1、锁口钢管桩施工工艺工法（QB/ZTYJGYGF-QL-0203-）桥梁工程 何勇 潘萍1 序言1.1 工艺工法概况围堰形式多个多样，针对不一样工程结构特点和环境条件选择适宜围堰结构进行承台施工，对桥梁施工安全、工期、经济和社会效益相关键影响。在很多围堰形式中，锁口钢管桩围堰是其中一个。1.2 工艺原理锁口钢管桩桩围堰，就是在围堰内施工和修建基础时，使围堰外水或土不至于大量涌进围堰内，待基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵塞水流或航道，它是一个临时性结构。锁口钢管桩在钢管两侧加入了锁口装置，能够使两相邻钢管桩之间紧紧围绕相连在一起。2 工艺工法特点2.1 相比单壁钢套箱围堰、咬合钢管桩围堰2、等，锁口钢管桩围堰含有加工制作简单快速、施工工期短、经济效益高。2.2 锁口钢管桩围堰结构整体刚度大、抗弯能力强、结构整体稳定性好、材料回收利用率高、平面部署适应性强等特点。3 适用范围锁口钢管桩围堰适适用于水深20m以内、水流流速小于3 m/s，河床为砂类土、黏性土、碎(卵)石类土和风化岩等地层条件下基坑开挖。4 关键技术标准铁路桥涵地基和基础设计规范（TB 10002.5）铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB 10415）铁路桥涵施工规范（TB 10203）公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50）5 施工方法依据工程所在地场地特点，结合锁口钢管桩特征、施工方法等方面进行考虑，制订锁口钢管桩3、现场施工方案，先由测量人员定出锁口钢管桩围堰轴线，安装导向架，打桩时利用导向架确定锁口钢管桩插打位置。利用打桩机等设备插打锁口钢管桩，合龙围堰，设置内支撑，锁口止水，进行围堰内施工。待承台、墩身施工出水平后，拆除锁口钢管桩围堰。6 工艺步骤及操作关键点6.1 施工工艺步骤锁口钢管桩围堰施工工艺步骤图1。施工准备钻机平台拆除钢管桩制作安装导向架钢管桩运输存放测量控制检验插打钢管桩围堰合龙锁口止水安装内支撑体系基坑开挖围堰内填筑灌注封底混凝土围堰内抽水检测控制承台、墩身施工出水面拆除围堰图1 锁口钢管桩围堰施工工艺步骤图6.2 操作关键点 施工准备1 施工平台桥墩桩基础施工完成后，将钻机平台上钻孔4、设备全部撤离，拆除影响锁口钢管桩插打钻孔平台结构，保留其它部分钻孔平台作为锁口钢管桩插打施工作业平台。2 锁口钢管桩加工1）锁口钢管桩材质通常采取Q235A，钢管优先选择螺旋钢管，也可采取直缝焊接钢管。2）其加工制作可在通常钢结构加工厂内，也可在施工工地进行。3）在平整场地上制作咬合钢管桩加工胎架，先将钢管对接成设计长度，然后将锁口角钢和钢管定位焊接，最终焊接加劲肋和限位肋。4）每根咬合钢管桩上锁口要对称在钢管同一直径线上。咬合钢管桩对接焊缝根据级焊缝质量标准检验验收；其它焊缝根据级焊缝质量标准作外观检验，要求饱满、无裂纹、不漏水；咬合钢管桩顺直、不折、不弯。5）锁口钢管桩结构图2所表示。图25、锁口钢管桩结构大样图(单位：mm)3 测量定位在围堰上下游一定距离河岸陆地上设置控制测量点。在导向梁安装之前，用全站仪测放出围堰内轮廓线；在咬合钢管桩插打过程中，用两台经纬仪前方交汇法控制锁口钢管桩垂直度。4 振动锤及起吊设备选型配套1）振动锤选型为了确保施工时锁口钢管桩能够打入到设计入土深度，事先要对用于沉桩振动锤规格进行计算选择，要求振动锤激振力P大于咬合钢管桩贯人摩阻力Q，即P/Q1.1。式中 Q单根咬合钢管桩贯人摩阻力(kN)； 土壤振动液化系数，=0.30.6； 桩周长（m）； 桩周第i层土极限侧阻力标准值(kPa)； 桩周第i层土厚度（m）。2）起吊设备选型有栈桥钻孔围堰施工平台，6、采取汽车起重机直接行使到平台上起吊振动锤及咬合钢管桩；没有栈桥时，通常采取浮吊。起吊设备规格依据振动锤大小选择配置。5安装导向架在桩基护筒上焊装双层牛腿，在牛腿上测量定出围堰内外框线，沿着内外框线安装导向圈梁。两层定位架高差要大于2.0m，定位架牛腿和圈梁采取槽钢焊接，其结构图3所表示。 图3定位架结构示意图 锁口钢管桩插打和合龙1 吊桩吊机主钩吊住锁口钢管桩上口、副钩吊住下口同时提升使咬合钢管桩悬空，然后主钩继续提升直至咬合钢管桩垂直，最终松脱副钩。2插打1）吊机吊运咬合钢管桩至沉桩位置，使其锁口和已沉入咬合钢管桩锁口阴阳咬合，并从定位架中缓慢下放，直至进入河床不沉、自稳为止。2）取下桩头千7、斤绳，用吊机主钩吊振动锤到桩头，用锤夹夹紧桩壁；开启振动锤沉桩，直至设计深度停止。下沉过程中要同时松放吊机起重绳，控制锤身和桩身保持垂直状态。3）锁口钢管桩不能打入到设计深度，可采取桩内射水或吸泥方法辅助下沉。3 纠偏1）第一根咬合钢管桩沉入后垂直度影响到整个围堰其它咬合钢管桩垂直度，其打入时要缓慢些，打入到设计深度二分之一时暂停沉桩，检验桩身垂直度是否在0.5%L以内，如满足要求则继续开启振动锤沉桩；不然拔出重打。2）其它咬合钢管桩在定位架和锁口共同作用下，通常不会产生较大偏差，只需每插打1520根作一次检验，确保桩身垂直度在1%L以内即可。4合龙1）锁口钢管桩通常由围堰上游分两头插打、到下8、游合龙。2）咬合钢管桩围堰合龙前，在插打至最终45根桩时，测量缺口宽度，正确计算出合龙桩外径，加工大小适宜咬合钢管桩运至施工现场插打。3）为确保咬合钢管桩围堰合龙时两侧锁口相互平行，避免使用异型桩进行合龙，减小合龙难度，当咬合钢管桩两端相距1015根桩距离时，以后每打人一根桩，均须用经纬仪控制其垂直度。若桩身存在偏斜，应逐根纠正，分散偏差，调整合龙。 锁口漏水预防及处理锁口止水是锁口钢管桩围堰防水关键方法和工序，采取锁口内填筑和防水布整体围护相结合方法。1 锁口内填筑。用棉布缝制比锁口略大长条型布袋；将布袋放人锁口中，用48 mm钢管(灌浆导管)穿入布袋将其插到河床面。砂浆用注浆泵经过灌浆导管9、从孔底向上灌注，边灌边提升导管，直至孔口溢出砂浆为止；导管埋入砂浆大于2m。砂浆采取M2.5#、塌落度180200mm。2 防水布整体维护用双层彩条布缝制成环状布带，其宽度为围堰顶到河床面高度加7m、最小周长为围堰周长2倍。全部锁口钢管桩插打完成后，将布袋从围堰顶套下，上口和围堰顶齐平，下口摊铺到河床上、用砂袋压实。3 锁口漏水处理1）抽水过程中或抽水后发觉部分锁口漏水，可派潜水工下水检验漏水处防水布破损位置并用防水布贴补。2）抽水后如发生锁口漏水较大或漏水处较多、贴补无效和不易抽干、影响围堰内基础施工时，要停止抽水、让水回灌入围堰，重新铺设防水布，然后再抽水。 围囹及内支撑安装1 围囹安装围10、堰合龙后，依据施工水位度量并在咬合钢管桩上标志出围囹水平位置；在支撑周围将型钢托架焊接在咬合钢管桩上，作为围囹安装支承。将岸上下料并连接好围囹型钢用浮吊吊放到托架上，紧贴咬合钢管桩并和其焊接；不能紧贴咬合钢管桩，在二者之间加小钢板焊接。2 内支撑安装1）在围囹上测设出支撑安装位置，并正确测量出每根支撑两端围囹间净距；依据净距对支撑钢管下料并将其两端切割成企口。为使支撑钢管达成轴心受压计算条件，企口切割时要确保钢管轴线和围囹水平中线重合。2）用吊机将支撑吊放到对应位置安装，围囹和支撑钢管端头直接焊接牢靠、围囹顶面和支撑钢管间用连接钢板焊接连接。最终安装围堰转角处三角支撑。 图4 内支撑安装示意图11、3）开挖过程中，围囹及内支撑安装本着“边开挖边支撑，先支撑后开挖”标准。 基坑开挖和围堰内回填、封底1 抽水开挖1）围堰底地层透水性较小、稳定性很好低桩承台，采取抽水开挖方法。2）抽水开挖可选择人工开挖、小型挖掘机开挖、爆破开挖等方法，用扒杆、吊机等提升吊斗出渣。3）开挖时在围堰内四面设排水沟、转角处设积水坑抽水，依据抽水量多少，配置足够数量抽水机进行围堰内抽水。抽水机宜选择离心泵和潜水泵结合，大小搭配。4）开挖过程中要观察围堰咬合钢管桩、围囹、内支撑等结构应力、应变和变形情况，出现应力应变超出设计许可值情况，要停止抽水，查明原因，采取对应加固方法后方可重新抽水开挖。2 不抽水开挖。1）围堰底12、地层透水性较大、稳定性较差有可能产生涌砂或涌泥地层低桩承台，宜采取不抽水开挖方法。2）不抽水开挖可选择水力吸泥机、水利吸石筒、空气吸泥机等，以上多种方法如在较紧密土层中，可用射水方法配合松土，以加紧挖基进度；亦可采取抓泥斗、挖掘机等水下挖基方法。3）开挖基础完成时，用吊线锤测量基底标高，潜水工下水检验基底平整度并辅助平整基底。3 围堰内回填1）对于高桩承台围堰，则用砂卵石或废砖砟等将堰内填筑到封底混凝土底面标高。砂卵石填筑数量计算时注意扣除桩身、桩头破除和铺底混凝土所占体积。2）填筑物可经过栈桥用汽车运输，亦可采取驳船运到围堰边、用抓沙船抓斗放入。4 封底混凝土施工1）对于不抽水开挖围堰基坑，13、采取水下混凝土进行封底，施工方法同沉井封底，封底混凝土厚度需要计算确定。2）对于抽水开挖或堰内填筑基坑，抽水后破除桩头、整平基坑底，采取一般混凝土浇注方法封底，封底混凝土厚度0.30.5m。 锁口钢管桩优化方法1 为增加咬合钢管桩围堰整体抗弯刚度，能够向钢管桩内填充细砂、冲水密实。2 由对口槽钢组成锁口结构，下端采取坡脚焊焊接钢板，避免插打过程中砂石挤压进入锁口，影响下一部施工。6.2.7 堰内基础施工1 堰内承台、墩身施工各工序施工方法同陆上桥墩基础施工。2 承台混凝土灌注完成7d后，为降低抽水工作量，宜将围堰内水位回灌到比承台顶略低然后才施工墩身。6.2.8 拆除围堰1 墩身施工出水面后，14、即可拆除围堰。围堰拆除按从下游到上游、由低到高、先支撑再围囹最终拔除咬合钢管桩次序进行。2 拆除在水面下支撑时，先部分停止抽水，使围堰内水位回复到待拆除支撑下，部分平衡围堰内压力差，然后才能进行内支撑、围囹拆除施工。3咬合钢管桩拔除时，先用振动锤轻击桩顶，将桩周土体及锁口内砂浆振动，再进行拔除作业。4 拔除咬合钢管桩应清刷洁净，修补整齐，除锈涂刷防锈油漆；在运输、存放时，预防变形损坏。7 劳动力组织锁口钢管桩围堰施工技术要求高，专业性较强，要求工种多，且因为其特殊性，现场需配置专业技术人员。人员配置见表1。表1 锁口钢管桩围堰施工所需劳动力工程项目人数备注现场管理人员3现场责任人1名、安全员115、人、领工员1人现场技术人员4技术责任人1名、质检员1人、技术员2人钢管桩焊接接长9焊接工人6人，吊装工人3人钢管桩打设10震动锤操作员1人、拉揽风绳工人3人吊司机2人实际操作4人材料运输2板车司机1人，指挥1人内支撑安装7焊接牛腿4人，平台拆除3人围堰内清淤19高压水枪6人，泥浆泵看管1人电工2人，清除基底杂物10人累计围堰/清淤54工序之间人员协调配合8 关键机具设备锁口钢管桩围堰施工顺利进行很大程度决定于施工机械选择，当决定选择何种机械时，需考虑现场条件。关键机械设备见表2。表2 锁口钢管桩围堰施工机具设备表序号设备名称规格型号数量1液压震动锤12履带吊13混凝土汽车泵80m/h24污水泵16、45高压水枪66泥浆泵67电焊机BX1-500-3F108氧炔焰切割PCS-10059板车50t110卷扬机10t1表3 起吊设备选型参考表序号振动锤规格起吊设备规格序号振动锤规格起吊设备规格1DZ4525t3DZ9050t2DZ6035t4DZ12080t9 质量控制9.1 易出现质量问题因为河床地质结构复杂，施工中可能碰到部分难题： 遇障碍物，造成打入深度不足。 侧向积压力不均匀，造成偏斜。 沿轴线倾斜度过大。 地基较软，造成邻桩带入。9.2 确保方法 打桩过程中有时遇上大块石或其它不明障碍物，造成锁口钢管桩打入深度不够，采取弧形桩绕过障碍物，绕过方向应为远离承台方向，但要注意移动距离不要17、太大。 锁口钢管桩杂填土地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不一样轻易发生偏斜，在发生偏斜位置将锁口钢管桩往上拔1.02.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大块石被振碎或使其发生位移，让锁口钢管桩位置得到纠正，降低锁口钢管桩倾斜度。 锁口钢管桩沿轴线倾斜度较大时，采取异形插板来纠正，异形插板通常为上下宽度大于或小于标准宽度插板，异形插板可依据实际倾斜度进行焊接加工。 在基础较软处，有时发生施工时将邻桩带人现象，采取方法是把相邻数根桩焊接在一起，而且在施打桩连接锁口上涂以黄油等润滑润滑剂，减小阻力。10 安全方法10.1 关键安全风险分析 咬合钢管桩围堰施工过程中，咬合钢管桩插进18、锁口后，因锁口阻力不足，咬合钢管桩忽然脱落下滑。 咬合钢管桩插打和拔除时，桩锤各部机件、连接件安全。10.2 确保方法 咬合钢管桩槽凹部位应清扫洁净，锁口应优异行修整或试插。 组拼咬合钢管桩组件，应采取坚固夹具夹牢，起吊时，用绳索拴牢。挂钩应封钩。 咬合钢管桩插进锁口后，因锁口阻力不能插放到位而需用桩锤压插时，应先用卷扬机钢丝绳控制桩锤下落行程，预防桩锤随钢板板桩忽然下滑。 插打咬合钢管桩，如因吊机高度不足，可改变吊点位置，但吊点不得低于桩顶以下1/3桩长位置。在转换吊点时，必需先挂后换，使新吊点吃力后，并确定牢靠，才能拆除原吊点。 使用沉拔桩锤沉拔板桩时，桩锤各部机件、连接件要确保完好，电气19、线路绝缘部分要良好绝缘。天天使用前要认真检验，班后要进行保养。操作时，桩锤和板桩连接要牢靠，系索射水、振动等松动方法。严禁硬拔。11 环境保护方法11.1 建立健全环境保护管理机构，制订各项规章制度，并加强监督和检验。11.2 加强教育宣传工作，提升全体职员文明施工和环境保护意识。11.3 降低施工中噪声和振动，避免扰民。11.4 采取有效方法，预防机械用油、施工和生活垃圾污染河水。12 应用实例12.1 工程介绍中铁一局沪昆客专长昆湖南段CKTJ 标跨焦柳铁路特大桥工程43#、44#墩， 43#和44#墩设计全部为12根直径1.5m柱桩，承台10.614.62.5m，其上部署1m高加台。桥址20、区地层关键有第四系全新统黏土；黄褐色，硬塑，含细角砾510%，粒径0.1-0.2cm，最大1.5cm，尖棱状，顶部含根系，0=160kpa，厚度约为4m左右；下伏白云质灰岩，灰白色，隐晶质结构，中厚层状，弱风化。节剪发育，呈闭合微张开状，关键由方解石脉，泥质填充，岩芯较完整，0=1000kpa，厚度未探明。桥址处地下水关键为松散堆积层孔隙水，碳酸盐岩裂隙水及基岩风化裂隙水，含水层富水性较弱，地下水关键由大气降水补给。12.2 施工情况围堰施工前期地质勘探极难正确得反应客观真实情况。在围堰施工过程中存在部分不确定和不可知成份，在实施过程中依据情况面对可能出现问题和不安全原因，事先制订了预案和应急方法，做到了防患未然，顺利完成了围堰施工。为承台施工打下了坚实基础。12.3 工程结果评价锁口钢管桩插板围堰施工技术在焦柳铁路特大桥工程中得到了成功应用，这种围堰方法在浅水域有着很好应用前景。12.4 建设效果及施工图片图5 锁口钢管桩插打 图6 锁口钢管桩插打图7 土方开挖前锁口钢管桩围堰图 图8 加固完成后锁口钢管桩围堰