锁口钢管桩围堰

锁口钢管桩围堰的应用

[摘要]本文论述了在水下的土层中有障碍物、密集孤石、片石堆积时应用锁口钢管桩围堰施工承台是比较合适的；介绍了该围堰的设计及施工；展望了该围堰推广应用前景。

关键词水下复杂地层锁口钢管桩围堰设计施工推广

一、锁口钢管桩围堰的选用

斜拉桥主塔墩承台 40m X 20m，厚 5.5m。承台处水深 3～6m，流速1.l～1.3m/s，承台底在水下约10m，在覆盖层内埋深约7m。钻孔桩施工和地质钻探揭示在承台埋深的地层中有一条木质沉船，船内有片石，约占承台面积1/3。方形承台内有本身的钢筋和型钢劲性骨架，有主塔两塔肢（各为 7m X 10m）的劲性骨架和钢筋锚固在承台内，加上降温水管和架立撑，其密集程度令围堰水平支撑难以通过。该桥的边墩 25m x 17m，厚3.5m。承台处水深6～7m，承台底在水下约10m，在覆盖层内埋深3～4m。由于承台在山脚下，山下岩石掉落在此处，故土层中孤石密集。这两承台施工围堰必须能通过地层内的障碍物，且承台内不能有支撑，在灌筑塔身和墩身前，围堰顶的支撑能拆除。

水库中在旧铁路桥旁新建一钢衍梁桥。其中主桥两端的桥墩坐落在旧桥台片石构缝的锥体护坡上。由于老桥台后为高填土，台前堆砌防倾片石，水库蓄水后将其淹没。锥体护坡下为填筑的亚粘土厚约3m，填土下为砾石土，承台底在砾石土内，为了清除片石，围堰内必须排水干挖。且钢支撑不能埋入承台内。

以上承台的围堰施工工期紧迫，且无大型起吊设备。根据上述条件，对常用的围堰进行了比选。

钢板桩围堰。钢板桩插打和吊装不需大型起吊和下沉设备。但由于其截面特性，限制了应用[1]。上述围堰内支撑间距密集到1.5～2.0m。由于其截面是敞口，在孤石和片石地层中插打，下端极易出卷边或被撕步到，造成围堰不能止水，延误工期，影响承台质量。

双壁铜围堰，它自70年代九江长江大桥首次采用在钻孔桩基础施工后，由于其整体性。刚度和强度大、围堰内无支撑、止水效果、抽水水头、抗水流冲击力和波浪袭击都较其他围堰优越。所以广泛应用于深水钻孔灌注桩基础施工中。但它体积庞大，需大型起吊设备。在覆盖层下沉亦需较多设备，且下沉速度比桩要慢，若遇土层中障碍物，必须水中在刃脚下清除，势必影响工期。双壁铜壳在墩身出水后，承台顶以上部分可切割回收或倒用，以下部分不能取出[1]。

钻孔桩围堰。它是在深水基础施工中钢板桩和钻孔桩并举的围堰[2]。它在复杂地层中做围堰穿透能力强，围堰内无支撑、止水效果好。但须先做钢板桩围堰，在板桩围堰内填土筑岛，在岛上板桩内缘做深基坑护壁钻孔桩，桩顶设圈梁，再开挖基坑等；工序多，设备多，时间长，造价高，不适用上述承台围堰。

方形板桩围堰，我处曾将双壁铜围堰竖向分条，做成方形板桩，以适应某些无大型起吊运输设备和河床覆盖层内下沉双壁铜围堰困难的地方。这种板桩刚度大，围堰内支撑少，借助锤击，下沉速度快。它组成的围堰介于钢板桩和双壁铜围堰之间。我们曾用这种板桩在有片石和孤石地层内锤击下沉做围堰，下沉十分困难，拔出来检查；刃脚凸凹不平，下端贴焊在骨架上的钢板脱皮、撕裂和卷曲，骨架有的扭曲变形。这种壳体极桩在土层要占用一定的空间，将障碍物、孤石、片石劈裂、挤开是困难的，故也不适用。

1956-1957年在前苏联专家指导下，由大桥局主持，大桥一处负责做过装配式钢筋混凝土锁口管柱试验。并将这一成果应用在丹江水库大坝的防渗墙基础中，达到了防渗要求。当时还想将这一新技术推广应用到水利工程中的大坝防渗墙、码头岸墙、码头基础和桥梁基础。由于混凝土抗拉性能差，钢筋混凝土锁口管柱制造工艺要求高，加上当时国家钢材缺乏的制约，这一技术未继续进行研究和应用。

日本把锁口钢管桩（日本叫钢管板桩）的新技术广泛应用在岸墙、护岸、防波堤、围堰、挡土墙基础等工程中，于1981年编制了《钢管板桩井筒基础的设计和施工》。

对钢管桩能否穿过水下地层中的障碍物、孤石和片石，我处在多座桥的施工栈桥搭设中，插打钢管桩较多，对其设计和施工具有一定的经验。

鉴于前面所述，我们选用了锁口钢管桩做这几个承台的施工围堰。

二、锁口钢管桩围堰的设计与施工

1．设计

围堰设计实际上是：①计算围堰内挖土和抽水时钢管植和支撑中的应力是否安全；②确定围堰内封底混凝土的强度和厚度必确定锁口的形式，使其能注浆止水。确保锁口在复杂受力状态下不被破坏；④围堰在水流、风力、波浪作用下抗倾覆性检算。

（1）围堰设计程序

a．设计资料收集。如气象、水文、地质等资料，还有加工制造、运输、吊装、桩锤等有关数据。

b．资料中的围堰设计参数计算。如风力、水流、波浪、土压力系数。

。确定施工顺序。如对围堰支撑的要求，是水中去土，还是干挖。这一程序是关系围堰侧压力计算，很重要。两种施工顺序见图1。

d．绘出围堰总图。拟定钢管桩直径，锁口形式，支撑间距及平面布置，绘于总图中。

e．围堰侧压力计算。进一步求出每米宽围堰的弯短和支撑反力。

f．按以锁口中心宽度换算成每根管桩的弯矩和支撑反力，检算桩的应力，设计或检算支撑。

g．按锤击沉桩的锤击力及允许的施工误差设计锁口。

h．计算作用在围堰的风力、水流力、波浪力，检算围堰的抗倾覆的稳定性。

（2）两种施工顺序的围堰布置方式见（图2图3）

（3）设计要点简介

a．钢管桩的截面选择。它是围堰受力主要部件。初拟钢管截面尺寸必须符合

《钢结构设计规范》（GBJ17－88）的规定：钢管（直）径（壁）厚比

的要求。 fy为钢材屈服强度。A3钢D/t≤100。在保证钢管总体稳定性前提下，因要穿过密集孤面、片石堆积和木质沉船，为防止在柴油锤的强击、偏打、桩帽接触不良及桩垫材料恶化等造成桩端部出现"灯?quot;式压曲或局部压曲，故在管桩下端要贴焊定钢板补强，补强板的厚度与原管壁叠合后的径厚比D/t≤0.8 X 50＝40。D/t＜50是研究数据，0.8是两层叠合板的折减系数。

b．钢管桩的支点处理。钢管桩与围堰支撑的水平圈梁接触处防止钢管压曲办法是：①钢管内加钢环；②填早强砂浆或有圆弧面的木垫块，使集中力变均布荷载。然后按有关公式检算钢环或管壁强度。钢管与封底混凝土接触处要作两点处理：①接触处弯矩峰值很高，要按照连续梁在支座处削减负弯矩峰值办法进行。即Me=M－Rl/8，式中，M，R，L分别是封底混凝土处弯矩、支反力、厚度；

②按均布荷载q＝R/l检算管壁强度，若不够：a．如管桩不拔除，则在管桩吸泥，灌注混凝土；b．如管桩要拔除倒用，则如图4所示，做成双壁圆筒。