一种高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰的制作方法

本实用新型涉及高速铁路桥梁施工围堰技术领域，特别是指一种高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰。

背景技术：

围堰是桥梁基础及下部构造水中施工的一种常用施工方法，在大型桥梁施工中，双臂钢围堰、钢板桩围堰、锁扣钢管桩围堰等是围堰的主要形式，其中锁扣钢管桩围堰由于具有施工速度快、材料可重复利用等优势，近年来得到广泛的应用。

在高速铁路施工中，锁扣钢管桩围堰的优势更加明显，但是在施工中，由于锁扣形式设计的不合理，支撑结构设计问题等因素的影响，锁扣钢管桩围堰的施工速度快、钢管材料重复利用等优势并没有得到重复发挥，并且由于锁扣之间密闭性问题，漏水也是困扰施工技术人员的一个主要问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是现有技术中高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰由于设计不合理，施工速度快、钢管材料重复利用等优势并没有得到重复发挥，并且由于锁扣之间密闭性问题而漏水的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施提供一种高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰，

进一步的，包括锁扣钢管桩围堰及支撑系统，所述锁扣钢管桩围堰包括首桩、标准桩、角桩及合拢桩，首桩包括首桩螺旋主管及在首桩螺旋主管上对称设置的两个O型首桩锁扣阳头，标准桩包括标准桩螺旋主管及在标准桩螺旋主管上对称设置的O型标准桩锁扣阳头及C型标准桩锁扣阴头，角桩包括角桩螺旋主管及在角桩螺旋主管上相互呈90度角设置的角桩O型锁扣阳头及C型角桩锁扣阴头。

进一步的，所述合拢桩包括合拢桩螺旋主管及在合拢桩螺旋主管上对称设置的两个C型合拢桩锁扣阴头或两个T型合拢桩锁扣阳头。

其中，所述合拢桩包括两个φ152×8mmC型无缝管制成的C型合拢桩锁扣阴头及φ820×14mm合拢桩螺旋主管，或所述合拢桩包括两个I20b钢制成的T型合拢桩锁扣阳头及φ820×14mm合拢桩螺旋主管。

进一步的，所述首桩螺旋主管、标准桩螺旋主管、角桩螺旋主管均为φ820×14mm螺旋主管，所述O型首桩锁扣阳头、O型标准桩锁扣阳头、角桩O型锁扣阳头均为φ133×5mmO型无缝管制成，所述C型标准桩锁扣阴头及C型角桩锁扣阴头均为φ152×8mm无缝管制成。

进一步的，所述首桩螺旋主管、标准桩螺旋主管、角桩螺旋主管及合拢桩螺旋主管均为Q345B钢制成，所述锁扣钢管桩围堰的锁扣为Q235B钢制成。

进一步的，所述钢管桩围堰的4种钢管桩中，锁扣与螺旋主管双面焊接，有效焊缝厚度大于8毫米。

其中，钢管桩的阳头的管壁外侧涂抹黄油。

进一步的，所述支撑系统包括围囹、纵撑、横撑、竖向连接撑，支撑系统自上而下设置7层，所述围囹采用3根HN700×300mm并列型钢与3根HN900×300mm并列型钢的形式拼接而成，纵撑及横撑分别采用φ1000×12mm螺旋管、φ1200×14mm螺旋管，竖向连接撑采用φ426×6mm螺旋管。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过设计一种高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰，通过锁扣结构的改进，加快了施工进度，钢管桩的插拔更加容易，锁扣之间的密闭性更好，解决了漏水的问题，通过支撑装置的改进，提高了围堰结构的整体稳定性和刚度，本实用新型提供的锁扣钢管桩围堰，尤其适合于在高速铁路水中施工桥梁基础及下部构造时使用，也可以推广到公路等其它行业使用。

附图说明

图1为本实用新型的高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰的平面布置示意图；

图2为本实用新型的高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰的支撑系统部分的立面布置示意图；

图3为首桩的结构示意图；

图4为标准桩的结构示意图；

图5为角桩的结构示意图；

图6、图7分别为两种形式的合拢桩的结构示意图。

[主要元件符号说明]

1、锁扣钢管桩围堰；

2、支撑系统；

3、螺旋主管；

4、C型阴头；

5、O型阳头；

6、T型阳头。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型为解决现有技术中高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰由于设计不合理，施工速度快、钢管材料重复利用等优势并没有得到重复发挥，并且由于锁扣之间密闭性问题而漏水的问题而设计。

如图1、图2所示，高速铁路水中施工用锁扣钢管桩围堰，主要包括锁扣钢管桩围堰1及支撑系统2，锁扣钢管桩围堰1如图3至图7所示，锁扣钢管桩1包括首桩、标准桩、角桩、合拢桩四种，每个钢管桩上都包括螺旋主管3，锁扣有C型阴头4、O型阳头5、T型阳头6三种。

在本实施例中，锁扣钢管桩围堰应用于某高速铁路桥梁中连续刚构-拱91号主墩锁扣钢管桩围堰设计。

89～92号墩均采用锁扣钢管桩围堰施工承台，基中91号墩水深最深，且其承台与90号墩大小一样，为汉江水中墩最大承台，施工设计为最不利条件，该墩承台尺寸为18.9(顺桥向)×30.3(横桥向)×5.5(高)m。

a、围堰结构尺寸为长33.05m，宽22.36m，高50m。堰顶标高设置为63m，满足防汛要求，堰底标高13m。封底采用水下C35混凝土，封底厚度4.5m，封底混凝土达到规定强度后进行围囹、内支撑安装及抽水施工。

b、围堰锁扣桩拟采用C-O型结构锁扣，锁扣钢管桩共分为首桩、标准桩、角桩和合龙桩(A、B两种类型)。

首桩为φ133×5mmO型无缝管(阳头)+φ820×14mm螺旋主管+φ133×5mmO型无缝管(阳头)；标准桩和角桩主桩均采用φ820×14mm螺旋主管，阴头、阳头分别采用+φ152×8mm和φ133×5mm无缝管；合龙桩A类桩为φ152×8mmC型无缝管(阴头)+φ820×14mm螺旋主管+φ152×8mmC型无缝管(阴头)，B类桩为I20b钢(阳头)+φ820×14mm螺旋主管+I20b钢(阳头)。锁扣桩主管为Q345B材质，锁扣及其他材料的材质为Q235B钢，锁扣和主管双面满焊，有效焊缝厚度不小于8mm，同时两者间贴板补强。

c、围堰共布置7道支撑系统，围囹采型钢3HN700×300mm、3HN900×300mm，纵撑及横撑采用φ1000×12mm、φ1200×14mm螺旋管，竖向连接撑采用φ426×6mm螺旋管。

施工工艺及步骤具体为：

根据钻孔桩施工顺序，当第三轮钻孔桩结束后，横桥向上游半个承台位置钻孔桩已施工结束，能为提前施工锁扣钢管桩围堰提供较大范围的工作面，为确保钻孔桩及围堰的施工时间，此时即开始围堰施工，围堰施工与第四轮钻孔桩施工同步进行。

拆除己完成钻孔桩部位围堰轮廓线所占区域的钻孔平台(上游侧1/2平台区域)，利用剩余的平台基础钢管桩及桩基钢护筒，在其上焊接导向框架，沿导向框架插打锁扣桩至合龙，围堰合龙后安装第一层内支撑系统，吸泥、整平、处理河床、搭设封底平台后浇筑水下混凝土封底，封底混凝土达到规定强度后边抽水边安装内支撑系统，割掉钢护筒、破除桩头后施工承台。

锁扣钢管的加工具体为：

锁扣钢管桩全长由工厂一次生产成型，由水运进场。锁扣(φ152×8mm无缝钢管和φ133×5mm无缝钢管)为便于施工时钢管桩的插打及钢管桩插打过程中偏位的控制，考虑钢管桩的底部1.5m、顶部0.5m范围不设置。

现场在定位胎具上将φ820mm管桩和φ152mm钢管和φ133mm钢管焊成整体(小管桩间焊缝处可预先电焊φ16圆钢以利于焊接)。焊接时在胎具上将钢管固定牢靠，采取对称焊、分段退焊等措施以减少焊接变形。主管和锁扣间焊缝采用一面满焊、另一面间断焊(每间隔30cm焊10cm长焊缝)的形式，其有效焊缝不得小于较小母材厚度。将φ152mm管桩利用自动切割机切口，开口宽(80±5)mm，切割时要求切口均匀顺直，并将其打磨平整、光滑。

锁扣钢管桩插打具体为：

A、锁扣钢管桩编号及插打顺序

根据前3轮钻孔桩完成的情况，锁扣钢管桩首桩设置于围堰上游靠近小里程侧角部，首桩插打好后，从首桩两侧分别绕围堰中心顺时针和逆时针方向同时进行插打施工，合龙口定于围堰下游大里程侧角部，同时插打过程中对首桩编号为“0”，后续两个方向分别按“1、2...”和“1’、2’...”的顺序进行编号。

B、锁扣钢管桩插打

采用100t履带吊提吊、DZJ-240型振桩锤进行插打，插打过程中用全站仪进行全过程控制，以确保管桩打入位置准确及垂直度，倾斜率控制在1％以内(首根桩为0.5％)。根据围堰设计图纸尺寸做好其平面位置和高程的测量放样工作，确保导向架安装的精度，首桩插打前，事先在导向架上按理论尺寸放线定出各桩的位置，在导向架内将钢管桩插入并振沉到设计底标高，然后及时与导向架进行连接再进入下根管桩插打施工。

前三面桩可一次插打到位，最后一面(下游侧顺桥向)应先插好桩，待围堰合龙后再由合龙处逐根将其打至设计高程。围堰的合龙桩宜为下游侧距角桩一定距离的中桩。为保证围堰顺利合龙，拟采取以下措施：

a、在定位框架上事先划线，标记出每根钢管桩的位置，施工时“对号入座”。若由于施工等原因出现累计误差时，应提前进行纠正，尽量做到使合龙桩位置准确，开口距离在可以调整的范围内。

b、由于各种原因导致钢管桩最后无法合龙时，根据合龙口的实际尺寸制作异型钢管桩合龙。异型钢管桩可考虑改变主管直径或调整锁扣形式的方式实现。

c、围堰锁扣桩插打时以标高控制为准，如遇特殊情况不能插打至设计标高时，应停下来分析原因，待妥善解决后方可进行下一步施工。

围堰锁扣钢管桩的插打要点包括：

首根桩的插打是围堰施工的开始，也是最关键的步骤，首桩的垂直度(需在垂直的两个方向同时控制)影响到整个围堰其它钢管桩的垂直度，其打入时要缓慢些，当打入到设计深度一半时应暂停沉桩，检查桩身垂直度是否满足要求(0.5％以内且)，如满足则继续开锤沉至设计标高，否则应拔出后重打。

当钢管桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再第二次打到要求的深度；当遇到打桩困难时，可采用桩内射水吸泥的方法辅助下沉。打桩时切忌振动过大，以免造成桩尖弯卷或锁扣变形，导致拔桩困难或锁口漏水。

锁扣桩锁扣的阴阳管间间隙有限，打桩时应先在阳头管管壁的外侧涂抹黄油，以增加两者之间润滑减少打桩时额外的摩阻力。

围堰止水设计：

因C-O型锁扣钢管桩锁扣的阴头管和阳头管之间的间隙有限(平均仅1.5mm)，在锁扣桩振设时两者中间已涂抹黄油，一定程度上能起到塞缝的作用，若抽水或施工过程中出现局部漏水时可将锯末屑掺少量粉细砂的混合物顺着外侧锁扣处溜入水中，在渗漏水流吸力的作用下将混合物吸入缝隙中从而达到堵漏的效果。对于一些变形较大的接缝，则考虑派潜水员水下用旧棉絮(土工布)填塞或木楔楔紧，从而达到止水的目的。

现场若出现较大渗(漏)水而采用上述两种方案均未能有效解决时，可考虑派潜水员水下在漏水部位锁扣桩的外侧贴磁性防水橡胶条的方法予以封堵。

堰内基底水下吸泥处理：

封底前水下河床开挖采用大功率砂石泵直接搅拌、抽取。吸泥过程中应该多次反复对河床标高进行测量，尽量控制过吸、杜绝欠吸。为保证封底混凝土的质量和封底效果，避免死角处淤泥漏吸，同时确保封底混凝土的质量，吸泥完成后先派潜水员进行水下摸排，利用高压水枪冲洗护筒四周及围堰内侧锁扣钢管桩(尤其相邻锁扣桩间凹槽处)，以防止上述部位出现河床欠挖。

开挖后的河床不高于设计封底混凝土底标高(宜比设计标高略低20cm、宁低勿高)，大面积基本平整(水冲法整平)，且相邻测点高差不大于10cm。

围堰水下封底混凝土施工。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。