关键词：桥梁 水中承台 锁扣钢管桩围堰 施工
一、引言
围堰是指在水利工程建设中，为建造永久设施
而修建的临时性围护结构。当前，水中施工大多以钢套箱为主，所采用的水中钢围堰大多都由多个钢套箱节段拼接而成，无论是安装和拆除，施工难度大、周期长，并且投入成本较高。本文主要以马房特大桥跨越北江，水深约8-14m，深入河床8-4m采用锁扣钢管桩围堰施工为列，锁扣钢管桩长度30m以内，为今后同类桥梁施工提供了借鉴。
一、工程概况
新建马房特大桥跨越北江，与三茂铁路公铁两用桥以及原马房大桥并行，新建桥梁在老桥下游，净距3.0m，桥梁全长1635.44m。为肇庆进入佛山融入大湾区的重要通道。主桥采用1-(130+195+130)矮塔斜拉桥,其中11、12、13、14为水中墩。
桥位地处冲积平原，跨越北江，北江是珠江第二大水系，河面宽度约625m，主航道水深达15m，潮差约1~2m，施工水位设计标高2.0m，北江干流径流年内分配不均匀，一般枯水期（10-3）水量仅占全年水量的25%左右，汛期（4-9月）水量占全年水量的75%。北江干流及各支流的发育，受流域内弧形山地及谷地控制，北江洪水同时集中，具有涨势迅猛的特点。
桥位区覆盖层主要为第四系（Q）海陆交互相淤泥质粉质粘土、淤泥质砂等及冲洪积粉质粘土及砂、坡残积粉质粘土；基底由第三系粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩、含砾砂岩及其风化层组成。
下表均按施工水位2.0m，围堰顶面标高3.5m，12号墩围堰顶标高5.5m，总深度指围堰顶面标高至开挖基底标高。
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二、方案比选
按照以往施工工艺，深水承台施工采用双壁钢围堰，由于双壁钢围堰加工周期长，用钢量大，主墩承台需1993t钢材，对桥梁墩位处河床查勘后发现许多孤石及旧桥施工遗留的建筑物未完全清理干净，不利用双壁钢围堰的下沉就位，并且双壁钢围堰回收利用率低。
采用锁扣钢管桩围堰施工深水承台，锁扣钢管桩单根长25m/27m，锁扣钢管桩施工方便，灵活性强，受地形及地质条件限制小，管桩可重复使用，并且管桩材料可租赁，但如若水深超过20m，锁扣管桩长度大于30m，安全风险较大，对栈桥及起吊设备要求高，且不利于后期拆除，影响桥梁上部结构施工。
1、双壁钢围堰：材料总量1993t，平均单价4928.27元/t，围堰加工、下沉量1716.94t，综合单价2800元/t，围堰水系切割量1354.62t，单价1500元/t，围堰回收量1354.62t，单价2500元/t。总费用： 1327.49万元。
2、锁扣钢管桩围堰：管桩插打量1729 t，单价1477.83元/t，管桩拔除量1729t，单价985.2元/t，管桩租赁量1729t，单价197.04元/t·月，新加工管桩量864.5t，单价985.2元/t，支撑型材量172t，单价2500元/t。总费用为： 894.71万元
3、节约成本： 432.78万元。
技术效益上采用锁扣钢管桩围堰节省了材料使用量，保证了围堰整体稳定性并顺利合龙，节约了成本和工期；节约成本432.78万元。采用锁扣钢管桩围堰比双壁钢围堰减少用钢量约88.6t，节约工期25天。
经综合分析后，决定采用锁扣钢管桩围堰施工深水承台。
三、锁扣钢管桩围堰设计
12号墩施工水位+2.Om,围堰设计水位+3.5m;围堰尺寸为38m*13.3m,承台四周各放大1.2m，承台底标高-10m，承台底距设计水位13. 3m；基坑防护采用27m锁扣钢管桩，主钢管采用φ720mm*12mm钢管，C型锁扣采用φ180*8mm钢管，并加设加劲板，T型锁扣采用I20a工字钢；河床顶面标高-10.21m，水深13.71m。基坑共设置三道围囹及内支撑， 第一道/第三道围囹及内支撑为永久支撑，第二道围囹及内支撑为临时内支撑(在第三道围囹及内支撑安装完成后即可拆除)。
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锁扣钢管桩围堰平面布置图
四、锁扣钢管桩围堰施工
施工流程：钢管桩加工→施工导向架定位→插打钢管桩→施工第一道围囹支撑→水下冲泥、封底→管桩灌沙堵漏→逐层施工围囹支撑。
1、钢管桩加工：在平整的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，然后将锁扣角钢与钢管定位焊接，最后焊接加劲肋和限位肋。每根咬合钢管桩上的锁扣要对称位于钢管的同一直径线上。要求饱满、无裂纹、不漏水；咬合钢管桩顺直、不折、不弯。
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2、施工导向架定位：利用既有桩基钢护筒施工支点牛腿，在导向梁安装之前，用全站仪测出围堰的内轮廓线，然后沿着内轮廓线在牛腿上焊接导向圈梁。
3、插打钢管桩： 12号墩选用了80t汽车吊配合起吊，75t履带吊插打27m钢管桩，自上游围堰顺桥由两侧向下游顺桥向中心施打，使用90kW的电动锤。锁扣钢管桩采用单根逐根插打。⑴先用汽车吊将锁扣钢管桩吊至插点处，将锁扣对准在桩位处， 然后由履带吊进行施打。 ⑵为保证钢管桩角度垂直，打桩过程中，用全站仪仪做好定位。 ⑶打设的首根钢管桩的定位要准确，后续插打可确保无误，便于对钢管桩插打样管起导向作用。⑷在即将合龙前6-8根时，测量并计算钢管桩的咬合距离，如若有偏差，可调整合龙边相邻一边离导向架的距离或适当调整咬合距离。但须一次成型，避免多次插打扰动河床增加反底风险。
4、施工第一道围囹支撑：严格按照方案确定围囹位置，在钢管桩上精确定位牛腿位置，将提前加工好的围囹吊装至设计位置，为保证钢管桩受力均匀，与围囹相接触钢管空隙采用提前加工好的三角木屑对角插打，确保手里均匀。 内支撑在锁扣钢管桩插打施工的同时在场地进行预制， 待安装内支撑时直接整体吊入到位。由于各别地方钢管桩内侧与内支撑型钢之间存在一定间隙，采用钢板在钢管桩上间隙处焊接牢固，特别注意围堰四角与内支撑的衔接。
5、水下冲泥：水中围堰施工水泥冲泥及封底的好坏，直接影响着围堰是否成功，是水中围堰施工费工费时的一项工作。综合现场因素，由于地质情况及水深影响无法采用干封，现场使用了抽沙机抽泥及空气压缩机配合高压射水枪的施工工艺。综合以上二种方法，对于河床开挖深度小于2m的优先采用空气压缩机配合高压射水枪，水深大于2m的先采用抽沙机抽泥在3m范围内后采用空气压缩机配合高压射水枪冲泥。
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抽沙机水下冲泥 空压机配合高压水枪冲泥
水下封底：用2-3套导管和漏斗保证水下封底。水下封底必须一次连续浇筑完成，浇筑C30砼2.0m,采用汽车泵配合漏斗进行，封底混凝土采用低热水泥和良好的粗、细骨料，并掺加适量粉煤灰和外加剂。从而保证混凝土拌和物和易性良好，初凝时间长，坍落度损失小。
6、管桩堵漏：为保证锁扣止水首先要确保无缝钢管及工字钢焊接达标。在封底结束满足抽水条件后开始管桩堵漏,在锁扣位置无缝钢管中采用漏斗统一灌注含泥量小的细砂，灌注过程中必须确保密实，灌注前计算好单根用量如若无法灌注采用高压水枪对其冲洗后再灌注，经过现场实际施工情况，此种方法止水效果良好，满足施工条件，使用一台22KW水泵，每24小时情况下只需累计抽水4小时，即可满足承台施工需要。如若再施工过程中出现个别渗水点过大区域，灌沙又无法操作时可采用潜水员在围堰外侧利用质地良好的土工布堵漏。经现场施工情况来看4个水中围堰，总体效果良好。
7、逐层施工围囹支撑：同第一道围囹支撑施工方法。
结束语：
锁扣管桩围堰加工方便、施工设备工艺成熟简单、锁扣止水效果好且可以重复利用，尤其对地质适应性强。在未来施工中在水深20m以内可优先使用锁扣管桩围堰。
参考文献
1、《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
2、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012);
3、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012);
4、《建筑地基与基础设计规范》(GB5007-2011)；
论文作者:马文勇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年5期
论文发表时间:2020/4/30
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