锁扣钢管桩围堰在近海砂土中的应用

锁扣钢管桩围堰在近海砂土中的应用

叶绍祥

上海铁能建设工程有限公司 上海200000

身份证号码：340824198707174610

摘要：介绍目前国内锁扣钢管桩的应用现状，锁扣钢管桩围堰的施工原理，关于在湛江近海砂土围堰中，分析其受力变形。施工过程无污染，可回收再利用，最后介绍锁扣钢管桩的应用前景。

关键词：锁扣钢管桩;围堰;绿色环保;应用前景

0引言

随着国民经济快速发展，尤其是海上建筑作为海洋开发的重要组成也得到了蓬勃发展，随之而来的水中围堰工程更是首当其冲。常见的水中围堰结构形式有土石围堰、混凝土围堰、钢板桩围堰、钢套箱围堰。这些工艺有的运作时会产生大量的废弃物，如土石围堰、混凝土围堰，对周边环境造成严重污染，消耗大量的资源；有的工艺虽然能回收材料，做到绿色施工，但其仅适用浅水区，如拉森桩围堰，或者能应用深水区但施工成本较高，工艺复杂，如钢套箱围堰，对投资较小的项目节约成本不利。

目前国内对锁扣钢管桩围堰的研究已取得很多成果。高明慧[[1]]提出在常年深水，厚卵石覆盖层，下部为砂质泥岩地质中，施打锁扣钢管桩，安装内部支撑形成封闭锁扣钢管桩围堰。根据设计结构分析，现场施工实施，效果良好。可为深水厚卵石覆盖地质条件下的围堰设计与施工提供参考依据。湛敏[[2]]以某新建高速铁路桥梁围堰为背景，分析锁扣钢管桩围堰和双壁钢围堰两种方案的可行性与经济性，结果表明，锁扣钢管桩围堰相比双壁钢围堰不仅适用性方面更好，还能节约用钢量和混凝土量，具有良好的经济环保效应。

然而，现有的研究只是针对内河地质条件的较多，对于近海工程的围堰应用甚少。本文针对近海淤泥、松散砂层地质环境下，以某新建电厂的围堰为背景，介绍了锁扣钢管桩围堰在近海工程中的应用。

1施工原理

锁扣钢管桩围堰是采用钢管安装锁扣以后打入水中互相咬合挡水。适用于房建工程、市政交通工程、港口航道工程、水利设施工程的陆地以上部位以及邻岸水边围堰可参考使用。作为一种可回收再利用的新型环保型材，锁扣钢管桩围堰具有物理强度高、自重较轻、材料加工质量稳定可靠、对腐蚀环境的耐久性、耐候性好、结构全寿命使用过程中无污染、无排放、施工方便、监管验收条件简单，检查方便、重复使用降低成本等诸多优点，施工不产生泥浆，采用振动沉桩施工，施工噪音小，无污染，且全部材料可回收再利用，实现真正的绿色施工。

图1.1锁扣钢管桩围堰

2施工机械设备

表2.1 施工机械设备配置表

3施工工艺流程

图3.1施工工艺流程图

4 施工方法

4.1施工准备

锁扣钢管桩施打前，测量人员测设定位置，控制围堰各边的锁扣钢管桩角点位置，从而测定出围堰的边线位置。

4.2导向架安装

导向桩水平间距5～12m（具体根据现场成孔情况确定），导向架共设两层，首层导向架设于地面以上4m，二层导向架放置于钻孔场地平面[[3]]。

4.3钢管桩插打

根据设计地质和现场实际调查情况，锁扣钢管桩插打机械选择Z-300Y/CAT型液压式振动锤。

①将履带式起重机的主钩放置于锁扣钢管桩的上边沿，再将履带式起重机的副钩放置于锁扣钢管桩的下边沿，然后开始整体起吊，再将履带式起重机的主钩保持提升副钩保持不动，使得钢管桩竖直吊起，最后缓慢放松下口的副钩完成锁扣钢管桩的起吊操作作业。

②打桩方式，根据现场实际情况和锁扣钢管桩的设计，锁扣钢管桩逐根插打，直至围堰封闭。

③锁扣钢管桩插打，履带式起重机起吊振动锤，将锁扣钢管桩吊运至桩位处进行插打，插打时锁口要与已插入桩的锁口对准，每开始插入一根后立即套上桩帽，先轻振动加以施打，待沉桩稳定后逐渐加大振动。在锁扣钢管桩施工作业时，在桩机施打的方向上架设一台全站仪，以观测控制钢管桩垂直度。为了避免发生桩位偏移情况，在作业的施工方位处安装卡板控制钢管桩的偏位，另外提前将桩的坐标位置在导向架上做出标示，施打作业时便可复核控制桩的平面位置偏差。首桩和第二根桩的定位、桩身垂直度及打桩方向必须确保精准无误，以便于定位导向控制接下来施工的锁扣钢管桩的位置。在锁扣钢管桩围堰施打沉桩过程中，每次打入一定深度需进行平面位置、标高、桩身垂直度等重要参数复核监测，将其插打到预定的设计标高以后，可利用钢筋和定位架将钢管桩焊接固定。钢管桩围堰一般施工作业顺序为：由角部开始施工，沿顺时针方向合拢。

④最开始施工的首桩施打的垂直度尤为重要，会对后续施工的围堰钢管桩的桩身垂直度产生决定性作用，首桩沉桩施工作业时必须严格控制施工速率，沉桩深度至1/2设计标高后停止施打，使用全站仪观测复核桩身垂直度是否在0.5％L以内，如桩身垂直度满足要求则继续施打沉桩，如桩身垂直度不满足要求则需将钢管桩整根拔出，用素土回填桩孔以后再施打沉桩。

⑤第一根桩的垂直度控制好以后，其它方向的锁扣钢管桩使用安装的定位架进行定位，并在临近钢管桩的锁扣约束作用下，其桩位偏差和桩身垂直度一般都能得到有效控制，然后每施打作业完成一根钢管桩后，进行垂直度测量复核，从而确保桩身垂直度严格控制在设计要求的1％L以内。

4.4围堰合拢

①施打作业从下游至上游依次插打、到插打起点进行合拢。

②当钢管桩施工作业至最后几根桩，围堰即将合拢时，需安排作业人员对剩余桩位间距进行长度测量，已便于精准核算用于合拢的钢管桩的桩身直径，再联系钢管桩加工厂定制生产特殊直径的合拢桩，从而确保围堰一次性合拢成功。

③为了确保围堰合拢时末桩临近的钢管桩锁口位置能够保持相互平行，防止需要联系加工厂生产异型接头桩影响进度增加成本，也为了减小合拢难度，当钢管桩沉桩施工作业时务必确保桩身的垂直度，在每次沉桩完成后，必须及时使用全站仪复核校正桩身垂直度。若检测桩身存在偏斜情况，应逐根纠正，分散偏差，调整合拢[[4]]。

4.5围檩支撑安装

围堰合拢后，焊接安装钢围檩及钢管支撑体系，按照先撑后抽水的步骤，依次进行下部支撑体系安装。

图4.1围堰内支撑安装

4.6围堰拆除

锁扣钢管桩拔除施工前，应向围堰内注水使围堰内外的水位保持平衡，拔桩从下游侧开始逐步向上游侧进行[[5]]。

锁扣钢管桩围堰拆除，钢管桩拔除时同样采用Z-300Y/CAT型液压式振动锤起拔，起拔作业前，为了减少钢管桩的起拔摩阻力，可先使用振动锤对锁口进行强力震动，然后边拔桩边震动，震动幅度必须适宜，振动锤的电力供给需求功率为其额定数值的1.2～2.0倍。如果钢管桩起拔作业困难，需要的拔桩力较大，可使用间歇式震动拔桩的方式，振动锤每次开启震动15min再上拔，为保证机械的工作效率及可靠性，液压振动锤的连续工作时间不能超过1.5h。

5应用实例

5.1项目概况

某热电联产机组工程厂址位于湛江市东海岛东山镇红星水库东北方向约1.5km的海岸潮下地带。本工程建设规模按2台600MW国产超临界燃煤供热发电机组设计，并预留再建设2台1000MW超临界国产燃煤发电机组的场地。主要建(构)筑物有主厂房、烟囱、锅炉房、圆形煤仓、转运站、栈桥、辅助及附属建(构)筑物等。工程位于近海，采用锁扣钢管桩围堰，整体围堰分为岸上段和水中段两部分。

图5.1围堰平面布置

5.2工程地质情况

根据地质详勘报告 ，工程地基土自上而下依次为：

①1冲填淤泥：浅灰、灰色，主要由淤泥及淤泥混砂组成，呈饱和、流塑状态，近期吹填，人工成因。

①2冲填砂：浅灰、浅灰黄色，主要由细中砂混少量淤泥组成，呈饱和、松散状态，近期吹填，人工成因。

②中砂：灰黄、灰色，砂颗粒成分主要为石英，含多量粘粒，级配一般～较差，呈饱和、稍密～中密状，海积成因。

③淤泥：灰黑色，含多量粉细砂颗粒及有机质，局部混贝壳碎屑，具腥臭味，呈饱和、流塑状，海积成因。

③1含淤泥细砂：深灰、灰色，砂颗粒成分主要为石英，含约10%～30%的淤泥质及少量贝壳碎屑，间夹淤泥薄层，局部呈互层状，级配不良，呈饱和、松散，局部稍密状，海积成因。

③2淤泥质土：灰黑、深灰色，含多量粉细砂颗粒及有机质，局部混贝壳碎屑，具腥臭味，呈饱和、流塑状态，海积成因。

④中砂：褐黄、灰黄色，砂颗粒成分主要为石英，含多量粘粒，级配一般，呈饱和、中密，局部稍密状，海积成因。

5.3工程地下水情况

场区地下水类型主要为松散岩类孔隙水和承压水。

松散岩类孔隙水主要赋存于上部的冲填砂(层①2)、海积的中砂(层②)和(层④)中，属潜水型。地下水与海水的水力联系密切，地下水的补给来源主要靠大气降水补给和海水补给，排泄方式主要是通过地表蒸发及流向南海。

承压地下水主要赋存于下部海陆交互相沉积的中砂(层⑦1)、中砂(层⑧)和(层⑩)中，其上部的粘土(层⑤)和(层⑦)渗透性微弱，为相对隔水层。地下水主要接受海水通过远处出露海底的砂层所形成的“天窗”补给。地下水位受承压水头影响，水位变化幅度小。

5.4围堰基坑计算分析

采用北京理正深基坑支护结构设计软件V7.0。

整体稳定计算方法：瑞典条分法；

稳定计算采用应力状态：有效应力法。

图5.2围堰计算模型

分层加撑抽水至坑底-16.95m时最大位移及内力值分析结果：

图5.3计算最大位移及内力值

5.5围堰施工监测

图5.4施工期间围堰监测水平位移

依据施工监测结果得知：最大水平位移值26.56mm，未超过设计计算容许位移31.57mm。

6结论

锁扣钢管桩围堰适用于近海港口工程、水利工程的陆上部位以及邻水基坑。作为一种可回收再利用的新型环保型材，锁扣钢管桩围堰具有物理强度高、自重较轻、材料加工质量稳定可靠、应对腐蚀环境的耐久性、耐候性好、结构全寿命使用过程中无污染、无排放、施工方便、监管验收条件简单，检查方便、重复使用降低成本等诸多优点，施工不产生泥浆，采用振动沉桩施工，施工噪音小，无污染，且全部材料可回收再利用，重复周转经济性较好等诸多优点，越来越受到水工建筑行业的重视和青睐。

近几年锁扣钢管桩围堰已在杭州湾和长三角地区获得了广泛的应用，并逐步推向全国沿海城市。

【参考文献】

[[1]] 高明慧.深水桥梁基础锁扣钢管桩围堰应用技术研究[J].国防交通工程与技术,2021,(6):48-52.

[[2]] 湛敏.深水承台锁扣钢管桩围堰设计应用研究[J].建筑技术开发,2019,46,(6):23-24.

[[3]] 张宏武;穆清君;陈卓异;杨武.深水浅覆盖层锁扣钢管桩围堰关键技术研究及应用[J].中国港湾建设,2023,(7):55-60.

[[4]] 周琼.深水浅覆盖层锁口钢管桩围堰施工技术[J].黑龙江交通科技,2020,(4):128-129.

[[5]] 薛占文.超深水锁口钢管桩围堰施工技术的应用——以都九高速C5标鄱阳湖二桥35#墩围堰为例

[J].冶金丛刊,2019,(24):58-59.