CN109487807B - 一种钢管桩围堰引孔换填施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管桩围堰引孔换填施工方法，在墩台桩基完成后，首先搭建钻机引孔平台，在钢板桩的围堰轴线上搭设钢护筒布置钻机进行冲孔换填，通过掏渣桶把钻渣通过专用弃渣车运输到指定的弃土场。待钻进至设计标高以下20cm后，采用环保编织袋填入透水性材料换填至河床以上50cm后，经过5‑7d的沉淀密实后，进行常规的钢板桩插打工序。本发明在常规钢板桩插打不进的基础上增加了引孔换填的施工工艺，相比钢套箱施工，节省成本、施工机械设备简单。

Description

一种钢管桩围堰引孔换填施工方法

技术领域

本发明涉及一种钢管桩围堰引孔换填施工方法，属于道路桥梁施工领域。

背景技术

近年来，我国公路网进入快速发展时期，桥梁施工技术也在不断创新，特别是为适应沿海地区众多江、河、湖泊及软弱土层的特殊地层构造而采用复杂的桥梁设计，对围堰技术要求越来越高。针对不同地域、不同地质、不同工程规模等采用的施工方法也各有所不同。为保证水中承台的施工质量安全，我国深水基础修建过程中采用的围堰形式主要有钢板桩围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰、锁口钢管桩围堰等。钢板桩围堰主要为单壁结构,钢套(吊)箱围堰可分为单壁、双壁以及单双壁组合式。钢板桩围堰适应于20-30m桥位围堰和砂性土、粘性土、碎石土及风化岩石等河床的深水基础，由于钢板桩具有施工速度快、防水性能好、可重复利用等诸多优点,被广泛应用于修建桥梁深水基础时的围堰工程。套箱围堰和双壁钢围堰主要适应于流速小于2m/s，埋置不深的水中基础及修建桩基承台，主要形式有圆形或椭圆形，要求套箱下沉至要求标高时，垂直度满足要求，以增加整体稳定性，同时，围堰本身自重较大，需要大型的起重设备辅助安装和其他措施已达到要求位置。

深水桥梁基础施工应根据各自桥梁基础不同的水文、地质、材料以及设备等条件，综合考虑各种因素进行比选。当前深水围堰技术中的钢板桩和双壁钢围堰技术是比较常用的施工方法，近年来铁路大规模、高标准建设中，大型钢板桩围堰的技术创新体现了又好又快的建设理念，因而，未来的建设基础和水利工程将会在安全、环保、高效的理念下，保护土地资源条件的制约下，钢板桩围堰施工将会迎来长效的发展。

然而，在桥涵工程中，针对卵石粒径大、强度高以及钢板桩底口嵌入无法插打的强风化、中风化的岩石地层，常规的钢板桩施工方法，无法将钢板桩顺利、稳定的插打进水下河床中。

发明内容

为克服上述不足，本发明目的是提供一种围堰引孔换填施工方法，专门针对卵石粒径大、强度高以及钢板桩底口嵌入无法插打的强风化、中风化的特殊岩石地层。尤其适用于工程规模不是非常大、工程成本受限及采用常规的钢板桩施工、钢套箱施工不具备条件的工程。

一种围堰引孔换填施工方法，其特征在于，步骤如下:

步骤一，墩台桩基完成后，将原有的钻孔平台完全拆除，将拆除材料存放在支栈桥上备用；

步骤二，将临时冲孔平台钢管桩基打入河床，利用现有拆除的平台材料在原先的钻孔平台上架设临时冲孔平台，架设时注意避开冲孔位置；

步骤三，利用两侧的冲孔平台钢管桩基做为支撑点，在临时冲孔平台上安装两层导向架；

步骤四，将钢护筒穿过导向架并打入河床中，将钢护筒中的基质钻碎并运出；将环保编织袋填入透水性材料，埋入钢护筒中至河床以上后，取出钢护筒，经过5-7d的沉淀密实；在沉淀密实处打入锁口桩，同时打入钢管桩，钢管桩与锁口桩之间通过彼此锁口装配安装；

步骤五，锁口桩合拢后，抽水1m，安装第一层围檩及角撑、对撑；

步骤六，抽水或使用长臂挖机水下开挖基坑至安装第二层支撑深度，安装第二层围檩及角撑、对撑；

步骤七，安装完成后抽水或开挖基坑至封底并整平封底，同时打设临时平台浇筑封底砼。

进一步，步骤三中，顶层导向架安装在临时冲孔平台面系上，并与两侧的支栈桥面、主栈桥桥面连接固定；支底层导向架安装在临时冲孔平台的钢管上，并与两侧的支栈桥钢管桩基连接固定。

进一步，所述的钢管桩钢护筒直径1.2m，长度12m。

本发明公开了一种钢管桩围堰引孔换填施工方法，在墩台桩基完成后，首先搭建钻机引孔平台，在钢板桩的围堰轴线上搭设钢护筒布置钻机进行冲孔换填，通过掏渣桶把钻渣通过专用弃渣车运输到指定的弃土场。待钻进至设计标高以下20cm后，采用环保编织袋填入透水性材料换填至河床以上50cm后，经过5-7d的沉淀密实后，进行常规的钢板桩插打工序。对卵石粒径大、强度高以及钢板桩底口嵌入无法插打的强风化、中风化的特殊岩石地层，尤其适用本法。

附图说明

图1为本发明顶层导向架的俯视图。

图2为本发明底层导向架的俯视图。

图3为本发明实施例临时冲孔平台安装后的平台俯视图。

图4为本发明实施例安装双层导向架后的平台俯视图。

图5为本发明实施例锁口桩和钢板桩之间的连接示意图。

图6为本发明实施例打桩完成后的钢板桩和锁口桩俯视图。

图7为本发明实施例第一层支撑安装后的围堰俯视图。

图8为本发明实施例第二层支撑安装后的围堰俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种围堰引孔换填施工方法，步骤如下:

步骤一，墩台桩基完成后，将原有的钻孔平台完全拆除，将拆除材料存放在支栈桥上备用；

步骤二，将临时冲孔平台钢管桩基打入河床，利用现有拆除的平台材料在原先的钻孔平台上架设临时冲孔平台，架设时注意避开冲孔位置；

步骤三，利用两侧的冲孔平台钢管桩基做为支撑点，在临时冲孔平台上安装两层导向架；

步骤四，将钢护筒穿过导向架并打入河床中，将钢护筒中的基质钻碎并运出；将环保编织袋填入透水性材料，埋入钢护筒中至河床以上后，取出钢护筒，经过5-7d的沉淀密实；在沉淀密实处打入锁口桩，同时打入钢管桩，钢管桩与锁口桩之间通过彼此锁口装配安装；

步骤五，锁口桩合拢后，抽水1m，安装第一层围檩及角撑、对撑；

步骤六，抽水或使用长臂挖机水下开挖基坑至安装第二层支撑深度，安装第二层围檩及角撑、对撑；

步骤七，安装完成后抽水或开挖基坑至封底并整平封底，同时打设临时平台浇筑封底砼。

顶层导向架安装在临时冲孔平台面系上，并与两侧的支栈桥面、主栈桥桥面连接固定；底层导向架安装在临时冲孔平台的钢管上，并与两侧的支栈桥钢管桩基连接固定。

如图1所示，顶层导向架包括平行的架Ⅰ1、架Ⅱ2，架Ⅰ1、架Ⅱ2之间的两端分别焊接固定架Ⅲ3、架Ⅳ4，其中架Ⅳ4与架Ⅰ1、架Ⅱ2的端头齐平焊接固定，架Ⅲ3与架Ⅰ1、架Ⅱ2的固定处还伸出架Ⅰ1、架Ⅱ2的端头部5；架Ⅴ6、架Ⅵ7分别与架Ⅲ3、架Ⅳ4位于同一水平线上，且分别焊接在架Ⅰ1、架Ⅱ2的外侧。本发明的顶层导向架，架Ⅴ6、架Ⅵ7与支栈桥面连接固定，端头部5固定在主栈桥面上，架Ⅰ1、架Ⅱ2、架Ⅲ3、架Ⅳ4的内侧与临时冲孔平台面连接固定。

如图2所示，底层导向架与顶层导向架结构上区别处在于，没有端头部；固定方式区别处在于，架Ⅴ6、架Ⅵ7与支栈桥钢管桩基连接固定，架Ⅰ1、架Ⅱ2、架Ⅲ3、架Ⅳ4的内侧与临时冲孔平台面的钢管桩基连接固定。

现结合实施例济洛黄河大桥施工对本发明做进一步说明。

一、施工准备

1.编制好专项施工方案、技术准备工作，做好技术、安全交底工作。

2.施工区域内供水、供电、临时设施满足施工要求。

3.施工前严格按照施工图纸和施工方案执行，确定围堰的平面尺寸位置、钢板桩底标高、冲孔方式、换填方案。

二、围堰施工方案

1、钻孔平台拆除

将墩台桩基完成后，将原有的36m×19m钻孔平台完全拆除，将材料存放在支栈桥上备用。

2、临时冲孔平台安装

利用现有拆除的平台材料进行架设临时冲孔平台，尺寸30*13.5m。架设时注意避开冲孔位置。

3、安装双层导向架

将未冲孔侧的临时冲孔平台桩基打入，利用两侧的冲孔平台桩做为支撑点，安装两层导向架横梁，顶层导向架采用2I40型钢，安装在临时冲孔平台面系上，底层导向架利用顶层围檩材料，安装在临时冲孔平台的钢管上。

4、钻机冲孔和打桩施工

冲孔数量为84个，冲孔直径为1.1m，钢护筒直径1.2m，钢护筒长度12m左右。

施工工序：

工序一，四台钻机就位打设钢护筒并开始冲孔施工，并排插打，三台钻机每台成孔10个，一台钻机成孔12个；

工序二，临时钻孔平台上部结构重新架设，如上道工序继续施工，将钻机移至下一工作区域进行钻孔施工，钻机数量减少至3台，成孔11个。

工序三，占用主栈桥使用两台钻机冲击剩余11个孔位，

工序四，将钢护筒中的基质钻碎并运出；将环保编织袋填入透水性材料，埋入钢护筒中至河床以上后，取出钢护筒，经过5-7d的沉淀密实后，打桩完成84根锁口桩和78根钢板桩，打桩过程中，留有多余钻机用于孔位偏、斜或无法打入的孔位的洗孔。

图5为本实施例锁口桩8和钢板桩9之间的连接示意图。

图6为本工序完成后的钢板桩和锁口桩俯视图。相邻锁口桩之间安装钢管桩，钢管桩与锁口桩之间通过彼此锁口装配安装；但是，在上部两个拐角处，相邻锁口桩之间仅安装一个钢管桩，下部两个拐角处，相邻锁口桩之间不安装钢管桩。

5、第一层支撑安装

锁口桩合拢后，抽水1m，安装第一层围檩及部分角撑和对撑。

6、第二层支撑安装

将第一层支撑剩余部分安装完成后，抽水或使用长臂挖机水下开挖基坑至安装第二层支撑，安装完成后，抽水或开挖至封底并整平封底。

7、基坑开挖封底浇筑

使用长臂挖机水下开挖基坑至封底底，同时打设临时平台浇筑封底砼。

1）、清理工作

水下开挖到设计标高后，先用射水装置冲洗板桩，再安排潜水工潜入水中清基，整平基面，将封底砼高度内的钢板板桩壁的粘泥应尽可能洗净，确保混凝土封底效果。

2）、搭设封底平台、布置封底砼导管

封底平台利用现有工字钢和钢板在第一道护筒上面进行搭设，导管采用水下灌注桩导管，导管在使用前须进行水密试验，导管安装时，每个接头须预紧检查，下放固定时，导管下口悬空20～30cm。每根导管的作业半径按3m考虑。

3）、封底混凝土浇注工艺及流程

封底混凝土采用一次性浇筑，在护筒上搭设封底操作平台，采用2个大料斗和4套小料斗配合导管进行浇筑。先浇注围堰上游，再浇注围堰下游。

8、钢板（管）桩围堰监测

在钢板（管）桩围堰全部完成之后，在钢板（管）桩顶部设置监测点并涂刷红油漆。

采用全站仪测量水平位移，采用水准仪观测垂直位移。基坑施工期间，每天观测四次，分别在上午和下午的开工前和收工后。在承台施工期间，每天观测两次，分别是在早上开工前和晚上收工后。若监测数据超过危险值，则必须停止施工。检测数值表见下表。

检测数值表

检测项目	警戒值（mm）	控制值（mm）	危险值（mm）
				竖直沉降	35	40	50
水平位移	35	40	50

9、引孔施工中注意事项

1）、采用透水性材料进行回填，底下3m采用袋装黄土回填，上面采用散土回填，回填高度比河床高0.5m左右，确保回填密实。

2）、在冲击钻引孔的过程中，注意确保引孔垂直度，避免影响其他孔。

3）、在引孔回填过程中，合理安全钢板桩插打时间，如果遇到不能有效插打，采取重新洗孔措施，确保钢板桩达到有效深度。

4）、封底时，布料点分布均匀，保证最大作业半径不超过3.5m；

5）、对每个布料点附近的砼面仔细测量，尤其是两个布料点半径相交处的砼面，保证其砼面顶标高。

6）、抽水、找平垫层 待水下封底砼达到设计强度后，抽除围堰内的水，浇注砼垫层，并在围堰四周作积水坑。在钢围堰抽水过程中，设置专人观察钢围堰变形情况。

7）、钢板桩围堰的防渗能力较好，但仍有锁口不密，个别桩入土深度不够或桩尖打裂打卷以致发生漏渗情况。如果是锁口不密漏水，施工现场应用砂及锯屑等从钢板桩接缝处灌入（或采用塑料薄膜从钢板桩外围包裹，让水压力将薄膜压入钢板桩缝隙达到堵水的目的)；如桩脚漏水，则采用防水混凝土封堵。

8）灌注平台及支架加固须牢固可靠，上下通道及平台周围应加拉杆防护，平台间及通道外的空间设置安全防护网。

9）在开挖、清淤、封底过程中，应在围堰四周设置测量观测点，随时观测围囹变化情况，有问题及时处理。

10）对机械设备在运转过程中要勤加检查，及时维修，保证正常运转。

11）严格交接班制定，防止因交接混乱发生错误，造成安全及质量事故。

12）对通往的车辆及运行的罐车、泵车做好交通安全工作。

13）水下封底C30砼的强度须达到90%以上，方可进行下部工序施工。

本实施例施工中的质量控制如下：

1 、质量控制标准

本工法主要遵照执行的现行规范、规程、标准主要有：

（1）《国家行业标准—建筑基坑支护技术规程》 JGJ120-2012

（2）《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001

（3）《公路桥涵地基与基础设计规范》 JTG D63-2007

（4）《钢结构设计规范》 GB50017-2003

（5）《钢结构焊接规范》 GB 50661-2011

（6）《公路桥涵施工技术规范》 JTG/T F50-2011

（7）济源至洛阳西高速公路第2施工标段设计施工图、地质图及现场调查情况

（8）《济源至洛阳西高速公路第2施工标段地质勘测报告》

2、质量控制措施

施工前做好准备工作，制定相应的施工方案与技术安全交底。

施工过程中注意引孔的垂直，避免影响其他孔位，采用逐根打设护筒冲孔的方式，冲至第二个孔位时，将第一个空位内将孔内填筑沙袋至河床，并打设上一个1m的钢管桩做为孔壁限位，并将孔内填筑沙袋至河床。

在终孔换填时，要确保终孔标高在钢板桩底口（即深度要够），以便钢板桩能够插打到设计标高。

在换填时确保填入的材料密实，填入的高度比河床高0.5m左右，确保引孔位置不会形成孔洞，冲刷进入大卵石，避免插打不进。

黄河特大桥位于济源至洛阳西高速公路第二合同段，位于小浪底水库及西霞院反调节水库之间库区，该桥位地层复杂，具有粒径大、强度高、较厚的卵石地层。平均水深约6-7米，河床表面无淤泥，直接是卵石地层。为满足冲刷需要，设计要求水中承台需要埋入河床底不少于2m，即承台顶附土厚度2m+承台厚度5m+封底厚度2m+钢板桩锚固深度4m，约15m左右，另外还要加上从河床底部到钢栈桥面的距离，因此，钢管桩埋置较深。振动锤、旋挖钻均无法直接插打钢板桩施工。

采用换填引孔施工工艺，可有效在坚硬地层、卵石层及复杂的地层进行钢围堰施工，该工法利用对原状坚硬地层进行换填的原理，采用比较常规的机械设备进行流水施工，然后再进行钢板桩的插打。

本工法能有效克服坚硬、复杂的地质的围堰施工，相比钢套箱，单个钢围堰节省成本约243万元；相比植桩机，经过工程实际考察及专家交流，植桩机植桩速度也比较缓慢，根据项目工期及设备的特殊性不能满足平行施工的需求。就成本而言，单个钢围堰节省成本约121万元。

大直径卵石地质钢板桩围堰引孔换填施工工法在整个施工过程采用在常规钢板桩插打不进的基础上增加了引孔换填的施工工艺，相比钢套箱施工，节省成本、施工机械设备简单，且在同类型地质首次使用该工艺，也给公司带来良好的品牌效应及社会效益。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种钢管桩围堰引孔换填施工方法，其特征在于，

步骤如下:

一、钻孔平台拆除

将墩台桩基完成后，将原有的36m*19m钻孔平台完全拆除，将拆除的平台材料存放在支栈桥上备用；

二、临时冲孔平台安装

将临时冲孔平台钢管桩基打入河床，利用现有拆除的平台材料进行架设临时冲孔平台，尺寸30 m *13.5m，架设时注意避开冲孔位置；

三、安装双层导向架

将未冲孔侧的临时冲孔平台桩基打入，利用两侧的冲孔平台钢管桩基作为支撑点，安装两层导向架横梁，顶层导向架采用型钢，安装在临时冲孔平台面系上，并与两侧的支栈桥桥面、主栈桥桥面连接固定，底层导向架利用顶层围檩 材料，安装在临时冲孔平台的钢管上，并与两侧的支栈桥钢管桩基连接固定；

四、钻机冲孔和打桩施工

冲孔直径为1.1m，钢护筒直径1.2m，钢护筒长度12m；

施工工序：

工序一，四台钻机就位打设钢护筒并开始冲孔施工，并排插打，其中三台钻机每台成孔10个，一台钻机成孔12 个；

工序二，临时冲孔平台上部结构重新架设，按照上道工序继续施工，将钻机移至下一工作区域进行冲孔施工，钻机数量减少至3台；

工序三，占用主栈桥使用两台钻机冲击剩余11个孔位；

工序四，将钢护筒中的基质钻碎并运出；将环保编织袋填入透水性材料，埋入钢护筒中至河床以上后，取出钢护筒，经过5-7d的沉淀密实后，在沉淀密实处打入84根锁口桩和78根钢板桩，打桩过程中，留有多余钻机用于孔位偏、斜或无法打入的孔位的洗孔；

相邻锁口桩之间安装钢板桩，钢板桩与锁口桩之间通过彼此锁口装配安装；但是，在围堰其中两个拐角处，相邻锁口桩之间仅安装一个钢板桩，在围堰另外两个拐角处，相邻锁口桩之间不安装钢板桩，锁口桩采用锁口钢管桩；

五、第一层支撑安装

锁口桩合拢后，抽水1m，安装第一层围檩 及部分角撑和对撑；

六、第二层支撑安装

将第一层支撑剩余部分安装完成后，抽水或使用长臂挖机水下开挖基坑至安装第二层支撑深度，安装第二层围檩 及角撑、对撑，安装完成后，开挖至封底并整平封底；

七、基坑开挖封底浇筑

使用长臂挖机水下开挖基坑至封底底部，同时打设封底平台，浇筑封底混凝土；

1）、清理工作

水下开挖到设计标高后，先用射水装置冲洗钢板桩，再安排潜水工潜入水中清基，整平基面，将封底混凝土高度内的钢板桩桩壁的粘泥洗净，确保混凝土封底效果；

2）、搭设封底平台、布置封底混凝土导管

封底平台利用现有工字钢和钢板在第一道护筒上面进行搭设，导管采用水下灌注桩导管，导管在使用前须进行水密试验，导管安装时，每个接头须预紧检查，下放固定时，导管下口悬空20～30cm，每根导管的作业半径按3m考虑；

3）、封底混凝土浇筑工艺及流程

封底混凝土采用一次性浇筑，采用2个大料斗和4套小料斗配合导管进行浇筑，先浇筑围堰上游，再浇筑围堰下游；

八、围堰监测

在围堰全部完成之后，在钢板桩、钢管桩顶部设置监测点并涂刷红油漆；

采用全站仪测量水平位移，采用水准仪观测垂直位移；基坑施工期间，每天观测四次，分别在上午和下午的开工前和收工后；在承台施工期间，每天观测两次，分别是在早上开工前和晚上收工后；若监测数据超过危险值，则必须停止施工。

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