深埋式承台锁扣钢管桩围堰设计及施工技术

李开心 徐猛

摘 要：以鹤洲水道桥为工程背景，围绕深埋式承台锁扣钢管桩围堰技术进行探讨，阐述其总体设计方案，对其构件建立有限元模型，验证了方案的可行性，并具体分析其施工流程，通过对锁扣钢管桩围堰的监测结果表明，达到了预期效果，为后期承台的施工提供了良好的干施工环境。

关键词：鹤洲水道桥 锁扣钢管桩 深埋式承台

1.工程概述

珠海市鹤洲至高栏港高速公路起点对接江珠高速，止于高栏港高速，路线长34.16km。

鹤洲水道桥为（65+90+160+90m）连续刚构，主墩136#、137#墩位于鹤洲水道内，设置左右分离式正六边形承台，顶标高为-4.9m，底标高为-9.4m，河床底标高约-2.64，为深埋式承台。承台边长为7.867m，高4.5m，采用C40混凝土进行浇筑，单个承台浇筑方量为723.6m3。

据区域地质资料，场地内发育的土层按自上而下的顺序依次描述如下：

（1）人工填土层（Qml），厚度一般<5m。人工填土主要分布在地表及两岸大堤附近；

（2）海陆交互相沉积（Qmc）层，由淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土、粉砂、粗砂组成；

施工期间承台基坑最大开挖深度标高为-12.9m，设计高潮水位为+2.94m，水头差达15.84m，拟采用锁扣钢管桩围堰。

2.深埋式承台锁扣钢管桩围堰设计

锁扣钢管桩围堰采用矩形结构，因左右幅承台之间间距为1.6m，距离较近，左右幅承台在同一个围堰内进行施工。围堰平面尺寸31.57×17.42m，锁扣钢管桩长30m，为Q345B的Φ630×10mm钢管，锁扣采用T-C型，由Φ180×10mm无缝钢管+Ⅰ16工字钢组成。围堰设计顶标高+4.0m，底标高-26.0m。围檩系统共3层，第1层围檩为2I56a，内撑系统由Φ630×10mm主内撑、Φ426×6mm辅助内撑及平联组成，第2层及第3层围檩为4I56a，内撑系统由Φ820×10mm主内撑、Φ630×10mm辅助内撑及平联组成。第1层围檩标高为+3.5m，第2层围檩标高为-2.5m，第3层围檩标高为-6.0m。围堰的3层主内撑之间采用6根Φ426×6mm竖向钢管连接，形成整体。

锁口钢管及围檩对撑等构件采用Midas Civil平面杆系有限元软件计算（如图1）。本项目针对以下几个工况（见表2）进行计算：

（1）锁口钢管验算。锁口钢管桩主体受力构件为φ630×10mm钢管，材质Q345b。

（2）围檩及内撑验算。第一层围檩为2I56a，内支撑为φ630×10mm、φ420×6mm钢管；第二、三层围檩为4I56a，内支撑为φ820×10mm、φ630×10mm、φ420×6mm钢管，材质均为Q235b。

第一层围檩承受的荷载q1=98.9/ 0.885 =111.8kN/m；第二层围檩承受的荷载q2=400.9/0.885=453kN/ m；第三层围檩承受的荷载q3=329.4/0.885=327kN/m。

最终结果表明：在本项目地质及水文条件下，锁扣钢管桩围堰的强度、刚度及稳定性均满足规范要求。

3.锁扣钢管桩围堰施工与监控

3.1锁扣钢管桩加工及施打

（1）为确保加工质量和精度要求，锁扣钢管桩在专业工厂设置专用胎架加工制造，整根加工成型。

（2）钢管桩锁扣采用自动等离子切割，确保切割宽度和线型，锁扣钢管桩加工完成后，由驳船运至施工现场。

（3）锁扣钢管桩施打设置双层导向框，每层导向块设置内、外导向框，保证钢管桩施沉时的平面位置及垂直度。

（4）导向牛腿安装就位后，安装双层导向框，严控锁扣钢管桩垂直度在0.5%以内。

（5）锁扣钢管桩围堰合龙前还剩5根左右钢管桩间距时应复核合龙口间距，若不能刚好满足钢管桩合龙的间距要求时及时加工异型锁扣钢管桩，异型锁扣钢管桩可以通过减小主钢管直径或增加阴阳头数量控制其所占空间，便于锁扣钢管桩围堰顺利合龙。

（6）锁扣钢管桩在插打过程中在锁扣内涂抹黄油，便于止水及减小锁扣之间的摩擦阻力。

（7）钢管桩围堰形成后在锁扣内充填粘性土及锯末进行止水堵漏，充填前，将粘性土和锯末进行充分搅拌，保证止水效果。

3.2围檩及内支撑安装

鹤洲水道桥主墩承台锁扣钢管桩围堰共设置3层围檩，首层围檩作为导向机构，在锁扣钢管桩围堰施打前即组装完成，待锁扣钢管桩围堰合龙后，安装第1层内支撑，分别抽水至设计标高（-3.0m、-6.5m），安装第2～3层围檩及内支撑。

3.3围堰开挖

围檩安装到位后，向围堰内回水至常水位，采用长臂挖机进行粗挖，挖至设计砂袋垫层标高后（-12.9m），采用空气吸泥机进行开挖找平，最后安排潜水员进行水下整平，要求河床标高偏差不超过30cm。若偏差较大，则重新进行吸泥找平。

根据吸泥情况和潜水探摸情况对基底淤泥情况进行分析，若基底淤泥较为板结，则对局部位置抛填砂袋，若流塑性强，则均匀抛填50cm厚砂袋，以避免淤泥与混凝土直接接触，提高封底质量。砂袋抛填可根据搭设的封底平台划分抛填区域，并由潜水员下水整平。

3.4水下混凝土封底及抽水

砂袋垫层平整到位后，进行水下混凝土封底。首先采用贝雷片及工25工字钢形成封底平台，进行水下封底。封底混凝土标号为C25混凝土，厚度为3m。采用水下整体斜面推进法进行封底，单个围堰封底混凝土方量为1488m3。

当封底混凝土强度达到设计要求时，进行抽水作业。抽水时注意观察围堰壁体及钢管支撑的变形情况，抽水完成后，将封底混凝土厚度不足的地方浇筑找平混凝土至设计标高。

3.5施工监控

（1）位移监测。锁扣钢管桩位移检测控制点布置在首层围檩上，在承台开挖前做好标记，按规定要求进行观测，准确记录数据，出现异常情况及時报警。

（2）应力监测。在钢围檩和支撑表面粘贴振弦式表面式传感器，在每个工况开始前、实施后均采用综合测试仪采集钢构件的应变数据，围堰共设置3层围檩，每层围檩和支撑均布置应力测点，根据围檩及支撑的应力验算结果，布置在受力最不利位置处，每层应力测点共计9个点，三层合计27个。

（3）监测频率及结果。①锁扣钢管桩围堰施打阶段，在锁扣钢管桩施打通过限位框及外层导向框施工完成后，对位移开展1次测量复核，保证钢管桩施沉时的平面位置及垂直度；②在围檩和支撑施工期间，每隔1天监测一次位移和应力情况；③封底混凝土浇筑后7d内每天监测1次，浇筑7d后每3d监测1次位移和应力情况；监测结果表明，围堰工程位移、变形及应力均在设计及规范范围内，满足施工要求。

4.结束语

鹤洲水道桥深埋式承台围堰工程，本文采用锁扣钢管桩围堰施工技术，取得了较好的效果，同时锁扣钢管桩围堰可以有效的重复利用，降低了施工成本，提高了材料的使用周期，符合国家节能环保要求，值得推广应用。

参考文献：

[1]李刚，李玉凡.九龙江特大桥2号水中墩锁扣钢管桩围堰施工[J].西北水电，2018（06）：62-65.

[2]罗小恒.西江特大桥主墩承台锁扣钢管桩围堰的设计计算[J].广东建材，2018（11）：53-55.