C-C型锁扣钢管桩围堰围护一体化设计施工技术研究

C-C型锁扣钢管桩围堰围护一体化设计施工技术研究

夏兆陈建伟

上海隧道工程有限公司上海200000

摘要：本文论述了紫金港路车站跨越主要河道时，应用C-C型锁口钢管桩围堰围护一体化施工技术，取消了传统围堰，节约工期，减小了对河道的侵占，设计及施工技术具有可行性，可为类似工程提供借鉴。

关键词：跨越河道、C-C型、锁扣钢管桩、围堰围护一体化

1、工程概况

紫金港路站位于池华街、紫萱路，沿东西向布置。车站共设置5个地铁出入口，4个物业区出入口，2个紧急疏散口，3组风亭。

车站主体长486m，标准段宽21.3，端头井宽22.6m，为地下二层岛式车站。车站主体结构临近北沙斗河，跨越主要河道五里塘河，面临防洪、通航、深基坑施工等各方面工程风险。如图1所示。

2、工程地质及水文条件

2.1工程地质

本场地自地表至67.0m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，按其成因可分为9层，并细分为16个工程地质亚层。所见土层自上而下依次为1-0层碎石填土；1-2素填土；1-3淤泥质填土；2-2层粉质粘土；4-2层淤泥质粘土；5-1层粉质粘土；5-3层粉质粘土夹粉土；6-2层（淤泥质）粘土；7-1层粉质粘土；7夹层粉砂；8-2层粉质粘土；9-1层粉质粘土；9夹层粉砂；10-1层粉质粘土；12-2层中砂；12-3层砾砂、12-4层圆砾。

本车站基坑坑底基本位于5-3层粉质粘土夹粉土中，围护结构脚趾位于9-1层粉质粘土。

2.2水文条件

（1）孔隙潜水：拟建场地孔隙性潜水主要赋存于表层填土、③层砂质粉土、粉砂中，由大气降水径流补给以及江水的侧向补给，潜水水量较大，地下水位随季节变化。勘探期间测得水位埋深一般为0.40～2.80m，相应高程1.27～5.29m。

（2）孔隙承压水：拟建场地承压水主要分布于深部的⑫1层粉砂、⑫4层圆砾层中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和粘性土。

3、施工筹划

紫金港路站过河段分为两个基坑施工。一期施工过河段西侧，锁扣钢管桩在河道内打设，即作为河道围堰，又是基坑的围护结构；二期施工过河段东侧，河道导流至已完成的西侧基坑顶板上，中间锁扣钢管桩不拆除，在东侧形成新封闭基坑。见图3、4

4、C-C型锁扣钢管桩设计施工技术

4.1锁扣止水施工技术

锁扣止水是钢管桩围护防水的最关键措施和工序。传统的钢管桩止水主要依靠锁扣接头止水，该方法的主要原理是依托各类锁扣连接接头有效延长地下水的渗流路径，减少钢管桩两侧的水力梯度，进一步减少渗水量。常用钢管桩锁扣形式对于止水性能要求较高的基坑工程，可通过在接头处注入止水材料，来提高接头止水效果。常用的锁扣内填充密封材料有水泥砂浆、膨润土、黏土、聚氨酯、黄油、红土、中粗砂，石油泥浆等等；同时常在该类密封材料内混入其他结合材料，如锯末、细麻丝、棉絮等等；在注浆时，常使用棉布布袋或塑料薄膜作为内衬材料；同时也会在锁扣止水完成后，对个别漏点进行堵漏，常用的堵漏材料有棉条、橡胶止水条、防水布等等。

本项目经过锁扣防水密封试验，在锁扣内先注入油脂，打设完成后，后直接注入双液型速凝砂浆，该止水方案在试验的可承受0.6MPa的最大水压。

4.2打桩施工技术

（1）打桩设备选择

鉴于沉桩速度，沉桩垂直度的考虑，采用进口70RF型高频免共振液压振动锤对过河段钢管桩进行沉桩。液压振动锤与电动锤、柴油锤、蒸汽锤相比，动力箱采用封闭降噪设计，液压系统驱动齿轮箱高频振动，具有噪音小、振感低等优点。

（2）打桩施工工艺

围檩施工：为加强排桩线形质量控制，利用型钢组合成围檩，为确保围檩强度，型钢采用70#工字钢组成；围檩采用型钢或工程桩作为竖向临时定位桩，露出地面1.5m，间隔5m，用振动锤或挖掘机打入，桩顶搁置型钢，调整好间距后点焊固定见图5、6。

限位框安装：为快速施工及精确定位，按照桩径制作限位框若干。限位框采用25#槽钢作为骨架，2cm钢板作为限位。安装时，如上图所示进行定位后将限位框点焊固定在围檩上。

沉桩：558履带式桩架吊起70RF振动锤，对钢管桩进行沉桩。

（3）C型锁扣管注油脂

为确保C型锁扣管止水效果，本次施工在双C锁扣的一侧锁扣管中注入盾尾油脂，步骤为：将白铁皮裁剪成宽度为6cm条状；将白铁皮焊接在C型锁扣管开口处；将盾尾油脂泵与压缩机连接；通过盾尾油脂泵将盾尾油脂压入C型锁扣管中；

（4）钢管内土体置换

钢管桩沉至设计标高后，进行管内取土。取土装置采用管中套管的形式，在钢管底部设置可自动闭合的机构。利用ICE70RF免共振液压振动锤夹住钢管振压，打入锁扣钢管内，持续振动到指定深度，将管内土由上部挤出，同时钢管外壁上翻的圆环钢板将锁扣钢管内壁的土刷除干净，最后对锁扣钢管桩内灌入C30混凝土。

4.3基坑设计

确定好基坑等级后，结构计算按如下原则进行：

（1）结构内力和变形计算，宜采用竖向弹性地基的基床系数法计算。

（2）计算时应考虑支撑点的位移、施工工况及支撑刚度对结构的内力与变形的影响，按“先变形、后支撑”的原则进行结构分析。

（3）土体的弹性抗力应根据地基土的性质、地基加固方式、基坑分步限时开挖和支撑的施工参数，根据地勘报告以及综合成功类似工程经验，合理选取适当的水平和竖向基床系数进行计算。

（4）基坑稳定验算内容包括：基坑底部土体的抗隆起稳定性及连续墙底抗隆起稳定性；抗渗流（管涌）稳定性验算；抗承压水稳定性验算（基坑下部埋藏有承压水或微承压水时）；围护墙结构的抗倾覆稳定性验算；围护结构和地基的整体抗滑动稳定性验算；

（5）深基坑支护结构及其构件应满足强度和稳定、变形的要求。当采用降水措施时，应严格控制地表沉降量，以确保临近建筑物和重要管线的正常使用，并根据安全等级提出监测要求。

5、结论及效果

紫金港路站于2018年12月进行现场打桩，桩基质量良好，满足设计规范要求。经设计对锁扣钢管桩围护形式基坑的受力模拟计算，基坑变形满足规范要求。见图7

结论：C-C型锁扣钢管桩围堰围护一体化能够满足基坑变形控制要求，可取消传统围堰，缩短工期，减小对河道的侵占，现场实施效果较好。