CN109469085A - 一种深水嵌岩承台基础施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于桥梁深水基础施工技术领域，提供一种深水嵌岩承台基础施工方法借助水上施工作业平台布置冲击钻机，开设槽孔并形成沟槽，无覆盖层，采用非爆破的施工方式，对岩层扰动与周边环境的影响小，无需单独搭设水上作业平台，充分利用桩基施工设备，不需要额外投入新设备，围堰基槽成槽质量好，确保了钢套箱围堰挡水止水效果。

Description

一种深水嵌岩承台基础施工方法

技术领域

本发明属于桥梁深水基础施工技术领域，尤其涉及一种深水嵌岩承台基础 施工方法。

背景技术

在深水桥梁基础施工过程中，当承台嵌于河床的坚硬岩石层中时，通常采 用水下爆破的方法，清破承台范围内的岩石，再采用围堰进行承台基础施工。 而当承台位置邻近其它重要构造物，或由于环保要求，不能进行水下爆破施工 时，围堰无法着床至预定位置，承台施工十分困难。本说明根据水文及河床岩 层情况，通过设置水上施工平台，利用钻机将围堰埋设范围内的岩层先行清除， 形成槽孔，再下放整体围堰至槽孔内，并在槽孔内浇筑混凝土以保证围堰整体 稳定，最后利用安装就位的钢围堰进行承台基础施工。该方法对岩层扰动及周 边环境的影响小，施工更加安全及环保。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种深水嵌岩承台基础施工方法， 旨在解决现有施工条件不宜进行水下爆破施工、围堰无法着床至预定位置、承 台施工十分困难的问题，有效地规避施工制约条件，保证承台基础施工质量。

本发明的技术方案如下：

一种深水嵌岩承台基础施工方法，包括以下步骤：

步骤1、清理河床覆盖层，打设大小钢管桩入河床，并焊连搭设贝雷梁， 铺设平台面板，形成水上施工作业平台；

步骤2、按照设计图纸进行测量放样，布设槽孔开设范围；

步骤3、在所述水上施工作业平台上布置冲击钻机，沿所述槽孔开设范围 进行钻孔施工；

步骤4、采用空压机进行抽渣，清除进行步骤3产生的岩石碎渣；

步骤5、在所述水上施工作业平台上拼装钢套箱围堰，并将所述钢套箱围 堰整体下放至开挖形成的槽孔内；

步骤6、所述钢套箱围堰安装就位后，在所述槽孔内浇筑水下混凝土，将 所述钢套箱围堰锚固固定；

步骤7、安装所述钢套箱围堰内支撑，用所述冲击钻机破除承台范围内岩 层并清除岩石碎渣；

步骤8、岩石碎渣清除完成后，进行水下混凝土封底并抽干所述钢套箱围 堰内的水，进行后续承台施工。

具体的，步骤4中采用空压机抽渣时，还配置有高压射水装置。

具体的，步骤3具体过程如下：

先钻出槽孔，再钻除槽孔开设范围内的岩层以形成沟槽，所述槽孔施工时 在孔位处设置钢护筒，所述钢护筒埋入岩层50～80cm，所述钢护筒上部高于所 述水上施工作业平台顶，所述钢护筒上部须采用型钢设置限位固定装置。

具体的，步骤5所述将所述钢套箱围堰整体下放至开挖形成的槽孔内具体 包括：

在所述水上施工作业平台安装吊机，所述钢套箱围堰顶部四周均匀设置钢 缆，且钢缆连接至吊机吊臂顶端，吊机吊臂顶端位置朝下安装距离探测器和激 光发射器；

在槽孔外的附近水中放置水流传感器，所述水流传感器放置高度为水深h0 的一半；

以所述水上施工作业平台所在平面为水平面，所述槽孔中心位置对应所述 水上施工作业平台位置为原点，所述槽孔一条边方向为X轴，相邻垂直边所在 方向为Y轴建立XY坐标系，所述水流传感器检测到的水流流速为V，水流与X 轴形成角度为θ；

所述吊机对围堰进行起吊，控制吊臂将所述钢套箱围堰下放至围堰底部接 近所述槽孔，此时所述钢套箱围堰下部分浸入水中；

开启距离探测器，检测到吊臂顶部距离水上施工作业平台的高度为h₁，如 果所述钢套箱围堰完全下放至槽孔内时，水上施工作业平台距离所述钢套箱围 堰中间位置的高度为h₂，所述钢套箱围堰在水中时，水流对所述钢套箱围堰的 两个壁面产生推力，分别为F₁和F₂，F₁＝kL₁h₀vcosθ，F₂＝kL₂h₀vsinθ，其中L₁为 围堰与Y轴同向的一条边的长度，L₂为围堰与X轴同向的一条边的长度，k为 推力与水流的转换系数，因此水流对所述钢套箱围堰产生的推力合力为 目标偏移距离mg为所述钢套箱围堰重力；

计算吊臂顶部在所述水上施工作业平台的目标位置投影点 M(dsinα,dcosα)，其中在所述水上施工作业平台标记目标 位置投影点；

开启激光发射器，保持所述吊臂顶端高度不变，控制所述吊机吊臂移动直 至所述激光发射器发出的激光线束照射在所述水上施工作业平台的目标位置投 影点；

保持所述吊臂顶端位置不变，下放钢缆，直至所述钢套箱围堰完全下放至 槽孔内。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种深水嵌岩承台基础施工方法借助 水上施工作业平台布置冲击钻机，开设槽孔并形成沟槽，无覆盖层，采用非爆 破的施工方式，对岩层扰动与周边环境的影响小，无需单独搭设水上作业平台， 充分利用桩基施工设备，不需要额外投入新设备，围堰基槽成槽质量好，确保 了钢套箱围堰挡水止水效果。

附图说明

图1是本发明中冲击钻机布设槽孔开设范围示意图；

图2是本发明中钢套箱围堰整体下放至槽孔预定位置示意图；

图3是本发明中槽孔孔位示意图；

图4是本发明中槽孔布设的平面示意图；

图5是本发明中XY坐标系建立示意图；

图6是本发明中钢套箱围堰吊装完成时平衡分析示意图；

图7是本发明中钢套箱围堰受力分析图；

图8是本发明中目标位置投影点方位示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

一种深水嵌岩承台基础施工方法，如图1至图4所示，包括以下步骤：

步骤1、清理河床2覆盖层，打设大小钢管桩1入河床，并焊连搭设贝雷 梁，铺设平台面板，形成水上施工作业平台3。

步骤2、按照设计图纸进行测量放样，布设槽孔开设范围5。

步骤3、在所述水上施工作业平台3上布置冲击钻机4，沿所述槽孔开设范 围5进行钻孔施工。

具体的，先钻出槽孔，再钻除槽孔开设范围内的岩层以形成沟槽，所述槽 孔施工时在孔位处设置钢护筒11，所述钢护筒11埋入岩层50～80cm，所述钢 护筒11上部高于所述水上施工作业平台3顶，所述钢护筒11上部须采用型钢 设置限位固定装置。

步骤4、采用空压机进行抽渣，清除进行步骤3产生的岩石碎渣。

采用空压机抽渣时，还配置有高压射水装置。配置高压射水装置，围堰基 槽成槽后采用空压机抽渣进行清槽，当回淤泥沙发生板结时通过高压水柱将板 结的泥沙冲散，然后抽出槽外。

步骤5、在所述水上施工作业平台3上拼装钢套箱围堰7，并将所述钢套箱 围堰7整体下放至开挖形成的槽孔内。

步骤6、所述钢套箱围堰7安装就位后，在所述槽孔内浇筑水下混凝土， 将所述钢套箱围堰7锚固固定。

步骤7、安装所述钢套箱围堰内支撑8，用所述冲击钻机4破除承台范围内 岩层并清除岩石碎渣。

步骤8、岩石碎渣清除完成后，进行水下混凝土封底并抽干所述钢套箱围 堰7内的水，进行后续承台施工。

在上述步骤5中需要将围堰吊装至挖好的槽孔内，实际施工中采用吊机吊 装，吊机安装在施工作业平台上。由于吊机操作员在吊机上看不到水底情况， 无法准确的将围堰吊至准确位置，特别的，围堰在水中也会受到水流的推力， 进一步增加了吊装难度，本实施例提供一种解决方案，将围堰整体下放至开挖 形成的槽孔内具体包括下述步骤：

S1、在施工作业平台安装吊机，围堰顶部四周均匀设置钢缆，且钢缆连接 至吊机吊臂顶端，吊机吊臂顶端位置朝下安装距离探测器和激光发射器。

S2、如图5所示，在槽孔外的附近水中放置水流传感器101，水流传感器 放置高度为水深h₀的一半。

S3、以施工作业平台所在平面为水平面，槽孔中心位置对应施工作业平台 位置为原点，槽孔一条边方向为X轴，相邻垂直边所在方向为Y轴建立XY坐标 系，水流传感器检测到的水流流速为V，水流与X轴形成角度为θ。

S4、吊机对围堰进行起吊，控制吊臂将围堰下放至围堰底部接近槽孔，此 时围堰下部分浸入水中。

S5、如图6所示，开启距离探测器102，检测到吊臂顶部距离施工作业平 台的高度为h₁，如果围堰完全下放至槽孔内时，施工作业平台距离围堰中间位 置的高度为h₂，围堰在水中时，水流对围堰的两个壁面产生推力，如图6所示， 假设水流的流向是右前方，因此会对围堰左壁和后壁产生推力，假设分别为F₁和F₂，那么F₁＝kL₁h₀vcosθ，F₂＝kL₂h₀vsinθ，vcosθ和vsinθ为水流相对左壁和 后壁的分速度，其中L₁为围堰与Y轴同向的一条边的长度，L₂为围堰与X轴同 向的一条边的长度，k为推力与水流的转换系数，由于水流对围堰壁面的推力和水流流速以及在水中的壁面面积有关，围堰从接近槽孔位置开始下降过程中， 围堰在水中的面积是不变的，因为落入到槽孔内的围堰部分不受水流推力，因 此只是水底上部分的水体才会对围堰产生推力，而转换系数k可以通过标定得 到，为一常数。因此水流对围堰产生的推力合力为

假设当围堰完全且准确下放至槽孔内时，如图6所示，此时为平衡状态， 吊臂顶部与槽孔中心位置有一定偏移，即目标偏移距离，目标偏移距离对应的 目标位置投影点即为最终状态下吊臂顶部在施工作业平台的投影位置。因此只 需控制吊臂顶部的投影点移动至目标位置投影点，然后保持高度不变逐渐放下 钢缆，即可实现将围堰完全且准确下放至槽孔，需要注意的是，到最后接近槽 孔底部时需要放慢速度，避免晃动带来偏差。

结合图7所示，假设F_合和围堰重力mg之间的合力与垂线的角度为β，有d为目标偏移距离，因此

S6、计算吊臂顶部在施工作业平台的目标位置投影点M(dsinα,dcosα)，其 中在施工作业平台标记目标位置投影点。

在平衡状态下，坐标系中吊臂顶端在施工作业平台上的投影点与原点的偏 离方位与F_合的方向有关，如图8所示，F_合与原点到M的方向相反，假设原点 到M的方向与X轴形成的角为α，有因此

S7、开启激光发射器，保持吊臂顶端高度不变，控制吊机吊臂移动直至激 光发射器发出的激光线束照射在施工作业平台的目标位置投影点。

S8、保持吊臂顶端位置不变，下放钢缆，直至围堰完全下放至槽孔内。

在实际应用中，为了满足不同桥梁施工环境的要求，成槽机械也可采用旋 挖钻机及工程钻机。根据水上施工场地和围堰设计尺寸，当平台顶至基槽底距 离较小时也可采取长臂挖机进行基槽整平及捞渣清槽。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种深水嵌岩承台基础施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、清理河床覆盖层，打设大小钢管桩入河床，并焊连搭设贝雷梁，铺设平台面板，形成水上施工作业平台；

步骤2、按照设计图纸进行测量放样，布设槽孔开设范围；

步骤3、在所述水上施工作业平台上布置冲击钻机，沿所述槽孔开设范围进行钻孔施工；

步骤4、采用空压机进行抽渣，清除进行步骤3产生的岩石碎渣；

步骤5、在所述水上施工作业平台上拼装钢套箱围堰，并将所述钢套箱围堰整体下放至开挖形成的槽孔内；

步骤6、所述钢套箱围堰安装就位后，在所述槽孔内浇筑水下混凝土，将所述钢套箱围堰锚固固定；

步骤7、安装所述钢套箱围堰内支撑，用所述冲击钻机破除承台范围内岩层并清除岩石碎渣；

步骤8、岩石碎渣清除完成后，进行水下混凝土封底并抽干所述钢套箱围堰内的水，进行后续承台施工。

2.如权利要求1所述的一种深水嵌岩承台基础施工方法，其特征在于，步骤4中采用空压机抽渣时，还配置有高压射水装置。

3.如权利要求2所述的一种深水嵌岩承台基础施工方法，其特征在于，步骤3具体过程如下：

先钻出槽孔，再钻除槽孔开设范围内的岩层以形成沟槽，所述槽孔施工时在孔位处设置钢护筒，所述钢护筒埋入岩层50～80cm，所述钢护筒上部高于所述水上施工作业平台顶，所述钢护筒上部须采用型钢设置限位固定装置。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种深水嵌岩承台基础施工方法，其特征在于，步骤5所述将所述钢套箱围堰整体下放至开挖形成的槽孔内具体包括：

在所述水上施工作业平台安装吊机，所述钢套箱围堰顶部四周均匀设置钢缆，且钢缆连接至吊机吊臂顶端，吊机吊臂顶端位置朝下安装距离探测器和激光发射器；

在槽孔外的附近水中放置水流传感器，所述水流传感器放置高度为水深h₀的一半；

以所述水上施工作业平台所在平面为水平面，所述槽孔中心位置对应所述水上施工作业平台位置为原点，所述槽孔一条边方向为X轴，相邻垂直边所在方向为Y轴建立XY坐标系，所述水流传感器检测到的水流流速为V，水流与X轴形成角度为θ；

所述吊机对围堰进行起吊，控制吊臂将所述钢套箱围堰下放至围堰底部接近所述槽孔，此时所述钢套箱围堰下部分浸入水中；

开启距离探测器，检测到吊臂顶部距离水上施工作业平台的高度为h₁，如果所述钢套箱围堰完全下放至槽孔内时，水上施工作业平台距离所述钢套箱围堰中间位置的高度为h₂，所述钢套箱围堰在水中时，水流对所述钢套箱围堰的两个壁面产生推力，分别为F₁和F₂，F₁＝kL₁h₀vcosθ，F₂＝kL₂h₀vsinθ，其中L₁为围堰与Y轴同向的一条边的长度，L₂为围堰与X轴同向的一条边的长度，k为推力与水流的转换系数，因此水流对所述钢套箱围堰产生的推力合力为目标偏移距离mg为所述钢套箱围堰重力；

计算吊臂顶部在所述水上施工作业平台的目标位置投影点M(dsinα,dcosα)，其中在所述水上施工作业平台标记目标位置投影点；

开启激光发射器，保持所述吊臂顶端高度不变，控制所述吊机吊臂移动直至所述激光发射器发出的激光线束照射在所述水上施工作业平台的目标位置投影点；

保持所述吊臂顶端位置不变，下放钢缆，直至所述钢套箱围堰完全下放至槽孔内。