CN102953362A - 一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁施工领域，具体涉及一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，所述钻孔桩平台包括构架式平台以及钢护筒，所述构架式平台的台面由若干嵌岩锚固于陡峭裸岩面的钢管桩支撑；所述钢护筒设置于陡峭裸岩面上，其顶部与所述构架式平台顶面固定，在其底部外侧通过型钢支架焊接有钢围圈，在所述钢护筒底部以及所述钢护筒与钢围圈之间浇筑有水下混凝土层，以构成水下围堰。本发明的优点是，构架式平台的钢管桩嵌岩锚固于陡峭裸岩面内部基岩中，以使受钢管桩支撑的构架式平台可以稳固于陡峭裸岩面；通过钢护筒底部的钢围堰，解决了钻孔桩钢护筒底口固定以及钻孔时漏浆的技术难题。

Description

一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台

技术领域

本发明属于桥梁施工领域，具体涉及一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台。

背景技术

随着社会经济的发展，对于便捷交通的需求愈加强烈，建造于各种地质上的桥梁工程也越来越多，深水桥梁钻孔灌注桩基钻孔作业平台是必须建造的临时施工设施，可以用浮箱船只拼装成浮式水上平台，但是需大量绳锚、定位船等设施；也可利用钢围堰先堰后桩、钢围笼或钢吊箱兼做固定式作业平台。近年来，普遍采用的是钢管桩、型钢、贝雷桁架或万能杆件拼装成固定式作业平台。

以往的桥梁一般都建造在具有较厚覆盖层的江河和湖泊上，在这种地质条件下，钻孔桩的施工一般采用传统的“钓鱼法” 进行，即将钢护筒就位后，通过打桩锤插打钢护筒至覆盖层设计标高。但是，有很多江河、湖泊和海洋地质状况为倾斜裸岩面和浅覆盖层倾斜岩面，在此种地质条件下钻孔桩施工的难点是钢护筒的定位安装以及护筒底口漏浆处理，如采用传统方法施工，由于水流、风浪和风荷载的作用和影响，钢护筒桩基的稳定性无法得到保证，从而影响钢护筒的安全性能和主体工程的施工进度。

针对上述无覆盖层陡峭裸岩的地质情况，现有技术常采用水下爆破、人造覆盖层、导管架、岩面预成孔嵌埋钢管等方案。

水下爆破：武广客运专线某重点大桥工程，水中墩位处水深18m，裸岩面倾斜成35°，采用钻孔平台方案，首先将倾斜的岩面爆破整平，再布置钢护筒，向河床上抛填沙袋埋设护筒，依托近墩处的已有桩来稳定平台，从而形成钻孔桩平台。此方案需水下爆破，清渣工作量大，周期大，造价高，并需既有桩来维持平台的稳定。

人造覆盖层：柳州柳江上某大桥工程，水中墩位处水深15m，裸岩面倾斜成15°，采用钻孔平台方案，先在墩位处抛填3m厚土袋，再插打钢管桩。人造覆盖层方案需在平台范围内抛填大量土袋，工程量大，施工成本高。

导管架：上海某海上大桥近岛段工程，桥位海床为浅覆盖层和裸岩，采用导管架栈桥为水中施工通道，采用导管架平台作为水中主墩的钻孔平台，施工时用多根直径1.1m的钢管在陆上连成导管架，再船运至墩位处，用大1500t吊船吊放安装，此方案需大吨位吊船和工作船，用钢量大，施工周期较长。

岩面预成孔嵌埋钢管：浙江某大桥的水中墩施工水深26m，河床无覆盖层，岩面呈45°倾斜，栈桥、平台施工采用预成孔嵌埋钢护筒固定的施工方案，即在栈桥钢管桩位置用大于管桩直径的冲击钻机预成孔，放入钢管桩后在预成孔内的管桩外浇注水下混凝土，将其直接稳固在岩层中，钢护筒也采用类似方法布置。此方案施工周期较长，需在浮式平台上作业，水位需较稳定，流速不大。

综上所述，以上方案均存在工作量大、施工周期长、成本大等缺点。

因此本领域的技术人员急需一种可稳固于陡峭坚硬裸岩河床的钻孔桩平台，同时可以达到施工周期短、成本低、安全高效的目的。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，该钻孔桩平台通过钢管桩嵌岩锚固于陡峭裸岩面内部基岩中，同时通过在钢护筒底部、钢护筒与钢围圈之间设置水下混凝土层构成水下围堰，解决了钢护筒底口固定以及钻孔时漏浆的技术难题。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，具体涉及陡峭裸岩面、钢管桩、钢护筒以及防撞桩，其特征在于所述钻孔桩平台至少包括以下部分：     构架式平台，所述构架式平台的台面由若干嵌岩锚固于陡峭裸岩面的钢管桩支撑，所述钢管桩呈矩形阵列分布于所述陡峭裸岩面上；     钢护筒，所述钢护筒设置于所述陡峭裸岩面上，其顶部与所述构架式平台顶面固定，在其底部外侧通过型钢支架焊接有钢围圈，在所述钢护筒底部以及所述钢护筒与钢围圈之间浇筑有水下混凝土层，用以在所述钢护筒外侧构成水下围堰。

所述钢管桩的底部内腔与所述陡峭裸岩之间通过锚杆连接锚定，且三者之间通过浇筑的水下混凝土层固结为一体结构。

所述锚杆在陡峭裸岩面以上的长度不小于其深入陡峭裸岩面内部基岩的长度；所述钢管桩底部的水下混凝土层高度不小于所述锚杆入岩深度。

所述钢管桩底口形状均与所述陡峭裸岩面形状相匹配。

分别在所述构架式平台的上游侧、下游侧以及河心侧安装防撞桩，并通过型钢与所述构架式平台的钢管桩连接在一起。

所述钢护筒底口以及钢围圈底口形状均与所述陡峭裸岩面形状相匹配。

所述钢围圈之间大于所述钢护筒直径1m～3m。

所述钢护筒底部的水下混凝土层高度不小于所述钢围圈高度。

所述钢围圈的高度不小于80cm。

本发明的优点是，构架式平台结构中用以支撑平台的钢管桩与陡峭裸岩面间连接采用注浆嵌岩锚杆结构，依靠水下混凝土浆体与锚杆、桩底混凝土以及河床基岩的握裹力，以使钢管桩牢固锚固于陡峭裸岩面上，施工周期短、成本低、安全高效；钢护筒底部由钢围圈以及水下混凝土构成的钢围堰解决了钻孔桩钢护筒底口固定以及钻孔时漏浆的技术难题，同时钢护筒内混凝土找平了陡峭裸岩面，便于钻进时斜面开孔。

附图说明

图1为本发明中通过导向架架设构架式平台的钢管桩平面示意图；

图2为本发明中钢管桩沉降于陡峭裸岩面上的示意图；

图3为本发明中在钢管桩内浇筑水下混凝土示意图；

图4为本发明中在钢管桩内延伸入陡峭裸岩面内部基岩的锚孔示意图；

图5为本发明中在钢管桩内进行注浆嵌岩锚杆技术的示意图；

图6为本发明中钢管桩底部锚固结构的整体示意图；

图7为本发明中构架式平台立面布置图；

图8为本发明中构架式平台平面布置图；

图9为本发明中导向架上的纠偏千斤顶布置示意图；

图10为本发明中钢护筒底部的水下围堰示意图；

图11为本发明中构架式平台上的钻孔桩钢护筒布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-11，图中标记1-24分别为：导向架1、钢管桩2、栈桥3、陡峭裸岩面4、水下混凝土层5、干拌混凝土袋6、锚孔7、压浆管8、地质钻机9、锚杆10、水泥浆11、构架式平台台面12、构架式平台13、桩间联接系14、上游侧防撞桩15、下游侧防撞桩16、河心侧防撞桩17、导向架18、纠偏千斤顶19、钢护筒20、钢围圈21、干拌混凝土袋22、水下混凝土层23、主墩24。

实施例：本实施例具体涉及一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台。本实施例将结合黔江特大桥工程为例进行详细说明，工程位于广西黔江，江深水急，河流两侧岸坡地形起伏大，岸坡局部见基岩外露，河床岩面倾斜为25°～60°之间不等；其主桥为106+200+106m三跨预应力混凝土连续刚构，3#、4#墩是连续刚构的水中主墩，两墩结构相同，承台为纺锤形轮廓，每墩布置3排共15根φ2.5m嵌岩钻孔桩，桩基要求整体嵌入完整中风化白云岩（frk=80MPa）不小于10m，采用水下C40混凝土。

本实施例中的钻孔桩平台具体包括构架式平台和钻孔桩钢护筒，构架式平台通过钢管桩作为支撑，钢管桩与河床岩面之间采用嵌岩锚固结构；同时分别在构架式平台的上游侧、下游侧以及河心侧设置永久防撞桩用以作为度汛时的锚桩，解决了构架式平台在湍急深水河流中的稳定问题；在钢护筒的底部外侧设置钢围圈并在两者之间浇筑水下混凝土以此构成水下围堰结构，解决了钻孔桩钢护筒底口固定及钻孔时漏浆的技术难题；本钻孔桩平台保证了深水大直径钻孔桩施工的顺利完成。

如图6所示为钢管桩底部锚固结构的整体示意图，钢管桩2设置于陡峭裸岩面4上，在钢管桩底部浇筑有水下混凝土层5，从水下混凝土层5的上表面开设有贯穿至陡峭裸岩面4内部基岩的锚孔7，同时在锚孔4内设置有锚杆10，锚杆10通过水泥浆11与陡峭裸岩面4内部基岩以及钢管桩2底部的水下混凝土层5锚固为一体。

如图10所示为钢护筒底部的水下围堰示意图，钢护筒20设置于陡峭裸岩面4上，在钢护筒20的外侧通过型钢支架焊接有钢围圈21，两者的底口形状尺寸均与陡峭裸岩面4相匹配，在钢护筒20的底部以及钢护筒20与钢围圈21之间浇筑有水下混凝土层5，形成钢护筒20的稳定基座，以使钢护筒20稳固于陡峭裸岩面4之上。

如图1-11所示，以下为在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上设置钻孔桩平台的具体施工步骤：

（1）首先在栈桥3上设置双层导向架1，使用测深仪沿导向架1四周测得钢管桩2着床处陡峭裸岩面4的高差，根据测得的陡峭裸岩面4的高差，在岸上接长钢管桩2，同时将钢管桩2的底口切割成与陡峭裸岩面4相匹配形状，做好方向标记，避免钢管桩2入水后发生偏转，桩底与陡峭裸岩面4不吻合；同时在陡峭裸岩面4上安装架设一水下探测仪，该水下探测仪可以将水下岩面情况以影像的方式显示出来，具体用于后续的钢管桩2的水下安装、水下混凝土层5的浇筑工程中，检查钢管桩2的着床情况以及水下混凝土层5的浇筑情况，代替了潜水员的作业。

（2）起重机通过导向架1整长吊装第一排定位支撑钢管桩2，钢管桩2着床后将钢管桩2上部临时固定于导向架1上，在第一排钢管桩2上部之间设置桩间联接系14形成整体；之后安装第二排钢管桩2或以后各排钢管桩2，将钢管桩2与导向架1临时固定后，迅速焊接相邻两排钢管桩2之间的桩间联接系14，局部形成稳定体系。

(3)派潜水员入水沿钢管桩2的底口外侧堆码一圈干拌混凝土袋6；采用垂直导管法在钢管桩6内灌注水下C30混凝土，随着混凝土在钢管桩2内上升，混凝土在内外压差作用下，顺着钢管桩2与陡峭裸岩面4之间的缝隙向外流出，填充于干拌混凝土袋6之间，形成一个水下围堰，同时在钢管桩6的底口形成水下混凝土层5，水下混凝土层5的高度不小于其后锚杆10嵌岩的深度；灌注水下混凝土时，可利用水下探测器对钢管桩2内外混凝土浇筑情况进行监控，出现异常情况或浇筑完成后，及时安排潜水员对桩底情况进行确认检查。

(4)待钢管桩2内水下混凝土层5浇筑强度达到70%后，安装构架式平台台面12。之后地质钻机9移至导向架1处，在钢管桩2内钻孔；地质钻机1的钻头在通过钢管桩2底部的水下混凝土层5后，宜慢速钻井，防止钻头跑偏；钻头进入坚硬岩层50cm后，可通过配重，加大钻压，加快钻进速度；在进入基岩时，应取芯检查，确认岩层面的起始点及深度，成孔过程中，当岩层节理裂隙密集、破碎严重时，应先采取压注高强水泥浆使岩体固结，待浆体达到一定强度后重新钻孔，直至锚孔7至设计标高。

(5)在锚杆10上捆绑耐压塑料压浆管8，通过地质钻机9的钻杆将锚杆10安放至锚孔7内，随后拆除所述地质钻机9的钻杆。对锚孔7内压水泥浆11，压浆开始时，拌制并储备好水泥浆11，保证压浆过程的连续性，水泥浆11搅拌均匀后，用压浆机从塑料压浆管8中向锚孔7底部压浆。为满足钻孔锚固段裂隙水泥浆11的渗漏和防止顶部水泥浆的水侵，灌注量的大小由现场实验确定。压浆过程中利用水下探测器观察压浆情况，水泥浆11压至钢管桩2内的水下混凝土层5顶面即可。其后进行锚杆10抗拔静载试验。当钢管桩2底部水泥浆11锚固体抗压强度达到70%时，拆除导向架1。

(6)按上述步骤①—⑤，对所有钢管桩2进行注浆嵌岩锚固施工，完成整个构架式平台13的搭设。其中当构架式平台13搭设到一半或有足够空间后，进行防撞桩施工，分别设置构架式平台13的上游侧防撞桩15、下游侧防撞桩16以及河心侧防撞桩17，并通过型钢与构架式平台13进行连接。

(7)在构架式平台13上设置双层导向架18，第一层设置在构架式平台13的顶面，第二层设置在构架式平台13的底面，在导向架18的四个角上分别设置有纠偏千斤顶19用以调节钢护筒20的位置，其中导向架18位于钢护筒20的河床安装位的正上方。

(8)在钢护筒20安装之前，将测深仪的探头及导线固定在金属杆上，其探头设于水面下30cm，沿已安装好的导向架18八等分点测量陡峭裸岩面4的高差，根据测得的各点水深可确定钢护筒20的长度及其底口高差，根据该底口高差在岸上将钢护筒20的底口切割成与陡峭裸岩面4相匹配的形状；同时在陡峭裸岩面4上安装架设一水下探测仪，该水下探测仪可以将水下岩面情况以影像的方式显示出来，具体用于后续的钢护筒20的水下安装、水下混凝土23的浇筑工程中，检查钢护筒20的着床情况以及水下混凝土23浇筑情况，代替了潜水员的作业。

(9)选择水流平稳时安装钢护筒20，起重机通过导向架18安装底节钢护筒20，下放至水面，小型运输船装载钢围圈21至钢护筒20的底口，焊接型钢支架，将钢围圈21固定在钢护筒20的底口；起重机继续下放钢护筒20，将底节钢护筒20固定在构架式平台13顶面，接长钢护筒20，重复上述步骤，直至钢护筒20、钢围圈21着床；其中所述的钢围圈21由钢板卷制而成，其亦根据水下测深仪所测得的数据在岸上将其底口切割成与陡峭裸岩面4相匹配的形状，其半径小于1/2钻孔桩中心距离，大于钢护筒20的半径0.5～1.5m，根据陡峭裸岩面4的倾斜状况，最小高度不小于80cm。

(10)检查钢护筒20平面位置、垂直度，若有偏差通过导向架18上的对角纠偏千斤顶19进行调节，直至满足钢护筒20的中心与钻孔桩中心平面位置偏差不大于80mm，钢护筒20在竖直方向的倾斜度不大于1%。利用水下探测器检查钢护筒20、钢围圈21的着床情况；之后派潜水员利用干拌混凝土袋22封堵钢围圈21与陡峭或倾斜陡峭裸岩面4之间的缝隙。

(11)通过垂直导管法浇筑钢围圈21与钢护筒20之间、钢护筒1内水下C30混凝土5，在水下混凝土5浇筑过程中利用水下探测器观察混凝土浇筑状况；当灌注至钢围圈2的顶部时即停止，其后继续灌注钢护筒1内水下混凝土5，以利钻进过程中，抵抗陡峭裸岩面4。最后进行钻孔灌注桩的施工，至此，完成钻孔桩平台的施工。

本钻孔桩平台的结构设置与现有技术相比可以归为以下几个特点：

①注浆嵌岩锚固结构：钢管桩2安装在陡峭裸岩面4上，钢管桩2底部浇筑有水下混凝土层5，从水下混凝土层5的上表面开设有贯穿至陡峭裸岩面4内部的锚孔7，同时在锚孔7内设置有锚杆10，在锚孔7内还设置有水泥浆层11，以使锚杆10与陡峭裸岩面4内部基岩以及钢管桩2内部的水下混凝土层5锚固为一体，解决钢管桩2在陡峭坚硬裸岩上的锚固、抗滑移稳定问题。

②锚桩：在枯水期迅速搭设栈桥3、构架式平台13，在平台上游侧先行施工2根永久防撞桩，将防撞桩与构架式平台13进行联接，解决构架式平台13在湍急深水河流中的稳定问题，确保作业及渡汛施工安全。

③水下围堰技术：钢护筒20底口安装有钢围圈21，钢围圈21与钢护筒20一样，预先根据陡峭裸岩面4底高差进行切割，随钢护筒20一同安装到位，形成水下围堰，再在围堰内、钢护筒20底口浇筑水下混凝土以锚固钢护筒20，解决钻孔桩钢护筒20底口固定及钻孔时漏浆的技术难题，同时护筒内混凝土找平了陡峭裸岩面4，便于钻进时斜面开孔。

Claims (8)

1.一种设置在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，具体涉及陡峭裸岩面，其特征在于所述钻孔桩平台至少包括以下部分：    构架式平台，所述构架式平台的台面由若干嵌岩锚固于陡峭裸岩面的钢管桩支撑，所述钢管桩呈矩形阵列分布于所述陡峭裸岩面上；    钢护筒，所述钢护筒设置于所述陡峭裸岩面上，其顶部与所述构架式平台顶面固定，在其底部外侧通过型钢支架焊接有钢围圈，在所述钢护筒底部以及所述钢护筒与钢围圈之间浇筑有水下混凝土层，用以在所述钢护筒外侧构成水下围堰。

2.根据权利要求1所述的一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，其特征在于所述钢管桩的底部内腔与所述陡峭裸岩之间通过锚杆连接锚定，且三者之间通过浇筑的水下混凝土层固结为一体结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，其特征在于所述锚杆在陡峭裸岩面以上的长度不小于其深入陡峭裸岩面内部基岩的长度；所述钢管桩底部的水下混凝土层高度不小于所述锚杆入岩深度。

4.根据权利要求1所述的一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，其特征在于所述钢管桩底口形状均与所述陡峭裸岩面形状相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，其特征在于分别在所述构架式平台的上游侧、下游侧以及河心侧安装防撞桩，并通过型钢与所述构架式平台的钢管桩连接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，其特征在于所述钢护筒底口以及钢围圈底口形状均与所述陡峭裸岩面形状相匹配。

7.根据权利要求1所述的一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，其特征在于所述钢围圈之间大于所述钢护筒直径1m～3m。

8.根据权利要求1所述的一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钻孔桩平台，其特征在于所述钢护筒底部的水下混凝土层高度不小于所述钢围圈高度。

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