锁口钢管桩围堰工法(增)

深水桩承台锁口钢管桩围堰施工工法中铁九局集团有限公司中铁十局集团有限公司鞍钢建设集团有限公司于建军夏志华李东炜张维超李：6670501前言锁口管桩于上世纪五十年代中期在我国做过应用试验，并曾应用于水库大坝防渗墙基础中，达到了防渗要求。受混凝土抗拉性能差，制造工艺要求高和当时国家钢材缺乏等因素限制，此技术的推广受到一定制约。随着我国科学技术水平的进步以及经济的迅猛发展，该技术将得到广泛的应用和推广。中铁九局集团有限公司结合所承建的沈阳市南阳湖斜拉桥工程，根据施工现场水文、地质、气候及周边环境，通过技术攻关确定部分深水基础采用锁口钢管桩围堰施工，解决了深水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2.0.1施工速度快，制作、加工、安装下沉方便灵活，工艺简单，所需设备少。2.0.2截面强度、刚度大，支撑简单方便，具有可靠的结构稳定性和作业方便性。2.0.3设备式投入，可重复利用，经济、实用。3适用范围本工法适用于各种复杂地质、地层，比如水下地层有障碍、密集孤石、片石堆积等深水基础的施工。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。围堰主要是靠精密加工的锁口和在锁口处灌注一定稠度的石油泥浆达到止水效果。通过锁口钢管安装下沉、混凝土封底、抽水、承台施工四个阶段来实现大型桥梁深水桩基承台等作业的无水施工。5施工工艺5.1工艺流程深水桩承台锁口钢管桩围堰施工工艺流程见图5.1.1。5.2锁口钢管桩围堰布置5.2.1围堰结构平面布置要与钻孔桩护筒及管柱的布置相配合，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计算最高水位1m。围堰结构布置见图5.2.2。图5.1.1施工工艺流程图图5.2.2围堰结构布置图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，如气象、水文、地质等资料，以及加工制造、运输、吊装、桩锤等有关数据。钢管桩围堰设计钢管桩、锁口加工及拼装下沉钢管桩安装水平支撑浇注封底混凝土浇注混凝土承台及部分墩身拔除钢管桩2资料中的围堰设计参数计算，如风力、水流、波浪、土压力系数。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。8计算作用在围堰的风力、水流力、波浪力，检算围堰抗倾覆的稳定性。5.3.2构件选用根据计算结果，支护选择Φ529*6，L=14m钢管桩支护，并在管桩相连处进行锁口处理；锁口样式打破传统上的钢轨与槽钢的接口形式，锁口阴阳头分别采用10号槽钢和10号工字钢的新样式；支护结构标准桩间距纵桥向0.67m，横桥向0.675m；钢管需接长时，宜采用等强度对接。水平设置2道分别为φ800*6钢管和φ800*10钢管内支撑，水平支撑与钢管桩之间采用2I56b工字钢作为分配梁连接。锁口构造见图5.3.2。图5.3.2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，焊条均采用E43型。5.4施工控制要点5.4.1围堰拼装钢管桩和锁口所用钢材必须满足设计要求，符合相关规定。锁口处构件必须严格按设计尺寸下料，焊接需满焊。5.4.2围堰下沉在钻孔灌注桩施工平台周边安装导向架。设上、下两层，严格控制钢管桩的倾斜度。在导向架上按理论尺寸放线定出各桩的位置，用震动打桩机下沉至设计标高。如遇到沉船、孤石、片石等地段，用吊机将柴油锤套在桩顶，将桩锤击到位。5.4.3围堰内支撑围堰水平设置2道内支撑，分别设置于桩顶下3.0m和6.0m处，第1道水平支撑采用φ800*6钢管，第2道水平支撑采用φ800*10钢管，水平支撑长边设4个支撑点，短边设2个支撑点。水平支撑与钢管桩之间采用2I56b工字钢作为分配梁连接。钢支撑安装时应用钢楔形块顶紧，并固定牢靠，防止钢支撑脱落。支撑布置见图5.4.3。图5.4.3支撑布置图5.4.4锁口封水锁口内射水冲洗后灌注石油泥浆。防止碎石和硬土进入锁口，在管桩下插前于锁口槽口下端先焊坡度1:6的挡板。施工过程中，严格控制泥浆稠度，使围堰达到最佳止水效果。5.4.5清底围堰内开挖，泥土用抓斗冲抓或射水吸泥，孤石由潜水工水下作业消除。5.4.6水下混凝土封底混凝土封底时应根据封底面积和水下混凝土的流动坡度确定多点布设封底导管位。灌注混凝土时，必须协调统一，使混凝土在围堰内的增长高度要基本一致。封底混凝土的测量要及时准确，防止混凝土洗澡或局部未灌注到混凝土达不到止水效果。5.4.7承台混凝土浇筑待封底混凝土强度达到90%设计强度以上方可抽除围堰内积水，割除钻孔桩护筒，凿除桩头，检测合格后灌注承台钢筋混凝土。承台混凝土可分次浇注，每浇一层拆除相应内支撑。5.4.8钢管桩拔除用震动打桩机震松锁口的浆体后，再将钢管桩拔出。5.5劳动组织施工需要配备专门施工人员，并建立健全各工种的岗位责任制度，使各项工作在每个岗位上得到落实，以提高工作功效，保证施工质量和安全。劳动组织见表5.5-1:表5.5-1劳动组织序号工种职称定员/人工作内容1工长持证1负责现场施工、指挥2装吊工持证20负责开吊车3电焊工持证15负责焊接4铆工持证10负责拼接5电工持证5负责现场用电6木工持证47潜水工持证7负责配合下沉管桩8测工持证3负责测量标高、记录、检查9普工－210安全员持证1负责施工现场安全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主要机械设备序号名称规格数量单位备注1履带吊50t1台2汽车吊12t1台3挖掘机0.8m31台4空气压缩机10m32台5振动打桩机ZJ90型2台6柴油发电机50kw1台7水泵8BA-123台8水泵4BA-62台9电焊机500A12台10简板机11*2500mm1台11吸泥机Φ250mm2台12全站仪TCR12011台7质量控制7.1质量检验标准1《城镇道路桥梁施工规范》2《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)3《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）4《建筑钢结构焊接规程》5《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）6《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）7.2质量保证措施7.2.1建立质量责任制度，将质量与效益挂钩，健全质量管理机构和质量保证体系。加强专业技能培训，人员必须经考核合格后持证上岗。7.2.2构件钢料、焊条、焊丝、焊剂等主要材料必须符合设计文件和现行标准要求并有出厂合格证，必要时应作力学、化学及可焊性试验。围堰钢构件的焊接要求、焊缝检查必须满足规范要求，焊缝处应做水密检查。不合格应复焊，直至合格后方可使用。7.2.3为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的桩数要均分。为保证桩身垂直，于第一组桩设固定于围堰支撑上的导向架，顺导向架下插，使第一组桩桩身垂直。在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰。7.2.4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，相邻桩的接头上下错开至少2m。在组拼钢管桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺利堆码，插桩时按规定的顺序吊插。7.2.5对围堰内开挖要全过程监控支护结构的变形，变形超限时停止开挖，待查明原因并处理后方可继续开挖。7.2.6围堰内降水要随开挖进行，开挖应始终保持在微渗水状态下进行。开挖严格按照工况进行，严禁超挖，开挖至底后，及时进行封底。7.2.7承台施工前要与当地气象部门密切联系，及时了解天气情况。封底必须按作业指导书和安全操作规程施工，做到围堰吊装准确，封底砼质量有保证。7.2.8混凝土施工采用薄层浇注，合理分层30cm左右，适当控制砼的灌注速度，尽量减小新老砼的温差。加强保温、保湿养护，延缓降温速率，防止砼表面干裂。8安全措施8.1执行标准1《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）2《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2001）3《建筑安装工人安全技术操作规程》4《建筑现场临时用电安全技术规程》（JGJ46-2005）8.2安全控制措施8.2.1所有进入施工现场的人员，必须佩戴安全帽，禁止非施工人员进入施工现场。8.2.2水上作业操作人员必须穿救生衣、系安全带，采取重罚措施杜绝出现违归操作，确保施工安全。8.2.3围堰施工前，应制定详细的施工方案和安全操作细则,并向全体施工人员进行安全技术交底。8.2.4设专人负责日常检查和养护工作，在施工过程中设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现安全事故。8.2.5项目安质部相关负责人员在围堰施工过程中要与技术部门紧密配合，必须做到24h监控。8.2.6拔桩时要先震动1～2min，再慢慢启动振动桩锤拔桩。在有松动后再边震边拔，防止蛮干。9环保措施9.0.1严格遵守国家和地方政府部门颁发的环境管理法律、法规和有关规定，对产生噪音的设备采取合理布局，加强设备润滑和维护保养工作，并严格执行相应作业指导书和设备检点规程，以减轻噪音对周围生活环境的影响，同时尽可能避免夜间施工。9.0.2整个施工过程中，全面运行ISO14001环境保护体系标准，系统地采用和实施一系列环境保护管理手段。9.0.3将施工场地和作业限制在工程建设允许范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.0.4固体废弃物按不同性质和类别分开存放，主要分为危险、不可回收利用固体废弃物、可回收利用固体废弃物、生活和办公垃圾等。9.0.5施工所产生的钻渣和废弃泥浆送到指定的位置，防止对周围环境进行破坏和污染。水泥、膨润土等掺和料，应安全堆放，妥善遮盖，不得掉入江中。砼水上拌和站的废水，采取集中装运至岸上基地，经净化处理后进行排放。9.0.6交通船舶、施工机械产生的废油料及润滑油等，必须集中收集运至岸上业主指定的弃土场深埋，生产用油料必须严格保管，防止泄漏，污染河水。10效益分析10.0.1本工法采用工字钢与槽钢相结合的新型锁口样式，使用石油泥浆灌注锁口封水的新工艺，在保证质量的同时提高了施工效率，实现了节能减排。工法通过工程的成功实施，为同类工程施工提供了丰富的施工经验和技术指标。新颖的工法推动了深水施工的技术进步，取得了很好的社会效益和环保效益。10.0.2工法所采用施工方法简便易行，有利的缩短工期；设备式投入，可重复利用；锁口样式由工字钢代替钢轨降低了工程成本，工法具有很好的经济效益。11应用实例沈阳市南阳湖斜拉桥工程深水桩承台施工11.0.1工程概况沈阳市南阳湖斜拉桥为三塔四跨双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，大桥全长1377.7m，其中主桥384m，引桥561m，引道432.7m。大桥的主桥体宽度为43m，双向8车道。该桥跨越浑河，是连接沈阳市于洪区和苏家屯区的重要交通通道，并且也将成为通往桃仙机场的辅助干线。11.0.2施工情况及结果评价中铁九局采用锁口钢管桩围堰施工了该桥部分水中基础，通过技术攻关，采用工字钢与槽钢相结合的新型锁口样式和石油泥浆灌注锁口封水的施工工艺，取得很好的效果，大大加快施工进度，为整个工程如期交付提供有利的保证。该项技术在北方地区的首次成功实施，推动了深水施工的技术进步，具有深远的意义，为同类工程施工，特别在我国北方地区提供了丰富的施工经验。同时也提高了中铁九局集团有限公司的企业知名度，树立了良好的社会形象，为振兴东北老工业基地、繁荣沈阳经济做出了重要贡献。