CN112627212B - 一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，包括插打钢板桩、降水井设置、开挖并安装第一层围檩内支撑、开挖并安装第二层围檩内支撑、浇筑封底、施工承台、回填砂土、拆除第二层围檩内支撑、承台施工后回填细砂、拆除第一层围檩内支撑以及拔除钢板桩等步骤。本发明为配合新型的围堰内降水施工技术，降水井采用升降渗透管和基底固定管的升降套接结构，实现逐段阶梯式降水方法，大幅降低所需降水量及降水井布置数量，降水快且具有应急排险优势，成本低的同时还提高降水施工效率；本发明解决了围堰合拢后内部土体难以开挖移除的问题，通过降水固结，土体得以近似干挖条件下进行移除并安全进行了围堰封底，杜绝了基坑底的涌沙涌水现象。

Description

一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法

技术领域

本发明涉及地下水位较高或者临河范围区域内的钢围堰承台施工技术领域，尤其涉及一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法。

背景技术

在桥梁基础施工中，当桥梁墩台基础位于地表水位以下时，根据当地材料修筑成各种形式的土堰；在水较深且流速较大的河流可采用木板桩或钢板桩（单层或双层）围堰，目前多使用双层薄壁钢围堰。围堰的作用既可以防水、围水，又可以支撑基坑的坑壁。

国内常用的为钢板桩围堰施工完成后围堰内水下吸泥土开挖至设计标高然后开始抽水提供出作业面后进行承台施工，在水位压力的作用下,水压力引起砂的渗透变形,基坑的坑底产生涌沙涌水现象，给模板搭建及浇筑工序带来巨大麻烦，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，包括以下步骤：

1）插打钢板桩至合拢，形成围堰，依据围堰面积大小在围堰内部设降水井，降水井底部的降水高度要在承台底部1.5m以上，降水井的布置位置为：承台与围堰之间间隙中设置一定数量的降水井，在承台内部也设置有一定数量的降水井；降水井的布置采用点阵布置，承台内的几组降水井呈现矩形分布，承台外的多组降水井对承台呈包围状分布；

2）由于地下水位较高，通过降水井逐段排水，当围堰内部管井降水达到预定深度后进行干挖，围堰内开挖至第一层下0.5m，安装第一层围檩内支撑；

3）围堰内开挖至第二层下0.5m，安装第二层围檩内支撑；

4）围堰内开挖至基坑底，浇筑30cm封底混凝土；

5）找平封底、破除桩头，绑扎钢筋，立模板，施工承台；

6）施工承台至+15m处后围堰内回填砂土；

7）拆除第二层围檩内支撑，施工剩余承台；

8）承台施工完成后，四周回填细砂；

9）施工墩身至泥面以上，逐步回填基坑并拆除剩余围檩内支撑，拔除钢板桩完成施工。

优选地，降水井的具体结构如下：包括插接在降水井孔底部的基底固定管以及套接在基底固定管顶部的升降渗透管，基底固定管和升降渗透管的管壁均自上而下等距设置有透水孔，且透水孔的内外两侧均包接过滤网，用于过滤砂石，基底固定管顶端处的外壁固接在围堰的封底混凝土中。即基底固定管顶端与围堰的封底混凝土上表面相齐平；

升降渗透管顶端面固接有法兰盖，法兰盖的边侧壁设有法兰吊耳，法兰盖插接有悬挂插入管，悬挂插入管底端位于升降渗透管内，悬挂插入管顶端伸出法兰盖外且连接有水泵，法兰盖上表面设有螺孔，水泵外壳的底座通过螺栓固接在法兰盖上表面，水泵连接有外放管，外放管斜搭在围堰顶部，且外放管远离水泵的一端位于围堰外，用于将水排出围堰外，基底固定管顶端与法兰盖底面之间填充有砂石填充层。

优选地，降水井的施工过程如下：预先钻取降水井孔，采用吊机和夹具将基底固定管轻放至降水井孔，采用吊机和吊绳连接法兰吊耳并使法兰盖位于水平，将升降渗透管底端套接到基底固定管中，继续下放升降渗透管，轻锤法兰盖，使基底固定管底端一直到达降水井孔底，采用浇注水泥胶将基底固定管底端密封；

提升法兰盖至降水井孔上方，在升降渗透管与降水井孔之间的缝隙中填充砂石，一边填充砂石，一边轻锤法兰盖以稍压实砂石，最终形成砂石填充层，开挖前砂石填充层的顶面与围堰内初始地面齐平；

再通过螺栓将水泵安装于法兰盖上表面，并接通悬挂插入管和外放管，并使悬挂插入管的插入深度位于下次开挖深度下方的20-30cm处，每次开挖围堰内基坑时，需同时开挖砂石填充层，使砂石填充层始终与围堰内地面齐平，砂石填充层的开挖需缓慢，使法兰盖和升降渗透管缓慢下放，使法兰盖高度始终高于围堰内地面并放置在与围堰内地面齐平的砂石填充层上，实现逐段阶梯式降水，降一层水再开挖一层，大幅降低排水量和排水速度，提高施工效率；

直至开挖至最后一层，需要将基底固定管顶端处的外壁漏出30cm左右并持续抽水使基坑底干燥，此时再浇筑30cm封底混凝土，使基底固定管顶端嵌入封底混凝土并与之齐平，至承台施工完成后，将升降渗透管拔出基底固定管，将细沙回填基底固定管，继续在承台四周回填细砂，回填满围堰后拔出钢板桩，升降渗透管作为回收标准件下次继续使用，基底固定管则埋于围堰下作为永固支撑用。

优选地，钢板桩采用18m的拉森4型号钢板桩。

优选地，第一层围檩内支撑包括第一层围檩和第一层内支撑结构，第一层围檩具体是由2HN600*200型钢组成的方框结构，第一层内支撑结构采用Φ710*10mm钢管、2HN600*200型钢以及2HN700*300型钢，第一层围檩的内侧拐角处分别设置相互平行的2HN600*200型钢斜撑和2HN700*300型钢斜撑，第一层围檩两条短边之间设置有与承台横向平行的2HN700*300型钢对撑，第一层围檩两条长边之间设置有与承台纵向平行的2HN700*300型钢对撑和Φ710*10mm钢管对撑，Φ710*10mm钢管对撑设置在承台的较窄台面处，与承台纵向平行的2HN700*300型钢对撑设置在承台的较宽台面处，与承台纵向平行的2HN700*300型钢对撑的端部通过两个对称设置的2HN600*200型钢斜撑抵触在第一层围檩内壁上；

第二层围檩内支撑位于第一层围檩内支撑的正下方且结构与第一层围檩内支撑完全相同。

优选地，封底混凝土的厚度为30cm，采用强度等级为C25的混凝土。

优选地，第一层围檩与钢板桩之间采用方木填塞；第二层围檩与钢板桩之间采用方木填塞。

优选地，与承台横向平行的2HN700*300型钢对撑和Φ710*10mm钢管对撑的交叉处还设有竖向支撑，竖向支撑一直延伸至岩石层，使用时可通过绑扎固定2HN700*300型钢对撑、Φ710*10mm钢管对撑及竖向支撑三者，其加强固定作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施总结的钢围堰首次采用围堰内降水施工技术，包括在围堰内布置降水井，降水井采用升降渗透管和基底固定管的升降套接结构，开挖一定深度后，同时也使升降渗透管跟随开挖深度而下降，水泵及法兰盖随升降渗透管下降而下降，而通过悬挂插入管的距离开挖面的固定深度控制，实现逐段阶梯式降水方法，该降水方法使在围堰内设置降水井成为可能；

而在围堰内设置降水井的优势是：一是比围堰外设置降水井的总面积要小，降水井数量减少，所需要降水量也大幅度降低；二是降水速度快，尤其是采用逐段阶梯式降水方法，由于施工分层进行，每一次开挖深度仅需将水位降低至开挖层下方附近，大幅度提高降水速度和施工效率，即使遇到渗水情况也可快速及时的排出，从而避免现有围堰外降水技术的应急不及时的安全隐患；

本发明采用围堰内开挖前降水施工技术，其包括的管井结构、管井口径、土质的适用性、管井范围及间距的布置等关键技术，采取钢板桩配合管井降水的施工技术，解决了围堰合拢后内部土体难以开挖移除的问题；通过降水固结，土体得以近似干挖条件下进行移除并安全进行了围堰封底，杜绝了基坑底的涌沙涌水现象。

附图说明

图1为采用本发明提出的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法而成的施工结构的横桥向立面图（水平放置）；

图2为采用本发明提出的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法而成的施工结构的纵桥向立面图；

图3为采用本发明提出的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法而成的施工结构的俯视图（水平放置）；

图4为本发明提出的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法中的降水井布置方位示意图；其中图4中的各距离的数值单位为cm；

图5为本发明提出的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法中的降水井的结构及其施工过程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

以涡河五桥主墩钢围堰施工为例，承台的围堰材料准备如表1所示：

表1.围堰及其围檩内支撑结构的材料清单

地质条件：上层为粉砂，测试性能为γ2=19.5kN/m³、φ2=20、c2=0kPa；下层为粉质黏土，测试性能为γ2=19.2kN/m³、φ2=15.3、c2=34.4kPa。

涉及到的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，包括以下步骤：

1）插打钢板桩至合拢，形成围堰，围堰外不设管井降水，只在围堰内部设管井降水，且考虑不同围堰面积设置管井的数量的区别。管井底部降水高度要在承台底部1.5m以上。具体流程是围堰内外是土，由于地下水位较高，围堰内部管井降水达到预定深度后进行干挖，且边干挖围堰内土边进行围堰内支撑和围檩的施工，一直干挖到承台底进行干挖状态下封底和承台施工；

2）参照图4，降水井布置：承台设置降水井11口，围堰与承台的间隙中设置4口，井口标高20m，直径50cm，井深25米；承台南侧设置3口井，井口标高23m，直径50cm，井深25米；承台北侧及东侧设置4口井，井口标高20m，直径50cm，井深25米。

参照图5，降水井的具体结构如下：包括插接在降水井孔底部的基底固定管1以及套接在基底固定管1顶部的升降渗透管2，基底固定管1和升降渗透管2的管壁均自上而下等距设置有透水孔，且透水孔的内外两侧均包接过滤网，用于过滤砂石，基底固定管1顶端处的外壁固接在围堰的封底混凝土中。即基底固定管1顶端与围堰的封底混凝土上表面相齐平；

升降渗透管2顶端面固接有法兰盖3，法兰盖3的边侧壁设有法兰吊耳4，法兰盖3插接有悬挂插入管5，悬挂插入管5底端位于升降渗透管2内，悬挂插入管5顶端伸出法兰盖3外且连接有水泵6，法兰盖3上表面设有螺孔，水泵6外壳的底座通过螺栓固接在法兰盖3上表面，水泵6连接有外放管7，外放管7斜搭在围堰顶部，且外放管7远离水泵6的一端位于围堰外，用于将水排出围堰外，基底固定管1顶端与法兰盖3底面之间填充有砂石填充层8。

优选地，降水井的施工过程如下：预先钻取降水井孔，采用吊机和夹具将基底固定管1轻放至降水井孔，采用吊机和吊绳连接法兰吊耳4并使法兰盖3位于水平，将升降渗透管2底端套接到基底固定管1中，继续下放升降渗透管2，轻锤法兰盖3，使基底固定管1底端一直到达降水井孔底，采用浇注水泥胶将基底固定管1底端密封；

提升法兰盖3至降水井孔上方，在升降渗透管2与降水井孔之间的缝隙中填充砂石，一边填充砂石，一边轻锤法兰盖3以稍压实砂石，最终形成砂石填充层8，开挖前砂石填充层8的顶面与围堰内初始地面齐平；

再通过螺栓将水泵6安装于法兰盖3上表面，并接通悬挂插入管5和外放管7，并使悬挂插入管5的插入深度位于下次开挖深度下方的20-30cm处，每次开挖围堰内基坑时，需同时开挖砂石填充层8，使砂石填充层8始终与围堰内地面齐平，砂石填充层8的开挖需缓慢，使法兰盖3和升降渗透管2缓慢下放，使法兰盖3高度始终高于围堰内地面并放置在与围堰内地面齐平的砂石填充层8上，实现逐段阶梯式降水，降一层水再开挖一层，大幅降低排水量和排水速度，提高施工效率；

直至开挖至最后一层，需要将基底固定管1顶端处的外壁漏出30cm左右并持续抽水使基坑底干燥，此时再浇筑30cm封底混凝土，使基底固定管1顶端嵌入封底混凝土并与之齐平，至承台施工完成后，将升降渗透管2拔出基底固定管1，将细沙回填基底固定管1，继续在承台四周回填细砂，回填满围堰后拔出钢板桩，升降渗透管2作为回收标准件下次继续使用，基底固定管1则埋于围堰下作为永固支撑用。

3）控制悬挂插入管5底端位于第一层下0.7-0.8m，持续降水使围堰内干燥，围堰内开挖至第一层下0.5m，即从开挖面I（即围堰内原地面），挖至开挖面II（即第一层下0.5m），安装第一层围檩内支撑；

4）围堰内开挖至第二层下0.5m，即从开挖面II（即第一层下0.5m）挖至开挖面III（即第二层下0.5m），安装第二层围檩内支撑；

5）围堰内开挖至基坑底，即从开挖面III（即第二层下0.5m）挖至开挖面IV（即基坑底），浇筑30cm封底混凝土，将基底固定管1顶端处嵌在封底混凝土中，使基底固定管1则埋于围堰下作为永固支撑用；

6）找平封底、破除桩头，绑扎钢筋，立模板，施工承台；

7）将升降渗透管2拔出基底固定管1，将细沙回填基底固定管1，至施工承台至+15m处后围堰内回填砂土；

8）拆除第二层围檩内支撑，施工剩余承台；

9）承台施工完成后，四周回填细砂；

10）施工墩身至泥面以上，逐步回填基坑并拆除剩余围檩内支撑，拔除钢板桩完成施工。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）插打钢板桩至合拢，形成围堰，依据围堰面积大小在围堰内部设降水井，降水井底部的降水高度要在承台底部1.5m以上，所述降水井的布置位置为：承台与围堰之间间隙中设置一定数量的降水井，在承台内部也设置有一定数量的降水井；降水井的布置采用点阵布置，承台内的几组降水井呈现矩形分布，承台外的多组降水井对承台呈包围状分布；

2）由于地下水位较高，通过降水井逐段排水，当围堰内部管井降水达到预定深度后进行干挖，围堰内开挖至第一层下0.5m，安装第一层围檩内支撑；

所述降水井的具体结构如下：包括插接在降水井孔底部的基底固定管（1）以及套接在基底固定管（1）顶部的升降渗透管（2），基底固定管（1）和升降渗透管（2）的管壁均自上而下等距设置有透水孔，且透水孔的内外两侧均包接过滤网，用于过滤砂石，基底固定管（1）顶端处的外壁固接在围堰的封底混凝土中，即基底固定管（1）顶端与围堰的封底混凝土上表面相齐平；

升降渗透管（2）顶端面固接有法兰盖（3），法兰盖（3）的边侧壁设有法兰吊耳（4），法兰盖（3）插接有悬挂插入管（5），悬挂插入管（5）底端位于升降渗透管（2）内，悬挂插入管（5）顶端伸出法兰盖（3）外且连接有水泵（6），法兰盖（3）上表面设有螺孔，水泵（6）外壳的底座通过螺栓固接在法兰盖（3）上表面，水泵（6）连接有外放管（7），外放管（7）斜搭在围堰顶部，且外放管（7）远离水泵（6）的一端位于围堰外，用于将水排出围堰外，所述基底固定管（1）顶端与法兰盖（3）底面之间填充有砂石填充层（8）；

所述降水井的施工过程如下：预先钻取降水井孔，采用吊机和夹具将基底固定管（1）轻放至降水井孔，采用吊机和吊绳连接法兰吊耳（4）并使法兰盖（3）位于水平，将升降渗透管（2）底端套接到基底固定管（1）中，继续下放升降渗透管（2），轻锤法兰盖（3），使基底固定管（1）底端一直到达降水井孔底，采用浇注水泥胶将基底固定管（1）底端密封；

提升法兰盖（3）至降水井孔上方，在升降渗透管（2）与降水井孔之间的缝隙中填充砂石，一边填充砂石，一边轻锤法兰盖（3）以稍压实砂石，最终形成砂石填充层（8），开挖前砂石填充层（8）的顶面与围堰内初始地面齐平；

再通过螺栓将水泵（6）安装于法兰盖（3）上表面，并接通悬挂插入管（5）和外放管（7），并使悬挂插入管（5）的插入深度位于下次开挖深度下方的20-30cm处，每次开挖围堰内基坑时，需同时开挖砂石填充层（8），使砂石填充层（8）始终与围堰内地面齐平，砂石填充层（8）的开挖需缓慢，使法兰盖（3）和升降渗透管（2）缓慢下放，使法兰盖（3）高度始终高于围堰内地面并放置在与围堰内地面齐平的砂石填充层（8）上，实现逐段阶梯式降水，降一层水再开挖一层，大幅降低排水量和排水速度，提高施工效率；

直至开挖至最后一层，需要将基底固定管（1）顶端处的外壁漏出30cm左右并持续抽水使基坑底干燥，此时再浇筑30cm封底混凝土，使基底固定管（1）顶端嵌入封底混凝土并与之齐平，至承台施工完成后，将升降渗透管（2）拔出基底固定管（1），将细沙回填基底固定管（1），继续在承台四周回填细砂，回填满围堰后拔出钢板桩，升降渗透管（2）作为回收标准件下次继续使用，基底固定管（1）则埋于围堰下作为永固支撑用；

3）围堰内开挖至第二层下0.5m，安装第二层围檩内支撑；

4）围堰内开挖至基坑底，浇筑30cm封底混凝土；

5）找平封底、破除桩头，绑扎钢筋，立模板，施工承台；

6）施工承台至+15m处后围堰内回填砂土；

7）拆除第二层围檩内支撑，施工剩余承台；

8）承台施工完成后，四周回填细砂；

9）施工墩身至泥面以上，逐步回填基坑并拆除剩余围檩内支撑，拔除钢板桩完成施工。

2.根据权利要求1所述的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，其特征在于，所述钢板桩采用18m的拉森4型号钢板桩。

3.根据权利要求1所述的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，其特征在于，所述第一层围檩内支撑包括第一层围檩和第一层内支撑结构，所述第一层围檩具体是由2HN600*200型钢组成的方框结构，所述第一层内支撑结构采用Φ710*10mm钢管、2HN600*200型钢以及2HN700*300型钢，所述第一层围檩的内侧拐角处分别设置相互平行的2HN600*200型钢斜撑和2HN700*300型钢斜撑，所述第一层围檩两条短边之间设置有与承台横向平行的2HN700*300型钢对撑，所述第一层围檩两条长边之间设置有与承台纵向平行的2HN700*300型钢对撑和Φ710*10mm钢管对撑，Φ710*10mm钢管对撑设置在承台的较窄台面处，与承台纵向平行的2HN700*300型钢对撑设置在承台的较宽台面处，与承台纵向平行的2HN700*300型钢对撑的端部通过两个对称设置的2HN600*200型钢斜撑抵触在所述第一层围檩内壁上；

所述第二层围檩内支撑位于所述第一层围檩内支撑的正下方且结构与第一层围檩内支撑完全相同。

4.根据权利要求1所述的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，其特征在于，所述封底混凝土的厚度为30cm，采用强度等级为C25的混凝土。

5.根据权利要求3所述的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，其特征在于，第一层围檩与钢板桩之间采用方木填塞；第二层围檩与钢板桩之间采用方木填塞。

6.根据权利要求3所述的一种临水围堰内管井降水法干挖施工方法，其特征在于，与承台横向平行的所述2HN700*300型钢对撑和Φ710*10mm钢管对撑的交叉处还设有竖向支撑，所述竖向支撑一直延伸至岩石层，使用时可通过绑扎固定2HN700*300型钢对撑、Φ710*10mm钢管对撑及竖向支撑三者，其加强固定作用。

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