卵石层深水基础锁口钢管桩围堰钢管桩施工技术研究与应用

◎ 孔令洲 刘鑫 闫思汗 周陈 中交二公局第二工程有限公司

目前基坑支护方式较多，施工工艺成熟，可根据不同地质情况选择合适的支护方式。其中深水基坑常用支护方式主要有钢板桩围堰、钢管桩围堰、沉井围堰、双壁钢围堰及注浆帷幕等结构。

江安二桥特大型斜拉桥主桥4#主墩承台埋深较深，且位于河道中央，施工期处于丰水期。钢板桩围堰刚度相对较低，对于深基坑适应性较差；本工程覆盖层为卵石土，沉井围堰及双壁钢围堰下沉困难；本工程开挖深度大且施工处于丰水期，采用注浆帷幕填筑方量较大；钢管桩支护刚度较大，且施工为单根施工，施工较为灵活，对各工程适应性强。

本文在以往锁口钢管桩施工工艺上，针对本工程特点，对锁口钢管桩围堰钢管桩施工工艺进行了相应改进，在保证钢管插打深度，钢管垂直度控制及围堰止水均取得较好效果。

1.工程概况

1.1 工程总体简介

四川江安第二过江通道公路桥梁工程2标段位于四川省宜宾市江安县，位于江安县长江下游约6公里处。桥位南岸为“怡乐镇三岩村柏树湾崖口处”，北岸为“阳春镇阳春村青棢山处”，路线总体呈南北走向。施工2标段全长1875m，起点与北岸收费站对接，里程桩号为K25+405，终点位于怡乐镇柏树湾，里程桩号K27+280。本标段包括跨江特大桥一座，长1130m，北岸引桥685m，南岸接线路基工程60m，按照一级公路标准设计。

1.2 主桥4#主塔基础简介

主桥4#墩位于长江河道中央，主塔基础采用群桩基础+整体式承台结构形式，承台平面尺寸为38×23m（横×纵），高7.5m，承台横桥向两端采用弧形截面设计，在承台顶部设3.8m高的台式塔座，塔座顶面尺寸为33×18m（横×纵），塔座上连接主塔塔柱。主塔基础承台采用C35混凝土，塔座采用C40混凝土。

1.3 气象水文及工程地质条件

四川省宜宾市江安县为温暖潮湿亚热带季风气候，特点是冬暖春旱、夏季炎热、雨量充沛。桥址区地表水系主要为长江，长江自西向东流经桥址区，水量大，水流急。

4#主塔基础位于长江水域北侧浅滩，北侧河床平坦，局部因挖砂形成凹坑，水深浅，枯水季节大部分露出水面，墩中心里程K26+655，墩中心距北岸水边线约385m，距怡乐镇一侧水边线约400m，墩位处河床高程236～240m，由北向南逐渐升高。墩位处覆盖层为中密-密实状卵石层夹圆砾土，厚7.6m，承载力较高，厚度较小，下伏基岩为中生界侏罗系遂宁组粉砂质泥岩，局部夹砂岩，岩面高程231m，中风化基岩为较好的基础持力层。

图1 四川江安第二过江通道公路桥梁工程2标段总体布置图

2.围堰结构简介

2.1 围堰总体设计

主桥4#墩锁口钢管桩围堰平面设计尺寸为42.57×27.72m（横×纵），横桥向承台外侧净距1.9m，纵向外侧净距2.0m。围堰设计顶标高+250m，底标高+220m（较承台设计底标高+225.5m低5.5m），围堰内沿竖向共设5道围檩支撑体系。

图2 围堰钢管桩插打施工流程图

图3 临时钢护筒埋设施工照片

2.2 围堰锁口钢管桩构造

锁口钢管桩共分标准锁口钢管桩和拐角锁口钢管桩两种类型，单个锁口钢管桩由钢管和连接锁口组成，其中钢管桩之间的连接锁口采用C-T型。锁口钢管桩钢管采用Φ720×10mm规格，单根锁口钢管桩设计长30m，C型锁口采用Φ180×10mm规格钢管（设20mm开口），T型锁口采用工18钢，C-T锁口均与钢管采用焊接方式进行连接，在承台底标高以下区段钢管桩不设置锁口[1]。

2.3 围檩及内支撑构造

（1）围檩构造。锁口钢管桩围堰内围檩构造采用型钢结构形式，根据结构受力需求分为双拼、三拼和四拼共三种类型。

主桥4#墩锁口钢管桩围堰沿竖向共设5道围檩，自上而下第一道围檩采用3H488×300结构形式，第二、四、五道围檩采用3H700×300结构，第三道围檩采用4H700×300结构，在各组拼围檩型钢内均设有加劲板，同时根据围堰内支撑体系在围檩拐角及中部设置有斜撑连接件和对撑连接件。

（2）内支撑构造。围堰内支撑系统在内围檩构造的基础上设置有斜撑和对撑，围檩共设置12道斜撑，3 道对撑，根据各层对撑受力大小，采用不同规格钢管，第一层采用Φ720×10 mm钢管作为对撑外，其余各道围檩内支撑均采用Φ1000×12mm钢管作为对撑。

3.钢管桩施工方法

3.1 围堰钢管桩施工工艺流程

锁口钢管桩围堰施工，钢管桩插打决定了围堰施工质量。针对卵石层钢管桩振打困难，我部采取旋挖钻引孔开槽，回填黏土后采取振桩锤插打钢管桩，以保证钢管桩插打深度及垂直度。

3.2 引孔施工

对于首根钢管桩的定位采用原位放样，采用全站仪（或GPS）在原位进行三维放样，定出锁口钢管桩（拐角桩）中心，然后开展首根钢护筒的埋设和钻孔施工。对于后续逐根插打过程中的锁口钢管桩轴线定位放样，在首根锁口钢管桩插打完成后，在锁口钢管桩插打方向的轴线远端10～12m处放样轴线标点，然后采用履带吊机+振桩锤插打临时定位桩，在后期逐根插打过程中借助临时定位桩侧向设置的导向架实现临时钢护筒、临时钢管桩及锁口钢管桩搭设位置的定位导向。

（1）临时钢管设置。临时钢管桩与锁口钢管桩构造基本相同，主管采用Φ720×10mm钢管，在主管两侧设置C-T型锁口，结合现场实际试打及优化施工设计情况，临时钢管桩C型锁口沿主管管壁竖向设置，自管顶开始，C型锁口采用Φ180×10mm规格钢管（设20mm开口）；T型锁口设置于C型锁口的主管对称侧，自管顶开始，采用1/2工18钢，C-T锁口均与钢管采用焊接方式进行连接。考虑到临时钢管桩的应用性，在T型锁口两侧分别设2根工25钢，作为临时钢护筒安设时的辅助定位装置，2根工25钢对称于T型锁口在两侧分别设置，夹角55°，定位工钢沿主管管壁通长设置，主管20m以下部位在定位工25钢外侧焊接弧形钢板作为孔内隔档，以防钻孔过程中前期钻孔内回填黏土塌孔。

在围堰锁口钢管桩“引孔插桩”施工过程中，旋挖钻机实际钻孔为超前1个孔位，即在已插打的锁口钢管桩前临时插打1根临时钢管桩，然后再安设钢护筒进行钻孔作业，待钻孔施工完成并在孔内回填黏土后依次拔除钢护筒和临时钢管桩，然后在临时钢管桩位置插打锁口钢管桩，再在前端依次插打临时钢管桩和埋设护筒，进行下一根桩位的引孔施工。

（2）钢护筒埋设。对于主桥4#墩围堰施工而言，锁口钢管桩引孔作业均在水上平台上进行，综合考虑平台悬空及钻孔穿过较厚卵石层等因素，为保证孔壁稳定，采用厚度δ=16mm，长14m，直径Φ1.4m的钢护筒。

钢护筒的安设施工采用人工配合吊机的方式进行，人工配合调控将钢护筒锁口与临时钢管桩锁口进行对接，借助自身重力将钢护筒自然下放至河床顶，调整护筒轴线位置；然后采用履带吊机+振桩锤的方式对钢护筒辅助振动下沉，至无法贯入为止，完成钢护筒的安设[2]。

（3）钻孔施工。根据锁口钢管桩围堰结构设计，除首根桩外，其余钻孔均采用“咬合成孔”工艺，即新钻孔位与前序钻孔孔位间存在相互重叠部分，具体咬合示意如图4所示。

图4 咬合引孔施工示意图

图5 旋挖钻引孔施工照片

对于主桥4#墩围堰采用旋挖钻引孔施工，由于河床顶存在约10m厚卵石层，为避免卵石层段塌孔，在卵石层地质段钻孔过程中采用“护筒跟进”钻孔工艺，即边钻孔边跟进护筒，直至临时钢护筒跟进至中风化泥岩内，在中风化泥岩内直接进行钻进至设计孔底位置。

3.3 插打钢管桩

锁口钢管桩插打采用履带吊机+120型振桩锤配合施工，振桩锤夹具夹紧锁口钢管桩顶部管壁，采用低频低振幅启动，缓慢振动下沉锁口钢管桩。为确保后续逐根锁口钢管桩插打施工过程中锁口钢管桩插打的轴线控制，在施工前需设置临时导向架，临时导向架设置包括临时导向钢管桩、导梁及滑动限位装置。

（1）牛腿及导梁安设。首根锁口钢管桩施工完成后，采用测量放样的方式在锁口钢管桩逐根插打方向，在距离首根锁口钢管桩8～10m处（具体根据现场成孔情况确定），现场进行临时导向钢管桩的设置，临时导向钢管桩采用直径Φ820钢管，施工时采用履带吊机+振桩锤进行原位振打设置。

临时导向桩施工完成后，借助首根锁口钢管桩（后续可采用已施打完的锁口钢管桩）作为后导向基准，临时导向钢管桩作为前基准，在钢管桩顶部侧向焊接牛腿（工25钢），在牛腿上沿锁口钢管桩插打轴线方向设置平行的2根导梁（H500x200型钢）。然后采用人工配合机械设备的方式将导梁安设在牛腿上临时焊接固定，安设时导梁前端设于临时导向钢管桩侧向牛腿上，导梁后端设于首根拐角桩或已施工完成的锁口钢管桩侧向牛腿上[3]。

（2）锁口钢管桩限位装置。沿轴线方向平行布设的两根导梁间净距1450mm，在施工过程中主要用于临时钢护筒（直径Φ1400mm）的定位。在锁口钢管桩插打（临时钢管桩）施工时，为确保锁口钢管桩的施工质量保证，借助已安装的导梁，在导梁上采用型钢焊接设置限位装置。限位装置采用2根挑梁+1根横梁焊接组成，其中2根临时挑梁根部采用夹板螺栓锚固于导梁上翼缘板，以方便临时安拆。

4.结语

采用引孔回填施工工艺进行钢管桩围堰施工，无论是围堰结构的安全性，还是止水效果，均取得了较好的成果。拓展了钢管桩围堰的应用范围，对卵石层及岩层类深水基础基坑支护具有较好的适应性。对比于传统的直接振打下沉的钢管桩施工方法，该方法对锁口钢管的垂直度控制及围堰整体线型控制有着较为明显的优势，降低了钢管桩下沉的难度，但同时较传统施工方法其成本也相应有所增加。钢管桩引孔回填的施工工艺在本项目的成功应用，解决了围堰在特殊地层施工困难的问题，提高了锁口钢管桩施工精度，降低了对锁口钢管桩锁口的损伤，值得在今后类似工程中进一步推广。