CN111749242B - 深水裸岩基础施工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种深水裸岩基础施工装置及方法，属于桥梁施工技术领域。本发明先利用前N节钢套箱对滑杆进行定位，有利于方便滑杆的安插，并提升滑杆安插的精准度，接着再反过来通过滑杆对钢套箱形成支撑，方便其他钢套箱的安装和下放，有利于提升钢套箱的就位精准度和安全性，待钢套箱下放至裸岩，滑杆还能规避裸岩凹凸不平带来的钢套箱立不稳的风险，提升安全性，最后在墩身施工完成后只需弃用最下部的一节或几节灌注了混凝土的钢套箱，其余所有部件均可重复利用，而且相邻的钢套箱通过内部的竖梁和连接组件配合进行连接，钢套箱可以主要通过竖梁进行承重和抗弯，能够极大地节约成本。

Description

深水裸岩基础施工装置及方法
技术领域
本发明属于桥梁施工技术领域，更具体地说，是涉及一种深水裸岩基础施工装置及方法。
背景技术
随着桥梁建设的飞速发展，钢套箱围堰施工技术已经成为桥梁施工中常见的施工技术，主要是将钢套箱下放至河底，起到防水和充当模板的作用，多适用于河流浅滩、流速小的部位，用于桥墩及承台工程混凝土的施工。但在深水裸岩的环境中，由于水底没有覆盖层，岩石凹凸不平，且水流流态复杂，如果采用传统的钢套箱围堰，会存在钢套箱设计高度高且立不稳的情况，使得施工存在一定的安全隐患；而且，这种环境对钢套箱的强度以及辅助的吊装设备性能的要求非常大，进而导致钢套箱及配套设备的成本较高，而传统的钢套箱围堰由于底部有大量的封底混凝土(双层壁板的钢套箱的夹层中也有大量混凝土)，一般在施工完成之后直接割除或破拆，其结构被破坏成为废铁，会导致施工成本大幅提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深水裸岩基础施工装置及方法，以解决现有技术中存在的采用现有的钢套箱围堰施工技术进行深水裸岩施工时存在一定的安全隐患且施工成本大的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种深水裸岩基础施工装置，包括若干滑杆、若干节钢套箱、连接组件和密封组件，若干滑杆均用于竖向设置在裸岩基础上；若干节钢套箱依次首尾连接，内部形成用于容纳施工设备的施工空间，且每节钢套箱内壁均设有若干竖梁，外部均设有与若干滑杆一一对应并滑动连接的若干滑套和将滑套与滑杆相对固定的锁定组件；连接组件用于将相邻的两节钢套箱内对应设置的竖梁可拆卸地连接；密封组件用于对相邻的两节钢套箱之间的接缝进行密封。
在本发明的一个实施例中，连接组件包括防水填充层和外压板，防水填充层设在相邻的两个钢套箱的接缝处；外压板用于跨过相邻的两个钢套箱的接缝，并将防水填充层压紧在两个钢套箱上，且上下两侧分别与相邻的两个钢套箱连接。
在本发明的一个实施例中，防水填充层包括柔性板和置于柔性板内的硬质的夹层衬板，柔性板位于靠近钢套箱的一侧设有沿相邻的两节钢套箱之间的接缝设置的油槽，柔性板内部设有若干与油槽连通的储油腔；柔性板上还设有锁油槽，钢套箱或外压板上设有与锁油槽配合的凸条，凸条用于置入锁油槽后将柔性板局部压缩、以避免柔性板与钢套箱之间的油液漏出。
在本发明的一个实施例中，外压板通过第一螺栓与钢套箱连接，第一螺栓穿过防水填充层；柔性板包括泡沫板、橡胶板、硅胶板中的一种或多种；用于置入储油腔和油槽的油液为半固体的防水油液。
在本发明的一个实施例中，连接组件包括用于设在相连的两个竖梁的连接端的缀板和若干穿过缀板和竖梁的第二螺栓；竖梁为工字钢结构，缀板为若干块，分别位于工字钢结构的腹板和翼板两侧。
在本发明的一个实施例中，深水裸岩基础施工装置还包括若干节护筒，若干节护筒首尾拼接后用于设在施工空间内，用于辅助钻孔桩施工；每节钢套箱内部的若干竖梁分别围绕护筒设置，用于形成容纳护筒空间，竖梁与护筒固定连接。
在本发明的一个实施例中，钢套箱两侧各设有一个护筒，钢套箱中部设有支撑柱，支撑柱通过法兰与钢套箱连接；钢套箱内壁设有与竖梁连接的横向支撑梁。
在本发明的一个实施例中，法兰设在竖梁上；横向支撑梁穿过竖梁。
在本发明的一个实施例中，滑杆具有互相平行设置的若干组，若干组滑杆围绕钢套箱设置，且每节钢套箱上的滑套均为与若干组滑杆一一对应的若干个；钢套箱外部与滑套之间还设有连接支架，连接支架分别与滑套、钢套箱和竖梁固定连接；锁定组件包括销钉，滑套通过销钉与滑杆销接。
为实现上述目的，本发明又采用的技术方案是：提供一种深水裸岩基础施工方法，应用上述的深水裸岩基础施工装置进行施工，包括以下步骤：
A、将前N节钢套箱拼装并安装对应的护筒后置于预设位置，其中N为正整数；
B、将滑杆穿过前N节钢套箱上的滑套后，打设在裸岩上，并将滑杆与前N节钢套箱锁定，使前N节钢套箱利用滑杆支撑在水中；
C、将第N+1节钢套箱的滑套穿在滑杆上后，与第N+1节钢套箱连接，并安装第N+1节钢套箱对应的护筒；
D、打开滑杆与前N节钢套箱之间的锁定，将前N+1节钢套箱下放预设深度，并将滑杆与前N+1节钢套箱锁定，使前N+1节钢套箱利用滑杆支撑在水中；
E、重复步骤C和步骤D，直至第1节钢套箱落至裸岩上；
F、对前M节钢套箱灌注水下混凝土进行封底，其中M为正整数；
G、利用护筒、钢套箱和滑杆搭建固定平台进行钻孔桩施工，之后将钢套箱内的水排出并处理护筒，再进行系梁和墩身施工；
H、拆除第M节钢套箱与第M+1节钢套箱之间的连接，吊起并逐层拆除第M+1节及以上的钢套箱，并拔出滑杆。
本发明提供的深水裸岩基础施工装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过若干滑杆、滑套和锁定组件，有利于钢套箱方便快捷地拼装和下放，而且滑杆支撑在裸岩上能够使得钢套箱的底部更加稳固，规避裸岩凹凸不平带来立不稳的风险；而且相邻的钢套箱通过内部的竖梁和连接组件配合进行连接，钢套箱可以主要通过竖梁进行承重和抗弯，而非像传统钢套箱一样依靠自身的壁板承重和抗弯，有利于降低钢套箱总重和强度要求，降低材料成本，并且有利于钢套箱的连接结构与防水结构之间的分离，能够避免二者都设在钢套箱侧壁时可能带来的因连接结构变形导致漏水或连接处封闭不严而漏水等不良影响，进而降低对密封组件的结构限制，有利于简化结构、降低成本，提升防水性能和安全性；同时连接组件的设置也更加方便安装和拆除，且在墩身及承台施工完成后只需弃用最下部的一节或几节灌注了混凝土的钢套箱，其余所有部件均可重复利用，能够极大地节约成本。
本发明提供的深水裸岩基础施工方法的有益效果在于：与现有技术相比，先利用前N节钢套箱对滑杆进行定位，有利于方便滑杆的安插，并提升滑杆安插的精准度，接着再反过来通过滑杆对钢套箱形成支撑，方便其他钢套箱的安装和下放，有利于提升钢套箱的就位精准度和安全性，待钢套箱下放至裸岩，滑杆还能规避裸岩凹凸不平带来的钢套箱立不稳的风险，提升安全性，最后在墩身施工完成后只需弃用最下部的一节或几节灌注了混凝土的钢套箱，其余所有部件均可重复利用，能够极大地节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的深水裸岩基础施工装置的主视向的内部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的深水裸岩基础施工装置的侧视向的内部结构示意图；
图3为本发明实施例提供的深水裸岩基础施工装置的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的深水裸岩基础施工装置的竖梁连接部位的主视结构示意图；
图5为本发明实施例提供的深水裸岩基础施工装置的竖梁连接部位的俯视向剖视结构示意图。
其中，图中各附图标记如下：
1、竖梁；2、钢套箱；3、横向支撑梁；4、支撑柱；5、法兰；
6、连接组件；7、加劲肋板；8、外压板；9、夹层衬板；
10、防水填充层；11、第二螺栓；12、缀板；13、护筒；
14、连接支架；15、滑杆；16、锁定组件。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现对本发明提供的一种深水裸岩基础施工装置及方法进行说明。
请一并参阅图1至图3，本发明提供的深水裸岩基础施工装置，包括若干滑杆15、若干节钢套箱2、连接组件6和密封组件，若干滑杆15均用于竖向设置在裸岩基础上；若干节钢套箱2依次首尾连接，内部形成用于容纳施工设备的施工空间，且每节钢套箱2内壁均设有若干竖梁1，外部均设有与若干滑杆15一一对应并滑动连接的若干滑套和将滑套与滑杆15相对固定的锁定组件16；连接组件6用于将相邻的两节钢套箱2内对应设置的竖梁1可拆卸地连接；密封组件用于对相邻的两节钢套箱2之间的接缝进行密封。
本发明提供的深水裸岩基础施工装置的具体使用方式参见下文的深水裸岩基础施工方法。
本发明提供的深水裸岩基础施工装置，与现有技术相比，通过若干滑杆15、滑套和锁定组件16，有利于钢套箱2方便快捷地拼装和下放，而且滑杆15支撑在裸岩上能够使得钢套箱2的底部更加稳固，规避裸岩凹凸不平带来立不稳的风险；而且相邻的钢套箱2通过内部的竖梁1和连接组件6配合进行连接，钢套箱2可以主要通过竖梁1进行承重和抗弯，而非像传统钢套箱一样依靠自身的壁板承重和抗弯，有利于降低钢套箱2总重和强度要求，降低材料成本，并且有利于钢套箱2的连接结构与防水结构之间的分离，能够避免二者都设在钢套箱2侧壁时可能带来的因连接结构变形导致漏水或连接处封闭不严而漏水等不良影响，进而降低对密封组件的结构限制，有利于简化结构、降低成本，提升防水性能和安全性；同时连接组件6的设置也更加方便安装和拆除，且在墩身及承台施工完成后只需弃用最下部的一节或几节灌注了混凝土的钢套箱2，其余所有部件均可重复利用，能够极大地节约成本。
请一并参阅图2、图4和图5，作为本发明提供的深水裸岩基础施工装置的一种具体实施方式，连接组件6包括防水填充层10和外压板8，防水填充层10设在相邻的两个钢套箱2的接缝处；外压板8用于跨过相邻的两个钢套箱2的接缝，并将防水填充层10压紧在两个钢套箱2上，且上下两侧分别与相邻的两个钢套箱2连接。
防水填充层10包括柔性板和置于柔性板内的硬质的夹层衬板9，柔性板位于靠近钢套箱2的一侧设有沿相邻的两节钢套箱2之间的接缝设置的油槽，柔性板内部设有若干与油槽连通的储油腔，以便于在外压板8压紧时溢出使油液充分填充在柔性板和钢套箱2之间；柔性板上还设有锁油槽，钢套箱2或外压板8上设有与锁油槽配合的凸条，凸条用于置入锁油槽后将柔性板局部压缩、以避免柔性板与钢套箱2之间的油液漏出。
外压板8通过第一螺栓与钢套箱2连接，第一螺栓穿过防水填充层10；柔性板包括泡沫板、橡胶板、硅胶板中的一种或多种；用于置入储油腔和油槽的油液为半固体的防水油液。
连接组件6包括用于设在相连的两个竖梁1的连接端的缀板12和若干穿过缀板12和竖梁1的第二螺栓11；竖梁1为工字钢结构，缀板12为若干块，分别位于工字钢结构的腹板和翼板两侧。
请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的深水裸岩基础施工装置的一种具体实施方式，深水裸岩基础施工装置还包括若干节护筒13，若干节护筒13首尾拼接后用于设在施工空间内，用于辅助钻孔桩施工；每节钢套箱2内部的若干竖梁1分别围绕护筒13设置，用于形成容纳护筒13空间，竖梁1与护筒13固定连接。
竖梁1与护筒13可以通过可拆卸连接结构连接。可拆卸连接结构包括卡槽、两个扣件和若干螺旋卡片，卡槽设在竖梁1上；两个扣件均设在竖梁1上且分别位于卡槽的两侧；若干螺旋卡片呈螺旋状排布在护筒13的外壁，用于通过旋转护筒13卡入卡槽内，螺旋卡片上设有扣接孔或扣接槽，以与扣件扣接、对护筒13的旋转角度进行限制。
钢套箱2两侧各设有一个护筒13，钢套箱2中部设有支撑柱4，支撑柱4通过法兰5与钢套箱2连接；钢套箱2内壁设有与竖梁1连接的横向支撑梁3。法兰5设在竖梁1上；横向支撑梁3穿过竖梁1。
滑杆15具有互相平行设置的若干组，若干组滑杆15围绕钢套箱2设置，且每节钢套箱2上的滑套均为与若干组滑杆15一一对应的若干个；钢套箱2外部与滑套之间还设有连接支架14，连接支架14分别与滑套、钢套箱2和竖梁1固定连接；锁定组件16包括销钉，滑套通过销钉与滑杆15销接。
本发明提供的水裸岩基础施工方法，包括以下步骤：
A、将前N节钢套箱拼装并安装对应的护筒13后置于预设位置，预设位置可以是基础施工对应的水面或水中较浅的位置，其中N为正整数；
B、将滑杆15穿过前N节钢套箱上的滑套后，打设在裸岩上，并将滑杆15与前N节钢套箱锁定，使前N节钢套箱利用滑杆15支撑在水中；
C、将第N+1节钢套箱的滑套穿在滑杆15上后，与第N+1节钢套箱连接，并安装第N+1节钢套箱对应的护筒；
D、打开滑杆15与前N节钢套箱之间的锁定，将前N+1节钢套箱下放预设深度(可以是一个钢套箱高度对应的深度)，并将滑杆15与前N+1节钢套箱锁定，使前N+1节钢套箱利用滑杆15支撑在水中；
E、重复步骤C和步骤D，直至第1节钢套箱落至裸岩上；
F、对前M节钢套箱灌注水下混凝土进行封底，其中M为正整数；
G、利用护筒13、钢套箱2和滑杆15搭建固定平台进行钻孔桩施工，之后将钢套箱内的水排出并处理护筒13，再进行系梁和墩身施工；
H、拆除第M节钢套箱与第M+1节钢套箱之间的连接，吊起并逐层拆除第M+1节及以上的钢套箱，并拔出滑杆15。
本发明提供的深水裸岩基础施工方法，与现有技术相比，先利用前N节钢套箱对滑杆15进行定位，有利于方便滑杆15的安插，并提升滑杆15安插的精准度，接着再反过来通过滑杆15对钢套箱形成支撑，方便其他钢套箱的安装和下放，有利于提升钢套箱的就位精准度和安全性，待钢套箱下放至裸岩，滑杆15还能规避裸岩凹凸不平带来的钢套箱立不稳的风险，提升安全性，最后在墩身施工完成后只需弃用最下部的一节或几节灌注了混凝土的钢套箱2，其余所有部件均可重复利用，能够极大地节约成本。
作为本发明提供的深水裸岩基础施工方法的一种具体实施方式，具体包括如下步骤：
搭建栈桥，作为临时施工作业平台；
在栈桥上拼装首节钢套箱和第二节钢套箱，安装部分护筒，安装钢套箱外壁连接固定体系，先采用两节钢套箱可以方便滑杆保持竖向的状态；
吊机起吊拼装好的首节钢套箱、第二节钢套箱、护筒及连接固定体系，下放至合适高度；
利用其他吊机吊放钢管，安插4根钢管至裸岩底，作为滑杆，安插销子，吊机脱钩，利用钢管支撑双节钢套箱及护筒于水中；
利用吊机安装第3节钢套箱和护筒，下放已安装好的第一、第二、第三节钢套箱和护筒至合适位置，并安插销子，吊机脱钩，利用钢管支撑钢套箱及护筒；
安装第四节钢套箱和护筒，直至钢套箱和护筒落至裸岩上；
进行钢套箱和护筒间水下封底混凝土灌注；
利用单壁钢套箱、护筒、钢管，搭设固定平台，进行钻孔桩施工；
钻孔桩施工后，拆除钢管与连接固定体系之间的销子，利用吊机拔出钢管；
待全部钻孔桩施工完成后，围堰内抽水至封底混凝土顶面，处理护筒、破桩头、进行基底处理，完成系梁施工；
围堰内完成墩身施工；
墩身结构安装起吊装置，拆除首节钢套箱与第二节钢套箱间的连接，用墩身起吊装置起吊钢套箱至合适高度，拆除顶层钢套箱；
依次利用墩身起吊装置逐次提升钢套箱，拆除顶层钢套箱；
除首节钢套箱外，其它节钢套箱、护筒、钢管转场至下一个墩位，继续重复利用剩余材料进行施工。
以上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 (7)

1.一种深水裸岩基础施工装置，其特征在于，包括：
若干滑杆（15），均用于竖向设置在裸岩基础上；
若干节钢套箱（2），依次首尾连接，内部形成用于容纳施工设备的施工空间，且每节所述钢套箱（2）内壁均设有若干竖梁（1），外部均设有与若干所述滑杆（15）一一对应并滑动连接的若干滑套和将所述滑套与所述滑杆（15）相对固定的锁定组件（16）；
连接组件（6），用于将相邻的两节钢套箱（2）内对应设置的竖梁（1）可拆卸地连接；
密封组件，用于对相邻的两节钢套箱（2）之间的接缝进行密封；
所述密封组件包括：
防水填充层（10），设在相邻的两个所述钢套箱（2）的接缝处；
外压板（8），用于跨过相邻的两个所述钢套箱（2）的接缝，并将所述防水填充层（10）压紧在两个所述钢套箱（2）上，且上下两侧分别与相邻的两个所述钢套箱（2）连接；
所述连接组件（6）包括用于设在相连的两个竖梁（1）的连接端的缀板（12）和若干穿过所述缀板（12）和所述竖梁（1）的第二螺栓（11）；所述竖梁（1）为工字钢结构，所述缀板（12）为若干块，分别位于所述工字钢结构的腹板和翼板两侧；
所述的深水裸岩基础施工装置还包括若干节护筒（13），若干节所述护筒（13）首尾拼接后用于设在所述施工空间内，用于辅助钻孔桩施工；每节所述钢套箱（2）内部的若干所述竖梁（1）分别围绕所述护筒（13）设置，用于形成容纳所述护筒（13）空间，所述竖梁（1）与所述护筒（13）固定连接。
2.如权利要求1所述的深水裸岩基础施工装置，其特征在于：防水填充层（10）包括柔性板和置于所述柔性板内的硬质的夹层衬板（9），所述柔性板位于靠近钢套箱（2）的一侧设有沿相邻的两节钢套箱（2）之间的接缝设置的油槽，所述柔性板内部设有若干与所述油槽连通的储油腔；所述柔性板上还设有锁油槽，所述钢套箱（2）或所述外压板（8）上设有与所述锁油槽配合的凸条，所述凸条用于置入所述锁油槽后将所述柔性板局部压缩、以避免所述柔性板与所述钢套箱（2）之间的油液漏出。
3.如权利要求2所述的深水裸岩基础施工装置，其特征在于：所述外压板（8）通过第一螺栓与所述钢套箱（2）连接，所述第一螺栓穿过所述防水填充层（10）；所述柔性板包括泡沫板、橡胶板、硅胶板中的一种或多种；用于置入所述储油腔和所述油槽的油液为半固体的防水油液。
4.如权利要求1所述的深水裸岩基础施工装置，其特征在于：所述钢套箱（2）两侧各设有一个所述护筒（13），所述钢套箱（2）中部设有支撑柱（4），所述支撑柱（4）通过法兰（5）与所述钢套箱（2）连接；所述钢套箱（2）内壁设有与所述竖梁（1）连接的横向支撑梁（3）。
5.如权利要求4所述的深水裸岩基础施工装置，其特征在于，所述法兰（5）设在所述竖梁（1）上；所述横向支撑梁（3）穿过所述竖梁（1）。
6.如权利要求1所述的深水裸岩基础施工装置，其特征在于：所述滑杆（15）具有互相平行设置的若干组，若干组所述滑杆（15）围绕所述钢套箱（2）设置，且每节所述钢套箱（2）上的所述滑套均为与若干组所述滑杆（15）一一对应的若干个；所述钢套箱（2）外部与所述滑套之间还设有连接支架（14），所述连接支架（14）分别与所述滑套、所述钢套箱（2）和所述竖梁（1）固定连接；所述锁定组件（16）包括销钉，所述滑套通过所述销钉与所述滑杆（15）销接。
7.一种深水裸岩基础施工方法，其特征在于，应用如权利要求1-5任一项所述的深水裸岩基础施工装置进行施工，包括以下步骤：
A、将前N节钢套箱拼装并安装对应的护筒（13）后置于预设位置，其中N为正整数；
B、将滑杆（15）穿过前N节钢套箱上的滑套后，打设在裸岩上，并将滑杆（15）与前N节钢套箱锁定，使前N节钢套箱利用所述滑杆（15）支撑在水中；
C、将第N+1节钢套箱的滑套穿在所述滑杆（15）上后，与第N+1节钢套箱连接，并安装所述第N+1节钢套箱对应的护筒；
D、打开滑杆（15）与前N节钢套箱之间的锁定，将前N+1节钢套箱下放预设深度，并将滑杆（15）与前N+1节钢套箱锁定，使前N+1节钢套箱利用所述滑杆（15）支撑在水中；
E、重复步骤C 和步骤D，直至第1节钢套箱落至裸岩上；
F、对前M节钢套箱灌注水下混凝土进行封底，其中M为正整数；
G、利用护筒（13）、钢套箱（2）和滑杆（15）搭建固定平台进行钻孔桩施工，之后将钢套箱内的水排出并处理护筒（13），再进行系梁和墩身施工；
H、拆除第M节钢套箱与第M+1节钢套箱之间的连接，吊起并逐层拆除第M+1节及以上的钢套箱，并拔出滑杆（15）。
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