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1、PC钢管桩围堰在明挖湖底隧道的应用摘要：本文根据金鸡湖隧道工程相关施工情况编写，围堰方案采用海工项目 中先进的PC组合工法桩工艺，提升围堰的安全及质量的可控性，且较传统工法 节约钢材8000吨，极大地提升了经济及社会效益，创造了城市湖泊围堰施工的 全新工法，解决了城市湖泊围堰施工工法种类简单、造价偏高的技术难题。关键词：PC钢管桩；围堰；明挖湖底隧道一、工程概况苏州工业园区金鸡湖隧道工程位于苏州工业园区：金鸡湖隧道工程西起星海 街（含星海街路口），东至南施街（含南施街路口）。项目全长约5.35km:其中 湖中段约3km （含轨交共建段）、陆上段约2.35km。主线快速路双向6车道，主 线计算行
2、车速度为50km/h，匝道计算行车速度为40km/h。本工程为金鸡湖隧道 主体工程二标段，起点为湖西星洲街终点湖东陆地环洲路，围堰施工范围为主体 二标段，标段起止里程为K1+115K4+393.3，全长3278.3m。围堰分两期。一期围堰：北侧里程：N0+000N2+185.46，长2185.46m；南 侧里程：S0+000S2+303.51，长2303.51m。二期围堰：北侧围堰N1+864.13 N2+890.53，长 1016.4m；南侧围堰 S1+884.32S3+201.5，长 1317.18m。其中北 侧围堰 N1+864.13N2+185.46，南侧围堰 S1+554.32S2+
3、303.51 为一、二期共 用段；北侧围堰N1+264.13N1+864.16，南侧围堰S1+284.32S1+884.32为一 期围堰抢先段。二、PC钢管桩围堰设计钢管桩是围堰受力的主要部件，根据围堰受力分析及安全稳定性，本工程采 用定型锁扣桩，即把拉森钢板桩和大直径钢管桩组合进行使用的结构，定型锁扣 桩制作、加工、打设，施工质量更有保证。1.锁口设计本工程采用PC锁扣钢管桩，为保证锁口起到隔水效果，采取了双重措施：（1）为保证锁扣有足够的强度与韧性，结合以前工程案例及本工程的特性， 对钢管桩锁扣进行了多次强度验算，决定采用Q345型定型锁口与钢管桩焊接， 焊缝为满焊，保证焊缝符合国家规范要
4、求，并在厂家进行100%检测，第三方5% 抽检，合格率要求为100%，既要保证锁扣的强度，又要保证无渗漏水。（2）PC锁扣结构紧密不易漏水，为达到零渗漏水，采取在锁口内部填充油 脂（油脂为可降解材料），起止水作用的同时也起到一定的润滑作用，减少阻力， 有利于施工过程中各项指标的控制。1.围堰设计金鸡湖实测水位为1.32米，根据水文资料以及施工便捷性需要，经与设计 确认确定第二道拉杆高度为1.6米、围堰顶高程为3.774米，根据围堰受力计算 及结合金鸡湖实际水深情况，采用的材料为：迎水侧DN720X12+拉森NSP-VIw， 桩长23米；开挖侧采用DN325x12桩长18米、DN325x8桩长1
5、5米和DN395x10桩 长18米三种规格。完成组合桩及内侧钢管桩打设后，进行螺纹钢拉杆割孔作业及32双拼槽钢 的牛腿焊接作业；完成拉杆安装后进行土工膜、土工格栅、土工布的铺贴工作。 在围堰外侧采取土工膜铺底，抛填土工布包素砼预制块进行护脚，防止围堰外侧 冲刷，保证围堰的稳定性。堰芯填筑工作的同时，基坑侧反压土也要同时进行分 层填筑，回填时每层填土厚度不应超过50公分，反压土完成标高为0.5米，反 压土宽度4米外进行修坡，坡度为1:2。三、PC钢管桩施工控制及技术要点1.钢管桩加工本工程所采用的钢管桩均由专业厂家生产及运输，能满足现场进度生产需求。钢（管）板桩围堰主材进场时应按照钢围堰工程技术
6、规范（GB/T51295-2018） 对钢管（板）桩质量及成围堰后进行验收，验收及检验合格后方可用于工程施工。为更好的服务现场施工，减少不合格材料退场运输时间，本工程钢管桩我单位与 检测单位及实验室在厂家做好出厂前验收工作，均按照设计图纸进行下列检查检 测：（1）钢管桩制作焊缝采用超声波进行检测，专业厂家自检100%，第三方检 测5%，合格率要求为100%。（2）Q345定型锁扣采用磁粉进行检测，合格率要求为100%，出厂前用标准 扣件进行通长测试。（3）钢板桩拼接时采用对接焊缝，钢桩拼接焊缝质量等级二级，其他次要 构件焊缝质量等级三级，焊缝外观不得有裂纹、未熔合、夹渣、未填满弧坑等缺 陷，二
7、级焊缝必须进行超声波探伤，探伤比例为20%。（4）钢板桩、钢管桩出厂时由项目部驻厂人员对钢管桩和钢管桩锁扣焊接 外观质量进行检查，同时按规范检查钢管桩长度、周长及管端平面倾斜，具体检 查内容按照设计图纸相关要求。1.围堰施工流程围堰施工前采用定位船进行测量定位，打设导向桩，总监办对导向桩位置进 行复测；导向桩打设完成后，从线路左右两侧围堰分别展开钢管桩的安装施工。 每侧围堰钢管桩采用两台多用途浮箱拼组的浮船（分别配备沉桩机）进行打设， 由岸边开始向湖中施工；紧随钢管桩施工作业面，分别进行钢围檩、土工布铺设、 拉杆安装等工作。围堰内填土与钢管桩打设工序间净距不小于100m；为防止船只 撞击钢管桩
8、，施工完成后，在围堰迎水侧坡脚20m处，间隔20m设置警示装置。 警示装置采用定型产品，须具备夜间照明及警示功能，提醒过往船只（金鸡湖号） 注意安全，防止对围堰及船只本身造成损害。1.钢管桩打设钢管桩打设之前要做好围堰区域内的清障、材料准备工作，保证围堰能够正 常施工。准备工作做好之后，按照施工顺序开始钢管桩插打，总监办安排监理人 员跟船进行施工全过程盯控。为确保插打位置准确，第1根钢管桩是插打的关键。 钢管桩围堰插打采用三种方式：第一种用履带吊装配合振动锤进行钢管桩的插设， 第二种用机械手进行钢管桩插打，第三种用机械手配合履带吊、振动锤进行钢管 桩插打。（1）采用履带吊装配合振动锤进行钢管桩
9、插设。将吊钩缓慢下放，边插边 打。为防止钢管桩沿导向框架中心线方向走位，应安排两名工人手扶钢管桩，及 时纠偏，并在互相垂直的两个方向用水平尺及垂球吊线反复校正，以确保钢管桩 插正、插直。现场盯控监理人员对钢管桩进行垂直度检查，如在插打过程中发生 偏斜，应拔出重新插设，直至满足要求。首根钢管桩插打完成后，应用型钢将该 钢管桩与钢平台相应部位牵连焊接形成整体，并焊接限位钢板，以防插打过程中 将其带偏，然后以第1根钢管桩为基准，逐根插打。（2）采用850机械手进行钢管桩插打。机械手将钢管桩从运输船上夹起后 插入导向架内，固定导向架限位卡板，用机械手插打钢管桩。测量人员用全站仪 从两个不同的方向进行沉
10、桩过程垂直度控制，用机械手将钢管桩打至设计标高。（3）采用机械手配合履带吊、振动锤进行钢管桩打设。当遇到坚硬地层， 先用机械手将钢管桩插入导向架内并打设，遇困难无法打入时，换用履带吊配合 振动锤进行打设；后续逐根插打。施工过程中为保证桩身垂直度，每根钢管桩采 用垂球吊线加两个方向的水平尺方式控制，且每打两根钢管桩设置一道横隔板来 控制垂直度。钢管桩打设现场4.钢管桩垂直度控制与纠偏4.1首根桩桩身垂直度应控制在0.5%L以内，其他钢管桩垂直度控制在1%L 以内。施打过程中中总监办人员随时检查其垂直度是否准确，不符合要求的应立 即纠正或拔起重新施打(钢管桩桩位允许偏差15mm，桩顶标高W100m
11、m，桩长 不小于设计长度)。4.2施工过程中桩位发生偏移或者垂直度不满足要求时，需做好纠偏工作。(1) 履带吊装配合振动锤进行钢管桩的沉桩纠偏方式：若钢管桩打设过程 中桩身发生倾斜时，用倒链、钢丝绳拉住桩身，边拉边打，逐步边打边纠正，如 下图所示。后续打设10组后对前面已打设未达到设计标高的钢管桩进行二次打 设到设计标高。(2) 机械手进行钢管桩沉桩的纠偏方式：机械手可以控制钢管桩的四周移 动方向，打设过程中沿围堰轴线方向和垂直于围堰轴线方向在陆地布置两台全站 仪，边打设边跟进测量，用对讲机和机械手操作人员保持沟通，随时纠偏，以控 制钢管桩打设垂直度。(3) 机械手配合履带吊加振动锤沉桩纠偏方
12、式：机械手插打时纠偏同第二 种方式；当换用履带吊加振动锤进行插打作业时，若发生钢管桩偏斜，找准偏斜 角度，相反方向用千斤顶配合钢丝绳进行纠偏，边拉边打；若偏斜无法纠正，则 拔出重打，直至垂直度符合要求为止。桩身纠偏四、铺设土工材料及钢围檩、拉杆安装1. 铺设土工材料将测量好长度的卷装土工布固定在钢管上，铺设时采用焊接型钢向下压的方 式铺设。铺设完成后，在钢管桩顶夹设固定，潜水员下水处理水下土工材料，以 保证水下土工材料铺设平直和土工材料搭接质量。钢管（板）桩围堰迎水侧湖底 先铺设复合土工膜SN2/PE-12-400-0.35，再铺设土工布包素砼预制块（预制块尺 寸10cmX10cmX10cm，
13、间距2mX2m）。钢管（板）桩围堰先在靠基坑侧内侧铺 设400g/m2 土工布及120kN/m高强土工格栅（土工格栅搭接长度大于2m），然后 在围堰迎水侧内侧铺设复合土工膜SN2/PE-12-400-0.35，土工膜与土工布在围堰 底部重叠4m。为保证土工材料铺设质量符合要求，需将土工材料固定在土袋上， 按照设计尺寸固定土工材料后人工下放，潜水员在水下将搭接接头处处理平顺后 用沙袋平压搭接接头的方式保证搭接质量。由于基坑侧小钢管桩之间间距大，相 邻钢管桩内侧土工格栅、土工布固定较困难，为防止相邻小钢管桩内侧土工格栅 搭接处在填土时被破坏，故在基坑侧土工格栅搭接处铺设一层竹箅，保证竹箅和 相邻钢
14、管桩的搭接，然后再铺设土工格栅土工布，以保证土工格栅、土工布的搭 接质量，确保围堰的防水质量符合要求。1.钢围檩安装钢围檩采用32a槽钢焊接成型，施工人员计算好钢围檩下口位置标高，在钢 管桩外侧面上焊接搁置钢围檩托架。钢牛腿采用6 25mm钢筋或20X50X400钢 板，在钢管(板)桩上焊接2层、上下间距0.45m的托架，将钢围檩放在托架 上。钢围檩安装采用驳船运输到作业平台边，由履带吊起吊，水平放置于钢牛腿 上并焊接固定，所有横向钢围檩前后连接处焊接加劲板和加劲肋，确保刚度和强 度满足要求，焊缝采用连续贴角焊，焊缝高度为8mm。3.拉杆安装3.1拉杆要求：钢拉杆杆体及组件材料力学性能应符合：
15、强度级别Q500C， 杆体屈服强度不小于500N/mm2。3.2 拉杆安装要求(1) 由于钢管桩围堰采用6 48的拉杆，长度较长，单根重量较大，施工时 采用履带吊辅助人员操作的形式进行安装，确保安装质量符合要求。(2) 拉杆间距按设计要求；钢拉杆应安装平直，用2个M48普通螺母搭 160*160*32mm垫板逐步拧紧。钢拉杆安装完成后，对钢桩桩穿拉杆部分的6 50 圆孔，在临水侧用橡胶衬垫进行封堵，防止湖水冲刷堰芯。3.3钢拉杆试验荷载检测数量暂定为3根，若发现不合标，则加倍扩大检测数量。检测时，首先 施加拉杆拉力标准值的10%，检查各部件是否正常并测量钢拉杆长度；再缓慢加 载至拉杆拉力标准值
16、的1.35倍，持荷10min后，卸载至安全荷载的10%，再次测 量长度并计算塑性伸长率。卸载后，检查各部件是否转动灵活。1.围堰合龙控制4.1 PC组合钢管桩围堰合龙控制PC组合钢管桩围堰合龙时，先用钢板桩调节合龙前垂直度。当钢管桩两端间 距2030根桩时，测量合龙的宽度、两侧桩的倾斜度，加工异形调节钢板桩进 行纠偏，之后每打入一根桩，均需用全站仪控制其垂直度，以保证围堰顺利合龙。 钢板桩调节桩正常会出现两类情况：（1）钢板桩上口窄，下口宽。（2）钢板桩上口宽，下口窄。对于上述两种情况可采用契形桩进行插打，根据现场情况进行相应处理。五、围堰填土双层钢管（板）桩围堰芯体填筑采用进占法铺料、平料。
17、1.船舶选择选择抓斗式挖泥船配合平板运输船进行围堰内填土，填筑时应注意利用土体 自然压实和轻型机械压实，不能用大型机械压实，防止对648mm圆钢拉杆造成 破坏，从而影响围堰结构安全，且保证水面以上土方压实度不小于设计值。土工 布布设后，围堰填土顺序同每个作业面钢管桩插打施工顺序，在围堰钢板桩插打 完成100根以上后，方可开始填土作业。填土作业面距钢板桩作业面必须大于 100m。填土分层进行填筑（水下部分不大于1m），填筑至上层对拉杆后，停留一 周时间，使填土自然沉降固结，再分层填筑土方至+3.274m。顶层压实度不低于 90% （轻型击实），采用小型压路机进行压实。堰顶预留1015cm左右预沉
18、高度， 静置1-2个月待标高稳定后，进行堰顶混凝土路面施工。1.堰芯回填堰芯填土分为两阶段，土方采用抓斗船抓取，从隧道主线上方运至作业区段。第一阶段：从开始作业区段由西往东（或从西往东）由一边填筑，土方填筑 至水面标高后，以此为作业面，顺序往前填筑，将围堰内水赶出围堰。第二阶段：在围堰内外侧护坡完成后，填至设计顶标高。对围堰转角处采用 高压旋喷桩加固及薄弱部位采用压密注浆加固（设计图纸要求，此处不在赘述）。六、基坑抽水达到抽水条件后，督促施工单位及时组织专家召开条件验收会，验收会通过 后方可开始抽水。抽水泵沿南侧围堰每120米布置一台，采用15台型号 300WL1000-7.1-30抽水泵，抽
19、水管伸入主线顶部位（集水坑）。在抽水过程中， 严格控制抽水速度，同时加强对围堰观测，防止“管涌”、“流土”发生。抽水时，检验围堰漏水情况。开始时抽水速度要慢，每天水位下降速率 0.20.3m，使其逐渐承受水压力预变形，防止抽水过快围堰变形及坍塌。抽水 后在基坑侧填土坡脚处设置若干降水井点，以降低地下水位。1.围堰监测总监办按照设计及规范要求对监测方案进行审查，经专家论证通过后实施， 在实施过程中要求监测单位严格按照方案进行布设监测点位，督促按照检测频率 要求上报监测日报，对出现监测数据异常及预报警情况及时召开消警会，警报解 除后方可继续施工。八、围堰拆除方法1. 总体安排隧道施工完成并达到上部
20、防水标准，堰内基坑土方回填验收合格后，采用水 泵抽水方式进行回水。每日由总监办签发抽水令，严格控制每日回水高度不超过 30cm。直至内外水位平衡后，方可进行围堰的拆除。围堰拆除时，先拆除槽钢围 檩及拉结点，使拉筋脱离桩体与围檩；对桩尖打卷及锁扣变形严重的桩体，可加 大拔桩设备能力，将相邻桩体一并拔除，必要时进行水下切割。围堰土体采用挖 泥船挖除，然后用运输船运至西山将多余土体进行弃置。2. 围堰拆除顺序按照先中间后两边、先水深部位后水浅部位、先拆内侧钢管（板）桩挖泥后 再拆外侧钢管（板）桩的方法进行，对开挖不到的水下部位采取水下清除的方法 进行。1.放水施工顺序围堰内基坑土方回填验收合格f水泵
21、安装及调试f槽内铺设土工布开始 抽水f每日30cm直至内外水位平衡。1.拔桩及土方清理方案拔桩采用高频免共振设备进行施工，堰体土方拆除时，应将堰芯土方、内侧 抛土同时清理，均衡进行。采用反铲挖泥船清理，船运方式外运（或湖内平整）。1.围堰底部标高控制由第三方测量单位对围堰处湖底标高进行复测，使围堰处湖底标高与施工前 保持一致，高差误差不大于10cm。九、水生态环境1、在钢管桩围堰施工期间，船舶等机械设备有漏油排油隐患，易导致湖水 污染，因此应对现场作业船只安装有效的油水分离器，并在现场设置围油栏，将 对金鸡湖水域的污染降至最低。围油栏内，对船舶仓底含油污水和船舶生活污水 统一收集处理；经处理的
22、污水含油量不得超过100mg/L，排放废水事先征得有关 部门的批准，按规定条件在指定区域排放。2、蓝藻打捞施工期间配合当地相关部门进行金鸡湖蓝藻打捞。十、应急预案为认真贯彻落实中华人民共和国安全生产法和建设工程安全生产管理 条例，增强忧患意识，居安思危，减少施工事故的发生，提高自防自救意识， 结合本工程的施工特点，主要针对下列可能出现的安全生产事故和自然灾害制定 本工程施工安全生产应急预案。1. 防汛防台应急预案（围堰施工期间）项目部根据天气预报及苏州海事局、业主相关要求，决定是否启动防台、防 汛、船舶防风预案。启动预案后由项目部统一指挥、协调，项目部人员必须到岗 值班，在场船舶专人值班，服从
23、项目部统一指挥、并保持通讯畅通。2. 防洪防汛应急预案（围堰使用期间）项目部根据天气预报及苏州海事局、业主相关要求，决定是否启动防台、防 汛、船舶防风预案。启动预案后由项目部统一指挥、协调，项目部人员必须到岗 值班，在场工作人员服从项目部统一指挥、并保持通讯畅通。大雨、大风等恶劣天气发生前，项目部值班人员必须将抽水机安装到位，人 员、设备达到待命状态；活动房、机具棚、配电箱、围挡等临时设施全部加固到 位；暂停吊装作业、高空作业等危险作业，必要时对工地进行拉闸断电，防止恶 劣天气造成临时用电事故；将吊机扒杆放下，门吊拉好揽风绳、锁好夹轨器，使 全部设备、特别是大型设备处于安全状态；检查和疏通排水
24、沟、雨污管等排水设 施，检查和修复基坑、端头井的挡水墙，以免路面雨水灌入基坑。3. 防洪防汛基本措施围堰背水侧坡脚设置排水沟，以排除由于降雨或渗漏引起的地表水；明沟位 置距坡基坑侧隔水帷幕2m，排水明沟按30cm宽、30cm深设置。排水沟外壁距边 坡底根部，采取人工开挖方法作业。无雨期间，集水井内集水水位超过排水沟水 位，应立即启动潜水泵将井内积水抽出，直至集水井内水位低于排水沟沟底，方 可停止抽水，防止水井内水位过高而侵渍地基土。下雨期间，由于边坡上雨水汇 集流入集水井内的水量较大，应不间断的进行抽水，保证井内水位始终低于排水 沟内水位；若排水不及时，可采用更换较大出水量的水泵。4. 防洪防
25、汛应急措施现场配备彩条布、铁丝、机械油料、照明设备、袋装土、药品等应急物资。如遇百年一遇洪水并超过防汛预警值后，立即向防洪防汛指挥部报告。接报 后，总指挥下达启动应急预案指令，各抢险应急队队长、组长接到指令后负责派 调人员、机械设备前往事故现场进行抢险救援。洪水过程结束后调查取证，清理现场，并组织对损毁设备进行修复或更换， 以快速恢复生产。十一、结论金鸡湖隧道围堰全长6.9km，是目前国内最大湖泊围堰工程之一，围堰周期 长，安全意义重大，质量要求高。通过充分调研，精心设计，反复论证，创新引 用并改进。围堰方案采用海工项目中先进的PC组合工法桩工艺，提升围堰的安 全及质量的可控性，且较传统工法节
26、约钢材8000吨，极大地提升了经济及社会 效益，创造了城市湖泊围堰施工的全新工法，解决了城市湖泊围堰施工工法种类 简单、造价偏高的技术难题。且在2021年7月28日上午6： 36，金鸡湖水位达 2.413米，仍表现稳定，远超设计20年一遇水位2.184米，与百年一遇水位 2.574米仅差16cm，彰显了 PC钢管桩围堰的稳定性，也表明在施工中严格按照 设计图纸及方案进行施工，展示总监办的过程控制及项目管理水平。锁扣钢管桩的设计、施工和应用，解决了金鸡湖隧道由于地理位置局限性而 产生的基坑支护问题。锁口钢管桩刚度大、强度高，可保证施工质量及安全；因 其损耗小，可多次使用，也降低了工程造价。该方案显著提升了金鸡湖隧道堰筑 施工技术工艺、施工效率和安全性能，为类似围堰、筑坝等提供完善可靠的解决 思路和方法。在围堰结构安全性、稳定性不削弱等情况下，提高机械效率，节约 自然资源和社会资源。采用围堰平台的形式，缩短了施工周期，确保工程顺利进 行，在今后的城市湖底隧道中的应用有一定的借鉴意义。参考文献：钢围堰工程技术规范(GB/T51295-2018)水利水电工程围堰设计规范(SL 645-2013)11
