水中索塔大深基坑支护锁扣钢管桩围堰设计与施工技术

水中索塔大深基坑支护锁扣钢管桩围堰设计与施工技术

李栋

中铁二十局集团第三工程有限公司 陕西西安 710016

摘 要：本文通过综合西村港跨海大桥主墩围堰施工的案例，对水中索塔大深基坑支护锁扣钢管桩围堰施工技术的应用实施了相应的分析及研究，给类似工程提供一定的参考和帮助。

关键词：水中索塔；大深基坑支护；锁扣钢管桩围堰；施工技术

前言：通常来说，水中基础基本都是使用围堰法施工，现阶段我国应用比较普遍的围堰方法有钢板桩围堰，锁扣钢管桩围堰，双壁钢套箱围堰等。在开展施工之前，需要按照项目本身的特征以及施工环境，采取最佳的围堰形式。和其他的围堰形式比较来说，锁扣钢管桩的结构更加稳定，同时适应性也更强，很适合用于大深基坑支护的施工。

1 案例概况

北海市西村港跨海大桥跨航道主桥为（38.9+70+238+70+38.9）m钢混叠合梁结构，其中，20#及21#主墩为水中墩，桥墩位处地质为密实砂层及硬塑粉质粘土层，地质条件极差，根据设计图纸及现场实测，承台深基坑挖深9.39～9.525m，基底以上最大水深13.8m，施工难度极大。通过对施工现场进行勘察之后，综合工艺、工期、成本等综合考虑，确定使用锁扣钢管桩围堰。

2 锁扣钢围堰的设计

2.1设计原则

围堰结构使用锁扣钢管桩围堰形式，在围堰里面建立支撑系统，使用混凝土进行封底。在设计围堰的过程中，需要考虑下面几个方面：首先，围堰所设计的标高需要符合20年中最大的一次高低潮差。其次，围堰主要需要承受的压力，包括自重以及潮汐流水压力等等。最后，因为海水环境具有一定的腐蚀性，所以在设计围堰的时候，需要综合材料的强度考虑有可能给结构带来腐蚀作用的影响。

2.2 围堰结构设计

主墩围堰钢管桩中心平面尺寸为48.8m×36.8m，围堰结构由锁扣钢管桩、围檩及内支撑系统以及封底混凝土三部分组成，锁扣钢管桩采用C-0型，主管φ630×12mm钢管。围堰竖向设置二层内支撑，腰梁上层采用3H700×300型钢，法兰连接钢管支撑上层采用ф800×16mm钢管，腰梁与锁扣钢管桩间隙填充浇筑细石砼，顺横桥向支撑钢管十字接头处采用3根钢管柱支承。封底平台采用贝雷梁及型钢等搭设。封底混凝土的厚度为3米，采用C30水下混凝土。

2.3围堰计算

采用 MIDAS 2019 建立模型，荷载考虑静水压力和土压力，取 0.8m 宽的钢管桩进行计算。根据相应的施工方案来安装内支撑，在完成施工模拟计算后，后续的施工阶段需要考虑之前施工阶段对钢管桩及内支撑的受力影响。通过验算，主墩承台开挖采用钢管桩支护，锁扣钢管桩长度24m，最大挖深锚固长度8.5m，承台顶以上两道钢支撑，带水开挖、水下封底，钢管桩、腰梁型钢、水平支撑钢管、立柱刚度、强度及稳定性满足要求。

3 锁扣钢管桩围堰施工技术

施工工艺流程：施工准备→施工3根立柱、锁口钢管桩进场→安装导向定位架→插打钢管桩→钢管桩合拢→钢管桩堵漏→抽水抽砂安装上层内支撑→抽水抽砂安装下层内支撑→抽砂至封底混凝土底部→水下灌注封底混凝土→破桩头、桩检、桩底压浆→基底检查与处理→承台施工→下塔柱(5m以下)施工→拔除钢管桩。

3.1准备工作

第一，钢管桩进场，需要认真仔细的进行检查，确保其质量符合相应的标准规范，之后再进行钢管桩锁扣焊接工作，在实施焊接操作的时候，应用连续电焊，然后实施满焊，在完成焊接后，可以通过使用短桩进行锁口通过试验；第二，合理控制钢管中的长度为24米，然后在桩端的另一头制造吊桩孔。并且需要注意在锁扣的阴阳头以及桩身的内外侧，为了尽量减小摩擦力，可以通过使用黄油混合物油膏，并且能强化防渗能力；第三，在开展钢管桩插打之前，需要明确测量工作以及放样定位工作。

3.2吊运和堆放钢管桩

在钢管桩装载和卸载的时候，采用两点调的模式。在吊装的时候，利用单根吊起的方式，需要将锁扣阴阳头的保护工作落实到位，防止锁扣出现变形的现象。

3.3插打钢管桩

根据施工的现场情况以及地质环境，选用DZJ-230液压振动锤进行钢管桩插打施工，首先将导向桩打设到位，安装导向框。通过采取逐根进行插打的方式，直至合拢。对于锁扣钢管桩下沉的时候，需要加强对于桩身平面位置以及垂直度的全面测量，确保数据能够符合设计标准。如果发现桩位偏移，可以通过摆动吊机大臂，及时进行调整。

对于桥墩处的地质，通常情况下一般都是密实砂层及硬塑粉质粘土层，因此可以通过使用振动打桩锤来完成钢管桩的施工，但是由于插打进尺缓慢，不能够及时达到设计的标准，并且在具体的施工过程中可以选择使用射水沉桩，通过喷出来的水流来降低土地之间的摩擦力，从而完成桩体下沉。

3.4钢管桩内支撑安装

在进行钢管桩插打施工的过程中可以同时进行内支撑组拼焊接，并且需要再安装的过程中直接吊放到位。在进行吊装围檩之前，需要提前在安装的位置下方焊接承受围檩自重的临时短型钢牛腿，而且临时短形的钢牛腿需要保持间距在3米左右。等到完成吊围檩型钢后，需要在钢管桩内侧与围檩型钢预留55～65mm空隙，同时需要在支模浇筑填充C30细石砼。在具体的安装过程中，要严格按照设计的需求去在围檩型钢和支撑接头的位置加劲板焊接，并且需要加强对于焊接质量的检测，确保能够完成钢管桩的内支撑安装。

3.5钢管桩封水

钢管桩主要依靠锁口自身密实性进行防漏，将钢管桩围堰打插施工落实到位以后，可采用发泡胶或者其他防水膨胀材料利用低潮位无水状态下将锁扣缝隙填充阻水。在对围堰进行抽水的时候，安排专业的人员来对局部的位置进行调整和修理。

4锁扣钢管桩围堰施工监测

钢围堰使用中应进行监测，监测方法分巡视检查和用仪器设备观测。按照围堰计算的结果还有要求来选择结构状态观测点，其中含有支护结构构件的应力，需要充分展现围堰支护结构建设的状态，而且还需要保障观测点不会阻碍基础结构还有支护结构的顺利实施。在设置围护桩监测点的时候，需要选择受力比较大同时最具有代表性的位置作为监测点，需要综合现实状况来确定监测点的个数以及之间的距离。

4.1位移测点的布置

对于位移测点的布置来说需要根据不同的围堰模式，选择在围堰钢管桩顶部的位置设置相应的位移测点，并且同时需要在四个角点桩上以及纵、横桥向围堰中点同时设置位移测点。

4.2 应力测点的布置

对于应力测点的布置需要根据受力的状况以及围堰的构造选择在上下层内支撑钢管端部处设置应力测点，在上下层各布置6个同时也需要在围檩工字钢中点设置应力测点。

4.3 监测的方法

4.3.1 监测的频率

围堰基坑工程监测工作需要实施全过程的监测，从基坑工程开工之前开始，一直到基础工程落实结束，除了有特殊标准的情况下，对于附近环境的检测需要按照需求等到情况比较稳定之后才可以停止。在制定监测频率的时候，需要综合基坑工程的等级还有自然情况的改变进行考虑，在监测值趋于稳定的情况下，可以科学合理的减小监测的频率。对于应测的项目，在数据没有出现异常情况的形式下，根据标准确定监测频率。

4.3.2巡视检查

在平时的巡视检查过程中，需要每一天记录好气温状况以及水文环境，同时还需要对围堰的整体情况进行检查，观察坑底有没有出现隆起的情况，同时支护结构的构件有没有位移或者是变形等情况。

结 语：综上所述，对于大型桥梁深水基础施工建设来说，锁扣钢管桩围堰施工技术的应用很普遍，因此需要按照大型桥梁工程施工的现实状况，选用恰当的锁扣钢管桩围堰施工工艺，从而在根本上给大型桥梁工程的施工质量提供保障，以此强化桥梁工程带来的的经济效益以及社会效益，推动深水基础钢围堰结构施工技术的不断优化。

参考文献：

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