CN101994303A - 大直径素筒桩围堤施工工艺及其围堤或码头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径素筒桩围堤施工工艺及其围堤或码头结构，为采用大直径现浇薄壁海堤筒桩施工工艺，主要包括有定位、安装夹持器与动力头、振动成孔、灌注混凝土起拔、成桩及施工过程的抛填工艺，采用在海底植入5～15排无钢筋笼筒桩作为海堤筒桩围堤结构的竖向增强体结构，同时叠加更厚的海底褥垫层加上土工格栅类水平向增强体，在海底形成复合地基结构，在海底采用竖向多排素筒桩与横向抛填石共同构成镇压护脚(30)结构。缩短了桩间距，增加筒桩复合地基的刚度且可取得更高置换率，更好的减小断面，节约土地作用，褥垫层厚度得以大幅提高，性价比优势更加明显；能更大程度上节省资源、减少环境污染、提高生产效率。

Description

大直径素筒桩围堤施工工艺及其围堤或码头结构

技术领域

本发明涉及一种筒桩施工工艺及围堤结构，尤其是涉及一种适用于对海堤地基或滩涂地基处理的大直径素筒桩海堤筒桩施工工艺及其围堤结构。

背景技术

随着我国改革开放的不断深入，我国经济建设平稳快速发展，尤其沿海地区经济发展取得了举世瞩目的成就。众所周知，土地资源是保证经济发展的重要基础，伴随着经济的快速发展，建设用地日益紧张，向海涂要土地，已成为沿海经济发达地区的共识。但在以往对海堤地基或滩涂地基处理的围涂造地工程中的堆石围堤法，需要大量开采和使用石料，对周边环境造成不利的影响，且因围堤结构断面大浪费大量土地，在长期的施工中产生大量的泥浆，传统技术环境污染大、施工周期长、工程造价高；对周边环境造成不利的影响。

发明内容

本发明为解决现有在海堤地基或滩涂地基处理的围涂工程建设和发展中存在着资源浪费、环境污染大、生产效率低下、施工周期长、使用耗石料量大，对周边环境的不利影响大等现状而提供的一种通过减少桩间距、提高置换率、加厚褥垫层用竖向筒桩代替横向抛填石等在围涂工程的建设和发展中能够节省资源、减少环境污染、提高生产力，尤其是该结构使用石料少，大大减小在海堤地基或滩涂地基处理过程中对周边环境的不利影响的大直径素筒海堤筒桩施工工艺及其围堤结构。

本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种大直径素筒海堤筒桩施工工艺，其特征在于：采用大直径现浇薄壁筒桩施工工艺，主要包括以下步骤：

(1)定位

a.嵌装内、外钢护壁套管

将大直径环形桩尖嵌于大直径内钢护壁套管、大直径外钢护壁套管间的环形空腔下端，使大直径内、外钢护壁套管下端面分别同大直径环形桩尖上的内外支承面平整接触，固定大直径内、外钢护壁套管，形成大直径现浇筒桩中空结构的中空腔体；一方面用于固定大直径内外钢护壁套管，另一方面阻止土和地下水进入空腔；

b.安装夹持器与动力头

在大直径内、外钢护壁套管的顶部采用夹持器与动力头相连接，为沉桩做定位准备，夹持器上靠大直径内、外钢护壁套管的顶部中间处设有出泥孔；

(2)振动成孔

启动动力头，将大直径内、外钢护壁套管连同环形桩尖一起沉至设计深度；可选择振动锤作为其动力头结构；

(3)灌注混凝土起拔

a.通过混凝土受料槽向大直径内、外钢护壁套管间的环形空腔内现浇灌入混凝土至设计高程；

b.启动动力头，边振动边拔出内、外钢护壁套管，在成孔过程中，排土孔排出土芯；

(4)成桩

通过动力头振动，环形桩尖留在成桩底部，形成大直径海堤筒桩，成桩后的素筒薄壁筒桩为在海底结构。成桩过程中，混凝土受到振动，更加均匀密实，确保了桩身质量。在施工过程中，部分原位土可通过内筒继而从上部出泥孔排出，属少量挤土桩，不会对环境造成污染；

(5)施工过程的抛填工艺

采用施工前先抛填，施工后继续抛填的施工工艺，筒桩海堤施工前先在施工区域抛填抛石层，形成改善地基水平抗力的海底地基，改善海底地基物理指标；施工后继续抛填抛石层，形成具有优化筒桩间土体与筒桩顶浅表层的土体特性结构。

将内、外钢护壁套管嵌于大直径环形桩尖的内、外环槽中，利用动力头振动沉入地层成孔，形成筒桩体所需的环形空间，然后配置钢筋笼并现场浇灌混凝土，启动动力头拔出钢护壁套管而形成的筒型桩；大直径薄壁筒桩直径一般采用800mm～2000mm，克服了沉管灌注桩、钻孔灌注桩及预制桩对直径的限制，使薄壁筒桩桩径大大增加，可以很好的发挥大直径筒桩的优势，由于筒桩中心孔的存在使挤土影响大大减弱，桩间距得以缩小，使海堤复合地基横断面大大减小，其断面可以有效控制在10～50米宽度内，有效的节约土地；提高表层土的抗水平承载能力，使复合地基效果更佳明显；整体稳定性好，抗剪性能优越，竖向承载力高，刚度大、弯矩大、造价低、质量可控的特点；采用空心沉管方法可节省约百分之三十的混凝土、提高近十倍的工作效率，生产效率得到充分的提高发挥；同时有效的提高了大直径筒桩复合地基置换率，使得大直径筒桩复合地基式海堤的性价比优势更加明显。

作为优选，所述的现浇大直径素筒海堤薄壁筒桩为采用不安装钢筋笼的海堤筒桩结构，配合筒桩复合地基重力式结构海堤施工工艺，大直径素筒海堤筒桩为设在海底结构。无钢筋笼的素筒海堤筒桩，可大大降低每枚海堤筒桩的造价，通过在海底植入5～15排无钢筋筒桩作为竖向增强体，提高海底地基置换率，同时叠加更厚的海底褥垫层加上土工格栅类水平向增强体，在海底形成复合地基。

作为优选，所述的海堤筒桩为大直径单体筒桩或联体咬合筒桩，海堤筒桩设有外护桩或内护桩结构，与横向抛填石共同构成镇压护脚结构，素筒海堤筒桩直径为800-2000毫米，素筒桩使用高度不超过海底泥面与滩涂面。筒桩腔体内不安装钢筋笼。施工时加设外护筒，一是保护筒桩在水域中的成型条件，使混凝土不塌落在水中；二是使筒桩外壁不受水流或海流的冲刷而形成过多的砂面或毛孔；当内成孔器中的土芯高度不够时，就需要安设内护筒，以保证筒桩内壁的成型良好。如果工程条件允许时，也可以不安设内护筒，可直接把筒桩上部浇灌成实心混凝土桩。

作为优选，所述的施工前抛填抛石层采用50厘米以下的级配石头，施工后抛填100厘米厚度以上的碎石褥垫层，提高抛填效果。

作为优选，所述的大直径环形桩尖与大直径内、外钢护壁套管的固定采用挂钩装置。确保在桩体自重和动力头振动的联合作用下，桩尖部分能自动脱离。

上述施工工艺的海堤筒桩围堤结构所述的不安装钢筋笼的大直径素筒海堤筒桩结构采用在海底植入5～15排无钢筋笼筒桩作为海堤筒桩围堤结构的竖向增强体结构，同时叠加更厚的海底褥垫层加上土工格栅类水平向增强体，在海底形成复合地基结构，在海底采用竖向多排素筒桩与横向抛填石共同构成镇压护脚结构。提高海底地基置换率，可大大降低每枚筒桩的造价，提高海底地基置换率。其护脚围堤结构处设有加厚的反压褥垫层结构；海堤筒桩围堤结构为沿堤线海面设置有两至三排大直径筒桩结构，靠外海侧的一排采用大直径密排筒桩或筒桩结合插板或联体筒桩的结构型式，围区侧的一排采用大直径筒桩间隔结构布置，大直径筒桩间的间距采用可缩小为1.5倍筒桩直径的排架结构。竖向海堤筒桩与横向抛填石的共同构成护脚围堤结构，可有效的减少断面，节约土地；素筒海堤筒桩为无钢筋筒桩结构，可大大降低每枚筒桩的造价。通过在海底植入多排无钢筋筒桩作为竖向增强体，提高海底地基置换率，同时叠加更厚的海底褥垫层加上土工格栅类水平向增强体，在海底形成复合地基。大直径筒桩复合地基承载力大，所以可以叠加更厚的褥垫层，褥垫层的加厚又能进一步发挥大直径筒桩承载力特点，更加理想的协调桩与桩间土的联合作用；同时大直径的筒桩结构及其具备弱挤土特点，可以使得筒桩间的间距大为缩小，桩间距的减小可以增加筒桩复合地基的刚度，同时减小断面，断面可有效控制在10～50米宽度，大大节约土地。

作为优选，所述的海底筒桩处理累计宽度范围在20～70米。比较传统方法地基处理宽度减少一半以上。

作为优选，所述的护脚围堤结构处设有加厚的反压褥垫层结构。进一步发挥筒桩承载力特点，更加理想的协调桩与桩间土的联合作用；

作为优选，所述的加厚的褥垫层结构其垫层厚度大于50cm以上。远大于传统复合地基一般为30cm以内的褥垫层厚度，进一步发挥筒桩承载力特点，更加理想的协调桩与桩间土的联合作用；筒桩因为弱挤土，桩间距可取为1.5-3倍，发挥筒桩复合地基置换率高，稳定性好，承载力大的特点。

作为优选，所述的围堤结构包括上、下两部分，上部结构可为斜坡式堤、重力式挡墙支挡的堤、悬臂式挡墙支挡的堤、扶壁式挡墙支挡的堤或空箱式挡墙支挡的堤；下部结构为素筒桩海底复合地基。当上部结构为直立式结构时，该海堤还可兼具船舶码头功能。

作为优选，所述的护脚围堤在反压褥垫层上方采用抛石层结构，并在其褥垫层及抛石层靠外海侧设有围脚结构及从围脚斜向上的多级斜围脚结构。加强围护脚堤结构的强度及稳定性。

本发明的有益效果是：现浇混凝土大直径素筒薄壁海堤筒桩克服了沉管灌注桩及预制桩对直径的限制，缩短了桩间距，桩间距的减小增加筒桩复合地基的刚度且可以取得更高的置换率，起到更好的减小断面，节约土地作用，褥垫层的厚度得以大幅提高，使筒桩复合地基式海堤的性价比优势更加明显。能更大程度上节省资源、减少环境污染、提高生产效率，此海堤筒桩结构使用石料少，可很大程度上减小对周边环境的不利影响；具备很好的经济效益和社会效益，海堤筒桩围堤结构在围涂工程的建设和发展中发挥着积极的作用。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明大直径素筒桩围堤施工工艺及其围堤或码头结构的施工过程工艺流程示意图。

图2是本发明大直径素筒桩围堤施工工艺及其围堤或码头结构的单体筒桩成孔器结构示意图。

图3是本发明大直径素筒桩围堤施工工艺及其围堤或码头结构的一种工程方案示意图。

具体实施方式

图1、图2、图3所示的实施例1中，一种大直径素筒海堤筒桩施工工艺，采用大直径现浇薄壁海堤筒桩施工工艺，主要包括以下步骤：

(1)定位G1

a.嵌装内、外钢护壁套管

将大直径环形桩尖14嵌于大直径内钢护壁套管11、大直径外钢护壁套管12间的环形空腔13下端，使大直径内、外钢护壁套管下端面分别同大直径环形桩尖上的内外支承凹槽平整接触，固定大直径内、外钢护壁套管，形成大直径现浇筒桩中空结构的中空腔体16；

b.安装夹持器与动力头

在大直径内、外钢护壁套管的顶部采用夹持器70与动力头80相连接，为沉桩做定位准备，夹持器70上靠大直径内、外钢护壁套管的顶部中间处设有出泥孔90；可选择振动锤作为其动力头结构；

(2)振动成孔G2、G3

启动动力头80，将大直径内、外钢护壁套管连同大直径环形桩尖14一起从淤土层面M处沉至淤土F层中到设计深度；

(3)灌注混凝土起拔G4

a.通过混凝土受料槽15向大直径内、外钢护壁套管间的环形空腔13内现浇灌入混凝土至设计高程；

b.启动动力头80，边振动边拔出大直径内、外钢护壁套管，在成孔过程中，出泥孔90排出土芯；

(4)成桩G5

通过动力头80上拔时的振动，大直径环形桩尖留在成桩底部，形成现浇大直径海堤筒桩，成桩后的素筒薄壁筒桩为在海底结构。

(5)施工过程的抛填工艺

采用大直径海堤筒桩施工前先抛填，施工后继续抛填的施工工艺；筒桩海堤施工前先在施工区域抛填抛石层，形成改善地基水平抗力的海底地基，改善海底地基物理指标；施工后继续抛填抛石层，形成具有优化筒桩间土体与筒桩顶浅表层的土体特性结构。

所述的现浇大直径素筒薄壁海堤筒桩为采用不安装钢筋笼的海堤筒桩结构，配合筒桩复合地基重力式结构海堤施工工艺。所述的大直径环形桩尖14与大直径内、外钢护壁套管的固定采用挂钩装置。所述的海堤筒桩为大直径单体筒桩10，海堤筒桩设有外护桩或内护桩结构，素筒海堤筒桩直径为2000毫米，素筒桩施工高度不超过海底泥面与滩涂面50厘米。混凝土的坍落度进行严格控制，通常在8-12cm之间，所述的海堤筒桩为大直径单体筒桩10，素筒海堤筒桩高度为设置在海底结构，海堤筒桩设有外护桩或内护桩结构。所述的内、外护筒的保护时间不宜小于20小时。所述的施工前抛填抛石层采用50厘米以下的级配石头，施工后抛填100厘米厚度以上的碎石褥垫层。所述的大直径素筒海堤筒桩为设在海底结构，素筒海堤筒桩围堤结构为在海底采用竖向多排素筒桩与横向抛填石共同构成镇压护脚30结构。护脚围堤30结构处设有加厚的反压褥垫层30E结构，大直径素筒海堤筒桩间的间距采用缩小为1.5倍筒桩直径的排架结构。所述的加厚的褥垫层30E结构其垫层厚度为60cm。所述的不安装钢筋笼的素筒海堤筒桩结构采用在海底植入15排无钢筋笼筒桩作为海堤筒桩围堤结构的竖向增强体结构，同时叠加更厚的海底褥垫层加上土工格栅类水平向增强体，在海底形成复合地基结构。所述的海底筒桩处理累计宽度范围在70米，比较传统方法地基处理宽度减少一半以上。所述的素筒海堤筒桩植入海底深度靠外海侧的浅于内围侧的植入深度，靠外海侧的素筒海堤筒桩植入到淤泥质粘土层，内围侧的素筒海堤筒桩植入到粉质粘土层。所述的围堤结构包括上、下两部分，上部结构可为斜坡式堤、重力式挡墙支挡的堤、悬臂式挡墙支挡的堤、扶壁式挡墙支挡的堤或空箱式挡墙支挡的堤；下部结构为素筒桩海底复合地基。所述的护脚围堤30在反压褥垫层30E上方采用抛石层30D结构，并在其褥垫层30E及抛石层30D靠外海侧设有围脚30A结构及从围脚30A斜向上的多级斜围脚30B结构。

实施例2中，所述的大直径海堤筒桩为联体咬合筒桩结构，不安装钢筋笼的素筒海堤筒桩结构采用在海底植入5排无钢筋笼筒桩作为海堤筒桩围堤结构的竖向增强体结构，素筒海堤筒桩直径为1200毫米，海底筒桩处理累计宽度范围在40米，联体咬合筒桩结构为相邻两个单体筒桩进行联体咬合在一起的结构，其它同实施例1相同。

实施例3中，所述的大直径海堤筒桩为靠外海侧采用联体咬合筒桩结构，靠围区侧采用单体筒桩结构，不安装钢筋笼的素筒海堤筒桩结构采用在海底植入8排无钢筋笼筒桩作为海堤筒桩围堤结构的竖向增强体结构，素筒海堤筒桩直径为800毫米，海底筒桩处理累计宽度范围在20米，其它同实施例1相同。

图3所示的工程例中，大直径薄壁海堤筒桩10直径为1500mm，壁厚120mm，间隔2.5m布置，桩底标高28m，筒桩外连接直径600mm，长15m的水泥搅拌桩101，薄壁海堤筒桩10经过筒桩的施工工艺后沉入由浅到深的淤泥层Y1、淤泥夹粉细砂层Y2、淤泥层Y3、淤泥层Y4、淤泥质粘土层Y5，利用竖向大直径薄壁海堤筒桩10代替横向抛填石减少断面，在海底植入12排无钢筋笼筒桩作为海堤筒桩围堤结构的竖向增强体结构，海底筒桩处理累计宽度范围在60米，水泥搅拌桩101沉入至淤泥层Y3，在其下横、纵向联系梁处设有护脚围堤30的围脚30A及斜围脚30B，围脚30A及斜围脚30B靠外海侧B，其中围脚30A处采用单重大于300kg的底脚大块抛石作围脚，从围脚30A处斜上向的斜围脚30B采用单重大于200kg的大块石抛护理面，在底脚大块抛石及大块石抛护理面内采用碎石30C及抛石30D、碎石30E填充褥垫层，在靠外海侧B及斜围脚30B碎石30C上方连接沉箱，沉箱结构包括有现浇钢筋混凝土反狐形结构的防浪堤B1和现浇钢筋混凝土外墙B2及靠围区侧A的现浇钢筋混凝土内挡墙A1，在现浇钢筋混凝土外墙B2和现浇钢筋混凝土内挡墙A1之间设有现浇钢筋混凝土隔板B3及预制钢筋隔板B4结构，现浇钢筋混凝土外墙B2和现浇钢筋混凝土内挡墙A1厚度为500mm，现浇钢筋混凝土隔板B3为300mm。

Claims (10)

1.一种大直径素筒桩围堤施工工艺，其特征在于：采用大直径现浇薄壁海堤筒桩施工工艺，主要包括以下步骤：

(1)定位

a.嵌装内、外钢护壁套管

将大直径环形桩尖(14)嵌于大直径内钢护壁套管(11)、大直径外钢护壁套管(12)间的环形空腔(13)下端，使大直径内、外钢护壁套管下端面分别同大直径环形桩尖上的内外支承凹槽平整接触，固定大直径内、外钢护壁套管，形成大直径现浇筒桩中空结构的中空腔体(16)；

b.安装夹持器与动力头

在大直径内、外钢护壁套管的顶部采用夹持器(70)与动力头(80)相连接，为沉桩做定位准备，夹持器(70)上靠大直径内、外钢护壁套管的顶部中间处设有出泥孔(90)；

(2)振动成孔

启动动力头(80)，将大直径内、外钢护壁套管连同大直径环形桩尖(14)一起沉至设计深度；

(3)灌注混凝土起拔

a.通过混凝土受料槽(15)向大直径内、外钢护壁套管间的环形空腔(13)内现浇灌入混凝土至设计高程；

b.启动动力头(80)，边振动边拔出大直径内、外钢护壁套管，在成孔过程中，出泥孔(90)排出土芯；

(4)成桩

通过动力头(80)上拔时的振动，大直径环形桩尖留在成桩底部，形成现浇大直径海堤薄壁筒桩，成桩后的素筒薄壁筒桩为在海底结构；

(5)施工过程的抛填工艺

采用大直径海堤筒桩施工前先抛填，施工后继续抛填的施工工艺；筒桩海堤施工前先在施工区域抛填抛石层，形成改善地基水平抗力的海底地基，改善海底地基物理指标；施工后继续抛填抛石层，形成具有优化筒桩间土体与筒桩顶浅表层的土体特性结构。

2.按照权利要求1所述的大直径素筒桩围堤施工工艺，其特征在于：所述的现浇大直径现浇薄壁海堤筒桩为采用不安装钢筋笼的海堤筒桩结构，所述的大直径素筒海堤筒桩为设在海底结构。

3.按照权利要求1所述的大直径素筒桩围堤施工工艺，其特征在于：所述的海堤筒桩为大直径单体筒桩(10)或联体咬合筒桩，海堤筒桩设有外护桩或内护桩结构，与横向抛填石共同构成镇压护脚结构，素筒海堤筒桩直径为800-2000毫米，素筒桩使用高度不超过海底泥面与滩涂面。

4.按照权利要求1所述的大直径素筒桩围堤施工工艺，其特征在于：所述的施工前抛填抛石层采用50厘米以下的级配石头，施工后抛填100厘米厚度以上的碎石褥垫层。

5.一种采用权利要求1所述施工工艺的围堤或码头结构，包括防浪墙，其特征在于：所述的不安装钢筋笼的大直径素筒海堤筒桩结构采用在海底植入5～15排无钢筋笼筒桩作为海堤筒桩围堤结构的竖向增强体结构，同时叠加更厚的海底褥垫层加上土工格栅类水平向增强体，在海底形成复合地基结构，在海底采用竖向多排素筒桩与横向抛填石共同构成镇压护脚(30)结构。

6.按照权利要求5所述的围堤或码头结构，其特征在于：所述的海底筒桩处理累计宽度范围在20～70米。

7.按照权利要求5所述的围堤或码头结构，其特征在于：所述的护脚围堤(30)结构处设有加厚的反压褥垫层(30E)结构。

8.按照权利要求5所述的围堤或码头结构，其特征在于：所述的大直径素筒海堤筒桩间的间距采用可缩小为1.5～3倍筒桩直径。

9.按照权利要求6所述的围堤或码头结构，其特征在于：所述的加厚的反压褥垫层(30E)结构其垫层厚度大于50cm以上。

10.按照权利要求5或6或7或8所述的围堤或码头结构，其特征在于：所述的围堤结构包括上、下两部分，上部结构可为斜坡式堤、重力式挡墙支挡的堤、悬臂式挡墙支挡的堤、扶壁式挡墙支挡的堤或空箱式挡墙支挡的堤；下部结构为素筒桩海底复合地基。

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