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1、鎖口鋼管樁施工工藝工法（QB/ZTYJGYGF-QL-0203-）橋梁工程 何勇 潘萍1 序言1.1 工藝工法概況圍堰形式多個多樣，針對不一樣工程結構特點和環境條件選擇適宜圍堰結構進行承臺施工，對橋梁施工安全、工期、經濟和社會效益相關鍵影響。在很多圍堰形式中，鎖口鋼管樁圍堰是其中一個。1.2 工藝原理鎖口鋼管樁樁圍堰，就是在圍堰內施工和修建基礎時，使圍堰外水或土不至于大量涌進圍堰內，待基礎、墩臺修筑出水面后即可將其拆除，以免堵塞水流或航道，它是一個臨時性結構。鎖口鋼管樁在鋼管兩側加入了鎖口裝置，能夠使兩相鄰鋼管樁之間緊緊圍繞相連在一起。2 工藝工法特點2.1 相比單壁鋼套箱圍堰、咬合鋼管樁圍堰2、等，鎖口鋼管樁圍堰含有加工制作簡單快速、施工工期短、經濟效益高。2.2 鎖口鋼管樁圍堰結構整體剛度大、抗彎能力強、結構整體穩定性好、材料回收利用率高、平面部署適應性強等特點。3 適用范圍鎖口鋼管樁圍堰適適用于水深20m以內、水流流速小于3 m/s，河床為砂類土、黏性土、碎(卵)石類土和風化巖等地層條件下基坑開挖。4 關鍵技術標準鐵路橋涵地基和基礎設計規范（TB 10002.5）鐵路橋涵工程施工質量驗收標準（TB 10415）鐵路橋涵施工規范（TB 10203）公路橋涵施工技術規范（JTG/T F50）5 施工方法依據工程所在地場地特點，結合鎖口鋼管樁特征、施工方法等方面進行考慮，制訂鎖口鋼管樁3、現場施工方案，先由測量人員定出鎖口鋼管樁圍堰軸線，安裝導向架，打樁時利用導向架確定鎖口鋼管樁插打位置。利用打樁機等設備插打鎖口鋼管樁，合龍圍堰，設置內支撐，鎖口止水，進行圍堰內施工。待承臺、墩身施工出水平后，拆除鎖口鋼管樁圍堰。6 工藝步驟及操作關鍵點6.1 施工工藝步驟鎖口鋼管樁圍堰施工工藝步驟圖1。施工準備鉆機平臺拆除鋼管樁制作安裝導向架鋼管樁運輸存放測量控制檢驗插打鋼管樁圍堰合龍鎖口止水安裝內支撐體系基坑開挖圍堰內填筑灌注封底混凝土圍堰內抽水檢測控制承臺、墩身施工出水面拆除圍堰圖1 鎖口鋼管樁圍堰施工工藝步驟圖6.2 操作關鍵點 施工準備1 施工平臺橋墩樁基礎施工完成后，將鉆機平臺上鉆孔4、設備全部撤離，拆除影響鎖口鋼管樁插打鉆孔平臺結構，保留其它部分鉆孔平臺作為鎖口鋼管樁插打施工作業平臺。2 鎖口鋼管樁加工1）鎖口鋼管樁材質通常采取Q235A，鋼管優先選擇螺旋鋼管，也可采取直縫焊接鋼管。2）其加工制作可在通常鋼結構加工廠內，也可在施工工地進行。3）在平整場地上制作咬合鋼管樁加工胎架，先將鋼管對接成設計長度，然后將鎖口角鋼和鋼管定位焊接，最終焊接加勁肋和限位肋。4）每根咬合鋼管樁上鎖口要對稱在鋼管同一直徑線上。咬合鋼管樁對接焊縫根據級焊縫質量標準檢驗驗收；其它焊縫根據級焊縫質量標準作外觀檢驗，要求飽滿、無裂紋、不漏水；咬合鋼管樁順直、不折、不彎。5）鎖口鋼管樁結構圖2所表示。圖25、鎖口鋼管樁結構大樣圖(單位：mm)3 測量定位在圍堰上下游一定距離河岸陸地上設置控制測量點。在導向梁安裝之前，用全站儀測放出圍堰內輪廓線；在咬合鋼管樁插打過程中，用兩臺經緯儀前方交匯法控制鎖口鋼管樁垂直度。4 振動錘及起吊設備選型配套1）振動錘選型為了確保施工時鎖口鋼管樁能夠打入到設計入土深度，事先要對用于沉樁振動錘規格進行計算選擇，要求振動錘激振力P大于咬合鋼管樁貫人摩阻力Q，即P/Q1.1。式中 Q單根咬合鋼管樁貫人摩阻力(kN)； 土壤振動液化系數，=0.30.6； 樁周長（m）； 樁周第i層土極限側阻力標準值(kPa)； 樁周第i層土厚度（m）。2）起吊設備選型有棧橋鉆孔圍堰施工平臺，6、采取汽車起重機直接行使到平臺上起吊振動錘及咬合鋼管樁；沒有棧橋時，通常采取浮吊。起吊設備規格依據振動錘大小選擇配置。5安裝導向架在樁基護筒上焊裝雙層牛腿，在牛腿上測量定出圍堰內外框線，沿著內外框線安裝導向圈梁。兩層定位架高差要大于2.0m，定位架牛腿和圈梁采取槽鋼焊接，其結構圖3所表示。 圖3定位架結構示意圖 鎖口鋼管樁插打和合龍1 吊樁吊機主鉤吊住鎖口鋼管樁上口、副鉤吊住下口同時提升使咬合鋼管樁懸空，然后主鉤繼續提升直至咬合鋼管樁垂直，最終松脫副鉤。2插打1）吊機吊運咬合鋼管樁至沉樁位置，使其鎖口和已沉入咬合鋼管樁鎖口陰陽咬合，并從定位架中緩慢下放，直至進入河床不沉、自穩為止。2）取下樁頭千7、斤繩，用吊機主鉤吊振動錘到樁頭，用錘夾夾緊樁壁；開啟振動錘沉樁，直至設計深度停止。下沉過程中要同時松放吊機起重繩，控制錘身和樁身保持垂直狀態。3）鎖口鋼管樁不能打入到設計深度，可采取樁內射水或吸泥方法輔助下沉。3 糾偏1）第一根咬合鋼管樁沉入后垂直度影響到整個圍堰其它咬合鋼管樁垂直度，其打入時要緩慢些，打入到設計深度二分之一時暫停沉樁，檢驗樁身垂直度是否在0.5%L以內，如滿足要求則繼續開啟振動錘沉樁；不然拔出重打。2）其它咬合鋼管樁在定位架和鎖口共同作用下，通常不會產生較大偏差，只需每插打1520根作一次檢驗，確保樁身垂直度在1%L以內即可。4合龍1）鎖口鋼管樁通常由圍堰上游分兩頭插打、到下8、游合龍。2）咬合鋼管樁圍堰合龍前，在插打至最終45根樁時，測量缺口寬度，正確計算出合龍樁外徑，加工大小適宜咬合鋼管樁運至施工現場插打。3）為確保咬合鋼管樁圍堰合龍時兩側鎖口相互平行，避免使用異型樁進行合龍，減小合龍難度，當咬合鋼管樁兩端相距1015根樁距離時，以后每打人一根樁，均須用經緯儀控制其垂直度。若樁身存在偏斜，應逐根糾正，分散偏差，調整合龍。 鎖口漏水預防及處理鎖口止水是鎖口鋼管樁圍堰防水關鍵方法和工序，采取鎖口內填筑和防水布整體圍護相結合方法。1 鎖口內填筑。用棉布縫制比鎖口略大長條型布袋；將布袋放人鎖口中，用48 mm鋼管(灌漿導管)穿入布袋將其插到河床面。砂漿用注漿泵經過灌漿導管9、從孔底向上灌注，邊灌邊提升導管，直至孔口溢出砂漿為止；導管埋入砂漿大于2m。砂漿采取M2.5#、塌落度180200mm。2 防水布整體維護用雙層彩條布縫制成環狀布帶，其寬度為圍堰頂到河床面高度加7m、最小周長為圍堰周長2倍。全部鎖口鋼管樁插打完成后，將布袋從圍堰頂套下，上口和圍堰頂齊平，下口攤鋪到河床上、用砂袋壓實。3 鎖口漏水處理1）抽水過程中或抽水后發覺部分鎖口漏水，可派潛水工下水檢驗漏水處防水布破損位置并用防水布貼補。2）抽水后如發生鎖口漏水較大或漏水處較多、貼補無效和不易抽干、影響圍堰內基礎施工時，要停止抽水、讓水回灌入圍堰，重新鋪設防水布，然后再抽水。 圍囹及內支撐安裝1 圍囹安裝圍10、堰合龍后，依據施工水位度量并在咬合鋼管樁上標志出圍囹水平位置；在支撐周圍將型鋼托架焊接在咬合鋼管樁上，作為圍囹安裝支承。將岸上下料并連接好圍囹型鋼用浮吊吊放到托架上，緊貼咬合鋼管樁并和其焊接；不能緊貼咬合鋼管樁，在二者之間加小鋼板焊接。2 內支撐安裝1）在圍囹上測設出支撐安裝位置，并正確測量出每根支撐兩端圍囹間凈距；依據凈距對支撐鋼管下料并將其兩端切割成企口。為使支撐鋼管達成軸心受壓計算條件，企口切割時要確保鋼管軸線和圍囹水平中線重合。2）用吊機將支撐吊放到對應位置安裝，圍囹和支撐鋼管端頭直接焊接牢靠、圍囹頂面和支撐鋼管間用連接鋼板焊接連接。最終安裝圍堰轉角處三角支撐。 圖4 內支撐安裝示意圖11、3）開挖過程中，圍囹及內支撐安裝本著“邊開挖邊支撐，先支撐后開挖”標準。 基坑開挖和圍堰內回填、封底1 抽水開挖1）圍堰底地層透水性較小、穩定性很好低樁承臺，采取抽水開挖方法。2）抽水開挖可選擇人工開挖、小型挖掘機開挖、爆破開挖等方法，用扒桿、吊機等提升吊斗出渣。3）開挖時在圍堰內四面設排水溝、轉角處設積水坑抽水，依據抽水量多少，配置足夠數量抽水機進行圍堰內抽水。抽水機宜選擇離心泵和潛水泵結合，大小搭配。4）開挖過程中要觀察圍堰咬合鋼管樁、圍囹、內支撐等結構應力、應變和變形情況，出現應力應變超出設計許可值情況，要停止抽水，查明原因，采取對應加固方法后方可重新抽水開挖。2 不抽水開挖。1）圍堰底12、地層透水性較大、穩定性較差有可能產生涌砂或涌泥地層低樁承臺，宜采取不抽水開挖方法。2）不抽水開挖可選擇水力吸泥機、水利吸石筒、空氣吸泥機等，以上多種方法如在較緊密土層中，可用射水方法配合松土，以加緊挖基進度；亦可采取抓泥斗、挖掘機等水下挖基方法。3）開挖基礎完成時，用吊線錘測量基底標高，潛水工下水檢驗基底平整度并輔助平整基底。3 圍堰內回填1）對于高樁承臺圍堰，則用砂卵石或廢磚砟等將堰內填筑到封底混凝土底面標高。砂卵石填筑數量計算時注意扣除樁身、樁頭破除和鋪底混凝土所占體積。2）填筑物可經過棧橋用汽車運輸，亦可采取駁船運到圍堰邊、用抓沙船抓斗放入。4 封底混凝土施工1）對于不抽水開挖圍堰基坑，13、采取水下混凝土進行封底，施工方法同沉井封底，封底混凝土厚度需要計算確定。2）對于抽水開挖或堰內填筑基坑，抽水后破除樁頭、整平基坑底，采取一般混凝土澆注方法封底，封底混凝土厚度0.30.5m。 鎖口鋼管樁優化方法1 為增加咬合鋼管樁圍堰整體抗彎剛度，能夠向鋼管樁內填充細砂、沖水密實。2 由對口槽鋼組成鎖口結構，下端采取坡腳焊焊接鋼板，避免插打過程中砂石擠壓進入鎖口，影響下一部施工。6.2.7 堰內基礎施工1 堰內承臺、墩身施工各工序施工方法同陸上橋墩基礎施工。2 承臺混凝土灌注完成7d后，為降低抽水工作量，宜將圍堰內水位回灌到比承臺頂略低然后才施工墩身。6.2.8 拆除圍堰1 墩身施工出水面后，14、即可拆除圍堰。圍堰拆除按從下游到上游、由低到高、先支撐再圍囹最終拔除咬合鋼管樁次序進行。2 拆除在水面下支撐時，先部分停止抽水，使圍堰內水位回復到待拆除支撐下，部分平衡圍堰內壓力差，然后才能進行內支撐、圍囹拆除施工。3咬合鋼管樁拔除時，先用振動錘輕擊樁頂，將樁周土體及鎖口內砂漿振動，再進行拔除作業。4 拔除咬合鋼管樁應清刷潔凈，修補整齊，除銹涂刷防銹油漆；在運輸、存放時，預防變形損壞。7 勞動力組織鎖口鋼管樁圍堰施工技術要求高，專業性較強，要求工種多，且因為其特殊性，現場需配置專業技術人員。人員配置見表1。表1 鎖口鋼管樁圍堰施工所需勞動力工程項目人數備注現場管理人員3現場責任人1名、安全員115、人、領工員1人現場技術人員4技術責任人1名、質檢員1人、技術員2人鋼管樁焊接接長9焊接工人6人，吊裝工人3人鋼管樁打設10震動錘操作員1人、拉攬風繩工人3人吊司機2人實際操作4人材料運輸2板車司機1人，指揮1人內支撐安裝7焊接牛腿4人，平臺拆除3人圍堰內清淤19高壓水槍6人，泥漿泵看管1人電工2人，清除基底雜物10人累計圍堰/清淤54工序之間人員協調配合8 關鍵機具設備鎖口鋼管樁圍堰施工順利進行很大程度決定于施工機械選擇，當決定選擇何種機械時，需考慮現場條件。關鍵機械設備見表2。表2 鎖口鋼管樁圍堰施工機具設備表序號設備名稱規格型號數量1液壓震動錘12履帶吊13混凝土汽車泵80m/h24污水泵16、45高壓水槍66泥漿泵67電焊機BX1-500-3F108氧炔焰切割PCS-10059板車50t110卷揚機10t1表3 起吊設備選型參考表序號振動錘規格起吊設備規格序號振動錘規格起吊設備規格1DZ4525t3DZ9050t2DZ6035t4DZ12080t9 質量控制9.1 易出現質量問題因為河床地質結構復雜，施工中可能碰到部分難題： 遇障礙物，造成打入深度不足。 側向積壓力不均勻，造成偏斜。 沿軸線傾斜度過大。 地基較軟，造成鄰樁帶入。9.2 確保方法 打樁過程中有時遇上大塊石或其它不明障礙物，造成鎖口鋼管樁打入深度不夠，采取弧形樁繞過障礙物，繞過方向應為遠離承臺方向，但要注意移動距離不要17、太大。 鎖口鋼管樁雜填土地段擠進過程中受到石塊等側向擠壓作用力大小不一樣輕易發生偏斜，在發生偏斜位置將鎖口鋼管樁往上拔1.02.0m，再往下錘進，如此上下往復振拔數次，可使大塊石被振碎或使其發生位移，讓鎖口鋼管樁位置得到糾正，降低鎖口鋼管樁傾斜度。 鎖口鋼管樁沿軸線傾斜度較大時，采取異形插板來糾正，異形插板通常為上下寬度大于或小于標準寬度插板，異形插板可依據實際傾斜度進行焊接加工。 在基礎較軟處，有時發生施工時將鄰樁帶人現象，采取方法是把相鄰數根樁焊接在一起，而且在施打樁連接鎖口上涂以黃油等潤滑潤滑劑，減小阻力。10 安全方法10.1 關鍵安全風險分析 咬合鋼管樁圍堰施工過程中，咬合鋼管樁插進18、鎖口后，因鎖口阻力不足，咬合鋼管樁忽然脫落下滑。 咬合鋼管樁插打和拔除時，樁錘各部機件、連接件安全。10.2 確保方法 咬合鋼管樁槽凹部位應清掃潔凈，鎖口應優異行修整或試插。 組拼咬合鋼管樁組件，應采取堅固夾具夾牢，起吊時，用繩索拴牢。掛鉤應封鉤。 咬合鋼管樁插進鎖口后，因鎖口阻力不能插放到位而需用樁錘壓插時，應先用卷揚機鋼絲繩控制樁錘下落行程，預防樁錘隨鋼板板樁忽然下滑。 插打咬合鋼管樁，如因吊機高度不足，可改變吊點位置，但吊點不得低于樁頂以下1/3樁長位置。在轉換吊點時，必需先掛后換，使新吊點吃力后，并確定牢靠，才能拆除原吊點。 使用沉拔樁錘沉拔板樁時，樁錘各部機件、連接件要確保完好，電氣19、線路絕緣部分要良好絕緣。天天使用前要認真檢驗，班后要進行保養。操作時，樁錘和板樁連接要牢靠，系索射水、振動等松動方法。嚴禁硬拔。11 環境保護方法11.1 建立健全環境保護管理機構，制訂各項規章制度，并加強監督和檢驗。11.2 加強教育宣傳工作，提升全體職員文明施工和環境保護意識。11.3 降低施工中噪聲和振動，避免擾民。11.4 采取有效方法，預防機械用油、施工和生活垃圾污染河水。12 應用實例12.1 工程介紹中鐵一局滬昆客專長昆湖南段CKTJ 標跨焦柳鐵路特大橋工程43#、44#墩， 43#和44#墩設計全部為12根直徑1.5m柱樁，承臺10.614.62.5m，其上部署1m高加臺。橋址20、區地層關鍵有第四系全新統黏土；黃褐色，硬塑，含細角礫510%，粒徑0.1-0.2cm，最大1.5cm，尖棱狀，頂部含根系，0=160kpa，厚度約為4m左右；下伏白云質灰巖，灰白色，隱晶質結構，中厚層狀，弱風化。節剪發育，呈閉合微張開狀，關鍵由方解石脈，泥質填充，巖芯較完整，0=1000kpa，厚度未探明。橋址處地下水關鍵為松散堆積層孔隙水，碳酸鹽巖裂隙水及基巖風化裂隙水，含水層富水性較弱，地下水關鍵由大氣降水補給。12.2 施工情況圍堰施工前期地質勘探極難正確得反應客觀真實情況。在圍堰施工過程中存在部分不確定和不可知成份，在實施過程中依據情況面對可能出現問題和不安全原因，事先制訂了預案和應急方法，做到了防患未然，順利完成了圍堰施工。為承臺施工打下了堅實基礎。12.3 工程結果評價鎖口鋼管樁插板圍堰施工技術在焦柳鐵路特大橋工程中得到了成功應用，這種圍堰方法在淺水域有著很好應用前景。12.4 建設效果及施工圖片圖5 鎖口鋼管樁插打 圖6 鎖口鋼管樁插打圖7 土方開挖前鎖口鋼管樁圍堰圖 圖8 加固完成后鎖口鋼管樁圍堰