超大哑铃形锁口钢管桩围堰施工技术

张 晶

(中铁大桥局集团有限公司 武汉 430050)

1 工程概况

武汉青山长江公路大桥主桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为100 m+102 m+148 m+938 m+148 m+102 m+100 m，主跨主梁采用整体式钢箱梁，边跨采用钢-混凝土结合梁，主塔为钢筋混凝土A形塔。南塔承台为哑铃形，结构如图1所示，承台顶标高+12.0 m、厚9 m。承台端部为2个直径39.5 m 的圆形结构，中间采用系梁连接，系梁宽度为18 m，厚度与承台相同，承台平面尺寸为98.9 m×39.5 m。承台采用C45混凝土，总量为22 127 m3。

图1 南塔承台结构图(单位：cm)

南塔位于长江武昌侧自然岸坡上，北侧面临长江主航道，墩位范围内河床标高在+9.2～+20.5 m范围内，承台施工采用锁口钢管桩围堰作为支护结构。

2 水文、地质情况

2.1 水文情况

本桥在天兴洲洲尾跨越长江，设计最高通航水位+26.95 m(20年一遇洪水水位)，最低通航水位为8.33 m；桥址处10年一遇洪水水位为+25.85 m，5年一遇洪水水位为+24.88 m。每年11月1日至次年4月15日(共计166 d)，水位均低于+16.3 m。

2.2 地质情况

南塔墩位处范围内原地面/河床标高为+11.4～+20.5 m，自上而下地层分布为粉细砂层、粉质黏土、圆砾土层及泥质粉砂岩与微弱胶结砂岩。其中+19 m～-10 m范围内为粉细砂层，力学性能较差，承载能力不高。

3 围堰布置

锁口钢管桩围堰布置呈哑铃形，平面尺寸101.6 m×44.1 m，围堰内尺寸相对承台边缘外扩1.0 m，以满足立模及施工需要。由于南塔基础施工时处于长江汛期，施工期水位高；围堰考虑两级控制水位。其中底层承台(+3.0～+6.0 m)施工时最高抽水水位控制在+21.5 m，围堰最高设防水位+24.0 m。

围堰由锁口钢管桩、圈梁、联结系和封底混凝土等结构组成。围堰布置见图2。

图2 围堰总布置图(单位：高程，m；尺寸，cm)

锁口钢管桩主管规格直径×壁厚为820 mm×18 mm，阴、阳锁口分别为121 mm×6 mm、152 mm×8 mm钢管，材质均为Q345B。整个围堰共需锁口钢管桩274根，根据围堰插打顺序及合龙需要，管桩有6种规格(主管不变，适当调整锁口管布置)。锁口钢管桩截面见图3。

图3 锁口钢管桩截面图(单位：mm)

围堰共设置3层圈梁，圈梁均采用箱梁，梁高1.0～1.8 m，梁宽均为1.2 m。围堰顶、中、底层圈梁撑管及联结系分别采用直径×壁厚为1 000 mm×16 mm及630 mm×8 mm钢管。

围堰封底厚5.0 m，底标高-2.0 m。在系梁设8根辅助桩，辅助桩直径1.5 m，桩长40～44 m。

锁口管桩顶标高+22.5 m，顶部(+22.5～+24.5m)预设2 m单壁结构，考虑为桥址区水位超过+22 m及围堰度洪时使用，其余情况暂不安装。

4 围堰受力计算

根据施工部署，结合项目水文地质条件，采用有限元软件对本围堰进行受力计算，锁口钢管桩底部与土体之间施加弹性约束，计算工况见表1[1]。

表1 围堰计算工况 m

通过计算，各工况下围堰结构受力、变形满足《钢结构设计规范》[2]要求；基坑抗隆起等均满足《建筑基坑工程技术规范》[3]要求。

5 施工工艺

锁口钢管桩采用履带吊机辅助打桩锤进行插打；管桩插打时圈梁同步分节拼装后逐层取土下放。圈梁安装到位后，分区进行水下封底，封底混凝土达到强度后围堰抽水，同期抄紧管桩与圈梁间缝隙，焊接圈梁间联结系，然后转入承台施工。

5.1 钢管桩加工

5.1.1主管加工

主管采用钢板卷制后辅以螺旋焊而成，单根管桩长度33 m。主管与加强板间采用坡口融透焊或单面角焊缝，其中融透焊焊缝质量为二级，角焊缝焊缝质量为三级,焊缝应逐条检查，确保加工质量。

5.1.2锁扣管焊接

1) 阳锁口管焊接时，首先将2根长30 m、直径2 cm钢筋与主管进行焊接，钢筋中心间距为3 cm，再将阳锁扣管与主管进行焊接。

2) 阴锁口与主管采用连续双面贴角焊缝连接后，再焊接两块加劲板进行加强，以保证阴锁管的整体刚度及连接质量。

3) 锁口管焊接完成后，按要求检验阴阳锁管的加工质量，对每根阴阳锁管进行通过性试验，确保现场能正常施打。

5.2 钢管桩插打

5.2.1插打设备

现场投入6台打桩锤进行插打，其中EP400、EP650为偏心力矩无极可调振动打桩锤，打桩锤具体参数见表2。

表2 打桩锤参数表

5.2.2插打顺序

根据围堰布置，管桩分4个区域25组插打，设3个合龙口，武昌侧跨中位置10.6 m范围内12根管桩暂不插打，以便于土方运输和设备的进出，待圈梁拼装完成后，再从中间向两侧对称插打剩余管桩，完成围堰合龙。钢管桩插打顺序见图4。

图4 锁口钢管桩插打顺序

5.2.3管桩桩插打

管桩插打前先在锁口上涂抹黄油，为确保定位准确及垂直度控制，插打时根据管桩位置在两侧插打临时管桩，安装限位横梁，形成插打导向架[4]，锁口钢管桩导向插打见图5。

图5 锁口钢管桩导向插打

插打过程中控制桩身垂直，确保管桩精确插打并顺利合龙。钢管桩在顺围堰周圈方向及其垂直方向的倾斜度均不大于0.5%。为减少插打偏差积累，每组管桩插打前利用全站仪对其平面位置进行测量复核，对偏差进行组内分解，偏差控制在15 mm以内，然后在导向架上放出每根管桩的位置，据此控制管桩插打。

5.3 圈梁安装

5.3.1基坑开挖

围堰上下游两圆弧范围内管桩插打完毕后，对基坑内进行清理，利用挖掘机取土至+12.275 m高程处，满足三层圈梁的拼装高度，然后在插打剩余管桩同时进行圈梁安装。

5.3.2圈梁安装

圈梁采用履带吊机分段起吊到位后焊接成整体。考虑锁口管桩插打误差及圈梁的整体下放需要，圈梁与管桩之间预留15 cm间隙。顶层圈梁直接在+18.0 m处安装，中层及底层圈梁先支撑在临时牛腿上。顶层圈梁安装完成后在圈梁与管桩之间的间隙采用混凝土抄垫，抄垫高1.2 m，宽0.5 m。

5.3.3吊挂系统

接高8根(上下游圆弧各4根)钻孔桩钢护筒至+23.0 m高程处，安装吊挂分配梁，每处布置4台2 000 kN千斤顶，再利用精轧螺纹钢筋连接底、中层圈梁组成吊挂系统。

5.3.4中层、底层圈梁下放

在围堰内+20.5 m处搭设取土平台，利用长臂挖机在围堰内取土。长臂挖机有效作业深度15m，考虑围堰内水位影响，现场开挖至+11.0 m高程处后改用吸泥方式取土。

开挖至+11.0 m时，同步下放中、底层圈梁，当中层圈梁下放至+13.0 m时，锁定中层圈梁，完成该圈梁与锁口钢管桩之间的抄垫；吸泥至+7.4 m时，下放底层圈梁至+8.0 m并抄垫。

继续吸泥至-2.0 m高程处至封底标高，完成吸泥作业。

5.4 围堰封底

封底采用C30混凝土，厚度5.0 m，顶标高+3.0 m，底标高-2.0 m，封底混凝土总量为16 922 m3。

南塔围堰封底面积3 384 m2，封底面积大，采用隔舱板将围堰分为两圆端及中间系梁共3个舱。封底按先系梁，再上、下游圆端的总体顺序进行，各分舱自小里程向大里程多点连续浇筑。

封底混凝土强度达到要求后，围堰内开始抽水，当分别抽水至中层及底层圈梁高程时，采用履带吊机安装圈梁层间联结系。

6 关键控制点

1) 本围堰由于地质情况差、开挖深度大、所受荷载大，因此，作为主要受力构件的锁口管桩、圈梁、联结系等，要严格按设计要求进行加工，主要部位的焊缝要逐条检查。

2) 管桩能否精确插打到位是围堰及承台施工的关键，现场采用导向架分区分组插打、分组偏差调整，减少管桩偏差积累。现场插打时切忌振动过大，以免造成桩尖弯卷或锁口变形，导致拔桩困难或锁口漏水。

3) 锁口管桩与圈梁之间的抄垫密实程度直接影响到整个围堰的受力。对于中顶层圈梁，在圈梁底部及管桩两侧设置木模板，利用小料斗浇筑混凝土完成抄垫；对底层圈梁，通过顶层、中层圈梁与锁口管桩之间的缝隙下放水封导管，采用速凝混凝土进行抄垫。

4) 围堰内取土时按照均衡对称的原则进行，长臂挖机取土后要及时清运出现场，避免堆放在围堰外侧；吸泥取土时，应控制围堰内外泥面高差，围堰内吸泥至+7.4 m之前，应将外侧开挖至+16.0 m，以避免产生过大不平衡土压力。

7 结语

青山桥南塔承台采用哑铃形锁口钢管桩围堰施工，围堰施工过程整体可控，未出现坍塌、隆起及大面积渗水等现象，为承台施工提供了良好的作业空间，安全通过了2016年长江特大洪水(桥址区最高水位+25.72 m)的考验，圆满完成了南塔基础既定的施工任务，可为今后类似项目提供较好的参考。

[1] 王寅峰,吴杰良.武汉青山长江公路大桥南主墩锁口钢管桩围堰设计[J].桥梁建设,2017(1):99-103.

[2] 钢结构设计规范：GB 50017-2003[S].北京：中国计划出版社，2003.

[3] 建筑基坑工程技术规范：YB 9258-97[S].北京：冶金工业出版社，2004.

[4] 李鹏.大型锁口钢管桩围堰施工技术[J].城市建筑,2017(8):285-286.