浅谈锁口钢管桩围堰施工在桥梁工程的应用_工程管理

1、浅谈锁口钢管桩围堰施工在桥梁工程的应用本文结合工程案例，首先介绍锁口钢管桩围堰工作原理，分析了围堰设计要求规范，具体介绍钢管桩围堰施工工艺及方法措施。1.工程概况本大桥梁全长528. 16 m，主桥长280 m，为预应力混凝土连续钢构 -混凝土钢管拱组合桥，主桥跨径布置为75 +130 +75 m，其中5#、6#主墩为群桩基础分别式实体墩，承台尺寸为35. 0 m13. 5 m4. 0 m，承台底标高为106. 182 m，承台顶标高为110. 182 m。桥位处常水位为114. 4 m，水位变化为2 m。2.锁口钢管桩围堰工作原理钢管桩围堰是将单片钢管桩逐片插打入土中，相邻桩间通过锁口拼接，

2、形成能阻水和有肯定强度的连续结构物。其工作原理为: 利用机械挖出及清除( 或抽砂方式) 围堰内泥砂，并在清除过程中依据结构的平安性要求设置必要的内支撑，达到设计标高后，依据围堰内基底透水状况，选用水下浇筑或直接干处方式完成封底混凝土施工，最终抽干围堰内积水，形成平安、无水的承台施工空间。基础或承台施工完成后，向围堰内回填砂土，达到内外平衡后即可用吊机协作振动锤将钢管桩拔出。3.围堰设计由于钢管桩围堰在施工期间要承受较大的外围主动土压力、静水压力、施工荷载等作用，因此应对整个围堰进行验算，并综合考虑施工偏差和承台施工的立模空间，最终确定竹洲大桥主墩承台锁口钢管桩围堰平面内尺寸为38. 0 m15

3、. 8 m，钢管桩顶标高为115. 5 m，打入软岩层深度1 m，钢管桩长12 m，截面尺寸为520 mm8 mm，并采纳100 mm50mm 6mm的 L 型钢两两组合成阴阳锁口。由于桩径较大，桩尖不封闭有利于桩下沉，故桩尖不实行桩靴封闭加强，而采纳桩尖补强圈补强，即在桩尖钢管50cm处外焊10mm厚的钢板补强圈。为确保整个围堰的稳定性，在基坑地表以下50cm处利用400mm10 mm的钢管设置一道内支撑。为利于承台及后续桥墩身的施工，内支撑设置成斜撑形式。锁口钢管桩构造如图1所示。4.锁口钢管桩围堰验算4. 1 围堰钢结构强度由于基坑开挖采纳不排水开挖，钢管桩的不利工况如下: ( 1) 开

4、挖至支撑处，支撑未安装; ( 2) 抽水至封底混凝土顶( 承台底) 。在基坑开挖过程及开挖完成后，钢管桩外侧承受静水压力、主动土压力、施工荷载等3 种荷载作用。采纳 MIDAS 对其进行整体建模验算，验算结果见表1。表1 锁口钢管桩围堰计算结果表围堰部位 弯曲应力( MPa) 剪应力( MPa) 组合应力 变形( mm)工况一 13. 2 22. 5 26. 8 1. 2工况二 29. 3 65. 2 71. 5 3. 54. 2 封底混凝土抗浮验算封底混凝土厚度 h =0. 5 m，长 a =38. 05 m，宽b = 15. 84 m，则:混凝土自重G =abhg =38. 0515. 8

5、40. 5 25 = 7534 kN;水浮力 G1= gv = 38. 05 15. 84 8 10 =48216 kN;封底混凝土与钢管桩之间的摩擦力为:F1= s = ( 38. 05 + 15. 84) 0. 5 2 120 + 2 3. 14 21 0. 5 = 6533 kN;查路桥计算施工手册， 取120 kN/m2。封底混凝土以上钢管桩与土体的摩阻力按1/3极限摩阻力计算，得:F2= ( a + b) 2 h1 = ( 38. 05 + 15. 84) 211. 69 40 = 50398 kN;式中:h1钢管桩底至围堰顶高度; 土体极限摩阻力，按细砂土40 kN / m2计算。

6、则抗浮力 F = G + F1+ F2= 7 534 + 6 533 +50 398 = 64 465 kN;平安系数 k = F/G1= 64 465 /4 8 216 = 1. 33 1. 05。综上所述，该基坑验算合格，满意施工要求。5.钢管桩围堰施工5. 1 打桩机械选择依据现场地质调查状况，打桩机械选择60 T振动打桩机，该打桩机能够满意长钢管桩的插打和拔除要求。5. 2 导向框的设置为了精确掌握钢管桩打入后的平面位置，需设置导向框，导向框由导框桩与导框组成，均为 I40工字钢。导框桩水平间距为5m，桩长6m，其中有1m桩体高出土围堰平台顶面，5m打入土围堰下。为使钢管桩能顺当插入导

7、向框，两导框比520mm的钢管桩大20mm，即每边各放大10mm，为540 mm。导框桩与导框连接采纳焊接连接，焊缝高度4 mm。5. 3 钢管桩打设钢管桩的插打一般是从离钢管桩加工场地较远一侧的角点开头，逐步向两侧打入。插打可沿围堰边线分两个方向同时进行，也可一个方向进行。钢管桩开头插打时，第一、二根钢管桩的位置和方向应精确，以便起到样管导向作用，在打桩过程中，为保证头两根钢管桩的垂直度，用两台经纬仪在无导向框限位两个方向加以掌握。每打入1m应测量一次，打至预定深度后，可用钢筋与导向框焊接固定。5. 4 内支撑安装钢管桩围堰的内支撑是确保结构稳定平安的主要受力构件，应对整个围堰施工过程进行综

8、合考虑和验算后，确定内支撑的用材、形式以及布置方式。内支撑一般由型钢围檩和钢管支撑杆组成。内支撑的设计除了满意受力要求外，应尽可能考虑围堰内结构物施工的便利性，避开支撑与桥墩身钢筋发生冲突。由于钢管桩围堰多用于岸上基坑开挖，所以内支撑的安装需与基坑出土协作进行。一般实行边开挖边支护，从上至下分层开挖，分层支护。5. 5 围堰开挖及封底基坑开挖方式应依据现场地质状况、结构强度要求进行选择。在基坑开挖时，需协作内支撑的焊接安装，在首层支护未完成时，开挖的速度不宜过快，应依据支护状况分层开挖。防止开挖速度过快，支护跟不上而发生钢管桩围堰倾斜变形。在开挖过程中，必需严格根据设计要求在适当的位置安装内支

9、撑，确保内支撑安装好后再进行后续的开挖。封底混凝土的详细厚度应依据验算确定，但最小应0.5m。封底混凝土达到要求的强度后便可开头清淤，清淤过程中应严格检查支撑是否达到设计要求，最终可拆除临时支撑。在开挖过程中可随时观看钢管桩围堰的变化状况，当锁口不紧密漏水时，用棉絮、止水橡胶等在内侧嵌塞; 如渗水不能完全封堵，应在基坑开挖过程中时刻保持一个最低点集水，通过抽水机排水。在基坑开挖到指定标高，浇筑封底混凝土时，需设置集水坑，做好渗水的引导，以确保排水的准时性，为承台施工供应良好作业环境。5. 6 承台施工在封底混凝土达到设计要求强度后，即可进行承台施工。图2 锁口钢管桩围堰现场施工图5. 7 钢管桩拔除待围堰内结构物施工完毕后，回填围堰基坑，接着拔除钢管桩围堰。钢管桩拔除方法为: 先用振动锤夹住钢管桩头部振动12 min，使钢管桩四周的土松动，削减土对桩的摩阻力，然后渐渐的往上振拔。拔桩时留意吊车的负荷状况，供振动锤使用的电源应为振动锤本身电动机额定功率的 1. 22. 0 倍; 对于引拔阻力较大的钢管桩，应采纳间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续工作时间1.5 h。发觉上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可往下施打少许，再往上拔，如此反复可将桩拔出。6.结语本