深水基础锁口钢管桩围堰施工工法

锁口钢管桩围堰深水基础施工工法

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锁口钢管桩围堰深水基础施工工法

1、前言

随着桥梁建设向大跨度方向的发展，大型水中承台围堰的施工方法较为繁多，工艺较为成熟。针对不同工程的结构特点选择适宜的围堰结构进行水中大型承台施工，锁口钢管桩围堰与双壁钢围堰和钢板桩围堰比较，即具有围水、挡护特性，又利用了钢管圆形截面的受力特点，简化了结构，同时造价低、安装速度快。对桥梁施工的安全、工期、经济和社会效益有重要影响。锁口钢管桩围堰施工工法是采用锁口钢管桩作围堰围水闭水进行桥梁水中大型承台施工的成套技术，包括相关的设计计算、加工制作、插拔施工、止水封底等系统施工技术。

xxxx工程局有限公司结合所承建的临海高等级公路灌河斜拉桥工程项目，根据施工现场水文、地质、气候及周边环境，通过技术攻关确定辅助跨5#、6#墩水中承台采用锁口钢管桩围堰施工，解决了水中大型承台施工的技术难题并形成工法。实践证明，工法具有很好的实用性、先进性、科学性。

2、工法特点

2.1加工制作简单、快速。钢管采用厂制成品钢管，能快速购置；钢管和锁扣之间的焊接工艺要求不高，工作量少，工地现场或一般钢结构厂家均可加工。

2.2施工工期短。采用振动锤逐根插入锁口钢管桩，施工工序简洁，精度要求不高，人工作业量小，施工速度大大提高。

2.3整体刚度大。锁口钢管桩本身刚度较大且深嵌入承台底以下地层、变形少，桩间通过锁口连接在一起整体稳定性非常好；围堰内无须复杂的内支撑体系，为承台施工提供了作业空间和可靠的安全保障。

2.4材料回收利用率高。锁口钢管桩可全部拔除，整个围堰结构的钢材回收率达90%以上，可用于其他承台基础围堰施工或上部结构施工的支撑管柱，材料周转利用率高，经济效益明显。

3、使用范围

锁口钢管桩围堰适用于陆地(土质类地质层)大型承台深基坑支护及水深20m以内、河床为砂类土、粘性土和风化岩等种复杂地质、地层条件下的大型承台施工。

4、工艺原理

锁口钢管桩围堰的主要结构是支护钢管桩、锁口、水平支撑和封底混凝土。围堰主要是靠在相邻钢管桩连接的锁口内采用往帆布袋灌注一定稠度的低强度混凝土砂浆达到止水效果。通过锁口钢管安装插打、堵漏、抽水、混凝土封底、承台施工五个阶段来实现大型桥梁水中大型承台作业的无水施工。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1、施工工艺流程

锁口钢管桩围堰施工工艺流程见图5.1.1

图5.1.1 锁口钢管桩施工工艺流程图

5.2、围堰布置

5.2.1围堰结构平面布置要与钻孔灌注桩钢护筒、钢管桩及水上作业平台的布置相配合，使得围堰施工简单化为原则。

5.2.2围堰结构立面布置根据河水水位确定，围堰顶面标高应高出施工期内河水最高涨潮水位1m以上。

围堰结构布置图见图5.2.1，围堰结构剖面图见5.2.2。

5.2.1 锁口钢管桩围堰结构布置实例

5.2.1 锁口钢管桩围堰结构剖面实例

5.3锁口钢管桩围堰结构计算内容及构件选用

5.3.1围堰设计程序

1、设计资料收集，如水文、地质等资料，以及加工制造、运输、吊装、振动锤等有关数据。

2 、资料中的围堰设计参数计算，水流、潮差、土质侧压力系数。

3 、确定合理施工顺序，明确围堰结构计算的条件。

4 、绘出围堰总图，拟定钢管桩直径，锁口形式。

5 、围堰侧压力计算，进一步求出每米宽围堰的弯矩和支撑反力。

6 、按以锁口中心宽度换算成每根管桩的弯矩和支撑反力，检算桩的应力，检算水平支撑。

7 、按锤击沉桩的锤击力及允许的施工误差设计锁口。

5.3.2构件选用

根据计算结果和实际情况，支护可选择钢管桩、H型钢、工字钢等材料。钢管桩入土深度根据围堰稳定性计算和承台底标高确定，并在管桩相连处进行锁口处理；锁口阴阳头采用TC形式，分别采用Φ160*10钢管和16号工字钢一半于钢管焊接的形式。为节省材料，锁口长度可比钢管桩长度小，但需考虑承台封底混凝土底标高、河床标高等具体参数确定。

锁口构造见图5.3.1。

图5.3.1 锁口构造图

结构所有钢构件均采用Q235 (A3)钢材，原材料质量应符合国家相关规范。

5.4操作要点

工法必须遵守执行《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50－2011）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）、《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205）、《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）、《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2012、《中华人民共和国安全生产法》以及《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005等相关标准、规范。

5.4.1施工放样与定位

根据承台的有效宽度及考虑施工作业通道围堰宽度和深度，确定施工区域，在插打导向桩时需全程对导向桩桩位及垂直度进行监测。

5.4.2导向框的设置

为了精确控制钢管桩的打入后的平面位置，需设置导向框，导向框应采用有足够的刚度且带有平面的H型钢，导向框水平长度不宜过大，控制在10m左右，为方便钢管桩能顺利插入导向框，导框宽度大于管桩直径2cm为宜，即每边各放大1cm。导框桩与导框应焊接牢固。导向框结构示意见图5.4.1

图5.4.1 导向框结构示意图

5.4.3钢管桩插打的操作要点

1 、装卸钢管桩采用两点吊。吊运方式采用单根起吊，并注意保护锁口，以防止锁口变形。

2、根据设计地质和现场调查情况，选用满足施工区域地质层管桩插打力的振动锤及相应的起吊设备。本项目采用80T履带吊配合60KW振动锤施打，打桩设备应满足钢管桩的插打和拔除。

3 、总体插打方式为由各边中部向两端插打钢管桩，分别在角桩处合拢。首先将导向框及导向桩打设到位，然后利用导向框插打第一根钢管桩，第一根钢管桩插打至外露9米时停止插打，然后进行第2根钢管桩插打，第2根钢管桩插打至与第1根钢管桩齐平时，停止第2根钢管桩插打，将第1根钢管桩剩余部分插打到位，再开始第3根钢管桩插打，插打至与第2根钢管桩平齐时停止插打完成第2根钢管桩剩余部分插打，如此循环施工。插打流程见图5.4.2-5.4.6

图5.4.2 插打步骤1 图5.4.3 插打步骤2

图5.4.4 插打步骤3 图5.4.5 插打步骤4

图5.4.6 插打步骤5

4 、先用履带吊将钢管桩吊至插点处进行插桩，对准桩与定位桩的锁口，锁口抹上润滑油，开动液压机，夹紧桩，锤下降。

5 、试开打桩锤30秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至坚实土层，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直。

6 、在打桩过程中，为保证钢管桩的垂直度，用两台经纬仪在无导向框限位两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，在打桩进行方向的钢管桩锁口处设卡板，阻止管桩位移。同时在导向框上预先算出每根管桩的位置，以便随时检查校正。

7 、打桩至设计高度前40cm 时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。

8 、松开液压夹口，提升第二根钢管桩至桩位处，打第二根桩，以此类推至打完所有桩。

5.4.4堵漏止水

1 、锁口钢管桩的止水是围堰成功的关键，堵漏采用直径15cm（比锁口略大）与锁口长度相同的防水布袋内注浆进行堵漏，将帆布袋包裹住Ф30mm注浆管伸入母口底端，后进行注浆，边注浆边提升直至注满母口。

2 、采用布袋内注浆可防止浆液在水下被冲散，同时也在浆液与锁口壁体形成隔离层，方便后期拔桩。

3、浆液必须充满锁口才能成功止水，强度要求不高，可采用低强度高流动性泥浆。建议配比：350kg（膨润土）：200kg（水泥）：40kg（膨胀剂）：1000kg（水）。

4、止水前，先对锁口内进行冲洗，保证锁口内通畅，壁体无夹泥，

锁口清洗

5、采用专用拌浆设备拌制泥浆，严格控制浆体的施工质量，避免过稀导致收水严重或过稠导致灌注困难。

6、布袋与注浆管一同插入锁口，安装时防止绞缠，到底后，开始注浆，注浆管边注浆边提升。

锁口插入注浆管及布袋

7、及时检查布袋充满情况，需要补灌者必须及时进行，防止口袋被浆体硬结，影响补灌质量。

锁口止水灌浆到位

5.4.5围堰抽水与清淤

1、钢管桩围堰完成堵漏后进行抽水，抽水过程中应严格控制抽水速度和抽水高度，过程中对围堰情况、漏水情况进行观测。

2、在抽水后，在基坑内设置集水井将积水排出，基底采用泥浆泵配合高压水枪将围堰内的淤泥清除。如基底有淤泥应进行处理在进行基底混凝土施工。

5.4.6封底混凝土的浇筑

封底混凝土在抽水后为无水作业，基底处理完成后，进行标高复核，按设计要求

进行封底混凝土浇筑。混凝土强度满足要求，进行后续承台施工。

5.4.7钢管桩的拔除

承台施工完毕后，可进行围堰拆除。钢管桩拔除顺序与插打相反，由围堰合龙位置开始拔桩。拔桩时，先用振动锤将管桩锁口振活以减小土的阻力，然后边振边拔，振幅为10-20mm；供振动锤使用的电源应为振动锤本身电动机额定功率的1.2～2.0倍；对引拔阻力较大的钢管桩，采用间歇振动的方法每次振动15min，振动锤连续工作不超过1.5h。

6、材料与设备

本工法无需特别说明的材料，所需主要机械设备见表6.0.1

表6.0.1 机械设备表

7、质量控制

7.1建立健全质量安全管理体系，分工明确，责任到人，及时发现和清除各种质量安全隐患，防患于未然。

7.1.1以项目经理为质量第一负责人，任命1 至2 名经验丰富的人员负责质量管理方面的工作，并保持与设计施工等各方面有效协调。

7.1.2各种原材料，半成品严格按质量要求进行采购。钢管桩送到现场后，应及时检查、分类、编号。

7.2钢管桩质量要求

7.2.1桩的垂直度控制在1%以内，桩底高程误差控制在10cm 左右，桩的平面位移控制在15cm 以内。

7.2.2在使用拼接接长的钢管桩时，钢管桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m，所以，在组拼钢管桩时要预先配桩，在运输、存放时，按打桩顺序堆放，打桩时按规定的顺序打。

7.2.3钢管桩围堰在使用过程中，防止围堰内水位高于围堰外水位。在围堰内抽水时，钢管桩锁口漏水，在围堰内用板条、棉絮等楔入锁口内嵌缝。

8、安全措施

8.1建立完善的施工安全保证体系，加强施工过程中的安全检查，实现作业标准化、规范化。

8.2为保证用电安全，对凡可能漏电伤人的设备均设置接地装置，并制定检查检修制度，定期、定时对用电设备进行检查。

8.3电焊工必须按规定配戴相应的防护用品，严格按照有关规定规范要求进行作业。

8.4配合机械开挖的施工人员要佩戴安全帽，施工时注意机具伤人，防备吊物对人身碰撞。

8.5吊车驾驶员及打桩人员应在现场管理人员的统一指挥下进行水上作业，切实保证安全。

8.6水上施工平台必须有标识和防护栏，夜间作业区域应布置警示照明灯。水上作业人员必须配备救生衣，做到一人一套，安全施工。

9、环保措施

9.1妥善处理施工期间产生的各类污染物，设置专门的废物堆放场地，止水泥浆拌制按配比实施，用多少办多少，多余泥浆不得随意排放。

9.2对受到施工车辆、机械破坏的地方及时进行修整、恢复原貌。

9.3施工期间要保持工地清洁，保持经常洒水以控制扬尘；严禁在施工现场焚烧有毒、有害物质，避免有毒、有害气体污染大气。

9.4认真调查施工区域内的水源、河流、地表水径流及地下水分布情况，认真研究由于施工驻地设置、施工临时道路、施工场地及工程主体对地表水、地下水活动的影响，并采取相应措施，保护水环境。

9.5落实环保法规，完善环保、水保措施，确保工程所处环境不受污染和破坏，防止水土流失及污染、珍惜绿色植被、保护自然资源，达到国家环境保护主管部门环评审查要求。

10、资源节约

10.1施工完成后可拔除，用于其他承台基础围堰施工或上部结构施工的支撑管柱，材料周转利用率高，节约成本。

10.2整体刚度大，稳定性好，无需复杂的内支撑体系，节省支撑材料。

10.3加工简单、插拔速度快，加快了施工工期，节省工期成本。

11、效益分析

锁口钢管桩围堰所采用施工方法简便易行，设备投入少，质量安全可靠，工期有保障。而且锁口钢管桩围堰的方式在水中、陆地均可以使用，应用范围广泛。而且钢管桩可作为上部构造施工支架体系，能完全周转。也就是在基础围堰不用再单独采购钢板桩或者制作钢围堰，经济效益明显。

12、应用实例

江苏省临海高等级公路灌河大桥GH-2标辅助墩及过渡墩水中承台施工。

12.1工程概况

临海高等级公路灌河大桥是临海高等级公路的关键节点工程，位于连云港和盐城两市交界的灌河下游，距入海口仅7公里。项目起于新沂河大堤，北接临海高等级公路连云港段，跨越灌河，南接临海高等级公路盐城段。工程路线全长7.644公里，其中主桥长756米，两侧引桥长3.61公里，主桥桥型为主跨400米双塔双索面组合梁斜拉桥，是江苏省苏北腹地内河航道上跨径最大的桥梁。

灌河大桥主桥辅助墩及过渡墩承台平面均为矩形（15m×10.5m×4m），四角为半径2m的圆弧，中部为宽4m长7m系梁连接，呈哑铃型。灌河一天两潮，潮差4m，流速2.8m/s，承台处水位7.5m.

12.2施工情况及结果评价

中交一局灌河大桥工程项目采用锁口钢管桩围堰施工了主桥辅助墩及过渡墩承台，通过技术攻关，采用工字钢与钢管相结合的新型锁口样式和低强度高流动性砂浆灌注锁口封水的施工工艺，成功实施了两个水中承台围堰，减少了施工投入，加快了施工进度，为如期完成整个工程提供有利的保证。

该项技术为江苏地区施工项目中首次成功实施，推动了水中大型承台施工的技术进步，具有深远的意义，为同类工程施工提供了成功案例。

灌河大桥辅助墩锁口钢管桩围堰