适于岩层地质的筑岛钢板桩围堰式钻孔桩平台的施工方法

摘要

本发明公开了一种适于岩层地质的筑岛钢板桩围堰式钻孔桩平台的施工方法，包括河道处于低水位期的第一阶段施工：先人工筑岛、开挖基坑、抽水；再在基坑底部安装带有成对导向柱的钢板桩混凝土定位块；焊接工字钢组成的内外环道、在内外导向柱上套接内外定位钢管，并焊接限位钢圈、安装底层围囹和内支撑；然后安装钢板桩至合龙，将钢板桩和底层围囹连接固定后，拆除内定位钢管；安装第一节钢护筒并装配连接系，之后进行垫层干封，拆除外定位钢管及其上的限位圈梁；接着进行第二阶段施工：安装其他层围囹和内支撑，接高第一节钢护筒，并搭设钻孔桩平台，完成施工。本发明利用了低水位期的便利条件，施工周期短、精度高、结构稳固。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁水中基础施工技术领域，尤其是涉及一种适于岩层地质的筑岛钢板桩围堰式钻孔桩平台的施工方法。

背景技术

钻孔桩平台作为深水基础钻孔桩施工的一种必要的临时设施，其形式多样，主要应根据地质条件、施工技术、机械设备及经济实用性等原则来确定其施工方式。目前常见的钻孔桩平台包括堆土筑岛式、钢管桩施工平台和浮式施工平台等。堆土筑岛式平台一般适用于低水位河道，当河道高水位较高时，需要的填土方量较多，侵入水域面积较大，不利于防洪度汛；钢管桩施工平台适用于深、浅水环境，结构简单、刚度大，但前期成本投入大，施工周期长；浮式施工平台操作方便、灵活，施工工期短、不受水位上浮下沉影响，但是水上设备投入多，稳定性及定位精度较低，不适用于大功率钻机施工。实际施工时，某些河道还会受到汛期、蓄水发电、施工进度安排等因素的制约，在施工前期河床水位较低，但施工后期河床水位会明显提升，且升幅较大（前后落差可达5-12米）。为了提高整体施工经济性，希望在河道水位上升之前就完成钻孔桩与钢板桩围堰的施工。但是，在岩层地质的河道上进行钢板桩围堰插打时存在插打不到位、施工难度大、岩面开槽工期较长的问题。特别是当水头高度大于15m时，采用常规排水开挖安装内支撑的施工工艺不能满足受力要求，而采用水下安装内支撑时施工工艺复杂、难度大。另外，采用常规施工工艺进行水下清岩时费时费力、较为困难。

发明内容

针对在施工后期河床水位比施工前期河床水位有明显提升的情况，本发明提供一种施工周期短、结构稳固的适于岩层地质的筑岛钢板桩围堰式钻孔桩平台的施工方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的适于岩层地质的筑岛钢板桩围堰式钻孔桩平台的施工方法，包括当河道处于低水位期时进行的包括第一步至第七步的第一阶段施工：

第一步，进行人工筑岛，然后在岛上开挖深度至钻孔桩承台垫层底部的基坑，并用抽水泵抽出基坑内的渗水；

第二步，按照围堰设计方案在基坑底部安装钢板桩混凝土定位块，钢板桩混凝土定位块顶部沿环向预制有多组间隔设置的成对导向柱；

第三步，在外侧导向柱的内侧壁上焊接由工字钢组成的外环道，在内侧导向柱的外侧壁上焊接由工字钢组成的内环道，内、外环道的底面均紧贴钢板桩混凝土定位块的顶面；

第四步，在外侧导向柱上套接外定位钢管，并在其顶部内侧壁上焊接限位圈梁；在内侧导向柱上套接内定位钢管，并在其顶部安装围堰的底层围囹，接着在底层围囹内栓接安装底层内支撑；

第五步，在内、外定位钢管之间依次安装钢板桩至合龙，其中，外环道和限位圈梁位于钢板桩的外侧，内环道和底层围囹位于钢板桩的内侧，然后，将钢板桩和底层围囹连接固定，之后拆除内定位钢管；

第六步，以底层内支撑进行定位，在基坑底部安装第一节钢护筒，然后在相邻钢护筒之间装配连接系；

第七步，在基坑底部进行钻孔桩承台的垫层干封，实现对第一节钢护筒及钢板桩的锚固，之后拆除外定位钢管及其上的限位圈梁；

完成第一阶段施工后，实施包括第八步和第九步的第二阶段施工：

第八步，安装中间层及顶层的围囹和内支撑，同时将各个第一节钢护筒均接高至设计标高，并安装连接系；

第九步，将河道水向钢板桩围堰内回灌，及至围堰内的水位与外侧水位平齐后，通过钢护筒和钢板桩搭设钻孔桩平台，完成施工。

进行上述第二阶段施工时，河道处于低水位期或高水位期。

所述人工筑岛的边坡上敷设有塑料薄膜，并堆码编织袋。

所述钢板桩混凝土定位块包括多段，每段钢板桩混凝土定位块的两端和/或角点处均设置有所述成对导向柱。

所述导向柱长度为2-2.5m，均包括钢套筒和浇筑在所述钢套筒中的混凝土。

本发明提供的适于岩层地质的筑岛钢板桩围堰式钻孔桩平台的施工方法，巧妙地利用了低水位期的便利条件，在人工筑岛上开挖大型基坑，为无水环境下同时施工钢板桩围堰和钻孔桩施工用的钢护筒提供了前提条件；上述钢板桩围堰采用非插打方式进行安装，使平台施工精度高、施工周期短；钢护筒采用分段施工方式，可以避免水位升高带来的不利影响；钢板桩围堰和钢护筒底部通过干封垫层进行锚固，结构稳定坚固，可以耐受18-20米的超高水头进行后续承台作业。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、钢板桩定位安装结构可采用工厂化加工，缩短工期，提高精度。

2、先装底层围囹与内支撑，后施作钢板桩，提高了钢板桩受力性能，能适用更高水头差，相比锁口钢管桩或钢套箱，节约成本。

3、钢板桩与钢护筒采取安装方式而非插打形式，降低施工难度，提高工效。

4、合理利用低水位期，采用矮筑岛方式快速形成作业面，降低了成本。

5、抽水开挖岩层比围堰内水下清理岩层施工难度低，作业条件好。

附图说明

图1是本发明步骤一的施工示意图。

图2是本发明步骤二、三的施工示意图。

图3是图2中已完成安装的钢板桩混凝土定位块的俯视图。

图4是图2中的A部放大图。

图5是本发明步骤四的施工示意图。

图6是图5中已完成安装的底层围囹和底层内支撑的结构示意图。

图7是图5中的B部放大图。

图8是本发明步骤五的施工示意图。

图9是本发明步骤六、七的施工示意图。

图10是图9中已完成安装的第一节钢护筒的结构示意图。

图11是本发明步骤八的施工示意图。

图12是本发明步骤九的施工示意图。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明所述的适于岩层地质的筑岛钢板桩围堰式钻孔桩平台的施工方法。

某河道的河床地层依次为中砂、粗圆砾土、砂岩，其中中砂层较薄，粗圆砾土和砂岩较为坚硬。每年9月至次年5月为高水位期（水位高度为545.0米），进行蓄水发电，6月至8月则泄水渡洪，为低水位期（水位高度为537.0米）。上游水库距离下游大坝16公里。原计划９月份在库区内采用先桩后堰法进行钻孔桩平台施工，然而恰逢大坝检修，检修期为20天，检修时对河道进行放水处理，此时，钻孔桩平台区域河床水位不到１m（水位高度为533.0米）。在这一特殊情况下，综合施工周期和施工投入，选择本声明所述方案进行钻孔桩平台的施工。如图1-12所示，具体步骤如下：

首先利用检修期时的低水位条件：

第一步，进行人工筑岛1，然后在岛1上开挖深度直至钻孔桩承台垫层底部的基坑2，并用抽水泵3抽出基坑2内的渗水；为了降低河道内的水向基坑2内渗透的速度，在人工筑岛1的边坡上敷设有塑料薄膜a，并堆码编织袋b。

第二步，按照围堰设计方案在基坑２底部安装钢板桩混凝土定位块4，由于本设计方案中，围堰为长方形，因此，从运输和安装方便考虑，将钢板桩混凝土定位块4按照条形块和直角块进行预制，并在每一块的顶面设置成对的导向柱5.1、5.2。一般地，成对导向柱分布在每一个预制块的两端和角点位置，当预制块在基坑2内拼接完成后，成对导向柱所在的连线会构成内外两个矩形框。此外，可根据围堰设计方案，将组成钢板桩混凝土定位块４的预制块按照其他形式进行预制，如弧形块等。

第三步，在外侧导向柱5.1的内侧壁上焊接由工字钢组成的矩形外环道6.1，在内侧导向柱5.2的外侧壁上焊接由工字钢组成的矩形内环道6.2，矩形内、外环道6.2、6.1的底面均紧贴钢板桩混凝土定位块4的顶面。

第四步，在外侧导向柱5.1上套接外定位钢管7.1，并在其顶部内侧壁上焊接限位圈梁8；在内侧导向柱5.2上套接内定位钢管7.2，并在其顶部安装围堰的底层围囹9，接着在底层围囹9内通过法兰栓接安装有底层内支撑10。为了牢固安装内、外定位钢管7.2、7.1，上述导向柱为内部灌注混凝土的钢套筒结构，且伸出预制块顶面高度约2-2.5m。

第五步，在内、外环道6.2、6.1以及限位圈梁8、底层围囹9的限位作用下，在内、外定位钢管7.2、7.1之间依次安装钢板桩11至合龙；然后，在钢板桩11上焊接牛腿，通过牛腿固定底层围囹9，若底层围囹9与钢板桩之间有空隙，则用钢板抄垫密实；之后拆除内定位钢管7.2。

第六步，以底层内支撑10进行定位，在基坑2底部安装第一节钢护筒12，然后在相邻钢护筒12之间装配连接系13。

第七步，在基坑2底部进行钻孔桩承台的垫层14干封，实现对第一节钢护筒12及钢板桩11的锚固，之后拆除外定位钢管7.1及其上的限位圈梁8。上述干封条件下的施工，可有效清洁接触面，混凝土浇筑质量高，浇筑速度快，防渗水性能好，结构整体稳定性强，干封混凝土与钢结构的粘结力可达0.2MPa。而传统施工一般在水封条件下进行，封底混凝土与钢结构之间的粘结力仅能达到0.15MPa。

上述施工过程约18天，在钢板桩11围堰成型及第一节钢护筒12施工完成后，水库开始缓慢蓄水，此时，开始进行包括第八步和第九步的第二阶段施工：

第八步，安装中间层围囹9.2和内支撑10.2、顶层围囹9.3和内支撑10.3，同时将各个第一节钢护筒12均快速接高至设计标高，并相应安装连接系，完成围堰与钢护筒施工；

第九步，将河道水向钢板桩11围堰内回灌，及至围堰内的水位与外侧水位平齐后，通过钢护筒和钢板桩搭设钻孔桩平台15，完成施工。

可见，上述第二阶段的施工不受外部水位的影响，大大节约了施工工期，节省了高水位水下施工的资金、设备投入。进行第二阶段施工时，该河道的最高水位可达545.0米。因此，在第九步中向围堰内回灌水，目的是为了使钻孔桩施工期间让钢板桩内外水压力差为零，更好地保证围堰的结构安全及其止水效果。

综上所述，本发明的最主要优点如下：

1、钢板桩与钢护筒通过无水环境下的干封混凝土垫层实现锚固，变流水线作业模式为平行作业模式，可有效缩短工期，且隔水效果好；

2、底层内支撑不但作为钢板桩施工时的内导向，而且在钢板桩不受力时提前安装，可大大提高钢板桩的受力性能，增加钢板桩的结构稳定性，提高其适应水头高差的能力，达到突破常规的15m水头差进而能够耐受18m-20m水头差；

3、在无水环境下施工钢板桩及钢护筒，施工精度高、效率高。