锁扣钢管桩围堰施工在泰州大桥中的应用
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摘要：大型跨江跨海工程面临的首要关键技术难题就是基础工程，随着泰州大桥南塔承台锁口钢管桩围堰施工的技术创新，拓展了江侧浅滩区大型深基坑的体态尺寸与开挖深度，实施安全度、质量精确度。
大型深基坑采用锁口钢管桩围堰施工是一种比较先进的施工工艺，最大限度的保证了基坑的安全，与常规的施工工艺相比，既提高了生产效率，又节约了工期和施工成本，取得较好的效果。本文以泰州大桥南塔围堰为例，简要介绍了锁扣钢管桩围堰施工的应用。
1、工程概况
泰州长江公路大桥南塔位于扬中段长江西岸大堤外侧滩地，索塔中心距东侧长江边约20m，距西侧大堤中心约180m。滩地平均地面标高约+3.0m，在汛期时被江水淹没。
索塔承台为哑铃型，分南、北承台和系粱三部分。承台整体尺寸为77.334×32.6×6.0m（长×宽×高），承台顶标高为+4.3m，底标高为-1.7m。
2、施工方案的比选
由于本工程承台体积较大，根据南塔工程特点和地质特点，比较适宜的是采用钢板桩围堰，但其有以下几方面弊端：①若采用钢板桩须设计三道以上内支撑，影响承台施工；②目前市场上常用的钢板桩主要为国外进口，成本很高；③钢板桩专用性强，只能用于深水基础或围堰。
基于以上原因，采用锁口钢管桩围堰施工较为经济合理。
3、锁口钢管桩围堰施工
3.1、锁口钢管桩加工与打设
（1）、锁口钢管桩加工
锁口桩采用φ800×10mm钢管加工，钢管桩为螺施管，采用卷管机整根自动卷制、焊接。
（2）、锁口桩沉桩
①沉桩前的准备：
定位围堰四边锁口钢管桩的轴线，根据施工图纸，计算出围堰四个角桩的中心坐标，然后采用全站仪实地定出四个角桩的中心及定出围堰四边的轴线。
②沉桩：
布置监控仪器：采用两台全站仪和一台水准仪进行沉桩监控。两台全站仪按 90°夹角前方交汇法监控管桩的两方向的垂直度，一台仪器布置在围堰的边轴线上，另一台仪器布置于90°夹角方向，用水准仪控制桩顶标高。
（3）、合拢桩施工
合拢桩施工原则是先插桩合拢，最后逐根沉桩至设计标高。为确保插桩精度，采用短桩插桩合拢，最后逐根接长，沉桩至设计标高。
3.2、堰内土方开挖
堰内除土厚度为7.8m（标高为+5.0～-2.7m），方量约为28000m?，土质主要为填土、亚粘土和淤泥质粘土。主要除土设备为挖掘机、泥浆泵和高压射水设备。
第一层支撑安装完毕后，采用高压水枪冲泥，泥浆泵吸泥外排，开挖深度为2.0m，即标高为-0.5m。在第二层支撑安装完毕后，采用高压水枪冲泥、泥浆泵吸泥外排，在第二层支撑安装完毕后，采用高压水枪冲泥、泥浆泵吸泥外排，按第二层土方开挖方式，开挖土方至设计标高-2.8m。见图3.2-1。
3.3、锁口钢管桩围堰支撑系统布置
围堰支撑系统共设两道，第一道在标高+5.2m，第二道在标高+0.8m。支撑结构分四部分：圈梁、水平支撑、竖向支撑和加劲撑。
第一道支撑：圈梁采用2HM44×30cm型钢，水平撑杆采用φ60×0.8钢管，加劲撑为φ60×0.8钢管。详见图3.3-1。
按标高先焊接竖向撑杆的牛腿，牛腿沿横桥向布置。然后按轴线定位、焊接牛腿上的弧形钢板。焊接完毕后，吊装、焊接顺桥向撑杆。撑杆与圈梁相接处采用环焊，与弧形钢板相接处采用双贴角焊缝焊接。
第二道支撑：圈梁为2HM58.8×30cm型钢，水平撑杆采用φ80×1.0钢管，加劲撑为φ60×0.8钢管。详见图3.3-2。
第二层顺桥向撑杆直接支承在桩头钢护筒上，不设加劲撑。为减少撑杆的长细比，水平纵、横撑杆采用十字相连，竖向支撑杆件采用φ63×0.8cm。为保证承台钢筋间距，在承台施工之前，采用竖向桁架置换φ63×0.8cm钢管竖向撑杆。支撑下设置牛腿，以支承支撑系统的自重。
3.4、锁口钢管桩围堰受力分析
3.4.1、支撑系统计算
计算图示如下：
支撑系统受力分析
（1）圈梁
通过以上计算可知，圈梁采用满足要求
（2）支撑
按压杆稳定性进行计算
b、直撑：φ63×0.8cm
顺桥向 n31～55
横桥向：n62～71
c、加劲撑： 钢管
N72～85，
从以上计算可知，支撑满足强度要求。
（3）位移
从以上计算可知，支撑系统强度和位移满足要求。
3.4.2、围堰抗管涌和抗隆起稳定性计算
（1）、抗管涌计算
则
因此，围堰满足抗管涌稳定性要求。
（2）、抗隆起稳定性计算
计算图示如下：
其中：
在基底的滑动面上，
取滑动面高度一半值计算抗剪强度
因此，围堰的抗隆起稳定性满足要求。
3.5、围堰监测
围堰监测包括钢管桩桩顶位移，堰外土体沉降、位移和内支撑应力3个部分。
（1）、位移点布置：
根据对称性原则，在管桩顶部布置A1～A15监测点，监测桩顶位移。
（2）、应力监测点布置：
选择具有代表性的撑杆和圈梁布置应力监测原件。应力元件布置：第一层撑杆布置在角撑、直撑和系梁处圈梁处；第二层撑杆布置在角撑、系梁处支撑和圈梁处。
3.6、效果检查
锁口钢管桩围堰效果检查主要是堰内除土、抽水后，看围堰止水效果和通过应力计检测围堰各杆件应力是否在允许范围内。
围堰除土抽水后发现止水效果非常理想，原来准备的往锁口压浆措施无须实施，仅有非常少的局部地方漏水，采取在围堰内焊钢板并填塞堵漏材料的方法进行堵漏即可。
围堰应力在封底前、封底后等最不利状态各杆件应力均在规范允许范围内，详见下表图3.6：
4、效率与效益分析
该围堰采用锁口钢管桩作为挡土和止水结构，采用型钢作水平圈梁，钢管和桩基护筒作支撑结构，采用机械和高压水枪开挖土方，中间系梁处采用加筋混凝土封底，采用测量仪器和应力元件进行位移和应力监控，提高了生产效率，经计算比常规围堰施工：节约了工期42天；节约了成本206.5万。
同时，采用锁口钢管桩作为临江边大型深基坑的支护结构，降低了施工风险，保障了施工安全，由此而产生的其他经济效益难以计算。
5、结束语
大型跨江跨海工程面临的首要关键技术难题就是基础工程，泰州大桥为世界第一的三塔两跨悬索桥，单跨跨径为1080m，其中南塔承台是全桥施工关键控制部位，泰州大桥南塔承台采用锁口钢管桩围堰进行大型深基坑的施工，提高了功效，缩短了工期，降低了施工成本，保障了施工安全，最大限度的降低了承台的施工风险。
参考文献：
[1]江正荣.《地基与基础施工手册》中国建筑工业出版社，1997年。
[2] 张峰.双壁钢围堰施工桥梁基础在不同条件下若干问题的处理办法[D].西南交通大学，2007年。