深水基础岩层地质锁口钢管桩围堰施工技术

文章编号：1009-4539(2019)11-0075-04•桥梁工程•
深水基础岩层地质锁口钢管桩围堰施工技术
王泽升
(中铁十七局集团第五工程有限公司山西太原030032)
摘要：桥梁深水基础施工的主要问题是如何克服深水环境对施工的影响，目前深水基础围堰方案主要有双壁钢套箱围堰、钢管桩围堰、钢板桩围堰等形式。

釆用何种围堰形式能够保证快速、经济、安全可靠地在深水和复杂地层中进行桥梁基础施工是广大工程技术人员面临的一项重要课题.本文对锁口钢管桩围堰结构进行工艺研究，并详细阐述了湖南永州城南大桥主桥深水锁口钢管桩围堰的施工方法，该方法为深水基础岩层地质内低桩承台围堰的施工提供了一种新的思路。

关键词：深水基础岩层地质围堰锁口钢管桩施工方法
中图分类号：U445.55+6文献标识码：B DOI：10.3969/j.issn.1009-4539.2019.11.017
Construction Technology of Locking Steel Pipe Pile Cofferdam in Deep
Water Foundation with Rock Stratum Geology
Wang Zesheng
(China Railway17,h Bureau Group 51,1Engineering Co.Ltd.,Taiyuan Shanxi030032,China)
Abstract:The main problem of constructing the deep water foundation of bridge is how to overcome the effect of the environment of deep water.Currently,double-wall steel boxed cofferdam,steel pipe pile cofferdam and steel plate pile cofferdam are the major forms in deep water foundation cofferdam scheme.How to select the cofferdam form to ensure the rapid,economic,safe and reliable construction of bridge foundation in deep water and complex strata is an important task faced by the engineering and technical personnel.In the paper,the construction method of the locking steel pipe pile cofferdam on the main bridge of Chengnan Bridge in Yongzhou of Hunan Province was elaborated by studying the structure and technology of the cofferdam.This method could provide a new thought for the construction of low pile cap cofferdam in deep water foundation with rock stratum geology.
Key words:deep water foundation；rock geology;cofferdam；locking steel pipe pile；construction method
1工程概况
永州市城南大桥桥址区域地质为浅埋覆盖层岩层地质,主桥施工区域水深为8m,主墩承台全部设计为低桩嵌岩承台。

主墩围堰施工采用锁口钢管桩围堰，围堰平面尺寸为：长度2&20m、宽度17.70m,锁口钢管桩顶标高设计为98.0m,锁口钢管桩底标高为79.68m,钢管桩长度为18.32m,钢
收稿日期：2019-08-27
基金项目：中铁十七局集团有限公司科技研发项目(2016-81)
作者简介：王泽升(1985-).男，山西长治人，工程师，主要从事桥梁施工管理工作；E-mail:1098096495@ 管桩嵌入承台底岩层锚固深度4.32m。

桥址区域卵石层覆盖较薄，且该区域以前为湘江上游采砂区，施工区域覆盖层基本全部为大颗粒卵石，卵石层以下地质为岩层。

根据地勘报告显示，施工区域岩面较为倾斜，且施工区域为永州市城市一级饮用水源地。

深水基础施工环保要求很高，原设计双壁钢套箱围堰施工低桩承台需要进行水下爆破岩层施工，施工成本高、安全风险大、工期长，对施工区域水体影响较大，环保无法保证。

针对此，本文提出了一种方便实用的锁口钢管桩围堰施工技术⑴。

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2 工艺原理
深水基础浅埋覆盖岩层地质锁口钢管桩围堰 施工工艺原理如下：(1) 围堰锁口钢管桩采用T-C 型锁口㈢，主管采 用¢529 X 10 mm 螺旋管，锁口阴头为¢168 x8 mm 无 缝钢管，阳头均为I20b 型钢，大小钢管两侧采用竖 向加劲板加固并与连接的钢管全部满焊。

(2) 围堰采用普通螺旋钻机引孔，粉砂质泥岩 包裹钻头，连续钻进几乎无进尺。

通过两项创新， 钻杆上增加高压注水管和更换合金钢钻头且在钻
头上开小孔，解决了长螺旋钻机在岩层地质围堰施 工引孔的技术难题。

(3) 改进型长螺旋钻机引孔施工过程中，钻头 容易向已成孔较软的一侧发生偏钻。

通过研究分 析，在相邻已成孔的孔内下放630钢护管可防止发 生偏钻现象,有效保证了钻孔成孔质量。

(4) 围堰内支撑体系施工采用“分层抽水，分层 安装内支撑”的施工工艺，第一层和第二层内支撑 间距为3 m,第二层和第三层、第三层和第四层支撑
间距为2. 5 m ⑶。

施工过程中通过严格控制每次抽 水深度确保围堰支撑安装施工全过程安全⑷。

(5) 围堰内外侧采用静压和旋喷两种注浆方法, 确保了钢管桩底部符合完全固结要求⑸，有效预防了
钢管桩底部发生位移和卵石层范围透水的问题。

3技术创新点
根据具体地质情况以及施工情况，对围堰施工 进行了以下三个方面的创新。

(1) 针对围堰施工区域覆盖层浅、覆盖层下全 部为岩层的地质情况，采用改进型长螺旋钻机进行 引孔施工。

通过在钻头上面开直径2 cm 小孔，在钻
杆上面增加高压注水管，解决了钻头被泥岩包裹、 连续钻进无进尺等技术难题，提高了围堰桩引孔效 率，加快了施工进度。

(2) 由于施工区域围堰止水难度大，采用在围堰 钢管桩内外侧静压注浆,在锁口钢管桩围堰外侧卵石
层进行悬灌注浆，在钢管桩T-C 锁口内填筑棉絮和黏 土混合物，有效地解决了钢管桩围堰止水问题。

(3) 深水锁口钢管桩围堰内支撑较密集，堰内 土石方采用小型挖机配备破碎锤分段、分层、分块
进行开挖，在围堰东西两侧马道上安装龙门吊轨 道，用10 t 龙门吊进行岀渣作业；外侧马道上设置 两级沉淀池将承台开挖过程中排除的泥浆进行沉 淀处理,确保达到施工环保要求，保护饮用水源。

4关键技术4.1锁口钢管桩制作锁口钢管桩采用T-C 型锁口，钢管桩主管采用 <|>529 xlO mm Q235B 螺旋管，锁口阴头为 ¢168 x8 mm
无缝钢管,锁口阳头均为I20b 型钢⑷，大小钢管两 侧采用竖向加劲板加固并与连接的钢管全部满焊。

锁口钢管桩如图1所示。

© 168 x 8 mm 无缝钢管 20b 工字钢飞)529x10 mm 螺旋管图1锁口钢管桩示意
图2导向架4.2制作导向架确保围堰线形尺寸准确
锁口钢管桩施工时为了确保准确的沉桩位置,采 用导向架对其进行限制。

利用马道和平台桩作为导 向架的支撑点，在水面以上50 cm 处采用I40a 型钢沿
围堰中线两侧焊接钢管桩
导向架。

导向架宽度设置 为84 cm,在工字钢侧面
通长焊接1- 25 m x 6 m 钢 板,防止螺旋钻在钻进过 程中与工字钢交叉干扰。

导向架如图2所示。

4.3长螺旋钻机引孔施工浅埋覆盖层软岩地质螺旋钻引孔施工采用改进
型直径80 cm 长螺旋钻机在桩基钻孔平台和马道上 钻进软岩至承台底以下设计锚固深度。

长螺旋钻机 钻进过程中，需在相邻已成孔(直径80 cm)的孔内利 用90振动锤插打帕30 mm 钢护管，保证钻进时钻头 不偏钻，引孔完成的相邻孔全部连通无软岩隔层。

4.4钢管桩插打施工在成孔孔内采用90振动锤依次逐根插打4)529锁 口钢管桩至设计锚固深度直至围堰合龙。

在打桩过程 中,为保证钢管桩的垂直度,用全站仪在无导向框限位
两个方向加以控制;为防止锁口中心线平面位移,在钢 76铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY
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管桩锁口处设卡板,阻止管桩位移，同时在导向框上预先计算出每根管桩的位置,以便随时检查校正。

4.5围堰合龙施工
围堰合龙选择在角桩附近。

为保证钢管桩围堰合龙时两侧锁口互相平行，应避免使用异型桩进行合龙，减小围堰合龙难度。

当钢管桩两端相距10 ~15根桩的距离时，之后每打入I根桩，均须用全站仪控制其垂直度。

若桩身存在偏斜，应逐根纠正，分散偏差，调整直至合龙。

4.6围堰止水堵漏
(1)锁口填充止水堵漏
为防止围堰抽水、开挖时钢管桩锁口处漏水，施工过程中采用黏土对全部钢管桩锁口进行封堵止水处理，对个别锁口漏水的地方,潜水员下水用棉布条进行塞堵处理。

钢管桩锁口内填筑黏土,每填筑3~ 4m,用钢棒上下来回击实处理,直到钢管桩锁口内黏土填充物顶面标髙高出设计水位0.5m。

(2)围堰内、外侧注浆
围堰注浆材料采用普通硅酸盐水泥+双液速凝灌浆材料(掺量10%)o
为防止锁口钢管桩底部发生透水，利用XY-100型地质钻机在围堰钢管桩外侧卵石层范围进行旋喷注浆,在围堰168mm小管内外侧进行静压注浆施工。

高压旋喷桩钻孔孑L距0.8m,距围堰管距离为0.5m。

高压旋喷注浆深度为超过河床卵石层底标高0.5m。

内外堰桩采用静压注浆，静压桩孔距0.8m,距离围堰管0.25m,静压注浆深度按照围堰管底标高控制。

(3)围堰四周与河床面接触处止水处理
由于围堰第一道支撑和第二道支撑之间间距为3m,第二、三、四3道支撑之间间距为2.5m,围堰分层抽水施作支撑过程中钢管桩向内侧发生变形，导致钢管桩和已注浆固结的河床面之间产生3 ~5cm的缝隙。

桥址区域水深8m,水压大，缝隙内透水严重，导致无法继续向下抽水施工围權支撑。

采用向围堰四周回填黏土的方法，成功解决了围堰外围变形缝透水的问题。

4.7抽水施作围堰内支撑
围堰抽水至第一道支撑牛腿位置，开始安装第一道围楝和内支撑。

围權和内支撑安装采用吊车抬吊，手拉葫芦辅助安装准确就位。

先将牛腿牢固焊接到钢管桩上，然后用吊车将现场已经拼装好的型钢围權架立在牛腿上，然后把牛腿、围囹、钢管桩牢固焊接成一个整体，围堰围擦焊接牢固后安装©630x10mm内支撑钢管；围堰剩余各层内支撑施工方法同第一层内支撑施工。

共设置4道内支撑。

4.8基坑开挖
堰内基坑采用XR30-8小型挖机与10t龙门吊配合开挖。

基坑内土方通过龙门吊和料斗吊运至基坑外马道上面，由渣土车运至指定地点。

深基坑开挖面距离深基坑底面20cm时，采用人工开挖至坑底设计标高，防止扰动原状土体。

4.9围堰监控量测
为确保围堰抽水、围堰内支撑安装、承台深基坑开挖及墩柱施工时内支撑体系转换过程中围堰结构安全,对主桥11#墩锁口钢管桩围堰内支撑钢管进行应力监测。

在主桥11#围堰第二层、第三层和第四层内支撑钢管上安装应变片，施工过程中根据特定工况进行内支撑应力监测⑺。

理论计算内支撑组合最大应力为H8.9MPa,所有内支撑杆件应力均小于11&9MPa,施工全过程围堰结构安全可靠。

5质量控制
(1)测量班利用全站仪在围堰四周马道上准确测量放样出长螺旋钻机引孔的具体桩位。

(2)利用长螺旋钻机引孔过程中必须严格控制钻孔垂直度，防止引孔钻进发生偏钻。

(3)成孔提钻过程中检查螺旋钻杆连接螺栓是否牢固，有无缺少和损坏现象，如有缺少和损坏及时更换连接螺栓，防止钻进过程中发生钻杆在螺栓连接部位扭断。

(4)利用改进型长螺旋钻机在粉砂质泥岩地质引孔钻进过程中必须通过注水管连续向钻杆内注水,防止钻头被泥岩包裹无法钻进。

(5)改进型长螺旋钻机钻头为合金钢钻头，定期对螺旋钻头进行维修保养。

(6)引孔全过程必须严格按照施工工艺流程在已成孔内插入钢护管，防止卵石层塌孔及偏钻。

(7)履带吊将钢管桩吊至插点处进行插桩，对准桩与定位桩的锁口。

锁口涂抹润滑油，开动液压机,夹紧桩，开始沉桩施工⑻。

(8)试开振动锤30s左右，停止振动何，进行钢管桩垂直度检查。

垂直度检查无误后，继续进行振
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动锤击沉桩施工。

(9)打桩至设计高度以上40cm时，停止振动,振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至孔底设计高度何。

(10)打桩过程中，用全站仪在无导向框限位两个方向加以控制，防止锁口中心线平面位移。

在打桩进行方向的钢管桩锁口处设置卡板.阻止管桩发生位移⑴】。

(11)锁口钢管桩插打同一截面钢管桩焊接接头数量不超过总数的50%，接头上下交错布置。

(12)保证购进的围堰钢管桩、围樓工字钢和内支撑钢管等原材料有生产合格证、检验试验单，并进行严格的清点验收。

6应用实例
永州市城南大桥工程选址城南大道与金水路平交口，跨湘江西路和湘江东路，顺接城南大道.止于城南大道与空港路平交口。

桥梁全长1183.56m,主桥为70m+2X120m+70m预应碇矮塔斜拉桥，桥面宽34m,整幅式单箱五室箱梁截面。

主桥桥墩:边墩8#及主墩9#、10#、11#位于湘江内，湘江平均水深8m。

主墩基础全部采用低桩嵌岩承台，主墩承台尺寸为13.7m x24.2m x4m o根据实际地质情况，主墩11#承台施工采用锁口钢管桩围堰作为围护结构。

主墩11#锁口钢管桩围堰2017年10月1日开始施工,2017年11月25日完成内支撑体系施工，历时55d。

11#墩锁口钢管桩围堰钢管桩设计数量114根，总重量456t o改进型长螺旋钻机引孔114孑L,围堰注浆342孑L。

堰内基坑开挖卵石层1225m‘，破碎开挖岩层1468.8m3o
7结束语
此施工技术解决了环保要求高、无法爆破钢套•+--♦1+-+“一-1♦---1F--1-41“+“一»
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与双壁钢套箱围堰施工相比，施工工期压缩50%以上，成本节约40%左右，社会经济效益十分显著。

由此可见,锁口钢管桩围堰氏;具有广阔的推广应用前景。

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