CN109629587B - 用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构及施工方法,若干个所述的施工平台(2)分两组，一组所述的施工平台(2)设置在靠岸侧，另一组所述的施工平台(2)设置在临水侧，设置在靠岸侧的所述的施工平台(2)位于所述的水库死水位(8)以上且在所述的施工平台(2)上设置有起重机(7)，设置在临水侧的所述的施工平台(2)位于水库死水位(8)以下且在所述的施工平台(2)上设置有钢护筒(3)和钢沉箱(4)；它克服上述背景技术中库岸坡度较陡时，定位方驳无法靠岸进行沉箱和箱体内桩基施工的缺点，具有避免了围堰填筑带来的水体污染和库容的占用以及防渗体的施工的优点。

Description

用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构及施工方法

技术领域

本发明涉及到水下桩体结构工程技术领域，更加具体地是用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构及施工方法。

背景技术

在现有水库岸边修建取水泵站时，需要沿库岸斜坡布设桩体，用于固定取水建筑物。为保证泵站在水库死水位以下也能取水，取水建筑物至少低于水库死水位以下3m，桩体结构也只能常年位于水下。当库岸坡度为30度-40度甚至更陡时，随着岸坡地层结构的变化，各排桩体顶部和底部的高程相差也较大。目前水下桩体施工主要采用以下三种方式：①、钢板桩围堰法；②、土石围堰法；③、沉箱法；上述三种方式在库岸陡坡上采用分别存在以下缺陷：

①、钢板桩围堰法：库岸斜坡岩性多含有碎石、砾石甚至为基岩，钢板桩打桩阻力过大不易贯入，施工难度大，钢板桩围堰的费用较高；

②、土石围堰法：抛填土石填筑料会占用较大的库容并且污染水体，当库岸坡度较陡时，围堰高度和填筑量大，围堰稳定性差，土石围堰的填筑和防渗费用较高；

③、沉箱法：该方法目前主要用于港口码头、桥梁基础工程领域，需要采用定位方驳进行沉箱及箱体内的桩基施工。当库岸坡度较陡时，定位方驳无法靠岸进行沉箱和箱体内桩基施工，并且定位方驳造价较高。

目前还没有一种能较好用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构及施工方法。

发明内容

本发明的第一目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构。

本发明的第一目的是通过如下方案来实施的：用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,它包括原始坡面、施工平台、钢护筒、钢沉箱、钢栈桥、钢筋混凝土桩体、承台、桩体上部结构、起重机和水库死水位；

在所述的原始坡面上开挖有若干个呈阶梯型布置的所述的施工平台；

若干个所述的施工平台分两组，一组所述的施工平台设置在靠岸侧，另一组所述的施工平台设置在临水侧，设置在靠岸侧的所述的施工平台位于所述的水库死水位以上且在所述的施工平台上设置有起重机，设置在临水侧的所述的施工平台位于水库死水位以下且在所述的施工平台上设置有钢护筒和钢沉箱；

所述的钢护筒的底端插入到所述的施工平台的开挖面以下，另一端与上方设置的所述的钢栈桥连接；

位于所述的施工平台开挖面以下的所述的钢护筒内浇筑有混凝土并形成钢筋混凝土桩体；

所述的钢护筒外侧设置有所述的钢沉箱；

所述的钢沉箱底部浇筑有混凝土形成承台，所述的承台上部浇筑有混凝土形成桩体上部结构，所述的钢沉箱顶部铺设有钢栈桥。

在上述技术方案中：所述的钢沉箱至少有两个，每个所述的钢沉箱内设置有两个所述的钢护筒，所述的钢护筒之间浇筑有混凝土形成承台。

在上述技术方案中：所述的钢栈桥的一端搭接在临水侧所述的钢护筒和钢沉箱顶部，另一端搭接在位于靠岸侧所述的施工平台上。

在上述技术方案中：所述的钢护筒为两端开口的空心圆柱体，所述的钢沉箱为无底盖的立方体箱体。

在上述技术方案中：所述的钢沉箱的横向长度与所述的承台横向长度相同。

在上述技术方案中：所述的钢栈桥的高程与位于靠岸侧所述的施工平台的高程相同。

本发明的第二目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构的施工方法。

本发明的第二目的是通过如下技术方案来实施，用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构的施工方法,它包括如下步骤：

①、钢护筒和钢沉箱制作：根据钢筋混凝土桩体直径、承台尺寸和施工期水库死水位的水深在加工厂分节、分块进行钢护筒和钢沉箱的制作，并采用平板车运输至库岸边，现场拼装焊接；

②、施工准备：钢筋混凝土桩体位于水库死水位以下，施工前协调水库管理部门将库水位降至水库死水位；

根据现场施工需要进行场地清理，采用长臂反铲在岸坡上对原始坡面开挖形成若干个施工平台，施工平台包括起重机操作平台和钢沉箱沉放平台；

起重机操作平台位于水库死水位以上，钢护筒和钢沉箱沉放平台位于水库死水位以下；

所述的钢沉箱沉放平台高程根据桩体顶部设计高程确定；

所述的施工平台长度和宽度应满足起重机操作要求和桩体顶部承台长度和宽度的要求；

相邻两个施工平台间的开挖坡比根据岸坡的地质情况确定；所述钢护筒为两端开口的空心圆柱体，在加工厂制作后采用公路运输至库岸边，由起重机将钢护筒吊装就位于施工平台，钢护筒底部插入施工平台中，钢护筒的直径由桩体直径确定；

钢护筒的材质和厚度应满足桩体施工要求；

所述钢沉箱为无底盖的立方体箱体，在加工厂制作后，采用公路运输至库岸边，由起重机将钢沉箱吊装就位于临水侧所述的施工平台；

钢沉箱位于钢护筒的外侧，所述钢栈桥采用I20工字钢现场加工，靠岸侧架设于起重机施工平台，临水侧架设于钢护筒和钢沉箱顶部；

所述钢栈桥高程与起重机施工平台相同，宽度应满足桩体施工要求；所述钢栈桥底部与钢护筒和钢沉箱顶部相连；

③、桩体及上部结构施工：所述钢筋混凝土桩体在钢护筒的保护下采用泥浆护壁法施工；

待所述的钢筋混凝土桩体形成后拆除钢护筒，所述的钢沉箱顶部仍然与钢栈桥保持连接；

所述承台位于钢筋混凝土桩体顶部，在钢沉箱的围护和支撑作用下，进行箱体内承台的钢筋吊装和水下混凝土浇筑；

待承台混凝土强度达到设计强度的80％后，抽干钢沉箱内的水体，然后完成桩体上部结构的钢筋安装和混凝土浇筑；

④、钢沉箱和钢栈桥拆卸：桩体上部结构的强度达到设计强度后，采用起重机依次拆除钢栈桥和钢沉箱。

在上述技术方案中：在步骤②中，所述的钢护筒底部插入施工平台中的深度为50厘米。

在上述技术方案中：所述的钢沉箱的长度和宽度根据桩体顶部设置的所述的承台的长度和宽度确定。

在上述技术方案中：在步骤③中，所述的泥浆护壁法施工的具体步骤为：成孔钻机就位于桩体顶部的钢栈桥上，依次进行钻机就位→造孔→清孔→钢筋笼吊放→灌注混凝土。

本发明具有如下优点：1、在坡度较陡的库岸边采用“钢护筒—钢沉箱—钢栈桥”组合结构进行水库死水位以下的桩体结构施工，避免了围堰填筑带来的水体污染和库容的占用以及防渗体的施工。

2、与常用的钢沉箱法进行水下桩体施工工艺相比，无需采用定位方驳，施工机械和材料均采用公路运输，避免了水运，施工方便快捷，工期较短，经济性好。

附图说明

图1为本发明的整体结构立面图。

图2为本发明中钢沉箱和桩体的俯视图。

图3为本发明中钢沉箱桩体施工工艺平面图。

图中：原始坡面1、施工平台2、钢护筒3、钢沉箱4、钢栈桥5、钢筋混凝土桩体6.1、承台6.2、桩体上部结构6.3、起重机7、水库死水位8。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参照图1-3所示：用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,它包括原始坡面1、施工平台2、钢护筒3、钢沉箱4、钢栈桥5、钢筋混凝土桩体6.1、承台6.2、桩体上部结构6.3、起重机7和水库死水位8；

在所述的原始坡面1上开挖有若干个呈阶梯型布置的所述的施工平台2；

若干个所述的施工平台2分两组，一组所述的施工平台2设置在靠岸侧，另一组所述的施工平台2设置在临水侧，设置在靠岸侧的所述的施工平台2位于所述的水库死水位8以上且在所述的施工平台2上设置有起重机7，设置在临水侧的所述的施工平台2位于水库死水位8以下且在所述的施工平台2上设置有钢护筒3和钢沉箱4；

所述的钢护筒3的底端插入到所述的施工平台2的开挖面以下，另一端与上方设置的所述的钢栈桥5连接；

位于所述的施工平台2开挖面以下的所述的钢护筒3内浇筑有混凝土并形成钢筋混凝土桩体6.1；

所述的钢护筒3外侧设置有所述的钢沉箱4；

所述的钢沉箱4底部浇筑有混凝土形成承台6.2，所述的承台6.2上部浇筑有混凝土形成桩体上部结构6.3，所述的钢沉箱4顶部铺设有钢栈桥5。

所述的钢沉箱4至少有两个，每个所述的钢沉箱4内设置有两个所述的钢护筒3，所述的钢护筒3之间浇筑有混凝土形成承台6.2。钢护筒3和钢沉箱4既能为内部混凝土浇筑起到模板作用,又能为顶部钢栈桥5的稳定起到支撑作用。

所述的钢栈桥5的一端搭接在临水侧所述的钢护筒3和钢沉箱4顶部，另一端搭接在位于靠岸侧所述的施工平台2上。

所述的钢护筒3为两端开口的空心圆柱体，所述的钢沉箱4为无底盖的立方体箱体。钢护筒3和钢沉箱4底部能够与施工平台良好接触,顶部与钢栈桥5牢固连接。

所述的钢沉箱4的横向长度与所述的承台6.2横向长度相同。钢沉箱4在承台6.2的混凝土浇筑过程中具有模板功能。

所述的钢栈桥5的高程与位于靠岸侧所述的施工平台2的高程相同。靠岸侧的施工平台2为钢栈桥5的结构稳定提供了支撑作用。

本发明还公布了一种施工方法，用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构的施工方法,它包括如下步骤：

①、钢护筒和钢沉箱制作：根据钢筋混凝土桩体6.1直径、承台6.2尺寸和施工期水库死水位8的水深在加工厂分节、分块进行钢护筒3和钢沉箱4的制作，并采用平板车运输至库岸边，现场拼装焊接；

②、施工准备：钢筋混凝土桩体6.1位于水库死水位8以下，施工前协调水库管理部门将库水位降至水库死水位8；

根据现场施工需要进行场地清理，采用长臂反铲在岸坡上对原始坡面1开挖形成若干个施工平台2，施工平台2包括起重机操作平台和钢沉箱沉放平台；

起重机操作平台位于水库死水位8以上，钢护筒3和钢沉箱4沉放平台位于水库死水位8以下；

所述的钢沉箱4沉放平台高程根据桩体顶部设计高程确定；

所述的施工平台2长度和宽度应满足起重机操作要求和桩体顶部承台长度和宽度的要求；

相邻两个施工平台2间的开挖坡比根据岸坡的地质情况确定；所述钢护筒3为两端开口的空心圆柱体，在加工厂制作后采用公路运输至库岸边，由起重机7将钢护筒3吊装就位于施工平台2，钢护筒3底部插入施工平台2中，钢护筒3的直径由桩体直径确定；

钢护筒3的材质和厚度应满足桩体施工要求；

所述钢沉箱4为无底盖的立方体箱体，在加工厂制作后，采用公路运输至库岸边，由起重机7将钢沉箱4吊装就位于临水侧所述的施工平台2；

钢沉箱4位于钢护筒3的外侧，所述钢栈桥5采用I20工字钢现场加工，靠岸侧架设于起重机施工平台2，临水侧架设于钢护筒3和钢沉箱4顶部；

所述钢栈桥5高程与起重机施工平台2相同，宽度应满足桩体施工要求；所述钢栈桥5底部与钢护筒3和钢沉箱4顶部相连；

③、桩体及上部结构施工：所述钢筋混凝土桩体6.1在钢护筒3的保护下采用泥浆护壁法施工；

待所述的钢筋混凝土桩体6.1形成后拆除钢护筒3，所述的钢沉箱4顶部仍然与钢栈桥5保持连接；

所述承台6.2位于钢筋混凝土桩体6.1顶部，在钢沉箱4的围护和支撑作用下，进行箱体内承台6.2的钢筋吊装和水下混凝土浇筑；

待承台6.2混凝土强度达到设计强度的80％后，抽干钢沉箱4内的水体，然后完成桩体上部结构6.3的钢筋安装和混凝土浇筑；

④、钢沉箱和钢栈桥拆卸：桩体上部结构6.3的强度达到设计强度后，采用起重机7依次拆除钢栈桥5和钢沉箱4。

在步骤②中，所述的钢护筒3底部插入施工平台2中的深度为50厘米。有利于钢护筒3的结构稳定和钢护筒3内的桩体施工。

所述的钢沉箱4的长度和宽度根据桩体顶部设置的所述的承台6.2的长度和宽度确定。钢沉箱4在承台6.2混凝土浇筑过程中具有模板功能。

在步骤③中，所述的泥浆护壁法施工的具体步骤为：成孔钻机就位于桩体顶部的钢栈桥5上，依次进行钻机就位→造孔→清孔→钢筋笼吊放→灌注混凝土。

该方法通过桩机在泥浆护壁的条件下钻进，将钻渣利用泥浆带出，并保护孔壁不坍塌，成孔后再使用水下混凝土浇筑的方法将泥浆置换出来而成桩。

相对于背景技术中的钢板桩围堰法、土石围堰法和沉箱法三种施工方法，本发明中采用的钢护筒和钢沉箱采用起重机沉放于施工平台上，既能为桩体和承台的施工起到围护作用,又能为顶部钢栈桥的稳定起到支撑作用。所需施工平台的长度和宽度由桩体和承台的尺寸确定，对水库库容和水体的影响较小。施工机械和材料均由公路运输至库岸边，采用起重机吊装，施工方便快捷，工期较短，经济性好。

在步骤③中，所述的泥浆护壁法施工的具体步骤为：成孔钻机就位于桩体顶部的钢栈桥5上，依次进行钻机就位→造孔→清孔→钢筋笼吊放→灌注混凝土。

a、钻机就位：钻机就位于钢栈桥5上，钻头中心和桩位中心重合，其偏差不大于20mm。钻机就位后采取固定措施，保证在钻进过程中不产生位移和摇晃。

b、造孔：护壁泥浆采用水、黏土按一定比例配制，通过机械在钻孔中搅拌均匀，泥浆比重控制在1.15-1.20。开钻时，在一定范围内慢速钻进，待钻头全部进入土层后，方可加速钻进直至桩底高程。

c、清空：清孔分两次进行，当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔的垂直度等进行检查，符合要求后进行第一次清孔。钢筋笼吊放完毕后、混凝土浇筑前，应进行第二次清孔。第一次清孔采用换浆方法进行，第二次清孔采用正循环方法进行。

d、钢筋笼吊放：采用起重机搬运和吊装桩体钢筋笼于步骤b的钻孔内。

e、灌注混凝土：采用钢制导管回顶法灌注水下混凝土，混凝土采用搅拌车运输至库岸边后，采用混凝土泵入仓浇筑。

其中针对本发明的优点：施工方便快捷，工期较短，经济性好，作出如下阐述。发明人结合现有的工程所需施工总工期和桩体综合单价与常用的定位方驳钢沉箱法对比：

当桩直径D＝1.0m，桩长L＝10m，桩根数N＝10时，常用的定位方驳钢沉箱法所需施工总工期8个月，桩体综合单价为3480元/米；本发明所需施工总工期5个月，桩体综合单价为3150元/米。

上述未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (10)

1.用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,其特征在于：它包括原始坡面(1)、施工平台(2)、钢护筒(3)、钢沉箱(4)、钢栈桥(5)、钢筋混凝土桩体(6.1)、承台(6.2)、桩体上部结构(6.3)、起重机(7)和水库死水位(8)；

在所述的原始坡面(1)上开挖有若干个呈阶梯型布置的所述的施工平台(2)；

若干个所述的施工平台(2)分两组，一组所述的施工平台(2)设置在靠岸侧，另一组所述的施工平台(2)设置在临水侧，设置在靠岸侧的所述的施工平台(2)位于所述的水库死水位(8)以上且在所述的施工平台(2)上设置有起重机(7)，设置在临水侧的所述的施工平台(2)位于水库死水位(8)以下且在所述的施工平台(2)上设置有钢护筒(3)和钢沉箱(4)；

所述的钢护筒(3)的底端插入到所述的施工平台(2)的开挖面以下，另一端与上方设置的所述的钢栈桥(5)连接；

位于所述的施工平台(2)开挖面以下的所述的钢护筒(3)内浇筑有混凝土并形成钢筋混凝土桩体(6.1)；

所述的钢护筒(3)外侧设置有所述的钢沉箱(4)；

所述的钢沉箱(4)底部浇筑有混凝土形成承台(6.2)，所述的承台(6.2)上部浇筑有混凝土形成桩体上部结构(6.3)，所述的钢沉箱(4)顶部铺设有钢栈桥(5)。

2.根据权利要求1所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,其特征在于：所述的钢沉箱(4)至少有两个，每个所述的钢沉箱(4)内设置有两个所述的钢护筒(3)，所述的钢护筒(3)之间浇筑有混凝土形成承台(6.2)。

3.根据权利要求1或2所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,其特征在于：所述的钢栈桥(5)的一端搭接在临水侧所述的钢护筒(3)和钢沉箱(4)顶部，另一端搭接在位于靠岸侧所述的施工平台(2)上。

4.根据权利要求3所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,其特征在于：所述的钢护筒(3)为两端开口的空心圆柱体，所述的钢沉箱(4)为无底盖的立方体箱体。

5.根据权利要求4所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,其特征在于：所述的钢沉箱(4)的横向长度与所述的承台(6.2)横向长度相同。

6.根据权利要求5所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构,其特征在于：所述的钢栈桥(5)的高程与位于靠岸侧所述的施工平台(2)的高程相同。

7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构的施工方法,其特征在于：它包括如下步骤；

①、钢护筒和钢沉箱制作：根据钢筋混凝土桩体(6.1)直径、承台(6.2)尺寸和施工期水库死水位(8)的水深在加工厂分节、分块进行钢护筒(3)和钢沉箱(4)的制作，并采用平板车运输至库岸边，现场拼装焊接；

②、施工准备：钢筋混凝土桩体(6.1)位于水库死水位(8)以下，施工前协调水库管理部门将库水位降至水库死水位(8)；

根据现场施工需要进行场地清理，采用长臂反铲在岸坡上对原始坡面(1)开挖形成若干个施工平台(2)，施工平台(2)包括起重机操作平台和钢沉箱沉放平台；

起重机操作平台位于水库死水位(8)以上，钢护筒(3)和钢沉箱(4)沉放平台位于水库死水位(8)以下；

所述的钢沉箱(4)沉放平台高程根据桩体顶部设计高程确定；

所述的施工平台(2)长度和宽度应满足起重机操作要求和桩体顶部承台长度和宽度的要求；

相邻两个施工平台(2)间的开挖坡比根据岸坡的地质情况确定；所述钢护筒(3)为两端开口的空心圆柱体，在加工厂制作后采用公路运输至库岸边，由起重机(7)将钢护筒(3)吊装就位于施工平台(2)，钢护筒(3)底部插入施工平台(2)中，钢护筒(3)的直径由桩体直径确定；

钢护筒(3)的材质和厚度应满足桩体施工要求；

所述钢沉箱(4)为无底盖的立方体箱体，在加工厂制作后，采用公路运输至库岸边，由起重机(7)将钢沉箱(4)吊装就位于临水侧所述的施工平台(2)；

钢沉箱(4)位于钢护筒(3)的外侧，所述钢栈桥(5)采用I20工字钢现场加工，靠岸侧架设于起重机施工平台(2)，临水侧架设于钢护筒(3)和钢沉箱(4)顶部；

所述钢栈桥(5)高程与起重机施工平台(2)相同，宽度应满足桩体施工要求；所述钢栈桥(5)底部与钢护筒(3)和钢沉箱(4)顶部相连；

③、桩体及上部结构施工：所述钢筋混凝土桩体(6.1)在钢护筒(3)的保护下采用泥浆护壁法施工；

待所述的钢筋混凝土桩体(6.1)形成后拆除钢护筒(3)，所述的钢沉箱(4)顶部仍然与钢栈桥(5)保持连接；

所述承台(6.2)位于钢筋混凝土桩体(6.1)顶部，在钢沉箱(4)的围护和支撑作用下，进行箱体内承台(6.2)的钢筋吊装和水下混凝土浇筑；

待承台(6.2)混凝土强度达到设计强度的80％后，抽干钢沉箱(4)内的水体，然后完成桩体上部结构(6.3)的钢筋安装和混凝土浇筑；

④、钢沉箱和钢栈桥拆卸：桩体上部结构(6.3)的强度达到设计强度后，采用起重机(7)依次拆除钢栈桥(5)和钢沉箱(4)。

8.根据权利要求7所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构的施工方法,其特征在于：在步骤②中，所述的钢护筒(3)底部插入施工平台(2)中的深度为50厘米。

9.根据权利要求8所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构的施工方法,其特征在于：所述的钢沉箱(4)的长度和宽度根据桩体顶部设置的所述的承台(6.2)的长度和宽度确定。

10.根据权利要求8或9所述的用于库岸陡坡的钢沉箱桩体结构的施工方法,其特征在于：在步骤③中，所述的泥浆护壁法施工的具体步骤为：成孔钻机就位于桩体顶部的钢栈桥(5)上，依次进行钻机就位→造孔→清孔→钢筋笼吊放→灌注混凝土。