钢锁管围堰施工技术在水库桥梁工程中的应用
时间：2023-04-24 10:10:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
高海健
（中铁十八局集团第一工程有限公司，河北涿州 072750）
水库桥梁工程施工难度较大，影响因素众多，整体拼装式围堰需要进行整体拼装，再起吊下放，最后定位，需要用到大量设备，而且施工过程控制难度较大，安全系数低，不利于水库桥梁施工。在水库桥梁工程施工中，经常采用围堰来创造陆上施工条件，围堰结构形式种类比较多，适用性也不相同，需要结合承台结构来选择合适的围堰形式，以保证在水库桥梁工程施工的安全性、施工工期，其中钢锁管围岩是众多围堰形式的一种，钢锁管围堰具有很高的强度、刚度、稳定性等，可实现充分利用，符合绿色环保施工理念的要求，且锁口部位自带连接、定位、止水等功能，加工制作和施工更加简单快捷，可有效缩短施工工期，保证施工的安全性，满足水库桥梁工程施工相关标准和规范的要求。基于此，展开钢锁管围堰施工技术在水库桥梁工程中的应用分析就显得尤为必要。
六角宫水库中桥位于德化县梁春村，白林安隧道与梁春隧道之间，全长111.60m，桥墩位于六角宫水库库区，岩土层地质为软土、碎石土、砂岩及弱风化砂岩，无岩溶、土洞及塌陷滑坡等不良地质情况，且地形起伏较大，施工时需跨越水库库尾；
2#墩基岩裸露无覆盖层，施工中水深约为15m～19m，施工水位时河流底面宽度约为70m，水流速较大；
水库枯水期时间仅4 个月，工期紧，汛期水位上涨快，加剧了施工困难。其中1#—2#墩位于水库水中：1#墩承台长9.1m、宽7.7m、高3m，河床面高程+521.35m～+525.71m、承台底高程+522.71m；
2#墩承台长9.1m、宽7.7m、高3m，河床面高程+519.135m～+523.47m、承台底高程+521.59m。为了满足下部结构施工的需要，综合考虑水文地质、施工条件及成本，确定采用钢锁管围堰作为1#—2#墩承台施工的重要辅助措施。
钢锁管围堰比较适用于水库水深小于20m，流速小于3m/s，河床多为砂类土、粘性土地质条件的围岩施工中。在本工程施工中，为满足1#墩和2#墩承台尺寸施工及后续结构施工的要求，需要单根钢锁管围堰的尺寸如下：长度不小于15m，宽度不小于13m，在长度布置上要以承台的横向中心线作为界限，在靠近岸边的围堰施工时，可采用12m长的钢锁管，靠近水中一侧的围岩在施工时，则可以采用长度为15m 的钢锁管【1】。其他两侧可结合地质情况，合理搭配选择12m 或者15m 的钢锁管。在围堰支撑体系上至少要布置两道钢锁管，其中第一道布置在承台面以上约4.5m 的位置，第二道布置在承台面上约0.5m 的位置，围堰工字钢选择了2I40工字钢，角撑材料为2I40工字钢，支撑钢管选择了Ф530*8 钢管，此种结构形式，可有效满足水库桥梁工程承台施工的要求，具体横断面结构布置图如图1 所示：
图1 钢锁管围堰结构横断面结构布置图（mm）
3.1 钢锁管加工
本工程在施工中钢锁管由I14 工字钢+Ф530钢管+Ф120 钢管共同组成，为更好地利用工程所在地区的地质条件，决定采用长度为12m搭配15m的钢锁管。各项材料在进入施工现场之前需要进行的详细检测，发现质量不达标的原材料及时做返厂处理，不能应用在施工中。此外，在钢锁管加工时所选择的焊条、焊丝等都必须符合国家相关规定。加工完成之后，对焊缝质量要进行详细检测，达到要求之后才能进行钢锁管插打【2】。
3.2 钢锁管插打
在钢锁管插打之前，要先进行导向定位桩施工，并在护筒上焊接工字钢形成牛腿，通过导向架来保证每根钢锁管插打的垂直度符合要求。插打吊车停靠在距离钢锁管插就近的钢平台上，进行侧向插打，便于现场管理人员和测量人员控制钢锁管插打质量。在振动锤选型时，为保证钢锁管能够顺利打入设计好的土层中，需要对振动锤的的型号和规格进行计算选择，保证振动锤在插打时形成的激振力P 大于钢锁管的贯入摩阻力Q，促使P/Q＞1.1。钢锁管的贯入摩阻力Q计算公式如下：
此公式中Q 表示单根钢锁管在插打过程中的贯入摩阻力（kN）；
λs表示土壤的振动液化系数，在本工程施工中取值在0.3～0.6 之间；
u 表示单根钢锁管桩的周长（m）；
τi表示钢锁管桩周第i 层土体的极限侧阻力的标准值（kPa）；
li表示钢锁管桩周第i层土的厚度（m）。
在振动锤下落时开启液压口，拉一根桩到插打桩锤的下方，并在锁扣上均匀涂抹一层润滑油，然后提升振动锤。当钢锁管底部离开水平面30cm 以上时，停止上升，将振动锤落下，促使桩位于夹口中，启动液压机，夹紧桩体，同时提升桩和振动锤，至打桩点。对准桩和定位桩的锁口，振动锤下落，利用振动锤和桩体自身的重力，压到淤泥以下无法再下降的位置。试开打桩锤30s之后，停止振动，利用振动锤的惯性，将桩体插打到坚实的土层中【3】。然后启动振动锤继续打桩下降，但要严格控制振动锤下降的速度，尽量保证桩体竖直下落，从而保证锁口能够顺利咬合，进一步提升止水能力。
桩体达到设计高度30cm～40cm 时，停止振动，通过振动锤自身的惯性，将桩体插打到设计高度。然后关闭液压夹口，促使振动锤缓慢上升，继续插打第二根，以此类推，打完所有桩体，达到合拢的桩体，然后进行钢锁管围堰止水处理。
3.3 清淤和回填
当钢锁管插打完成之后，将钢锁管和导向架连接为一个整体，再对钢锁管围堰施工标高进行详细测量，利用抽砂泵和高压射水相互配合的方式，将围堰中高于封底底面的砂土全部清理干净，而低于封底的部位需要进行回填处理。回填时多采用碎石回填，具体施工示意图如图2所示：
图2 封底碎石回填示意图
本工程地质条件复杂，靠近岸边的围岩土层难以插打进入钢锁管，因孤石、弱风化层的存在，致使钢锁管难以贯入到设计标高。为解决这一问题，等支撑加固完成之后，对标高进行复核，采用内侧黄土沙袋堆配合现浇混凝土方法进行堵漏处理。且本工程的承台处于边坡位置上，为最大限度上保证钢锁管的稳定性和强度，可在靠近河中的一侧，回填堆砌规格小于1m 的沙袋到封底顶面标高位置，然后进行加固处理【4】。
3.4 封底处理和硬化混凝土浇筑
钢锁管围岩回填和清渣结束之后，可开始水下混凝土封底施工，本工程在封底施工中，采用了强度等级为C30的混凝土，封底厚度控制在100cm～150cm之间。封底施工立面图如图3所示：
图3 封底施工立面图
封底施工和养护结束后，对围岩支撑进行抽水及加固施工，严控抽水高度及速度，同时设置一道安全支撑在围堰顶端。抽水达到预定深度后，立即进行加支撑防护【5】。在导向槽钢上将钢锁管全部焊固。综合考虑施工场地小，水下地质差的条件，为确保施工安全和方便后期承台钢筋模板施工，因此决定在围堰内部采用双拼I40 工字钢围堰和2I40工字钢斜撑骨架进行内支撑，内部支撑共分上下两层。具体施工示意图如图4所示：
图4 钢锁管施工平面示意图
硬化混凝土采用强度为C30混凝土，要求混凝土坍落度在18cm～22cm 之间，并且具有良好的流动性，加入适量的UWB 避免混凝土在水下分散，达到封底密实、抗渗、不离析、效率高等要求。严格按照钢锁管的施工尺寸和孔桩护筒阻挡情况，合理布置导管，以保证混凝土能够浇筑到角落，提升封底效果，导管的长度要充足，距离基底15cm～30cm，以降低混凝土拌合发生的集中堆积问题【6】。
3.5 防渗和堵漏
为提升钢锁管围堰施工质量，避免发生渗漏水问题，影响水库桥梁工程施工进度和质量，在钢锁管插打之前，需要在锁口内部涂抹一定量黄油和锯末混合物，以封堵每根钢锁管之间的间隙。当钢锁管围堰合拢之后，在锁扣位置布置角桩，具体情况如图5所示：
图5 钢锁管围堰角桩示意图（mm）
角桩布置完成之后，在锁扣位置进行混凝土注浆，在桩脚漏水位置，通过局部混凝土封底的方法进行处理。钢锁管围堰完成围堰支撑和堵漏措施后，进行抽水（封底混凝土至少达到70%的强度），最后进入后续主体施工（后续的破桩头、承台及水中部分的墩身施工）【7】。
在本工程施工中，为保证桥梁工程施工质量，采用钢锁管围堰施工技术，取得了良好效果，围堰内口尺寸误差小于30mm，倾斜度小于h/500，每个构件之间的接缝、分块之间的拼缝都没有明显的凹凸面，施工质量比较高。钢锁管围堰在下沉过程中，对隔舱中的水位高差严格控制，保证水位高差小于6m，避免在河水汛期进入围堰，为水库桥梁工程施工提供了良好环境，施工效果显著，值得类似工程参考借鉴。
总之，文章以六角宫水库中桥为研究实例，对钢锁管围堰施工技术在水库桥梁工程中的应用进行详细分析，研究表明，水库桥梁工程施工难度较大，涉及到的影响因素也比较多，围堰施工可为水库桥梁工程施工提供陆地施工条件，从而降低水资源对桥梁工程造成的影响。钢锁管围岩在施工速度、施工的便捷性等方面有显著优势。因此，本工程在施工中，采用了钢锁管围堰施工技术，1#～2#墩承台采用钢锁管围堰后进行承台施工，根据水下情况，采用12m搭配15m长钢锁管进行施工，考虑到后期承台钢筋、模板及内支撑的施工方便，并根据实际地质情况及单个承台钢锁管围堰大小比承台尺寸加宽2.0m～3.5m 设计，按照此种方法施工的围堰，稳定性比较高，可满足桥梁工程施工的要求，值得大范围推广应用。
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