝土澆筑或裂縫修補時，也可應用鎖扣鋼管樁圍堰。在河道疏浚與整治項目施工中，應用鎖扣鋼管樁圍堰，有效隔離施工區域，防止泥沙流失，維護水質和保護生態環境。在環境治理與修復方面，如在水下污染處理和生態修復工程施工中設置圍堰結構，可直接隔離污染區域，防止污染物擴散，為環境恢復提供必要的物理條件。除此以外，我國城市化建設進程不斷加快，地下設施建設如地鐵站、地下通道等在水臨近區域的施工，也可應用鎖扣鋼管樁圍堰技術，營造安全可靠的施工環境[1]。

2 工程概況

青神漢陽岷江特大橋位于四川省眉山市青神縣境內，主橋橋型布置如圖1 所示。主橋范圍為K81+900～K82+560，長660m，寬38m，采用（50+280+280+50）m 協作體系獨塔雙索面組合梁斜拉橋跨越岷江，兩側完全對稱。主梁采用雙邊箱鋼箱-混凝土組合梁設計，主塔塔高216.6m，塔柱采用六邊形箱型截面鋼殼混凝土組合結構，塔型為鉆石型。

圖1 青神漢陽岷江特大橋主橋橋型布置圖

主塔基礎采用整體式承臺、群樁基礎形式，主塔基礎采用20 根直徑φ3.0m 鉆孔灌注樁，樁長45m。承臺平面為矩形，橫向長33.0m，縱向寬24.5m，承臺厚6.5m。

3 圍堰設計

主塔處水深6.12m，采用鎖扣鋼管樁圍堰進行施工，圍堰平面呈矩形形狀布置，橫橋向寬度38.32m，縱橋向寬度30.52m。鎖扣鋼管樁主管為φ820×14mm 鋼管，陰鎖扣采用φ180×8mm 鋼管，陽鎖扣采用20b 型鋼，材質為Q235，整個圍堰所需鎖扣鋼管樁共計124 根。

主塔處設計水位384.7m，設防水位385.31m，圍堰設計頂標高386.2m，樁底標高368.2m，最大水頭差12.862m，圍堰總高度18m，共設置兩道圈梁，第一道圈梁采用2HM550 型鋼，第二道圈梁采用2H700 型鋼，均為Q235 材質，圍堰內第一道圈梁中心標高384.2m，第二道圈梁中心標高378.2m，承臺底標高372.138m。圍堰施工流程設計方案如圖2 所示。

圖2 圍堰總體施工工藝流程圖

4 鎖扣鋼管樁圍堰施工技術

4.1 鋼管樁加工及運輸

鎖扣鋼管樁的加工及運輸是其應用過程中的重要環節，與工程質量和施工效率密切相關。在加工環節，鎖扣鋼管樁的設計需考慮結構的穩定性和連接的牢固度。陽性鎖扣通過連續角焊縫與主管相連，焊縫高度設為8mm，保證連接處的強度和密封性。而陰性鎖扣的連接則較為特殊，通過在小鋼管和主管之間放置兩根HPB300φ8 鋼筋，利用這種結構不僅增強連接處的穩固性，為后續的施工操作提供便利。

為了進一步增加結構的穩定性，加工過程中每隔1.5m 在鋼管樁的兩側焊接兩塊10mm 厚的加勁板。這種加勁板的設置旨在增加鋼管樁的抗彎能力，防止在施工或使用過程中發生變形。接頭焊縫部位的加強則是通過安裝4 塊15cm×20cm 的加強板來實現，加強板提高了連接部位的強度，確保了整體結構的穩定性和安全性[2]。

在鎖扣鋼管樁的運輸和儲存方面，采用精細化管理的策略。運輸時，通過兩點吊裝技術單獨吊起每根管樁，防止鋼管樁在運輸過程中因受力不均而發生變形。正確設置吊點，確保運輸過程的安全性和鋼管樁的完好無損。在儲存環節，為了避免鋼管樁間的摩擦或壓迫造成損傷，采用分層堆放的方式。每層堆放不超過3 根，且每層之間需墊放枕木以分散重量，枕木之間的距離控制在3～4m 之間，并確保上下層枕木垂直對齊，保護鋼管樁的結構完整性，保證堆放的穩定性。

4.2 銑槽

當旋挖鉆機就位后，銑槽作業通常會分階段進行，便于控制作業的質量和進度，同時減少對周圍環境的影響。使用旋挖鉆機進行的鋼護筒插打和土壤銑切是銑槽作業的關鍵步驟。通過精確控制鉆機的操作，可以有效地完成鋼護筒的定位和土壤的去除。在銑槽作業中采用的AB 孔交錯挖掘策略是一種高效的作業方法（圖3）。這種策略首先對A 孔進行挖掘，然后立即使用粗砂進行填充，以穩定已挖掘的孔洞。緊接著，開始進行B 孔的挖掘作業，這種交錯挖掘的策略可以有效防止周圍土壤的松動和坍塌，確保作業的安全性和效率。在B 孔作業中，初始步驟是利用旋挖鉆進行巖層的精確切割。隨后，通過更換為截齒鉆頭來除去巖石碎片，需要精確控制，避免對周圍結構造成損害。取出的巖石和粗砂混合物會被運往工地后部進行分選，有效利用資源，減少工程對環境的影響。銑槽作業從橋梁下游側開始，分成十個階段執行，確保作業的有序進行，每個階段完成后能及時進行粗砂回填。粗砂回填是銑槽作業中的一個重要環節，不僅可以穩定已挖掘的孔洞，而且還可以作為后續建設活動的基礎[3]。

圖3 鉆孔孔型示意圖

4.3 導向架安裝

內外導向架的精確安裝和固定不僅為鋼管樁的沉設提供指導，還對后續工作的順利進行至關重要。這個導向系統確保鋼管樁可以在復雜的地質和水文條件下準確無誤地安裝，從而為整個結構的穩定性和安全性提供可靠的保障。通過精細的規劃和執行，導向架的安裝成為工程質量控制的關鍵環節。內部導向主要是通過在鉆孔作業平臺的鋼管樁上安裝焊接好的支架來實現。這種方式便于在鋼管樁沉設過程中進行微調，使其按照預定軌跡順利下沉。外部導向則依靠與棧橋相關聯的鋼管結構，為鋼管樁提供外部的引導和支撐，在沉設過程中保持穩定性。內外導向架之間保持大約90cm 的空間，旨在為各個工序施工提供足夠的操作空間，確保施工的順利進行。同時，鋼管樁與兩邊導向架之間保留大約4cm 的間隙，在必要時，施工人員可對鋼管樁進行精確的位置調整，確保其準確安裝。對于內側導向架的安裝，首先在鉆孔平臺的鋼管樁上焊接特制的支架，支架通常被稱為“牛腿”。這些“牛腿”支架為內側導向架的固定提供了穩固的基礎。隨后，將內側導向架固定于這些支撐上，保證施工過程中的穩定性。外側導向架的安裝過程與內側類似，也是在棧橋支撐的鋼管上進行焊接操作，然后安裝外側導向架。通過適當的平面定位和固定方法，外側導向架與內側導向架共同構成完整的導向系統，使得鋼管樁能夠按照設計軌跡準確、穩定地安裝到位[4]。導向架位置如圖4 所示。

圖4 導向架位置示意圖（單位：mm）

4.4 鋼管樁插打

鋼管樁插打是基礎工程中的一項重要工序，其準確性和質量可直接影響到建筑物或結構的穩定性和安全性。作業開始前，首先將履帶式起重機調整至精確的位置，這一步驟對于后續操作的順利進行至關重要。使用汽車起重機進行鋼管樁的雙點吊裝時，需要特別注意兩吊點應設于鎖扣對側，以避免在吊裝過程中對鎖扣造成損傷。鋼管樁緩緩下降至導向架的正中位置，這一階段需要仔細確保鋼管樁在導向架的引導下進行適當的位置和角度調整，保障后續沉樁作業的精確度。鋼管樁位置和傾斜度經過精確測量并確認符合要求后，開始對鋼管樁進行逐一錘擊作業。主吊鉤負責抬起鋼管樁的上端，輔助吊鉤則支撐下端，使得鋼管樁在吊裝和錘擊過程中的垂直狀態。在沉樁操作中，鋼管樁被運送至指定的位置，通過精確對接已放置的鋼管樁鎖扣，利用導向架輔助緩緩下沉至穩定狀態，新舊鋼管樁可無縫連接。振動沉樁階段是鋼管樁插打過程中的關鍵環節。頂端固定索具卸除后，將振動錘裝到鋼管樁頂端并通過吊機主鉤緊固。啟動振動錘，利用振動力使鋼管樁沉至設計深度，過程中需保持振動錘和鋼管樁的垂直對齊，并調整吊繩以保證均衡，鋼管樁能夠按照設計要求準確、順利地沉設至指定位置至關重要。整個鋼管樁沉設過程中，持續監控鋼管樁的傾斜情況是必不可少的。傾斜度需控制在5‰以內是確保結構穩定性和安全性的基本要求，降低工程風險。

4.5 鋼管樁合龍

鋼管樁合龍是確保圍堰或其他鋼管樁結構完整性的關鍵步驟，要求高度的精確度和細致的操作。為了方便合龍操作，需要將接近合龍區的10 至15 根鋼管樁先沉至一個預定穩定高度，每根樁能自我穩固并為合龍做好準備。在合龍的過程中，為了簡化插樁操作，相鄰的兩根鋼管樁會被設計成在高度上有所錯開，簡化插入過程，同時便于后續將樁體繼續打入至設計深度。合龍口調整策略的選擇基于實際的尺寸差異，采用不同的方法以實現精準的合龍：若合龍口上部較下部寬，會在兩側鋼管樁上安裝平行的吊耳，借助倒鏈或滑輪進行精準定位，以減少誤差并確保樁體能夠正確對接。如果是下部比上部寬的情況，則需要將吊耳安裝在較低的位置，以適應這種特殊的合龍需求。對于合龍口尺寸較小的情況，選擇在靠近角樁的一側進行調整，利用千斤頂或拉緊繩索調整鋼管樁至正確位置，確保合龍的精確性。在特殊情況下，當標準鋼管樁無法順利合龍時，可能會考慮使用定制的異形鋼管樁。這些定制樁是根據合龍口的特定尺寸設計的，以適配合龍口的大小，并確保這些異形樁的大小差異符合規定范圍。使用異形鋼管樁是為了解決標準樁無法適應的復雜情況，從而保障整個結構的穩定性和完整性[5]。

4.6 圈梁及內支撐施工

圍堰結構的圈梁及內部支撐施工是確保整個工程穩定性和安全性的關鍵環節。通過精細的規劃和執行，可以有效地保障施工過程中的結構穩定，為后續的建設活動提供堅實的基礎。圍堰結構中設置兩層圈梁及內部支撐，其設計考慮到了結構的穩定需求和施工的可行性。圈梁的頂部從鎖扣鋼管樁頂部向下，層間距分別設定為2.0m 和5.0m，這種設置旨在為圍堰提供足夠的支撐力。圈梁和支撐部件首先運至施工現場，在支架上完成焊接，形成穩定的結構體。這一步驟需要精確的操作和高質量的焊接工作，提供必要的支撐力。隨著水位下降至第一層支撐的指定高度，先定位并焊接好圈梁支架，隨后通過履帶吊逐一將圈梁的各個部分吊裝至預定位置，并進行調整和焊接固定。安裝斜撐和對撐是構成穩定支撐框架的重要步驟。這些支撐與圈梁焊接固定，確保整個圍堰結構的穩定性。為了確保圈梁受力均勻，還需在圈梁與鋼管樁之間澆筑細石混凝土形成堅固的墊層，這樣可以均勻分配結構壓力，增強圍堰的穩定性。隨著承臺澆筑的完成，及時進行填砂和注水操作是確保結構密實的重要步驟。這些操作完成后，混凝土達到設計強度，第二層內支撐可以拆除，為塔座等后續施工提供空間。索塔節段施工推進的同時，拆除第一層支撐，并最終完成圍堰的拆除，標志著圍堰結構施工的成功完成。

4.7 鎖扣止水

鎖扣鋼管樁圍堰的防水性是保障工程順利進行的關鍵因素之一。合理的防水措施不僅能夠確保施工現場的干燥，而且對保護結構安全、避免環境污染具有重要意義。在施工過程中，綜合的防水策略和緊急應對措施對于應對各種潛在的風險至關重要。在圍堰施工期間，應逐步進行抽水作業，同時持續觀察圍堰結構是否出現任何變形跡象。通過控制抽水速率，可以避免因抽水速度過快引起的圍堰結構變形或其他潛在問題。一旦發現圍堰結構有異常情況，應立即停止抽水，并對圍堰內所有連接點進行仔細檢查，確保每個連接點都牢固無誤。同時，檢查管樁與支撐之間的填充材料是否緊密無空隙，必要時進行重新填充以消除任何潛在的滲水點。通過使用鋸末和黏土混合的填充材料，在鋼管樁的鎖扣部位內側進行密實填充，是一種有效的防水措施。這種方法可以有效阻止水分通過鎖扣部位滲入圍堰內部。對于在抽水過程中發現的任何漏水點，應立即派遣潛水員至泄露點進行現場檢查，并利用防水材料進行緊急貼補，以減少對工程進度和結構安全的影響。面對大面積或多處漏水情況，圍堰外圍布設止水帶是一種有效的解決方案。這種方法可以減輕水流對圍堰結構的直接沖擊，為內部防水措施提供輔助支持。若初步措施無法有效封堵漏水點，采取注漿防水技術對鋼管樁底部進行旋噴注漿操作，可以徹底阻斷水流，保證圍堰的完整性和施工現場的干燥。

4.8 圍堰監測

圍堰施工的監測是確保工程安全、及時響應結構變形和其他潛在問題的關鍵措施。在施工的各個關鍵階段，如鋼管樁的插打、基坑的挖掘、底層支撐的拆除及承臺的施工等，實施細致且系統的監測程序是必不可少的。實時監測能夠確保工程團隊及時發現并處理任何可能出現的結構變形或其他問題，從而確保整個施工過程的安全性。這包括對鎖扣鋼管樁以及圈梁進行密切的實時監控，及時記錄和分析結構在施工過程中的變化。在關鍵結構元件上，如鋼管樁、圈梁及內部支撐系統上安裝專用的鋼結構應力計，對施工過程中結構部件所承受的壓力和變形進行準確記錄，這對于監測結構的安全狀態和進行必要的調整至關重要。為了提升監測數據的準確性和全面性，需要將高精度儀器監測和人工巡視檢查有效結合。全站儀進行的精確定位監測應成為主要的觀測方式，提供高精度的數據，并能對圍堰結構進行全面監測。同時，現場技術人員的日常巡查作為輔助監測手段，能夠及時發現監測設備可能未能捕捉到的問題。建立一個綜合監控系統，整合儀器數據與人工觀察結果，提高監測的效率和準確性，為項目管理團隊提供即時的反饋信息，使得工程團隊能夠快速響應潛在的安全問題，從而采取適當的措施以防范和解決問題。鋼圍堰監測頻次統計如表1 所示。

表1 圍堰監測頻次表

5 鎖扣鋼管樁圍堰施工質量控制

5.1 設計階段的質量控制

在鎖扣鋼管樁圍堰施工的設計階段，實施嚴格的質量控制至關重要，從地質水文調查獲取的數據，以確保設計參數的準確性和載荷分析的可靠性。通過對圍堰的整體設計方案進行深入分析及引入第三方評審，提升設計的合理性和安全性。此外，使用結構分析軟件對圍堰結構進行模擬，以分析其在最不利工況下的穩定性，同時合理選擇安全系數，在極端條件下，依然能夠保持結構穩固。防水與滲漏控制的預先設計，包括鎖扣部位的密封和防水層設置，以及預制的緊急處理方案，是保證圍堰防水性能的關鍵。同時，考慮到環境保護和可持續發展的理念，評估設計方案對周圍環境的影響，并盡量減少負面影響。

5.2 施工準備的質量控制

施工準備階段的質量控制是鎖扣鋼管樁圍堰施工成功的基石。對所有用于圍堰的材料，特別是鋼管樁和鎖扣連接件，進行質量檢查，確保滿足設計規范和工程需求，包括材料的物理和化學性能測試。對施工設備，如履帶式起重機和振動錘，進行徹底的檢查和維護，保證設備處于最佳工作狀態，避免因設備故障導致的施工延誤或事故。此外，施工團隊的技能培訓不可或缺，特別是對操作復雜設備的工作人員進行專業培訓，確保他們了解設備的操作規范和安全措施。通過實施細致的準備工作，不僅可提升施工效率，降低施工風險，而且能夠為整個工程的順利進行奠定了堅實的基礎，確保圍堰工程質量和安全。

5.3 施工過程的質量監督

施工過程的質量監督是確保鎖扣鋼管樁圍堰施工順利完成的關鍵環節，要求對每一步驟進行嚴格的監控和管理。對于鋼管樁的準確插打，鎖扣連接的密實性，到圈梁和內部支撐的正確安裝以及整個圍堰的防水效果和穩定性，均要求進行全面評估。實時監測施工現場，確保所有操作符合設計規范和安全標準，是此階段的核心任務。使用專用的監測設備，如應力計和傾斜儀，被廣泛用于記錄結構部件的壓力和變形情況，以便及時調整施工方案。同時，通過全站儀等高精度儀器進行的監測與人工巡視相結合，可全面捕捉到潛在問題，確保施工質量。針對檢測到的任何異常，立即采取糾正措施，包括但不限于調整施工方法、加固結構或重新執行某些工序。此外，施工團隊需要定期召開質量會議，評估進度，分享問題，并制定改進措施。

5.4 施工后的質量評估

施工后的質量評估是鎖扣鋼管樁圍堰施工完成后至關重要的一步，要求對整個工程結構的穩定性、安全性以及防水性能進行全面的檢查和評估。通過實施一系列的檢測和測試，確保所有施工環節均符合設計規范和質量標準，從而保障結構的長期穩定運行和安全使用。評估工作通常包括結構完整性測試、水壓試驗以及負荷測試等，通過測試發現可能存在的缺陷或問題，如微小裂縫、鎖扣連接不牢或是防水層的破損等。此外，施工后質量評估還應涵蓋對圍堰周圍環境的影響評估，確保施工活動未對周圍環境造成不可逆轉的損害。基于評估結果，工程團隊需制定相應的整改措施，對檢測出的問題進行修復，直至所有問題均得到妥善解決。完成這一系列嚴格的質量評估和整改后，圍堰結構才能正式投入使用，施工后的質量評估因此成為確保工程質量和工程成功的關鍵步驟。

6 結語

綜上所述，本文結合實例，對鎖扣鋼管樁圍堰技術與質量控制策略進行了詳細探究。在涉水施工中，通過應用鎖扣鋼管樁圍堰，可營造良好的施工環境，在實際施工中，需嚴格按照施工規范執行，同時，應不斷探索和總結施工經驗，不斷優化施工工藝，提高施工效率和安全水平，確保項目建設效益。