CN107217673A - 一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，具体步骤为：基槽开挖；钢圆筒制作及运输；对需要处理的硬质地层采用DSM地基处理方法进行处理；(3)钢圆筒振沉。本发明可改变原天然地基的土体性质，打破硬土层，减少钢圆筒或类似基础结构物的打设阻力，减少打设过程的不均匀受力，提高可打入性；本发明可以处理较复杂地基，不受地质条件限制，可以扩大钢圆筒或类似基础结构物的使用范围；本发明采用振动锤联动的振沉工艺，及时监测、纠偏，是一套效率高、科学合理的振沉工艺。

Description

一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺

技术领域

本发明涉及钢圆筒振沉施工领域，尤其涉及一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺。

背景技术

大直径钢圆筒为海上建造人工岛的重要围堰结构。工程中需要将钢圆筒插入至海床地基以下数十米。在目前大直径钢圆筒打设过程中，由于地基土质不均匀，存在夹砂的硬土土层，钢圆筒下沉过程易出现受力不均、应力集中、结构变形等现象，造成钢圆筒打设进度慢、定位不准确、作业效率低，进而影响施工进度，对个别位置存在较厚砂层的地基，还会发生因打设击振力不足而停工的现象。再者现今存在的振动锤振沉钢圆筒的工艺比较简单，无法自成系统，振沉工艺不成熟，振沉效果不好。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，具体步骤为：

(1)施工前工序

基槽开挖：采用耙吸船对施工区域进行大面积开挖，大面积开挖阶段完成后，进行抓斗船基槽、边坡开挖和扫浅工作；

钢圆筒制作及运输：钢圆筒制作包括片体、分段、总装三个工序；钢圆筒制作完成后通过运输船运输到施工现场；

(2)施工现场地层处理

对施工现场的地层状况进行勘探，根据地层的具体情况进行前期处理，处理的标准为：当砂层大于4m，砂层需处理；当砂层为2-4m，N值大于20需处理，小于20不处理；当砂层为1-2m，N值大于25需处理，小于25不处理；当砂层小于1m，不处理；

对需要处理的硬质地层采用DSM地基处理方法进行处理，具体的施工方法为：采用DCM船对施工现场的砂层地质进行处理，利用处理机系统的钻头对砂层进行机械搅拌，使其松散，同时将膨润土或黄黏土与海水搅拌而成的泥浆在砂层喷射，进行地质改良，降低标准贯入击数N值以达到要求；

其中泥浆的配比为：海水：膨润土＝1：1配置泥浆，比重为1.43g/cm³；或海水：黄黏土＝1：1配置泥浆，比重为1.50g/cm³；

(3)钢圆筒振沉

运输船和定位驳定位，定位驳甲板上设有测量定位系统以及振动锤系统；

起重船起吊定位驳甲板上的振动锤系统至运输船处的钢圆筒的上方，用起重船上的锚机绞拉挂在共振梁上的钢丝绳旋转共振梁，使液压夹头与相应挡板靠紧，操纵振动锤及夹头液压工作系统，当所有夹头全部夹紧钢圆筒时，即可起吊钢圆筒；

起重船移动并根据钢圆筒振沉位置进行粗定位，定位完成后落钩完成钢圆筒的下沉，钢圆筒下沉至筒底距泥面0.5-1.0m时，起重机指挥钢圆筒进行精确定位，定位过程中测量人员实时监测并报偏位，直至钢圆筒位置偏差在15cm以内，垂直度偏差≤0.2％，锁口平面扭角偏差≤2°；

钢圆筒定位完成后，开始钢圆筒的自沉，自沉过程中测量人员实时监测并报偏位，对钢圆筒自沉过程进行纠偏，直至钢圆筒位置偏差在15cm以内，垂直度偏差≤0.2％；

当钢圆筒自沉结束后开锤振沉，直至振沉至设计标高，钢圆筒振沉完成后立即进行回填，确保24小时内筒内回填砂完成。

采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，在DCM船工作过程中，驱动电机驱动处理机传动轴、搅拌轴和钻头旋转，同时处理机依靠自身重力和搅拌轴钻头的切削力的共同作用下贯入，过程中喷浆口处不断喷射出泥浆，泥浆和原土通过设置在搅拌轴上的搅拌翼搅拌，降低标准贯入击数N值以达到要求。

采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，DCM船通过实时测量定位，使处理机中心与点位的中心重合；将搅拌好的泥浆储存至处理机储存罐内，经输送泵将泥浆输送至处理机喷头处进行喷浆处理，采取1.5m/min的速度进行钻头正转贯入，每台输送泵流量为300L/min，共4台；当钻头开始进入夹砂层时，降低贯入速度至1m/min；当钻头到达夹砂层底部，着底处理2min，开始反转提起，提升速度为1-1.5m/min，采用上喷浆孔边提起边喷浆，直至离开泥面，完成夹砂层处理作业。

所述测量定位系统由两台GPS接收机、液位传感器、红外信号反射棱镜、两台自动跟踪全站仪、微机集成系统组成；在定位驳上安置两台GPS接收机、两台自动跟踪全站仪，在钢圆筒共振梁上安装液位传感器和红外信号反射棱镜；GPS接收机实时获取网络GPS RTK固定解或单参考站GPS RTK固定解，自动跟踪全站仪实时测量钢圆筒的位置，液位传感器实时监测钢圆筒的姿态；微机集成系统采集GPS实时三维坐标、自动跟踪全站仪测角和测距数据以及液位传感器数据后，进行数据计算、处理并在屏幕上显示出钢圆筒偏位和姿态，指导钢圆筒定位和纠偏，并监控振沉过程。

所述振动锤系统采用大型钢圆筒振沉用共振装置，共振梁上设有12组振动锤。

钢圆筒自沉过程中缓慢落钩，同时收紧定位方驳锚缆，起重船及时仰俯扒杆，以确保钩头垂直吊钢圆筒；如果钢圆筒在自沉过程中，筒体倾斜超过0.2％时，立即停钩，采取松紧锚缆调整船位、升降左右钩头、前后仰俯扒杆、反复上拔和下沉的措施交替重复使用，直至筒位倾斜≤0.2％，继续下沉。

钢圆筒振沉施工前，对原泥面标高进行检测，确保高差控制在1m以内，坡度控制在3％以内，然后进行钢圆筒振沉施工。

钢圆筒振沉过程中，起重船吊重控制在600-1500t，动力柜转速控制在1200rpm；随着入泥深度增加，减少吊重，稳定动力柜转速不超过1500rpm；钢圆筒振沉前，对地质资料进行分析，3m厚以上的夹砂层，采取点振措施，具体方法为：钢圆筒筒底进入夹砂层后，进行点振，每次点振时间不超过20s，记录钢圆筒下沉速率，以判断钢圆筒振沉是否产生砂层密实效应。

本发明的有益效果是：本发明可改变原天然地基的土体性质，打破硬土层，减少钢圆筒或类似基础结构物的打设阻力，减少打设过程的不均匀受力，提高可打入性；本发明可以处理较复杂地基，不受地质条件限制，可以扩大钢圆筒或类似基础结构物的使用范围；本发明采用振动锤联动的振沉工艺，及时监测、纠偏，是一套效率高、科学合理的振沉工艺。

附图说明

图1为本发明的基槽开挖施工流程图；

图2为本发明的钢圆筒振沉施工流程图；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

具体实施例1：

如图1和图2所示，一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，具体步骤为：

(1)施工前工序

基槽开挖：采用耙吸船对施工区域进行大面积开挖，大面积开挖阶段完成后，进行抓斗船基槽、边坡开挖和扫浅工作；

钢圆筒制作及运输：钢圆筒制作包括片体、分段、总装三个工序；钢圆筒制作完成后通过运输船运输到施工现场；

(2)施工现场地层处理

当砂层为5m时，采用DSM地基处理方法进行处理，具体的施工方法为：采用DCM船对施工现场的砂层地质进行处理，利用处理机系统的钻头对砂层进行机械搅拌，使其松散，同时将膨润土与海水搅拌而成的泥浆在砂层喷射，进行地质改良，降低标准贯入击数N值以达到要求；

其中泥浆的配比为：海水：膨润土＝1：1配置泥浆，比重为1.43g/cm³；

(3)钢圆筒振沉

运输船和定位驳定位，定位驳甲板上设有测量定位系统以及振动锤系统；

起重船起吊定位驳甲板上的振动锤系统至运输船处的钢圆筒的上方，用起重船上的锚机绞拉挂在共振梁上的钢丝绳旋转共振梁，使液压夹头与相应挡板靠紧，操纵振动锤及夹头液压工作系统，当所有夹头全部夹紧钢圆筒时，即可起吊钢圆筒；

起重船移动并根据钢圆筒振沉位置进行粗定位，定位完成后落钩完成钢圆筒的下沉，钢圆筒下沉至筒底距泥面0.5m时，起重机指挥钢圆筒进行精确定位，定位过程中测量人员实时监测并报偏位，直至钢圆筒位置偏差在15cm，垂直度偏差为0.2％，锁口平面扭角偏差为2°；

钢圆筒定位完成后，开始钢圆筒的自沉，自沉过程中测量人员实时监测并报偏位，对钢圆筒自沉过程进行纠偏，直至钢圆筒位置偏差在15cm，垂直度偏差为0.2％；

当钢圆筒自沉结束后开锤振沉，直至振沉至设计标高，钢圆筒振沉完成后立即进行回填，确保24小时筒内回填砂完成。

采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，在DCM船工作过程中，驱动电机驱动处理机传动轴、搅拌轴和钻头旋转，同时处理机依靠自身重力和搅拌轴钻头的切削力的共同作用下贯入，过程中喷浆口处不断喷射出泥浆，泥浆和原土通过设置在搅拌轴上的搅拌翼搅拌，降低标准贯入击数N值以达到要求。

采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，DCM船通过实时测量定位，使处理机中心与点位的中心重合；将搅拌好的泥浆储存至处理机储存罐内，经输送泵将泥浆输送至处理机喷头处进行喷浆处理，采取1.5m/min的速度进行钻头正转贯入，每台输送泵流量为300L/min，共4台；当钻头开始进入夹砂层时，降低贯入速度至1m/min；当钻头到达夹砂层底部，着底处理2min，开始反转提起，提升速度为1m/min，采用上喷浆孔边提起边喷浆，直至离开泥面，完成夹砂层处理作业。

所述测量定位系统由两台GPS接收机、液位传感器、红外信号反射棱镜、两台自动跟踪全站仪、微机集成系统组成；在定位驳上安置两台GPS接收机、两台自动跟踪全站仪，在钢圆筒共振梁上安装液位传感器和红外信号反射棱镜；GPS接收机实时获取网络GPS RTK固定解或单参考站GPS RTK固定解，自动跟踪全站仪实时测量钢圆筒的位置，液位传感器实时监测钢圆筒的姿态；微机集成系统采集GPS实时三维坐标、自动跟踪全站仪测角和测距数据以及液位传感器数据后，进行数据计算、处理并在屏幕上显示出钢圆筒偏位和姿态，指导钢圆筒定位和纠偏，并监控振沉过程。

所述振动锤系统采用大型钢圆筒振沉用共振装置，共振梁上设有12组振动锤。

钢圆筒自沉过程中缓慢落钩，同时收紧定位方驳锚缆，起重船及时仰俯扒杆，以确保钩头垂直吊钢圆筒；如果钢圆筒在自沉过程中，筒体倾斜为0.2％，立即停钩，采取松紧锚缆调整船位、升降左右钩头、前后仰俯扒杆、反复上拔和下沉的措施交替重复使用，直至筒位倾斜为0.1％，继续下沉。

钢圆筒振沉施工前，对原泥面标高进行检测，确保高差控制在1m，坡度控制在3％，然后进行钢圆筒振沉施工。

钢圆筒振沉过程中，起重船吊重控制在600t，动力柜转速控制在1200rpm；随着入泥深度增加，减少吊重，稳定动力柜转速为1500rpm；钢圆筒振沉前，对地质资料进行分析，3m厚的夹砂层，采取点振措施，具体方法为：钢圆筒筒底进入夹砂层后，进行点振，每次点振时间为18s，记录钢圆筒下沉速率，以判断钢圆筒振沉是否产生砂层密实效应。

具体实施例2：

一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，具体步骤为：

(1)施工前工序

基槽开挖：采用耙吸船对施工区域进行大面积开挖，大面积开挖阶段完成后，进行抓斗船基槽、边坡开挖和扫浅工作；

钢圆筒制作及运输：钢圆筒制作包括片体、分段、总装三个工序；钢圆筒制作完成后通过运输船运输到施工现场；

(2)施工现场地层处理

当砂层为3m，N值为22时，采用DSM地基处理方法进行处理，具体的施工方法为：采用DCM船对施工现场的砂层地质进行处理，利用处理机系统的钻头对砂层进行机械搅拌，使其松散，同时将黄黏土与海水搅拌而成的泥浆在砂层喷射，进行地质改良，降低标准贯入击数N值以达到要求；

其中泥浆的配比为：海水：黄黏土＝1：1配置泥浆，比重为1.50g/cm³；

(3)钢圆筒振沉

运输船和定位驳定位，定位驳甲板上设有测量定位系统以及振动锤系统；

起重船起吊定位驳甲板上的振动锤系统至运输船处的钢圆筒的上方，用起重船上的锚机绞拉挂在共振梁上的钢丝绳旋转共振梁，使液压夹头与相应挡板靠紧，操纵振动锤及夹头液压工作系统，当所有夹头全部夹紧钢圆筒时，即可起吊钢圆筒；

起重船移动并根据钢圆筒振沉位置进行粗定位，定位完成后落钩完成钢圆筒的下沉，钢圆筒下沉至筒底距泥面1.0m时，起重机指挥钢圆筒进行精确定位，定位过程中测量人员实时监测并报偏位，直至钢圆筒位置偏差在13cm，垂直度偏差为0.1％，锁口平面扭角偏差为1°；

钢圆筒定位完成后，开始钢圆筒的自沉，自沉过程中测量人员实时监测并报偏位，对钢圆筒自沉过程进行纠偏，直至钢圆筒位置偏差在10cm，垂直度偏差为0.1％；

当钢圆筒自沉结束后开锤振沉，直至振沉至设计标高，钢圆筒振沉完成后立即进行回填，确保20小时筒内回填砂完成。

采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，在DCM船工作过程中，驱动电机驱动处理机传动轴、搅拌轴和钻头旋转，同时处理机依靠自身重力和搅拌轴钻头的切削力的共同作用下贯入，过程中喷浆口处不断喷射出泥浆，泥浆和原土通过设置在搅拌轴上的搅拌翼搅拌，降低标准贯入击数N值以达到要求。

采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，DCM船通过实时测量定位，使处理机中心与点位的中心重合；将搅拌好的泥浆储存至处理机储存罐内，经输送泵将泥浆输送至处理机喷头处进行喷浆处理，采取1.5m/min的速度进行钻头正转贯入，每台输送泵流量为300L/min，共4台；当钻头开始进入夹砂层时，降低贯入速度至1m/min；当钻头到达夹砂层底部，着底处理2min，开始反转提起，提升速度为1.5m/min，采用上喷浆孔边提起边喷浆，直至离开泥面，完成夹砂层处理作业。

所述测量定位系统由两台GPS接收机、液位传感器、红外信号反射棱镜、两台自动跟踪全站仪、微机集成系统组成；在定位驳上安置两台GPS接收机、两台自动跟踪全站仪，在钢圆筒共振梁上安装液位传感器和红外信号反射棱镜；GPS接收机实时获取网络GPS RTK固定解或单参考站GPS RTK固定解，自动跟踪全站仪实时测量钢圆筒的位置，液位传感器实时监测钢圆筒的姿态；微机集成系统采集GPS实时三维坐标、自动跟踪全站仪测角和测距数据以及液位传感器数据后，进行数据计算、处理并在屏幕上显示出钢圆筒偏位和姿态，指导钢圆筒定位和纠偏，并监控振沉过程。

所述振动锤系统采用大型钢圆筒振沉用共振装置，共振梁上设有12组振动锤。

钢圆筒自沉过程中缓慢落钩，同时收紧定位方驳锚缆，起重船及时仰俯扒杆，以确保钩头垂直吊钢圆筒；如果钢圆筒在自沉过程中，筒体倾斜为0.2％时，立即停钩，采取松紧锚缆调整船位、升降左右钩头、前后仰俯扒杆、反复上拔和下沉的措施交替重复使用，直至筒位倾斜为0.1％，继续下沉。

钢圆筒振沉施工前，对原泥面标高进行检测，确保高差控制在0.5m，坡度控制在2％，然后进行钢圆筒振沉施工。

钢圆筒振沉过程中，起重船吊重控制在1500t，动力柜转速控制在1200rpm；随着入泥深度增加，减少吊重，稳定动力柜转速为1300rpm；钢圆筒振沉前，对地质资料进行分析，3m厚的夹砂层，采取点振措施，具体方法为：钢圆筒筒底进入夹砂层后，进行点振，每次点振时间为15s，记录钢圆筒下沉速率，以判断钢圆筒振沉是否产生砂层密实效应。

本发明可改变原天然地基的土体性质，打破硬土层，减少钢圆筒或类似基础结构物的打设阻力，减少打设过程的不均匀受力，提高可打入性；本发明可以处理较复杂地基，不受地质条件限制，可以扩大钢圆筒或类似基础结构物的使用范围；本发明采用振动锤联动的振沉工艺，及时监测、纠偏，是一套效率高、科学合理的振沉工艺。

上面结合附图和具体实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，具体步骤为：

(1)施工前工序

基槽开挖：采用耙吸船对施工区域进行大面积开挖，大面积开挖阶段完成后，进行抓斗船基槽、边坡开挖和扫浅工作；

钢圆筒制作及运输：钢圆筒制作包括片体、分段、总装三个工序；钢圆筒制作完成后通过运输船运输到施工现场；

(2)施工现场地层处理

对施工现场的地层状况进行勘探，根据地层的具体情况进行前期处理，处理的标准为：当砂层大于4m，砂层需处理；当砂层为2-4m，N值大于20需处理，小于20不处理；当砂层为1-2m，N值大于25需处理，小于25不处理；当砂层小于1m，不处理；

对需要处理的硬质地层采用DSM地基处理方法进行处理，具体的施工方法为：采用DCM船对施工现场的砂层地质进行处理，利用处理机系统的钻头对砂层进行机械搅拌，使其松散，同时将膨润土或黄黏土与海水搅拌而成的泥浆在砂层喷射，进行地质改良，降低标准贯入击数N值以达到要求；

其中泥浆的配比为：海水：膨润土＝1：1配置泥浆，比重为1.43g/cm³；或海水：黄黏土＝1：1配置泥浆，比重为1.50g/cm³；

(3)钢圆筒振沉

运输船和定位驳定位，定位驳甲板上设有测量定位系统以及振动锤系统；

起重船起吊定位驳甲板上的振动锤系统至运输船处的钢圆筒的上方，用起重船上的锚机绞拉挂在共振梁上的钢丝绳旋转共振梁，使液压夹头与相应挡板靠紧，操纵振动锤及夹头液压工作系统，当所有夹头全部夹紧钢圆筒时，即可起吊钢圆筒；

起重船移动并根据钢圆筒振沉位置进行粗定位，定位完成后落钩完成钢圆筒的下沉，钢圆筒下沉至筒底距泥面0.5-1.0m时，起重机指挥钢圆筒进行精确定位，定位过程中测量人员实时监测并报偏位，直至钢圆筒位置偏差在15cm以内，垂直度偏差≤0.2％，锁口平面扭角偏差≤2°；

钢圆筒定位完成后，开始钢圆筒的自沉，自沉过程中测量人员实时监测并报偏位，对钢圆筒自沉过程进行纠偏，直至钢圆筒位置偏差在15cm以内，垂直度偏差≤0.2％；

当钢圆筒自沉结束后开锤振沉，直至振沉至设计标高，钢圆筒振沉完成后立即进行回填，确保24小时内筒内回填砂完成。

2.根据权利要求1所述的一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，在DCM船工作过程中，驱动电机驱动处理机传动轴、搅拌轴和钻头旋转，同时处理机依靠自身重力和搅拌轴钻头的切削力的共同作用下贯入，过程中喷浆口处不断喷射出泥浆，泥浆和原土通过设置在搅拌轴上的搅拌翼搅拌，降低标准贯入击数N值以达到要求。

3.根据权利要求2所述的一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，采用DSM地基处理方法对硬质地层进行处理时，DCM船通过实时测量定位，使处理机中心与点位的中心重合；将搅拌好的泥浆储存至处理机储存罐内，经输送泵将泥浆输送至处理机喷头处进行喷浆处理，采取1.5m/min的速度进行钻头正转贯入，每台输送泵流量为300L/min，共4台；当钻头开始进入夹砂层时，降低贯入速度至1m/min；当钻头到达夹砂层底部，着底处理2min，开始反转提起，提升速度为1-1.5m/min，采用上喷浆孔边提起边喷浆，直至离开泥面，完成夹砂层处理作业。

4.根据权利要求3所述的一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，所述测量定位系统由两台GPS接收机、液位传感器、红外信号反射棱镜、两台自动跟踪全站仪、微机集成系统组成；在定位驳上安置两台GPS接收机、两台自动跟踪全站仪，在钢圆筒共振梁上安装液位传感器和红外信号反射棱镜；

GPS接收机实时获取网络GPS RTK固定解或单参考站GPS RTK固定解，自动跟踪全站仪实时测量钢圆筒的位置，液位传感器实时监测钢圆筒的姿态；微机集成系统采集GPS实时三维坐标、自动跟踪全站仪测角和测距数据以及液位传感器数据后，进行数据计算、处理并在屏幕上显示出钢圆筒偏位和姿态，指导钢圆筒定位和纠偏，并监控振沉过程。

5.根据权利要求4所述的一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，所述振动锤系统采用大型钢圆筒振沉用共振装置，共振梁上设有12组振动锤。

6.根据权利要求5所述的一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，钢圆筒自沉过程中缓慢落钩，同时收紧定位方驳锚缆，起重船及时仰俯扒杆，以确保钩头垂直吊钢圆筒；

如果钢圆筒在自沉过程中，筒体倾斜超过0.2％时，立即停钩，采取松紧锚缆调整船位、升降左右钩头、前后仰俯扒杆、反复上拔和下沉的措施交替重复使用，直至筒位倾斜≤0.2％，继续下沉。

7.根据权利要求6所述的一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，钢圆筒振沉施工前，对原泥面标高进行检测，确保高差控制在1m以内，坡度控制在3％以内，然后进行钢圆筒振沉施工。

8.根据权利要求7所述的一种振动锤联动振沉钢圆筒的施工工艺，其特征在于，钢圆筒振沉过程中，起重船吊重控制在600-1500t，动力柜转速控制在1200rpm；随着入泥深度增加，减少吊重，稳定动力柜转速不超过1500rpm；

钢圆筒振沉前，对地质资料进行分析，3m厚以上的夹砂层，采取点振措施，具体方法为：钢圆筒筒底进入夹砂层后，进行点振，每次点振时间不超过20s，记录钢圆筒下沉速率，以判断钢圆筒振沉是否产生砂层密实效应。