CN116479888B - 深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置及桩基成孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明是深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置及桩基成孔方法，定位装置包括水下钢套箱、抗滑移钢桩、固基混凝土、外护筒、内护筒、止漏混凝土、基岩内扩孔。桩基成孔时首先利用水下钢套箱与倾斜基岩面实现紧密贴合，再浇筑固基混凝土，然后将外护筒插入固基混凝土内部，待硬化后即将外护筒固定于倾斜基岩面上，然后利用冲击钻完成基岩内扩孔，下放内护筒并浇筑止漏混凝土，以上便为冲击钻成孔提供了条件。本发明钢护筒固定牢固，不漏浆，可入岩，解决了深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒固定困难、护筒底卷边、无法入岩、护筒底与倾斜基岩无法贴合而漏浆的难题，具有通用性强、钢护筒锚固效果好、稳定性高、钢护筒内泥浆止漏效果佳的优点。

Description

深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置及桩基成孔方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工的技术领域，尤其涉及一种深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置及桩基成孔方法。

背景技术

随着跨江、海桥梁的不断兴建，桥梁深水基础施工面临越来越多的难题。对于深水倾斜不平整裸岩区域，钻孔桩施工的难点是钢护筒的定位安装难度大、护筒底口漏浆问题突出，传统振沉钢护筒的方法无法实施，从而影响钢护筒的安全性能和主钻孔桩的施工进度。

中国授权发明专利（公告号为CN112554197B）公开了一种适用于深水裸岩地质的钢护筒施工方法，该钢护筒施工方法包括以下步骤：在目标区域下放辅助钢护筒；对辅助钢护筒内部的子护筒进行冲孔操作；取出辅助钢护筒，将主钢护筒下放至对各子护筒进行冲孔操作后形成的环形钻孔槽中，并调整主钢护筒在环形钻孔槽内的方位；待主钢护筒在环形钻孔槽内的方位确定后，进行灌浆锚固工作；其中，辅助钢护筒为环形结构，辅助钢护筒内部设置有多个子护筒，辅助钢护筒的长度方向与各子护筒的长度方向相同，各子护筒呈环状排列。利用辅助钢护筒进行钢护筒的施工工作，有效抵抗波浪及水流作用，为冲击钻成槽起导向作用，为在水深流急的环境中施工提供施工条件。该方法仅适用于价位平整的深水裸岩区域的钢护筒施工，对于深水倾斜不平整裸岩区域，其无法固定，水流作用下易偏移，故通用下差；且需钻孔数量大，操作难度大。

中国实用新型专利（公告号为CN202989949U）公开了一种在深水急流无覆盖层陡峭裸岩上的钢护筒固定结构。其具体方案如下：所述的钢护筒设置于陡峭裸岩面上，在钢护筒底部外侧通过型钢支架焊接有钢围圈，在钢护筒底部以及所述钢护筒与钢围圈之间浇筑有水下混凝土层。该方法中，钢护筒底部外侧的钢围圈为固定形状，无法自动匹配倾斜不平整裸岩表面，由于每个桩周围地质条件不同，故通用性差，效果差。该方法在钢护筒底部以及所述钢护筒与钢围圈之间浇筑有水下混凝土层，仅与基岩接触，未与基岩锚固，水流力较大时，存在滑移问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置及桩基成孔方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置，包括设置在倾斜基岩面上的水下钢套箱以及底部插设在倾斜基岩面内部的若干抗滑移钢桩，水下钢套箱底部滑动调节适配贴合在倾斜基岩面表面，抗滑移钢桩位于水下钢套箱内部，水下钢套箱内部与倾斜基岩面表面之间浇筑有固基混凝土，固基混凝土内部中间位置插设有与水下钢套箱同轴设置的外护筒，外护筒顶部穿出固基混凝土表面且露出水位线以上，倾斜基岩面对应外护筒底部打设有基岩内扩孔，外护筒、基岩内扩孔内部同轴设置有内护筒，内护筒外壁下端与外护筒、基岩内扩孔内壁之间设有止漏混凝土。

水下钢套箱包括上下平行设置的两道环形梁，两道环形梁之间圆周连接有若干个联系杆，两道环形梁外围设有一圈竖直设置的槽型钢板桩，两道环形梁面向槽型钢板桩滑槽的一侧设有若干滑块，滑块滑动安装在对应的槽型钢板桩滑槽内，每个槽型钢板桩面向两道环形梁的一侧上端设有上挡块且下端设有下挡块，位于上端的环形梁内侧圆周均布有若干个吊耳。

吊耳共有四个。

槽型钢板桩的滑槽为T形结构，滑块为T形结构。

若干抗滑移钢桩圆周均布。

深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔方法，利用上述深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置进行施工，具体步骤为：

S1、下放水下钢套箱：

首先，水下探明钻孔桩范围内裸岩的倾斜不平整情况，并根据钻孔灌注桩的直径，设计合理尺寸的水下钢套箱，利用吊绳连接吊耳将水下钢套箱下放至倾斜基岩面上，并使得水下钢套箱中心轴线与所施工的钻孔灌注桩的轴心重合，若干个槽型钢板桩之间相对独立，可分别沿着滑块竖向滑动，在自身重力作用下，不同的槽型钢板桩沿着对应的滑块竖向滑动，底部支撑在倾斜基岩面上，形成与倾斜基岩面密贴的围护套箱结构，下放到位后，清理水下钢套箱内部倾斜基岩面上的淤泥；

S2、安装抗滑移钢桩：

利用水下钻孔机在水下钢套箱内部倾斜基岩面上钻取若干个钻孔，并插入抗滑移钢桩；

S3、水下灌注固基混凝土并插入外护筒：

利用水下导管，向水下钢套箱内部灌入固基混凝土，并利用吊机在固基混凝土内部插入外护筒，并落在倾斜基岩面上，保证外护筒轴线与所施工的钻孔灌注桩的轴心重合，外护筒在固基混凝土初凝前插入，硬化后即完成固定，外护筒上端位于水位线以上的高度不小于0.5m；

S4、利用冲击钻扩孔：

选择与外护筒合适大小冲击钻，利用反循环法在外护筒内进行钻孔作业，在倾斜基岩面内部钻孔并清理浮渣，形成基岩内扩孔；

S5、安装内护筒：

基岩内扩孔施工完毕并清孔后，利用吊机下放内护筒，保证内护筒轴线与所施工的钻孔灌注桩轴线重合，在内护筒外壁下端与外护筒、基岩内扩孔内壁之间灌注止漏混凝土，内护筒上端位于水位线以上，高于外护筒；

S6、施工钻孔灌注桩：

选择合适大小的冲击钻，利用反循环法在内护筒进行钻孔作业，形成基岩内桩孔，逐渐加深基岩内桩孔，并在基岩内桩孔内浇筑钻孔灌注桩。

本发明的有益效果是：本发明钢护筒固定牢固，不漏浆，可入岩，解决了深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒固定困难、护筒底卷边、无法入岩、护筒底与倾斜基岩无法贴合而漏浆的难题，具有通用性强、钢护筒锚固效果好、稳定性高、钢护筒内泥浆止漏效果佳的优点。

附图说明

图1为本发明中水下钢套箱的结构示意图；

图2为图1中A的放大图；

图3为本发明中水下钢套箱的槽型钢板桩与环形梁的立面连接图；

图4为本发明中深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔的施工流程图；

图5为本发明中深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔的施工步骤S1的示意图；

图6为本发明中深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔的施工步骤S2的示意图；；

图7为本发明中深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔的施工步骤S3的示意图；；

图8为本发明中深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔的施工步骤S4的示意图；；

图9为本发明中深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔的施工步骤S5的示意图；；

图10为本发明中深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔的施工步骤S6的示意图；；

图中：1-水下钢套箱；2-抗滑移钢桩；3-固基混凝土；4-外护筒；5-内护筒；6-止漏混凝土；7-冲击钻；8-基岩内扩孔；9-基岩内桩孔；10-倾斜基岩面；11-环形梁；12-滑块；13-槽型钢板桩；14-联系杆；15-吊耳；16-上挡块；17-下挡块；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置，如图10所示，包括水下钢套箱1、抗滑移钢桩2、固基混凝土3、外护筒4、内护筒5、止漏混凝土6、基岩内扩孔8。

如图1、图2、图3所示，水下钢套箱1由环形梁11、滑块12、槽型钢板桩13、联系杆14、吊耳15、上挡块16和下挡块17组成。所述环形梁11共上下平行布置两道，通过若干个联系杆14连为一体。所述槽型钢板桩13紧密环形排列，并垂直于环形梁11所在平面，其槽孔内穿过布置于环形梁11外侧的滑块12，可保证槽型钢板桩13之间相对独立，可分别沿着滑块12竖直滑动，并通过滑块12的套箍作用将其限位，形成环形套，置于水下倾斜基岩面10上时，槽型钢板桩13底部可与裸岩密贴。所述吊耳15焊接与上层环形梁11内侧，可与吊绳连接，在水面以上下放水下钢套箱1。所述上挡块16和下挡块17分别焊接与每个槽型钢板桩13的上下端部的内侧，起到限位作用，保证槽型钢板桩13沿着滑块12滑动时不脱离。

吊耳15共有四个。

槽型钢板桩13的滑槽为T形结构，滑块12为T形结构。

所述抗滑移钢桩2圆周均布，布置于水下钢套箱1内，可通过在水下倾斜基岩面10上钻取若干个孔，插入型钢来实现，直接浇筑于固基混凝土3内部。

所述固基混凝土3为浇筑于水下钢套箱1内部的一定厚度的混凝土，由水下钢套箱1保证其不外流，且硬化后，由抗滑移钢桩2保证其不在水下倾斜基岩面10上滑动。

所述外护筒4为保证内护筒5定位和入岩的筒状结构，在固基混凝土3水下浇筑后，初凝前及时插入，硬化后固定于固基混凝土3上，实现固定效果。

所述基岩内扩孔8为外护筒4固定后，利用冲击钻7在基岩内部形成的直径与外护筒4相等的一定深度孔。

所述内护筒5插入外护筒4并置于基岩内扩孔8内，通过止漏混凝土6固定，并且止漏混凝土6可防止钻孔过程中内护筒5内的泥浆外漏。

所述水下钢套箱1、外护筒4、内护筒5的中心线均与设计钻孔灌注桩重合。

深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔方法，利用上述深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置进行施工，如图4所示，具体步骤为：

S1、下放水下钢套箱1：

首先，水下探明钻孔桩范围内裸岩的倾斜不平整情况，并根据钻孔灌注桩的直径，设计合理尺寸的水下钢套箱1，利用吊绳连接吊耳15将水下钢套箱1下放至倾斜基岩面10上，并使得水下钢套箱1中心轴线与所施工的钻孔灌注桩的轴心重合，若干个槽型钢板桩13之间相对独立，可分别沿着滑块12竖向滑动，在自身重力作用下，不同的槽型钢板桩13沿着对应的滑块12竖向滑动，底部支撑在倾斜基岩面10上，形成与倾斜基岩面10密贴的围护套箱结构，下放到位后，清理水下钢套箱1内部倾斜基岩面10上的淤泥，如图5所示；

S2、安装抗滑移钢桩2：

利用水下钻孔机在水下钢套箱1内部倾斜基岩面10上钻取若干个钻孔，并插入抗滑移钢桩2，如图6所示；

S3、水下灌注固基混凝土3并插入外护筒4：

利用水下导管，向水下钢套箱1内部灌入固基混凝土3，并利用吊机在固基混凝土3内部插入外护筒4，并落在倾斜基岩面10上，保证外护筒4轴线与所施工的钻孔灌注桩的轴心重合，外护筒4在固基混凝土3初凝前插入，硬化后即完成固定，外护筒4上端位于水位线以上的高度不小于0.5m，如图7所示；

S4、利用冲击钻7扩孔：

选择与外护筒4合适大小冲击钻7，利用反循环法在外护筒4内进行钻孔作业，在倾斜基岩面10内部钻孔并清理浮渣，形成基岩内扩孔8，如图8所示；

S5、安装内护筒5：

基岩内扩孔8施工完毕并清孔后，利用吊机下放内护筒5，保证内护筒5轴线与所施工的钻孔灌注桩轴线重合，在内护筒5外壁下端与外护筒4、基岩内扩孔8内壁之间灌注止漏混凝土6，止漏混凝土6可固定内护筒5，并且防止钻孔过程中内护筒5内的泥浆外漏，内护筒5上端位于水位线以上，高于外护筒4，如图9所示；

S6、施工钻孔灌注桩：

选择合适大小的冲击钻7，利用反循环法在内护筒5进行钻孔作业，形成基岩内桩孔9，逐渐加深基岩内桩孔9，并在基岩内桩孔9内浇筑钻孔灌注桩，如图10所示。

本发明首先利用水下钢套箱1与倾斜基岩面10实现紧密贴合，再浇筑固基混凝土3，然后将外护筒4插入固基混凝土3内部，待硬化后即将外护筒4固定于倾斜基岩面10上，然后利用冲击钻7完成基岩内扩孔8，下放内护筒5并浇筑止漏混凝土6，以上便为冲击钻7成孔提供了条件。

本发明钢护筒固定牢固，不漏浆，可入岩，解决了深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒固定困难、护筒底卷边、无法入岩、护筒底与倾斜基岩无法贴合而漏浆的难题，具有通用性强、钢护筒锚固效果好、稳定性高、钢护筒内泥浆止漏效果佳的优点。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置，其特征在于，包括设置在倾斜基岩面（10）上的水下钢套箱（1）以及底部插设在倾斜基岩面（10）内部的若干抗滑移钢桩（2），水下钢套箱（1）底部滑动调节适配贴合在倾斜基岩面（10）表面，抗滑移钢桩（2）位于水下钢套箱（1）内部，水下钢套箱（1）内部与倾斜基岩面（10）表面之间浇筑有固基混凝土（3），固基混凝土（3）内部中间位置插设有与水下钢套箱（1）同轴设置的外护筒（4），外护筒（4）顶部穿出固基混凝土（3）表面且露出水位线以上，倾斜基岩面（10）对应外护筒（4）底部打设有基岩内扩孔（8），外护筒（4）、基岩内扩孔（8）内部同轴设置有内护筒（5），内护筒（5）外壁下端与外护筒（4）、基岩内扩孔（8）内壁之间设有止漏混凝土（6）；

水下钢套箱（1）包括上下平行设置的两道环形梁（11），两道环形梁（11）之间圆周连接有若干个联系杆（14），两道环形梁（11）外围设有一圈竖直设置的槽型钢板桩（13），两道环形梁（11）面向槽型钢板桩（13）滑槽的一侧设有若干滑块（12），滑块（12）滑动安装在对应的槽型钢板桩（13）滑槽内，每个槽型钢板桩（13）面向两道环形梁（11）的一侧上端设有上挡块（16）且下端设有下挡块（17），位于上端的环形梁（11）内侧圆周均布有若干个吊耳（15）。

2.根据权利要求1所述的深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置，其特征在于，吊耳（15）共有四个。

3.根据权利要求2所述的深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置，其特征在于，槽型钢板桩（13）的滑槽为T形结构，滑块（12）为T形结构。

4.根据权利要求3所述的深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置，其特征在于，若干抗滑移钢桩（2）圆周均布。

5.深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔方法，利用如权利要求1所述的深水倾斜不平整裸岩区域钢护筒定位装置进行施工，其特征在于，具体步骤为：

S1、下放水下钢套箱（1）：

首先，水下探明钻孔桩范围内裸岩的倾斜不平整情况，并根据钻孔灌注桩的直径，设计合理尺寸的水下钢套箱（1），利用吊绳连接吊耳（15）将水下钢套箱（1）下放至倾斜基岩面（10）上，并使得水下钢套箱（1）中心轴线与所施工的钻孔灌注桩的轴心重合，若干个槽型钢板桩（13）之间相对独立，可分别沿着滑块（12）竖向滑动，在自身重力作用下，不同的槽型钢板桩（13）沿着对应的滑块（12）竖向滑动，底部支撑在倾斜基岩面（10）上，形成与倾斜基岩面（10）密贴的围护套箱结构，下放到位后，清理水下钢套箱（1）内部倾斜基岩面（10）上的淤泥；

S2、安装抗滑移钢桩（2）：

利用水下钻孔机在水下钢套箱（1）内部倾斜基岩面（10）上钻取若干个钻孔，并插入抗滑移钢桩（2）；

S3、水下灌注固基混凝土（3）并插入外护筒（4）：

利用水下导管，向水下钢套箱（1）内部灌入固基混凝土（3），并利用吊机在固基混凝土（3）内部插入外护筒（4），并落在倾斜基岩面（10）上，保证外护筒（4）轴线与所施工的钻孔灌注桩的轴心重合，外护筒（4）上端位于水位线以上的高度不小于0.5m；

S4、利用冲击钻（7）扩孔：

选择与外护筒（4）合适大小冲击钻（7），利用反循环法在外护筒（4）内进行钻孔作业，在倾斜基岩面（10）内部钻孔并清理浮渣，形成基岩内扩孔（8）；

S5、安装内护筒（5）：

基岩内扩孔（8）施工完毕并清孔后，利用吊机下放内护筒（5），保证内护筒（5）轴线与所施工的钻孔灌注桩轴线重合，在内护筒（5）外壁下端与外护筒（4）、基岩内扩孔（8）内壁之间灌注止漏混凝土（6），内护筒（5）上端位于水位线以上，高于外护筒（4）；

S6、施工钻孔灌注桩：

选择合适大小的冲击钻（7），利用反循环法在内护筒（5）进行钻孔作业，形成基岩内桩孔（9），逐渐加深基岩内桩孔（9），并在基岩内桩孔（9）内浇筑钻孔灌注桩。

6.根据权利要求5所述的深水倾斜不平整裸岩区域桩基成孔方法，其特征在于，步骤S3中，外护筒（4）在固基混凝土（3）初凝前插入，硬化后即完成固定。