CN113737780A - 水下嵌岩混凝土桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下嵌岩混凝土桩，包括：钢管桩，其底部插至基岩顶面，所述钢管桩外壁具有阴阳锁口，所述钢管桩内部设有钢筋笼；混凝土灌注桩，其通过灌注水下混凝土形成于所述钢管桩内部以及下方的基岩钻孔处，所述钢管桩、钢筋笼、混凝土灌注桩与基岩一体成型。本发明还公开了一种钢围堰结构。本发明还公开了一种水下嵌岩混凝土桩的施工方法。本发明还公开了一种钢围堰结构的施工方法。本发明能够在不能放空水库且库区高水位的情况下，提高钢管桩打入深水后的稳定性，很好的解决基坑内降水时外围水压力较大造成管桩倾倒的问题，同时也解决了坝基岩石坚硬，管桩打入困难的问题。

Description

水下嵌岩混凝土桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及涉水工程中的钢围堰施工领域。更具体地说，本发明涉及一种水下嵌岩混凝土桩及其施工方法。

背景技术

目前，国内较多上世纪修建的大、中型水库，均已进入病险库状态，需进行全面的除险加固。通常水库除险加固工程采用放空水库库区，全断面围堰导流的方式，由于水库运行年头较多，库底淤积严重，采用常规方法，库底淤泥会随着水流下泄，对下游河道造成生态影响。因此，我们要在不能放空水库，且库区高水位的情况下，进行水库的除险加固施工。该种情况下，采用坝前高围堰方式进行挡水，防止库底淤积下泄。坝前高围堰常用的施工方法包括混凝土围堰和钢围堰，由于库区水位较高，采用混凝土围堰投资较高，水下施工难度大，且工期延后时间长。采用钢(钢管桩，其余类型不适于深水下施工)围堰，施工难度适中，投资小，工期较混凝土围堰缩短。

传统钢管桩围堰基坑内多为软土或风化岩等，钢管桩打入后，可以随着基坑内开挖从上至下逐层进行内支撑施工，但在库区深水施工时，基坑内降水后，钢管桩外侧水压力升大，钢管桩内支撑施工速度无法满足安全要求，钢管桩会向基坑内倾倒，并且坝基多为坚硬岩石，管桩打入困难，表面岩体裂隙发育，透水性强，上述综合问题，造成该方案难以应用。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种水下嵌岩混凝土桩及其施工方法，其能够在不能放空水库且库区高水位的情况下，提高钢管桩打入深水后的稳定性，很好的解决基坑内降水时外围水压力较大造成管桩倾倒的问题，同时也解决了坝基岩石坚硬，管桩打入困难的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水下嵌岩混凝土桩，包括：

钢管桩，其底部插至基岩顶面，所述钢管桩外壁具有阴阳锁口，所述钢管桩内部设有钢筋笼；

混凝土灌注桩，其通过灌注水下混凝土形成于所述钢管桩内部以及下方的基岩钻孔处，所述钢管桩、钢筋笼、混凝土灌注桩与基岩一体成型。

优选的是，包括：

联排嵌岩混凝土桩，其为多个权利要求1所述水下嵌岩混凝土桩毗邻锁定形成的联排结构；

自上至下设置的多个钢围檩，其通过支撑结构安装于所述水下嵌岩混凝土桩的下游；

以多个行和列的方式设置的多个内支撑，其一侧与坝体相连、另一侧设置活络头与钢围檩连接；

多个斜撑，其设置于相邻两个钢围檩之间，或相邻两个内支撑之间。

优选的是，还包括：

第一密封构件，其位于联排嵌岩混凝土桩上游，包括立面全断面铺设至底部并水平延伸10m的土工膜以及上压1m的袋装土；

第二密封构件，其位于相邻两个嵌岩混凝土桩的阴阳锁口锁定处外侧，包括缝制长条形双层土工膜袋，内装粘土；

第三密封构件，其位于嵌岩混凝土桩与坝体接触处，包括橡胶止水条。

优选的是，还包括：所述支撑结构包括T形加劲肋和承托。

优选的是，所述钢围檩为梁高500mm×翼缘宽250mm×腹板厚12mm×翼缘厚25mm的双拼焊接工字型钢梁。

优选的是，所述内支撑为梁高400mm×翼缘宽400mm×腹板厚13×翼缘厚21mm的工字型钢梁，多个内支撑水平间距为4-5m，竖直间距为2.7-5m。

水下嵌岩混凝土桩的施工方法，包括：

运输钢管桩至设计桩位处，定位钢管桩使垂直度满足要求，安装导向架确保沉桩位置，在水上作业平台采用静压法或激振法插打钢管桩至基岩顶面；

钢管桩沉设就位后，采用旋挖钻机配牙轮钻头从钢管桩内进行钻孔，达到设计标高后，循环法清孔，把钻孔内的悬浮钻渣和相对密度大的泥浆换出，直到达到沉淀值满足设计值；

清孔完成后，吊装、下放钢筋笼至钻孔，采用料斗加导管的方式进行水下混凝土浇筑，完成桩底嵌岩，对钢管桩内部充填砂砾石，形成嵌岩混凝土桩；

重复上述步骤逐根插打，确保嵌岩混凝土桩的阴阳锁口咬合，进行防渗处理。

优选的是，所述防渗处理包括：

在联排嵌岩混凝土桩上游立面全断面铺设土工膜并延伸至底部，水平延伸的长度为不小于10m，上压高度不小于1m的袋装土；

相邻两个嵌岩混凝土桩的阴阳锁口锁定处外侧设置缝制长条形双层土工膜袋、内装粘土，嵌岩混凝土桩与坝体接触处安装橡胶止水条。

钢围堰结构的施工方法，包括：

进行所述的水下嵌岩混凝土桩施工，形成联排嵌岩混凝土桩；

自上至下安装钢围檩和内支撑，安装第一道围檩和内支撑，围堰内抽水至第一道围檩和内支撑下方0.5m处停止，安装第二道围檩，通过千斤顶施加1500～4000kN压力向第二道围檩，安装第二道内支撑，重复上述步骤，上一道围檩和内支撑施工完毕后，抽水降低水位高度进行下一道围檩和内支撑施工；

所有钢围檩和内支撑施工完成后，采用水下整体斜面推进法进行施工，清理、进行混凝土封底，封底混凝土标号为C30混凝土，浇注高度为3.0-4.0m。

优选的是，安装内支撑时，内支撑的一侧设置垫板及锚筋与坝体连接完成后，另一侧的活络头处安放千斤顶向围檩施加压力完成与围檩的连接，活络头焊接固定后拆除千斤顶，完成本道内支撑。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明在不能放空水库且库区高水位的情况下，提高钢管桩打入深水后的稳定性，很好的解决基坑内降水时外围水压力较大造成管桩倾倒的问题，同时也解决了坝基岩石坚硬，管桩打入困难的问题，嵌岩部分采用混凝土材料也能起到较好的止水作用，并且该种方法施工起来方便快捷、方法简单，有效提高钢围堰的施工速度，降低施工难度，缩短工期，钢管桩亦可重复利用，减少工程造价投资，使得钢管桩围堰能很好的应用到水库除险加固施工中。

第二、根据《钢围堰工程技术标准》(GBT 51295-2018)4.5要求，结合本工程特点，钢管桩坐落在基岩面上，并通过浇筑钢筋混凝土嵌入基岩，通过内支撑与坝体相连，对钢管桩整体稳定、强度进行施工期和运行期验算，通过各种工况计算，强度和稳定均满足要求。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一种技术方案的水下嵌岩混凝土桩的结构示意图；

图2为本发明的一种技术方案的钢围堰结构的结构示意图；

图3为本发明的一种技术方案的钢围堰结构的侧面示意图；

图4为本发明的一种技术方案的内支撑的结构示意图；

图5为本发明的一种技术方案的钢管桩的阴阳锁口的结构示意图；

图6为本发明的一种技术方案的钢围檩与内支撑的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

施工前，确认本工程安全等级：根据《钢围堰工程技术标准》(GBT 51295-2018)3.0.5要求，围堰高度＞10m，围堰水深＞8m，因此围堰安全等级属于一级。

如图1所示，水下嵌岩混凝土桩，包括：

钢管桩1，其底部插至基岩顶面，所述钢管桩1外壁具有阴阳锁口10，所述钢管桩1内部设有钢筋笼；钢管径厚比应满足下式要求：

式中：D₀—钢管外径(mm)，取1020mm；

t_s—钢管壁厚(mm)，取18mm；

f_y—钢材的屈服强度(MPa)，钢管材质采用Q345B，取345MPa。经计算，D₀/t_s＝56.67，小于100*235/f_y＝68.12，因此选用管径1020mm，壁厚18mm的管桩满足径厚比要求。

为达到防水目的，钢管桩1之间设置相互咬合的C9连接锁口10，C9锁口10，钢管桩1主管采用Φ1020*18mm螺旋管，C9锁口10为热轧成型，与钢管间采用角焊缝全长焊接。

混凝土灌注桩9，其通过灌注水下混凝土形成于所述钢管桩1内部以及下方的基岩钻孔处，所述钢管桩1、钢筋笼、混凝土灌注桩9与基岩一体成型。

在一个实施例中，库钢管桩围堰施工水深17m，挡水高度21m，规范要求水深宜控制在15m以内。采用的主要材料及规格为：钢管桩1选用Φ1020螺旋管，壁厚18mm，L＝21m，混凝土灌注桩9直径800mm，长6m，深入岩基内2m；钢筋笼采用40Φ36的HRB500钢筋。

施工时，按以下步骤进行：

步骤1、在水上作业平台采用静压法或激振法插打钢管桩1至基岩顶面；

步骤2、钢管桩1沉设就位后，采用旋挖钻机配牙轮钻头从钢管桩1内进行混凝土灌注桩9钻孔；

步骤3、钻孔完成后，采用循环法清孔，通过提升钻锥距孔底10～20cm，继续循环，把钻孔内的悬浮钻渣和相对密度大的泥浆换出；

步骤4、清孔完成后，吊装、下放钢筋笼至混凝土灌注桩9底部，钢筋笼通过定位筋控制垂直度及保护层厚度；

步骤5、采用料斗加导管的方式进行水下混凝土浇筑，浇筑开始后应连续进行，密切关注导管埋深及混凝土面高度，完成混凝土浇筑；

至此，本发明所述已全部完成，然后按照上述方法依次施工整个钢围堰即可。

在上述技术方案中，在不能放空水库且库区高水位的情况下，提高钢管桩1打入深水后的稳定性，很好的解决基坑内降水时外围水压力较大造成管桩倾倒的问题，同时也解决了坝基岩石坚硬，管桩打入困难的问题，嵌岩部分采用混凝土材料也能起到较好的止水作用，并且该种方法施工起来方便快捷、方法简单，有效提高钢围堰的施工速度，降低施工难度，缩短工期，钢管桩1亦可重复利用，减少工程造价投资，使得钢管桩1围堰能很好的应用到水库除险加固施工中。

如图2-5所示，在另一种技术方案中，钢围堰结构，包括：

联排嵌岩混凝土桩，其为所述水下嵌岩混凝土桩毗邻锁定形成的联排结构；

自上至下设置的多个钢围檩5，其通过支撑结构2安装于所述水下嵌岩混凝土桩的下游；

以多个行和列的方式设置的多个内支撑8，其一侧与坝体相连、另一侧设置活络头4与钢围檩5连接；

多个斜撑6，其设置于相邻两个钢围檩5之间，或相邻两个内支撑8之间。

在上述技术方案中，围檩及内支撑8安装采用厂区制作围堰及内支撑8，利用坝顶吊车吊运至基坑工作面内，根据施工强度可于坝顶布置汽车吊辅助吊运。施工人员可利用浮箱及吊绳进入工作面，配合吊装设备进行定位。定位后人工安装。

在另一种技术方案中，还包括：

第一密封构件7，其位于联排嵌岩混凝土桩上游，包括立面全断面铺设至底部并水平延伸10m的土工膜以及上压1m的袋装土。

第二密封构件3，其位于相邻两个嵌岩混凝土桩的阴阳锁口10锁定处外侧，包括缝制长条形双层土工膜袋，内装粘土；

第三密封构件，其位于嵌岩混凝土桩与坝体接触处，包括橡胶止水条。

多层密封构件的布置，确保各处的密封防水效果。

在另一种技术方案中，还包括：所述支撑结构2包括T形加劲肋和承托。具有好的支撑效果。

在另一种技术方案中，所述钢围檩5为梁高500mm×翼缘宽250mm×腹板厚12mm×翼缘厚25mm的双拼焊接工字型钢梁。容易取材、制造，具有好的强度。

在另一种技术方案中，所述内支撑8为梁高400mm×翼缘宽400mm×腹板厚13×翼缘厚21mm的工字型钢梁，多个内支撑8水平间距为4-5m，竖直间距为2.7-5m。容易取材、制造，具有好的强度。

水下嵌岩混凝土桩的施工方法，包括：

运输钢管桩1至设计桩位处，定位钢管桩1使垂直度满足要求，安装导向架确保沉桩位置，在水上作业平台采用静压法或激振法插打钢管桩1至基岩顶面；

钢管桩1沉设就位后，采用旋挖钻机配牙轮钻头从钢管桩1内进行钻孔，达到设计标高后，循环法清孔，把钻孔内的悬浮钻渣和相对密度大的泥浆换出，直到达到沉淀值满足设计值；

清孔完成后，吊装、下放钢筋笼至钻孔，采用料斗加导管的方式进行水下混凝土浇筑，完成桩底嵌岩，对钢管桩1内部充填砂砾石，形成嵌岩混凝土桩；

重复上述步骤逐根插打，确保嵌岩混凝土桩的阴阳锁口10咬合，进行防渗处理。

钢管桩1在插打过程中在锁扣内涂抹黄油，便于止水及减小锁扣之间的摩擦阻力。

施工准备→锁口10钢管桩1制作运输(工厂)→施工浮箱平台搭建→钢管桩1测量放线→钢管桩1定位→钢管桩1拼插及钢管桩1振动沉设→(旋挖钻)钻孔清孔→下放钢筋笼→浇筑水下混凝土→钢管桩1内填砂→钢管桩1顶部稳固(支撑第一道纵横支撑)→锁扣充填止水材料→铺设上游迎面土工膜→排水同时逐级安装支撑→分仓清底并浇筑封底混凝土→其它主体工程施工(包括裂缝处理、混凝土凿毛、安装模板、架设钢筋、混凝土浇筑等)→钢管桩1围堰拆除。

1、钢管桩1定位

定位钢管桩1可于码头吊装转运到运输驳船平台，也可以利用坝顶吊运，打桩机于浮式平台上打桩。平台采用八字锚调整位置，使钢管桩1的平面位置到达设计桩位处。平面位置及垂直度满足要求后，在测量引导下依靠钢管桩1和桩锤的自重下桩、稳桩、压锤，复测桩位和倾斜度，调整平台位置，直到满足要求后，开始锤击。

定位钢管桩1施工完毕后安装导向架确保准确的沉桩位置，采用导向架对其进行限制。

插打作业平台平面不宜小于35×20m，其上安装吊机和插打设备(导向架振动锤等)，满足稳定和钢管插打作业以及混凝土作业要求，动力系统满足自行行走定位功能，外接电源可以采用自坝顶外接动力电形式。

2、钢管桩1施工

采用150吨激振力振动锤逐根插打钢管桩1至基础基岩面。打桩过程中，应随时检查并调整钢管桩1的垂直度。

在锁口10槽口下端焊接一定坡度的挡板或锥体，防止插打过程中渣土进入锁口10槽口部位。

纵向钢管桩1围堰施工前应复核合围堰与坝面间距，若不能刚好满足钢管桩1合龙的间距要求时，应及根据实际情况加工异形锁扣钢管桩1，异形锁扣钢管桩1可以通过局部调整钢管桩1位置方位或增加阴阳头数量控制其所占空间，便于锁扣钢管桩1围堰顺利合龙。

3、钢管桩1桩底嵌岩

钢管桩1桩底采用灌注桩保证管桩嵌岩。钢管桩1沉设就位后，采用旋挖钻机配牙轮钻头进行桩底的卵砾石层以及基岩岩层的钻孔，清孔后下放钢筋笼，最后灌注水下混凝土，完成桩底嵌岩。灌注桩施工工艺为：

4、钻孔

5、清孔

钻孔达到设计标高后，用循环法清孔，提升钻锥距孔底10～20cm，继续循环，把钻孔内的悬浮钻渣和相对密度大的泥浆换出，直到达到沉淀值满足设计值。

6、吊放钢筋笼

清孔完成后，吊装、下沉钻孔桩钢筋笼至设计高程。钢筋骨架用单面焊接接长，用钻机架配合下沉，控制好钢筋骨架的竖直度及外侧钢管的保护层厚度，保护层厚度由定位筋控制。下好骨架后，固定在外侧钢护筒上。

7、浇筑水下混凝土

1)下导管：(直径35cm)将导管编号、连接，用钻机分节放入孔内，导管下端距孔底要求有30-40cm，上接一个漏斗，并在接口处设隔水栓以隔绝混凝土与导管中的水。

2)拌制混凝土：坍落度控制在18～22cm，每次混凝土拌合时间不小于1分钟。

3)浇筑混凝土：

a)混凝土拌合后运至浇筑地点时，检查均匀性和坍落度，如不符合要求，进行第二次拌和，第二次拌和达不到要求时，不得使用。

b)浇筑开始后，连续地进行，尽可能缩短拆除导管的间隔时间，当导管内混凝土不满时徐徐地浇筑，防止导管内造成高压空气囊。

c)浇筑过程中，经常探测井孔内混凝土面位置，及时地调整导管埋深，导管的埋深不小于2m且不大于6m，采用测深锤探测混凝土面。

d)浇筑过程中，将孔内溢出的泥水引流至船内沉淀外运，防止污染环境。

钢管桩1内混凝土灌注完成后，混凝土龄期7～10天后，钢管桩1内填充一定高度砂或砂砾，防止局部屈曲变形，提高钢管桩1的受力稳定性。

在另一种技术方案中，所述防渗处理包括：

在联排嵌岩混凝土桩上游立面全断面铺设土工膜并延伸至底部，水平延伸的长度为不小于10m，上压高度不小于1m的袋装土，保证围堰防渗能力；

相邻两个嵌岩混凝土桩的阴阳锁口10C9锁口10锁定处外侧设置缝制长条形双层土工膜袋、内装粘土，由潜水员由上至下填塞到两钢管桩1之间靠近C9锁口10处，并振捣密实，保证止水效果，嵌岩混凝土桩与坝体接触处安装橡胶止水条，利用水压达到止水效果。

钢管桩1与坝体接触部位安装橡胶止水条，利用上游水压力压住止水条进行止水封闭。

围堰形成后在锁口10外侧充填止水材料，止水材料为缝制长条形双层土工膜袋，内装粘土，由潜水员由上至下填塞到两钢管桩1之间靠近C9锁口10处，并振捣密实，保证止水效果。

管桩施工完毕后于上游面铺设一层土工膜防渗，土工膜采用水上铺设，于土工膜一端固定沙袋，定位后配合潜水员沉入水中。水上抛投袋装砂砾进行压脚，船体定位后人工抛投。

钢围堰结构的施工方法，包括：

进行所述的水下嵌岩混凝土桩施工，形成联排嵌岩混凝土桩；

自上至下安装钢围檩5和内支撑8，安装第一道围檩和内支撑8，围堰内抽水至第一道围檩和内支撑8下方0.5m处停止，安装第二道围檩，通过千斤顶施加1500～4000kN压力向第二道围檩，安装第二道内支撑8，重复上述步骤，上一道围檩和内支撑8施工完毕后，抽水降低水位高度进行下一道围檩和内支撑8施工；

所有钢围檩5和内支撑8施工完成后，采用水下整体斜面推进法进行施工，清理、进行混凝土封底，封底混凝土标号为C30混凝土，浇注高度为3.0-4.0m，封底混凝土设置竖向减压排水孔。

具体为：

A、横撑随基坑内水位降低从上到下逐步安装。围堰内抽水至第一道支撑位置下0.5m处停止降水并开始安装第一道围檩和内支撑8，内支撑8与坝体接触部位需安装垫板，垫板采用锚筋与坝体相连。内支撑8在钢管桩1侧设置活络头4，支撑与坝体连接完成后，活络头4处安放千斤顶，施加1500～4000kN预顶力(仅桩顶处水平支撑不施加预顶力)，活络头4焊接固定后拆除千斤顶，完成本级内支撑8。上一级支撑施工完毕后方可继续降水进行下一级施工。

B、基坑抽排水完毕后对基础进行清理至基岩面，基础清理可根据现场情况采用水下清理，采用泥浆泵抽排基础覆盖层至坝下沉砂池内排水，排水后采用自卸汽车运输至弃渣场集中处理，降水完毕后利用人工清理至基岩面，通过底孔或坝顶调运至弃渣场。基础面清理完毕后进行混凝土封底。封底混凝土标号为C30混凝土，厚度为3.0～4.0m。采用水下整体斜面推进法进行施工。施工完毕后进行基坑内排水，排水时需控制排水速率强度，同时逐步增加支撑，并检查管桩渗水情况并及时处理。排水后钢管桩1基础渗水处理可采用水下混凝土浇筑封底解决。封底混凝土量为8797m³。

在另一种技术方案中，如图6所示，安装内支撑8时，内支撑8的一侧设置垫板及锚筋与坝体连接完成后，另一侧的活络头4处安放千斤顶向围檩施加压力完成与围檩的连接，活络头4焊接固定后拆除千斤顶，完成本道内支撑8。

(1)工况一：上游水位77.0m，第一道围檩已安装完毕，下游水头降至74.5m，安装第二道围檩后，在安装第二道内支撑8前施加水平顶力1500kN。

(2)工况二：上游水位77.0m，下游水头降至74.5m，第二道围檩及支撑安装完毕。拆除千斤顶。

(3)工况三：上游水位77.0m，第二道围檩已安装完毕，下游水头降至71.5m，安装第三道围檩后，在安装第三道内支撑8前施加水平顶力3000kN。

(4)工况四：上游水位77.0m，下游水头降至71.5m，第三道围檩及支撑安装完毕。拆除千斤顶。

(5)工况五：步骤一：上游水位77.0m，第三道围檩已安装完毕，下游水头降至68.0m。

步骤二：安装第四道围檩后，在安装第四道内支撑8前施加水平顶力4000kN。

(6)工况六：上游水位77.0m，下游水头降至68.0m，第四道围檩及支撑安装完毕。拆除千斤顶。

(7)工况七：上游水位77.0m，第四道围檩已安装完毕，下游水头降至63.5m，安装第五道围檩后，在安装第五道内支撑8前施加水平顶力4000kN。

(8)工况八：上游水位77.0m，下游水头降至63.5m，第五道围檩及支撑安装完毕。拆除千斤顶。

(9)工况九：上游水位77.0m，第五道围檩已安装完毕，下游水头降至58.5m，安装第六道围檩后，在安装第六内支撑8前施加水平顶力2000kN。

(10)工况十：上游水位77.0m，下游水头降至56.0m，第六道围檩及支撑安装完毕。拆除千斤顶。

根据《钢围堰工程技术标准》(GBT 51295-2018)4.5要求，结合本工程特点，钢管桩1坐落在基岩面上，并通过浇筑钢筋混凝土嵌入基岩，通过内支撑8与坝体相连，对钢管桩1整体稳定、强度进行施工期和运行期验算。

钢管桩1外径1020mm，底高程56.0m，顶高程77.0m，挡水水头21.0m。钢管桩1背水面采用焊接工字型钢梁作为围檩，内支撑8跨度为4.328m。钢管桩1与坝体之间净距离为6.5m。

钢管桩1施工期强度和稳定计算：设计采用三维有限元分析软件MidasCivil，根据下游降水以及安装围檩、支撑的实际工况，建立三维有限元累加模型，准确模拟整个施工过程中各施工阶段下钢管桩1围堰各构件的受力状态，计算结果显示，整个降水过程中，钢管桩1最大应力标准值为140MPa，发生在第四道围檩安装前的荷载工况；钢管桩1最大水平位移为99mm，发生在第三道围檩安装后的荷载工况。钢管桩1围堰的应力验算满足受力要求。

考虑到施工过程中工作驳船以及各种施工设备有可能与钢管桩1围堰发生碰撞，设计参考500吨级内河船舶(500WT)的撞击力对钢管桩1围堰进行验算。船舶撞击力顺围堰方向为550kN，垂直于围堰方向为450kN，选择围堰施工过程中的最不利工况以及围堰正常运行工况进行验算。计算结果显示，围堰施工过程中的最不利工况(仅安装顶层围檩及支撑杆件)下偶然荷载工况最大应力为122MPa，最大位移为18mm，满足规范要求。围堰运营期间偶然荷载工况最大应力为139MPa，最大位移为99mm，满足规范要求。

本工程钢围堰安全等级为一级，根据《钢围堰工程技术标准》(GBT 51295-2018)6.2.6要求，钢管桩1围堰监测包括以下项目：平面位置监测、桩身倾斜及变形、支撑(拉锚)轴力、支撑挠度、支撑温度、围堰内部水位、围堰外部水位等。

钢管桩1围堰监测项目监测方法、测点布置、监测频率见表1。

表1

2)监测方法

(1)位移监测

锁扣钢管桩1位移检测控制点布置在第一层围檩上，在围堰内抽水前做好标记，按规定要求进行观测，准确记录数据，出现异常情况及时报警。

(2)应力监测

在围檩和内支撑8表面粘贴振弦式表面传感器，在每个工况开始前、实施后采用综合测试仪采集钢构件的应变数据。本工程共设置七层围檩，没层围檩和内支撑8均应布置应力测点，根据围檩和内支撑8的应力验算结果，布置在受力最不利位置。

(3)监测频率及结果

钢管桩1围堰施打阶段，在钢管桩1施打通过限位框及外层导向框施工完成后，对位移开展一次测量复核，保证钢管桩1施沉时的平面位置及垂直度。

在围檩和内支撑8施工期间，每隔一天监测一次位移和应力情况。

封底混凝土浇筑后7d内每天检测一次，浇筑7d后每3d检测一次位移和应力情况。

监测结果符合设计要求。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.水下嵌岩混凝土桩，其特征在于，包括：

钢管桩，其底部插至基岩顶面，所述钢管桩外壁具有阴阳锁口，所述钢管桩内部设有钢筋笼；

混凝土灌注桩，其通过灌注水下混凝土形成于所述钢管桩内部以及下方的基岩钻孔处，所述钢管桩、钢筋笼、混凝土灌注桩与基岩一体成型。

2.钢围堰结构，其特征在于，包括：

联排嵌岩混凝土桩，其为多个权利要求1所述水下嵌岩混凝土桩毗邻锁定形成的联排结构；

自上至下设置的多个钢围檩，其通过支撑结构安装于所述水下嵌岩混凝土桩的下游；

以多个行和列的方式设置的多个内支撑，其一侧与坝体相连、另一侧设置活络头与钢围檩连接；

多个斜撑，其设置于相邻两个钢围檩之间，或相邻两个内支撑之间。

3.如权利要求2所述的钢围堰结构，其特征在于，还包括：

第一密封构件，其位于联排嵌岩混凝土桩上游，包括立面全断面铺设至底部并水平延伸10m的土工膜以及上压1m的袋装土；

第二密封构件，其位于相邻两个嵌岩混凝土桩的阴阳锁口锁定处外侧，包括缝制长条形双层土工膜袋，内装粘土；

第三密封构件，其位于嵌岩混凝土桩与坝体接触处，包括橡胶止水条。

4.如权利要求2所述的钢围堰结构，其特征在于，还包括：所述支撑结构包括T形加劲肋和承托。

5.如权利要求2所述的钢围堰结构，其特征在于，所述钢围檩为梁高500mm×翼缘宽250mm×腹板厚12mm×翼缘厚25mm的双拼焊接工字型钢梁。

6.如权利要求2所述的钢围堰结构，其特征在于，所述内支撑为梁高400mm×翼缘宽400mm×腹板厚13×翼缘厚21mm的工字型钢梁，多个内支撑水平间距为4-5m，竖直间距为2.7-5m。

7.水下嵌岩混凝土桩的施工方法，其特征在于，包括：

运输钢管桩至设计桩位处，定位钢管桩使垂直度满足要求，安装导向架确保沉桩位置，在水上作业平台采用静压法或激振法插打钢管桩至基岩顶面；

钢管桩沉设就位后，采用旋挖钻机配牙轮钻头从钢管桩内进行钻孔，达到设计标高后，循环法清孔，把钻孔内的悬浮钻渣和相对密度大的泥浆换出，直到达到沉淀值满足设计值；

清孔完成后，吊装、下放钢筋笼至钻孔，采用料斗加导管的方式进行水下混凝土浇筑，完成桩底嵌岩，对钢管桩内部充填砂砾石，形成嵌岩混凝土桩；

重复上述步骤逐根插打，确保嵌岩混凝土桩的阴阳锁口咬合，进行防渗处理。

8.如权利要求7所述的水下嵌岩混凝土桩的施工方法，其特征在于，所述防渗处理包括：

在联排嵌岩混凝土桩上游立面全断面铺设土工膜并延伸至底部，水平延伸的长度为不小于10m，上压高度不小于1m的袋装土；

相邻两个嵌岩混凝土桩的阴阳锁口锁定处外侧设置缝制长条形双层土工膜袋、内装粘土，嵌岩混凝土桩与坝体接触处安装橡胶止水条。

9.钢围堰结构的施工方法，其特征在于，包括：

进行权利要求7-8所述的水下嵌岩混凝土桩施工，形成联排嵌岩混凝土桩；

自上至下安装钢围檩和内支撑，安装第一道围檩和内支撑，围堰内抽水至第一道围檩和内支撑下方0.5m处停止，安装第二道围檩，通过千斤顶施加1500～4000kN压力向第二道围檩，安装第二道内支撑，重复上述步骤，上一道围檩和内支撑施工完毕后，抽水降低水位高度进行下一道围檩和内支撑施工；

所有钢围檩和内支撑施工完成后，采用水下整体斜面推进法进行施工，清理、进行混凝土封底，封底混凝土标号为C30混凝土，浇注高度为3.0-4.0m。

10.如权利要求9所述的钢围堰结构的施工方法，其特征在于，

安装内支撑时，内支撑的一侧设置垫板及锚筋与坝体连接完成后，另一侧的活络头处安放千斤顶向围檩施加压力完成与围檩的连接，活络头焊接固定后拆除千斤顶，完成本道内支撑。

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