CN102900089B - 带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰，包括围堰短桩和固定连接两相邻围堰短桩的围堰长桩；围堰短桩包括U型钢板桩和锁口子件，U型钢板桩的左右两端分别与一个锁口子件固定连接，围堰长桩包括钢管桩、位于钢管桩外侧的锁口母件、位于锁口母件内的遇水膨胀橡胶内衬，锁口母件上设置有与锁口子件相匹配的管状内筒和连接管状内筒内外的槽口，遇水膨胀橡胶内衬固定设置在管状内筒内壁上，锁口子件套入管状内筒中，锁口子件与遇水膨胀橡胶管内衬之间的缝隙填充有膨润土混合料填充物。本发明采用刚性钢桩与柔性钢桩搭配组合使用，优势互补，具有防水性能好、锁口连接可靠、取材方便、结构整体刚度强、施工快捷和价格低等优点。

Description

带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰

技术领域

本发明属于深水基础施工领域，涉及一种土木工程的围堰结构，尤其涉及一种组合钢桩围堰。

背景技术

围堰结构是在桥梁基础、水工建筑物施工中的临时性的构筑物，其作用是挡土阻水。当水深较浅时，一般采用土袋围堰、木板桩围堰；在水较深且流速较大的河流中，一般采用钢板桩围堰、钢管桩围堰、钢套箱围堰。

钢板桩围堰是最常用的一种围堰形式，拉森钢板桩是带有拉钩式锁口的一种型钢，钢板桩具有重量轻、施工方便、可重复利用、成本低等特点，在基础施工中得到了广泛的应用。国产的冷弯拉森钢板桩，锁口生产工艺简单，沉桩施工时锁口损坏率较高；进口的热轧拉森钢板桩产品质量好，经久耐用，但生产工艺复杂，价格高。钢板桩围堰结构的整体刚度较小，需要设置强而密的内支撑，影响了基础施工的操作工作面，钢板桩围堰不宜用于深基础施工项目。钢板桩围堰经常会发生漏水、渗水现象，其主要原因是旧钢板桩使用前未进行矫正处理或钢板桩打入时发生倾斜，相邻两块钢板桩的锁口对插接就不能严密，容易导致拉钩式锁口漏水、渗水，钢板桩围堰不宜用于深水基础施工项目。

锁口钢管桩围堰是上世纪八十年代从日本引进的围堰结构新技术，具有防水性能好、沉桩深度大、整体刚度大和施工简便等优点，在深水围堰中已经到了广泛的运用。但是，锁口钢管桩围堰造价较高，一次性投资大，钢管桩密排插打沉桩施工的垂直精度要求高，沉桩时锁口容易损坏。深水基础施工完成后，拔出的锁口钢管桩的体积较大，难以化整为零，异地运输困难，不利于多次重复利用，影响了锁口钢管桩围堰的投资经济效益。

随着桥梁工程和港航工程建设的发展，深水围堰项目越来越多，工程领域亟需一种防水锁口连接可靠、整体刚度大、防水性能好、费用较低、施工快捷的新型装配式防水围堰。吸取拉森钢板桩围堰和锁口钢管桩围堰两者的优点，利用遇水膨胀橡胶的膨胀性和弹性特点，研发Ω形遇水膨胀橡胶防水锁口的新产品，充分发挥钢管桩和U型钢板桩的各自优点，采用钢管桩作为围堰结构的主体，U型钢板桩作为挡土阻水的围挡结构，将多种形式钢桩结构与新型的遇水膨胀橡胶防水锁口进行装配组合使用，刚柔并举，优势互补，可形成一种新型的装配式组合钢桩围堰结构。

对于新型装配式组合钢桩围堰结构，如果采用大直径钢管桩外侧焊接板带状的拉钩式锁口与拉森钢板桩的拉钩锁口互相咬合连接方法，沉桩施工时焊接的板带状的拉钩式锁口容易受力变形，两侧拉钩不容易居中对直咬合，拉钩式锁口强度和刚度较低，防水性能差，拉钩式锁口结构形式不适宜深水基础的装配式组合钢桩围堰。如果采用锁口钢管桩围堰的C型母扣与T型公扣连接方法，由于U形钢板桩的整体刚度较低，锁口卡紧对直定位比较困难，导致锁口咬合不紧密，会产生渗漏水现象，影响施工作业环境。因此，针对新型的装配式组合钢桩围堰结构，亟需一种锁口连接可靠、防水性能好、价格低的新型防水锁口。

发明内容

技术问题：本发明提供一种可改善围堰结构的防水性能，提高围堰施工速度，降低围堰造价的带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰。

技术方案：本发明的带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰，包括围堰短桩和固定连接两相邻围堰短桩的围堰长桩；围堰短桩包括U型钢板桩和锁口子件，U型钢板桩的左右两端分别与一个锁口子件固定连接，锁口子件为平行于U型钢板桩翼缘的柱状物；围堰长桩包括钢管桩、位于钢管桩外侧的锁口母件、位于锁口母件内的遇水膨胀橡胶内衬，以及位于钢管桩与锁口母件之间并连接二者的槽钢连接件，锁口母件上设置有与锁口子件相匹配的管状内筒和连接管状内筒内外的槽口，遇水膨胀橡胶内衬固定设置在管状内筒内壁上，锁口子件套入管状内筒中，锁口子件与遇水膨胀橡胶管内衬之间的缝隙填充有膨润土混合料填充物。

本发明中，U型钢板桩包括底板、分别设置于底板两端的两个腹板、设置于腹板端部并与底板平行的翼缘，锁口子件与翼缘的端部固定连接。

本发明中，围堰短桩还可包括H型钢桩，H型钢桩的一个翼板的外侧面与U型钢板桩底板的U形口内一侧固定连接。

本发明中，膨润土混合料填充物的组分按质量百分比为：膨润土含量30%～35%、粉煤灰含量15%～20%、赤泥含量30%～35%，水泥8%～12%，水玻璃3%～5%，水性聚氨酯树脂1%～2%，沥青麻丝0.5%～1%。

本发明中，间隔布置的钢管桩作为刚性长桩是围堰结构的主体受力结构，U型钢板桩作为柔性短桩起到挡土阻水的围挡结构作用，防水锁口起到刚性长桩和柔性短桩之间的连接作用。本发明中，防水锁口是非常重要的构件，锁口能否止水是围堰结构成败的关键问题，锁口连接必须受力可靠，必须具有良好的防水性能。

遇水膨胀橡胶是一种独特的橡胶新产品，它既有一般橡胶制品的弹性变形性能，又有遇水膨胀的性能。该种橡胶在遇水后会产生2～3倍的膨胀变形，并充满接缝的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生巨大的接触压力，彻底防止渗漏。挤出成型的缓膨型膨润土橡胶材料是最成熟的遇水膨胀橡胶产品，目前，遇水膨胀橡胶止水条和遇水膨胀橡胶管已经得到了广泛的应用，若将缓膨型膨润土橡胶管用于围堰锁口结构中，可改善围堰结构防水性能。

根据新型装配式组合钢桩围堰的结构特点，借鉴百页铰链的结构原理，利用膨润土橡胶管产品的弹性变形和遇水膨胀性能，选用热轧型钢生产工艺制作Ω孔形热轧钢质的成品钢条作为锁口母件的外层结构，膨润土橡胶管产品作为锁口母件的内层结构，Ω孔形热轧钢条成品内嵌入遇水膨胀橡胶管构成防水锁口母件。外方内圆的Ω形热轧成品钢条结构可确保锁口母件的刚度和强度，有利于锁口母件与钢管桩焊接牢固，内嵌的遇水膨胀橡胶管可确保锁口母件与圆形锁口子件咬合紧密，可提高锁口连接的防水性能。采用U型钢板桩两侧端部焊接圆钢棒作为锁口子件，也可采用热轧工艺生产的带有粗大圆端头的U型钢板桩成品兼锁口子件，圆形锁口子件插入Ω形锁口母件之中，可实现咬合紧密且连接可靠的锁口结构。利用膨润土的防水性能，将膨润土混合料填充圆形锁口母件和圆形锁口子件之间的空腔空间，可进一步提高锁口结构的防水性能，形成新型防水锁口系统。Ω形遇水膨胀橡胶防水锁口系统具有咬合连接可靠、构造简单和防水性能好等优点。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的带有防水锁口的装配式组合钢桩围堰主要由大直径钢管桩长桩、遇水膨胀橡胶防水锁口、U型钢板桩短桩等三部分组成，采用刚性长桩与柔性短桩搭配组合使用，刚柔并举，优势互补。本发明的组合钢桩围堰具有施工速度快、防水性能好、取材方便、锁口连接可靠、结构整体性好、围堰结构适应性强、可多次重复利用和价格低等优点，可广泛应用于桥梁工程、港航工程等领域的深水基础施工。

钢管桩具有承载能力高，穿越土层能力强的特点，作为新型防水围堰长桩，担当围堰的主体结构，结构性能可靠。U型钢板桩具有重量轻、施工简单、价格便宜等特点，可方便地插入Ω形锁口母件竖缝圆管内，作为防水围堰的短桩，起到挡土阻水的围挡作用。钢管桩长桩与U型钢板桩短桩互相结合，组合使用，优势互补，可适合复杂地质条件的围堰结构，具有快速装配式结构的优点。

与锁口钢管桩围堰相比，采用U型钢板桩部分替代钢管桩，可以节约钢材，降低造价，防水锁口连接方便，沉桩时可降低锁口应力，简化围堰施工工艺。与U型钢板桩围堰相比，采用大直径的钢管桩长桩部分替代薄壁的U型钢板桩短桩，提高了桩身结构的强度和刚度，提高了钢桩穿透硬土层的能力，增加了钢桩入土锚固深度，因而，可增加了围堰结构的整体刚度，可提高围堰结构的安全性，可以减少围檩和内支撑的数量，可以提高围堰结构的抗倾性能和抗滑性能。

利用遇水膨胀橡胶的膨胀性和弹性特点，工业化批量生产Ω形遇水膨胀橡胶防水锁口成品，减少了咬合锁口加工制作的现场施工工作量。防水锁口成品作为拼装零件，符合了组合钢桩围堰结构全拼装装配技术的发展思路，简化了锁口施工工艺，保证锁口结构的加工精度，提高围堰的施工速度。Ω孔形热轧钢条成品内嵌入遇水膨胀橡胶管的防水锁口母件成品具有结构强度大、体积小、构造简单、防水效果好、加工精度高和价格低等特点，防水锁口母件外表面采用矩形外形，有利于与大直径钢管桩牢固焊接。防水锁口母件的内表面为带有竖向缝的Ω形截面形式，有利于圆形防水锁口子件打桩插入。

采用U型钢板桩两侧外翻翼缘两侧焊接粗大的圆形钢棒作为防水锁口子件，结构构造简单，取材方便。防水锁口子件圆形钢棒底端设置圆锥形的钢质导向头，圆形钢棒防水锁口子件可以顺利地插入锁口母件中，一边插打，一边锁口咬合挤紧。新型防水锁口结构具有咬合紧密、锁口连接受力可靠和构造简便的特点。

膨润土混合料遇水膨胀止水效果好，具有一定的粘性和弹性，犹如人造的橡皮土、弹簧土，采用膨润土混合浆料作为Ω形膨胀橡胶防水锁口的防水填充料，具有价格低、防水性能好、粘弹性能好、抗剪强度适中的特点。膨润土混合料抗剪强度适中，围堰拆除时，拔除钢桩施工方便。膨润土混合料的粘稠度可用掺水量调节，膨润土混合料可采用导管灌注方法灌入防水锁口。膨润土混合料也可以直接涂抹在Ω形锁口母件的圆形内表面，也可以涂抹在圆形锁口子件钢棒外表面，随着钢桩沉桩时膨润土混合料进入锁口内部。

大直径钢管桩长桩、U型钢板桩短桩、膨润土混合料与Ω形遇水膨胀橡胶防水锁口的完美配合联用，可给深水基础施工提供一个文明安全的施工环境。

附图说明

图1是本发明的组合钢桩围堰示意图；

图2是组合钢桩围堰的短桩示意图；

图3是组合钢桩围堰的长桩示意图；

图4是防水锁口的结构示意图；

图5是本发明的装配式组合钢桩围堰总平面布置示意图。

图中有：围堰短桩1，U型钢板桩11，锁口子件12，H型钢桩13，围堰长桩2，钢管桩21，锁口母件22，管状内筒221，槽口222，遇水膨胀橡胶内衬23，槽钢连接件24，膨润土混合料填充物3。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步具体说明。

本发明的带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰，包括围堰短桩1和固定连接两相邻的围堰短桩1的围堰长桩2；围堰短桩1包括U型钢板桩11和锁口子件12，U型钢板桩11包括底板、分别设置于底板两端的两个腹板、设置于腹板端部并与底板平行的翼缘，左右两侧翼缘的端部分别与一个锁口子件12固定连接，锁口子件12为平行于U型钢板桩11翼缘的柱状物；围堰长桩2包括钢管桩21、位于钢管桩21外侧的锁口母件22、位于锁口母件22内的遇水膨胀橡胶管内衬23，以及位于钢管桩21与锁口母件22之间并连接二者的槽钢连接件24，锁口母件22上设置有与锁口子件12相匹配的管状内筒221和连接管状内筒221内外的槽口222，遇水膨胀橡胶管内衬23固定设置在管状内筒221内壁上，锁口子件12套入管状内筒221中，锁口子件12与遇水膨胀橡胶管内衬23之间的缝隙填充有膨润土混合料填充物3。

本发明的一个实施例中，围堰短桩1还包括H型钢桩13，H型钢桩13的一个翼缘的外侧面与U型钢板桩11底板的U形口内一侧固定连接。

本发明中的膨润土混合料填充物3的组分按质量百分比为：膨润土含量30%～35%、粉煤灰含量15%～20%、赤泥含量30%～35%，水泥8%～12%，水玻璃3%～5%，水性聚氨酯树脂1%～2%，沥青麻丝0.5%～1%。

实施例1：

本发明的带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰，由钢管桩、U型钢板桩、Ω孔形钢质锁口母件、Ω孔形遇水膨胀橡胶管、锁口子件圆钢棒、膨润土混合料填充物、槽钢连接件和H型钢桩构成，钢管桩作为围堰结构的长桩，U型钢板桩作为围堰结构的短桩，Ω孔形钢质锁口母件内嵌入Ω孔形遇水膨胀橡胶管作为防水锁口母件，锁口子件圆钢棒插入Ω孔形遇水膨胀橡胶管之中，Ω孔形遇水膨胀橡胶管与锁口子件钢棒之间的空腔采用膨润土混合料填充物灌注密实。

锁口母件由热轧钢条成品及其内嵌入遇水膨胀橡胶管构成，为了方便运输，热轧钢条成品下料长度宜为1～2米；遇水膨胀膨润土橡胶管为100米长的盘圆状物，其下料长度可按照实际需要长度下料。在施工现场，形热轧钢条成品采用串联方法分节段套在遇水膨胀橡胶管外面，选用防水结构胶将热轧钢条成品与遇水膨胀橡胶管牢固粘接，多节段Ω孔形热轧钢条成品接缝间也用防水结构胶粘接，确保接缝处不发生渗漏水现象。等待防水结构胶固化结硬后，采用切割机将遇水膨胀橡胶管进行竖向割缝，形成带有竖缝的Ω形遇水膨胀橡胶管，实现Ω孔形热轧钢条内嵌Ω形遇水膨胀橡胶管的防水锁口母件，就可以形成装配式组合钢桩围堰所需长度的防水锁口母件成品。

防水锁口子件是连接防水锁口母件的重要构件，应与U型钢板牢固连接成为整体，应确保防水锁口子件的结构强度。大型深水围堰时，宜采用热轧工艺生产的带有粗大圆端头锁口子件的U型钢板桩，也可采用U型钢板桩两侧焊接粗大的圆形钢棒作为防水锁口子件。中小型围堰时，应采用装配式锁口子件，可采用U型钢板桩两侧外翻翼缘上打一排圆孔，螺栓固定两个半圆形的钢条装配式锁联卡件，半圆形钢条内侧设置防水橡胶片，形成防水锁口子件；也可采用U型钢板桩的两侧外翻翼缘牢固焊接有缝圆形钢管，两者间空腔充填混凝土，形成防水锁口子件。

防水锁口母件为Ω孔形热轧钢条内嵌入遇水膨胀橡胶管的外方内圆成品，通过连接槽钢件，锁口母件可以牢固焊接在钢管桩的外侧，钢管桩打桩沉入时，防水锁口母件也同时沉桩到位。采用导管灌注方法，将膨润土混合浆料灌入锁口母件内圆空腔，以便进一步确保组合钢桩围堰的防水性能。防水锁口子件是牢固焊接在U型钢板桩两侧的圆形钢棒，圆形钢棒的底端安装圆锥形钢质导向头，可以顺利地插入锁口母件22中，一边插打，一边锁口咬合挤紧。由于U型钢板桩具有一定的柔性，防水母扣和防水子扣之间在水平方向有一定的伸缩变形能力，也有一定的转动能力，新型防水锁口属于柔性锁口连接，略微倾斜的沉桩施工时，不会产生较大的锁口复杂应力。

钢管桩长桩外侧焊接槽钢连接件，槽钢连接件外侧焊接Ω孔形钢质锁口母件及其内嵌的Ω孔形遇水膨胀橡胶管的条状成品，四者连成整体，一起沉桩到位。

U型钢板桩的两侧外翻翼缘与锁口子件圆钢棒牢固焊接，H型钢桩是焊接在U型钢板桩中部位置，三者连成整体，一起沉桩到位。

实施例2：

本发明的带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰的施工方法，包括以下步骤：

步骤1根据水工构筑物或桥墩的范围，确定防水围堰的平面尺寸，对河床进行清理，避免在钢桩插打位置遇到障碍物，精密放样测量，安装导向架；

步骤2在施工现场，进行钢管桩下料，在钢管桩外侧焊接槽钢连接件，然后，将Ω孔形钢质锁口母件及其内嵌Ω孔形遇水膨胀橡胶管的条状成品焊接在槽钢连接件的外侧，形成防水围堰的长桩，打入长桩到达设计深度；

步骤3配制重量配比为：膨润土含量30%～35%、粉煤灰含量15%～20%、赤泥含量30%～35%，，水泥8%～12%，水玻璃3%～5%，水性聚氨酯树脂1%～2%，沥青麻丝0.5%～1%的膨润土混合料填充物，采用导管灌注方法，将膨润土混合料填充物灌入Ω孔形遇水膨胀橡胶管的孔内；

步骤4U型钢板桩的两侧外翻翼缘端部焊接锁口子件圆钢棒，U型钢板桩中部位置焊接H型钢桩，形成防水围堰短桩，锁口子件圆钢棒底端安装钢质锥形导向头，，锁口子件圆钢棒插入Ω孔形遇水膨胀橡胶管中，采用打桩设备，插打围堰短桩到达设计深度，形成装配式组合钢桩围堰。

实施例3：

某围堰形状为矩形，长15米，宽度为10米，围堰水深是10米，桥墩基础水下开挖深度为5米。选用直径为800mm、壁厚为16mm的钢管桩作为围堰长桩，钢管桩长度设计为30米。选用宽度为1200mm、高度为300mm、壁厚为14mm的冷弯U型钢板桩作为围堰的短桩，U型钢板桩长设计为24米。选用H350*250*10*14的型钢支托加固U型钢板桩，H型钢桩长设计为26米。采用热轧成型工艺生产Ω孔形钢质锁口母件，锁口母件形状为外方内圆，外表面采用宽度为160mm、高度为160mm的方形，内表面为直径110mm的圆形。采用Ω孔形遇水膨胀橡胶管成品嵌入Ω孔形钢质锁口母件作为防水母件，Ω孔形遇水膨胀橡胶管外圆直径为110mm，内圆直径为90mm，壁厚为10mm。锁口子件为直径70mm钢棒，钢棒底端螺丝连接安装钢质锥形导向头，U型钢板桩与锁口子件圆钢棒焊接在一起。采用重量配比为：膨润土含量32%%、粉煤灰含量16%%、赤泥含量35%，水泥10%，水玻璃4%，水性聚氨酯树脂2%，沥青麻丝1%的膨润土混合料，作为防水堵漏填充物。采用20号槽钢作为槽钢连接件。围堰大直径钢管桩的中心间距是2.5米，长边设置7根大直径钢管桩和6个U型钢板桩，短边设置5根钢管桩和4个U型钢板桩。围檩采用H型钢，内支撑采用钢管。对比传统的钢管桩围堰和钢板桩围堰，新型装配式组合钢桩围堰具有施工速度快、防水性能好、锁口连接可靠和价格低等优点，取得了良好的经济效益。

主要施工工艺流程为：施工准备——定位放样——安装导向架——大直径钢管桩沉桩——锁口灌注膨润土混合料——插打U型钢板桩——围堰支撑施工——抽水开挖、混凝土封底——浇筑基础，具体施工工艺要点如下：

（1）施工准备、定位放样

根据水工构筑物或桥墩基础的大小，确定防水围堰的几何形状和平面尺寸。进行现场调查，收集地质、地貌、水文等资料。对河床进行清理工作，避免在插打组合钢桩位置遇到障碍物。

精密放样测量，安装导向架，进行定位桩的施工。组织施工材料和施工机械到位，进行装配式组合钢桩围堰结构构件的加工制作，修建临时施工栈桥。

大直径钢管桩焊接接长时，一定要保证顺直，钢管桩焊接宜采用坡口焊接方法，钢管桩外侧焊接槽钢连接件形成连接平面，将锁口母件22与大直径钢管桩焊接牢固，以便一起沉桩到位。

锁口母件22是新型装配式组合钢桩围堰的重要构件，锁口母件的外部采用矩形形状，可方便地与钢管桩牢固焊接连接；其内部采用圆截面形状，可方便地与圆形锁口子件咬合连接。在大型的组合钢桩围堰结构时，锁口母件22宜优先采用热轧钢加工工艺制作的成品，Ω形孔内设置遇水膨胀膨润土橡胶圆管，圆管内灌膨润土混合浆料，应尽早组织货源；也可采用C型钢外包Ω孔形遇水膨胀橡胶条的成品。对于小型的围堰结构，也采用C型钢与薄壁有缝圆形钢管之间内灌混凝土形成的型钢混凝土构件作为锁口母件，以便就地取材，降低造价成本，但应保证加工精度。

大型深水围堰时，宜采用热轧工艺生产的带有粗大圆端头锁口子件的U型钢板桩，应尽早组织货源，运输到位；也可采用U型钢板桩两侧焊接粗大的圆形钢棒作为防水锁口子件，U型钢板桩应预先进行调直加工处理。小型围堰时，可采用U型钢板桩两侧外翻翼缘上打一排圆孔，螺栓固定两个半圆形的装配件，形成防水锁口子件；也可采用U型钢板桩的两侧外翻翼缘牢固焊接有缝圆形钢管，两者间空腔充填混凝土，形成防水锁口子件。

（2）大直径钢管桩沉桩

钢管桩具有承载能力高、穿透土层能力强、打入土层深度较大、耐打、自重轻等优点，工程界经常作为复杂土层的选型桩。钢管桩沉桩方式可采用冲击施工法、振动施工法、液压施工法。选用钢管桩作为新型装配式防水组合钢桩围堰的刚性长桩，是组合钢桩围堰的主要受力构件，保证组合钢桩围堰结构的强度和刚度，沉桩施工应确保到达设计深度，保证组合钢桩围堰抗滑性和抗倾覆能力。

钢管桩沉桩时应严格控制其竖向垂直度，钢管桩过大的倾斜度将会导致U型钢板桩插桩困难，密排钢桩互相牵拽作用，钢桩桩身过大的倾斜将会使得锁口应力过大导致锁口产生严重变形而损坏，钢管桩沉桩允许倾斜度可以安装桩长的1%来控制。

钢管桩外侧牢固焊接连接槽钢件，以便形成连接平面，连接槽钢件与锁口母件22牢固焊接牢固，并与大直径钢管桩一起沉桩到位。连接槽钢件长度应大于防水锁口母件长度0.5～1.0米，防水锁口母件长度应大于U型钢板桩长度0.5～1.0米，U型钢板桩长度可为钢管桩长度的70%～90%。

为了阻止碎石和硬土进入锁口，在钢管桩打桩下插前，锁口母件22的底部可预先焊接坡度为1：6的钢挡板。

（3）锁口灌入膨润土混合料

锁口防水性能是装配式组合钢桩围堰成败的关键问题，锁口母件22与锁口子件12之间有一定的空腔，应采用优质的防水填充材料填实，确保锁口不出现渗水、漏水现象。防水填充材料抗剪强度不能太高，以便水下基础施工完成后，围堰结构的组合钢桩可以方便地拔出重复使用。目前，通常采用的是水泥砂浆填充料，防水性好，但由于水泥砂浆填充料强度太高，拆除围堰时，难以拔出钢桩进行回收重复利用；粘土水泥浆填充料，价格便宜，拆除围堰时，钢桩拔出方便，但是，该材料会产生收缩变形，密封防水性能一般，会产生渗漏水现象；改性沥青防水密封膏，防水性好，可方便钢桩拔出，但是，价格贵，且对环境有一定的污染。装配式组合钢桩围堰亟需一种价格低、防水性能好、灌注方便、抗剪强度适中的防水填充材料。

膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8～20倍的水而膨胀至30倍，在水介质中能分散呈现胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的混合物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力，工程界已广泛利用膨润土良好的防水性能。为了降低造价，为降低钢管锁口内部的膨胀力，科学配置膨润土混合料，用作防水锁口的填充材料，可以确保围堰防水性能。重量配比为：膨润土含量30%～35%、粉煤灰含量15%～20%、赤泥含量30%～35%，水泥8%～12%，水玻璃3%～5%，水性聚氨酯树脂1%～2%，沥青麻丝0.5%～1%的膨润土混合料，膨润土混合料遇水膨胀止水效果好，具有一定的粘性和弹性，犹如人造的“橡皮土、弹簧土”，抗剪强度适合有利于拔桩，用于围堰锁口将具有良好的密封防水性能。膨润土混合料加水稀释后可形成膨润土混合浆料，膨润土混合浆料的粘稠度可用掺水量调节，膨润土混合浆料可采用导管灌注方法灌入防水锁口。

锁口灌入膨润土防水混合料是装配式组合钢桩围堰防水施工的关键工序，为了防止膨润土混合浆料在水中流失，宜采用胶带封贴在锁口母件22的竖向通缝外侧，临时性地进行锁口圆管封闭。采用灌浆导向钢管插到锁口母件22的底部，膨润土混合浆料从孔底向上压力灌注，边灌边提升导管，直止孔口溢出膨润土混合浆料为止，建议导管埋入膨润土混合浆料不小于2m长度。为了确保膨润土混合料的防水效果，可以采用专门工具，在锁口母件22的内表面预先涂抹3～5mm厚的膨润土防水混合料涂层，在锁口子件钢管的外表面预先涂抹2～3mm厚的膨润土防水混合料涂层，确保防水锁口的止水效果。

（4）U型钢板桩插打

U型钢板桩具有强度较高、轻型、施工简单、挤土效应低、节约材料等优点，工程界常作为围堰插板桩。选用U型钢板桩作为新型装配式组合钢桩围堰的短桩，是组合钢桩围堰的次要受力构件，起到挡土阻水的围挡构件的作用。为提高宽幅型U型钢板桩的插打的贯入能力，可将H型钢桩焊接在U型钢板桩中间部位，同时也可改善U型钢板桩的整体刚度。

U型钢板桩两端焊接粗大的圆形钢棒形成防水锁口子件，圆形钢棒底端应设置圆锥形的钢质导向头，在U型钢板桩插打时候，以便圆形钢棒防水锁口子件可以顺利地插入已经遇水膨胀的锁口母件22中，一边插打，一边锁口咬合挤紧。圆形的锁口子件与锁口母件22的管状内筒较好吻合，装配方便，锁联可靠，插打沉桩方便。

由于U型钢板桩有一定的伸缩变形能力和转动能力，新型锁口连接有一定的柔性，U型钢板桩略微倾斜沉桩时，锁口构件不会产生较大的锁口变形，不会产生较大的复杂锁口应力。

在U型钢板桩圆形锁口子件的外表面，涂抹2～3mm厚的膨润土防水混合料涂层，一边插入一边遇水溶化膨胀，可进一步确保防水锁口的止水效果。

（5）围堰支撑施工

装配式锁口钢桩插打完毕形成围堰后，即可进行围檩和内支撑施工。为了增加防水围堰的结构稳定性，增加围堰结构抵抗水土压力的能力，应设置多道防水围檩支撑。一边抽水，一边逐步增加围檩支撑。

（6）抽水开挖、混凝土封底

当围堰地层透水性较小时，可以采用抽水开挖方法，抽水开挖可采用人工开挖或小型挖掘机开挖。开挖时，围堰内四周设排水沟，配备足够数量的抽水机。基础开挖完成后，可以直接进行封底混凝土浇筑。

当围堰地层透水性较大时，应采用不抽水开挖方法。不抽水开挖可选用水力吸泥机、空气吸泥机等。如果遇到较紧密的土层，宜采用高压射水方法配合松土，以加快开挖基础速度，也可以采用抓泥斗、挖掘机等水下挖基方法。开挖基础时，遇到孤石可由潜水工水下作业消除。

对于不抽水开挖基础的围堰基坑，应采用水下浇筑混凝土方法，进行混凝土封底作业。应根据封底面积和水下混凝土的流动度，多点布置封底混凝土浇筑导管，封底混凝土浇筑厚度应均匀。

本发明的带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰，充分利用了钢管桩和U型钢板桩的各自优点，间隔布置的大直径钢管桩作为防水围堰结构的刚性长桩，作为防水围堰的主体受力结构，U型钢板桩作为防水围堰结构的柔性短桩，起到围挡结构作用，长桩和短桩搭配使用，优势互补，刚柔并举，优化了围堰结构体系。遇水膨胀橡胶防水锁口连接可靠，构造简单，锁口母件内灌注膨润土混合浆料进一步提高锁口连接的防水性能，确保组合钢桩围堰结构防水要求。新型装配式组合钢桩围堰具有施工快捷、防水性能好、结构整体性强、可多次重复利用和价格低等优点，符合深水基础围堰要求。刚性长桩长度在宜10m～50m之间，柔性短桩的长度可为长桩的70％～90％。

Claims (1)

1.一种带有遇水膨胀橡胶防水锁口的组合钢桩围堰，其特征在于，该组合钢桩围堰包括围堰短桩(1)和固定连接两相邻的所述围堰短桩(1)的围堰长桩(2)；

所述围堰短桩(1)包括U型钢板桩(11)和锁口子件(12)，所述U型钢板桩(11)的左右两端分别与一个锁口子件(12)固定连接，所述锁口子件(12)为平行于U型钢板桩(11)翼缘的柱状物；

所述围堰长桩(2)包括钢管桩(21)、位于所述钢管桩(21)外侧的锁口母件(22)、位于所述锁口母件(22)内的遇水膨胀橡胶内衬(23)，以及位于所述钢管桩(21)与锁口母件(22)之间并连接二者的槽钢连接件(24)，所述锁口母件(22)上设置有与锁口子件(12)相匹配的管状内筒(221)和连接所述管状内筒(221)内外的槽口(222)，所述遇水膨胀橡胶内衬(23)固定设置在所述管状内筒(221)内壁上，锁口子件(12)套入管状内筒(221)中，锁口子件(12)与遇水膨胀橡胶内衬(23)之间的缝隙填充有膨润土混合料填充物(3)。