浅谈锁扣钢管桩围堰在深水中的应用
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摘 要：本文结合厦深铁路（广东段）4标韩江特大桥东溪段钢管桩围堰的实施实践，就如何在深水作业中成功运用锁扣钢管桩围堰进行施工进行了详细阐述。
关键词：锁扣钢管桩围堰； 技术控制
厦深铁路（广东段）4标韩江特大桥东溪段线路长度3.012km，设计时速200 Km预留250Km，总投资约为300亿元，跨越潮州汕头两市三镇。管段内设计桥墩85个，起点为190号墩、终点为274号墩，其中200至210号墩10个墩位于韩江中，204位于江中小岛。一级承台14.5×10.5×3m，二级承台10.4×6.8×2m，连续梁5联19孔，（32+48+32）×2、（44+3×72+44）、（48+3×80+48）、（48+80+48），主通航孔为3孔80米梁，副通航孔为3孔72米梁，桥址所在的韩江东溪百年一遇水位达9.75 m，流量7660 m3，流速1.424m/s,降水量的年内分配很不均匀，主要集中在汛期4～9月，占全年降水量的81.7％。春夏以峰面雨为主，7～9月多台风雨,地质多变。
为了加快进度完成厦深铁路整体进度指标、保证工程质量，必须对传统的围堰进行创新。从承台形式、地质、水文及以往水中施工经验来看，我们对钢板桩围堰、双壁钢围堰和钢管桩围堰三种方案的缺点进行了认真分析比对。最终我们决定创新钢管桩施工方案，使用锁扣钢管桩围堰方案，并在具体施工，严格地执行了相关技术控制标准，最终取得实效，并且提高了材料周转效率，钢管桩围堰施工完毕后用于周转至连续梁零号块的支架施工。
1、围堰方案比选
1.1双壁钢围堰结构刚性好，可承受更大的内外水头差，安全渡过洪汛期， 还可以作为钻孔桩施工时的辅助手段，适用于深水，覆盖层较厚的情况下使用，其成本相对较大。因此深水区207至210号墩围堰采用双壁钢围堰。
1.2钢板桩围堰简单易行，成本低廉，技术成熟，但其受水位及地质影响大，围堰合拢后需不同程度止水，因此在200-202，205-206号墩采用钢板桩围堰。其优点为：强度高，容易打入坚硬土层；可在深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。防水性能好；能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用，因此，被广泛应用
1.3锁扣钢管桩围堰相比钢板桩围堰结构稳定，施工速度快，材料周转率高可重复利用，是钢板桩围堰与钢管桩围堰的有机结合，但其止水难度相对较大，适用于粘土及亚粘土地质，因此203号墩采用锁扣钢管桩围堰。
钢板桩采用先桩后堰，钢围堰采用先堰后桩，既能做到流水又能平行施工，使钻孔桩及连续梁比预期提前42天。
2、锁扣钢管桩围堰设计
2.1钢管桩的截面选择
钢管桩是围堰受力主要部件。根据《钢结构设计规范》规定：钢管（直）径（壁）厚比的要求。 A3钢D/t≤100，并且要穿过密集孤面、片石堆积和木质沉船，结合力学计算情况采用φ726mm，厚度为8mm的钢管，同时为防止在振动锥作用下造成桩端和桩头出现破裂现象要进行局部加强。
2.2 锁扣的设计
锁口能否止水是围堰成败的关键之一。为保证锁口能止水，我们做了以下工作：一是保证锁口有足够强度不开裂，我们聘请石家庄铁道学院陈伟教授对锁扣强度进行反复检算及结合现场实际材料情况决定采用25工字钢和∠160*140*10角钢，并且确保工字钢和角钢与钢管桩之间采用CO2电焊机接进行焊接，保证了焊缝符合国家相应的标准，即要保证强度又要保证不漏水;二是使锁口有空隙进行堵漏，通过选择采用“L-T”形锁口较好。三是锁扣空隙堵漏选择了不易透水和易填压密实的材料。
2.3 围堰设计。
203号墩一级承台尺寸14.5m*10.5m*3m，根据水中围堰类似经验考虑长边方向作业空间为1.5m，短边方向作业空间为1.0m，从而计算出钢管桩围堰设计尺寸为17.5m*12.5m，设计承台底标高为-3.545 m，河床地面标高为+1.2 m，目前施工正常水位为+4.0 m，钢管桩围堰设计顶标高为+8.0m，通过对围堰结构受力的计算确定材料采用长度为18m。
2.4 围堰内支撑设计。
内支撑设计是围堰成功的关键所在，内支撑主要功能是阻挡支撑围堰外侧压力的。在设计时应考虑在围堰内封底混凝土之前，作用围堰上的风力、水流力、侧压力等各种荷载应通过钢管桩传递给内支撑上，同时内支撑系统受力要明确、安装尽可能简单易操作，同时方便施工。
2.5围堰内封底混凝土的强度和厚度的确定。
低强度混凝土，在抗静水压力和承托承台新鲜混凝土重力时要增加厚度，反之成立，通过专家力学抗压计算203墩采用1m厚，强度C25的水下混凝土进行封底。
3 锁扣钢管桩施工及技术控制
3.1施工步骤流程
锁扣钢管桩加工制作钢管桩围堰插打钢管桩围堰合拢钢管桩围堰堵漏钢管桩围堰挖泥钢管桩围堰封底。
3.2钢管桩围堰钢管桩加工
3.2．1为了保证锁扣钢管桩的质量，通过QC小组讨论按照设计要求进场钢管桩、工字钢及角钢，并安排专人按照锁扣钢管桩尺寸设计制作锁扣钢管桩胎架，以保证锁扣钢管桩的结构尺寸。
3.2.2为了保证钢管桩与工字钢及角钢的焊缝质量采用CO2电焊机焊，CO2电焊机焊焊条小能够深入锁扣内进行全面焊接，且焊接效率高，焊缝强度满足力学性能及抗裂性能。
经控制，所有加工锁扣钢管桩长度、锁扣大小位置误差均满足规范及施工要求，经检汕头计量中心探伤研究所检查焊缝高度、宽度及设计强度均符合国家标准及设计要求。
3.3钢管桩围堰插打
3.3.1制作精确的导向架。在钻孔灌注桩护筒上直接焊接三角牛腿，在牛腿周边安装导向架，测量人员用全站仪放出4个角位置，按照测量放点进行安装，保证导向架位置准确和两工字钢相互垂直。
3.3.1及时用吊线观察钢管桩的垂直度必要时采用手拉葫芦进行纠偏。在插打钢管桩时，严格控制第一片钢管桩的插打，必须保证插正、打正，以免影响后面的钢管桩，为了确保其插正及位置准确，在导向架上设了一个限位框架，大小比锁扣钢管桩每边放大1厘米，插打锁扣钢管桩靠紧导向架，一边插打，吊车一边缓慢下钩，并在互相垂直的两个方向观察，以后的锁扣钢管桩起吊后人工扶持插入前一片锁扣钢管桩锁口，然后用振动锤振动下沉，整个施工过程中，要用锤球始终控制每根锁扣钢管桩的垂直度。
在插打过程中，由于钢管桩锁口和锁口之间缝隙较大，总会使钢管桩产生向远离第一根钢管桩的方向倾斜，当钢管桩的倾斜度超过1%时，就采用手拉葫芦进行纠偏，同时一次性纠偏不能太多，以免引起锁口间别住，影响下一片钢管桩的插打。桩顶标高偏差±100mm；钢管桩轴线偏差±100mm；钢管桩垂直度偏差为1%，在允许误差范围内。
3.4钢管桩围堰合拢
3.4.1精确测量合拢口大小。到合拢口只有一根钢管桩时，测量人员到现场实际测量其上口宽度，水面上口宽度及中间宽度，发现上下口宽度均为0.97m，而实际锁扣钢管桩宽度1.117m，比实际现场大0.147m。
3.4.1加工异型锁扣钢管桩。经测量人员精确测量锁扣大小，锁扣钢管桩宽度比现场实际宽度大0.147m，经QC小组讨论决定制作异性钢管桩，加工异型锁扣钢管桩直径为0.967m，具体加工方案如下：在锁扣25工字钢割除15cm，再将工字钢焊接在设计钢管桩上面，成而保证锁扣钢管桩宽度为0.967m。
3.5 钢管桩围堰堵漏
3.5.1堵漏材料采用棉花加粘土混合物。堵漏材料采用现场基坑开挖出来的粘土，外购买棉絮，采用人工的方式将棉絮和粘土混合物塞进锁扣内。
3.5.2堵漏机械采用自制10cm钢棒加60型振动锥。在60型振动锥夹住自制直径10cm的钢棒在锁扣内上下来回振动把棉花和粘土混合物压实。
3.6管桩围堰安装内支撑及挖泥
3.6.1及时安装内支撑系统和抽水。确保安全的前提下，围堰内支撑的施工与围堰内抽水的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行，根据本围堰结构力学设计情况分两层支撑。
围堰内支撑的顺序如下：安装第一层内支撑抽水至第二层支撑处安装第二层内支撑。
3.6.2长臂挖机进行取泥。为了加快施工进度经QC小组讨论采用租赁长臂挖掘机进行取泥。安装内支撑、抽水和采用长臂挖机挖泥总施工时间为一个月，大大缩短了工期，加快了施工进度。
3.7钢管桩围堰封底
3.7.1用水下导管和漏斗保证水下封底。为了保证结构安全，经QC小组讨论决定采用水下封底，水下封底必须一次连续浇注完成，采用汽车泵配合漏斗进行，封底混凝土采用低热水泥和良好的粗、细骨料，并掺加适量粉煤灰和外加剂。从而保证混凝土拌和物和易性良好，初凝时间长，坍落度损失小。
3.7.2安排专人及时测量封底标高。承台底标高为-3.545m，实际开挖泥面标高为-4.645m，第一道内支撑标高为3.5m，封底设计标高就为承台底标高，考虑实际水下封底误差，实际封底标高为-3.645m，为了保证封底厚度和封底标高的正确，安排专职经验丰富人员进行标高确认。
4.结束语
通过全员努力成功将钢管桩围堰合拢，同时创新采用棉絮和粘土混合物在60型振动锥配合下成功将锁扣填压密实，从而保证围堰堵漏成功并于2009年4月1日完成封底，得到了业主和兄弟单位的高度赞扬。
4.1钢管桩围堰成功合拢及堵漏，为厦深铁路韩江特大桥（全桥长17公里多）第一个墩身打下了坚实的基础，大大提高了工程质量和施工进度，比业主要求的6月20日完成 墩身的节点工期提前了一个月，受到局指领导及广铁集团厦深铁路公司领导高度表扬。
4.2 双壁钢围堰需要加工、底节围堰下水、浮运、定位、接高、下沉及封底，施工工艺复杂，完成时间需要3-4个月比钢管桩围堰施工长；钢板桩围堰的钢板桩需要租赁，并且去广东倒运需要更长的时间，且复杂内支撑设计及加工比钢管桩围堰长，导致机械挖泥困难从而此钢板桩围堰施工周期比钢管桩围堰长；钢管桩围堰的锁扣钢管桩的现场进行加工且同时进行倒运，比其他两种围堰节省时间。
4.3锁扣钢管桩围堰，充分利用钢管桩重复使用的特点，围堰拔除后，用于连续梁零号块的支架材料，每个围堰有效减少一次性材料投入110多万元。