一種聯排式水上灌注樁裝置及施工方法與流程

本發明屬于水上施工領域，涉及一種聯排式水上灌注樁裝置及施工方法。

背景技術：

沖孔灌注樁作為地基處理中的一種，在陸地上進行施工時，技術比較成熟，具有適應性強、對鄰近建筑物影響較小、抗震性能好、施工噪音小、所需設備簡單、操作方便、施工安全等優點，在世界范圍內得到廣泛應用。但在進行水上沖孔灌注樁工程時，由于作業面范圍有限、缺少穩定的施工平臺等原因，水上沖孔灌注樁施工面臨諸多問題。如：1.由于作業面和作業環境限制，沖孔灌注樁的泥漿池和沉淀池無法布置；2.進行鋼筋籠安裝和混凝土澆筑時，缺少作業平臺，起重吊車和混凝土罐車無法作業，這種情況下只能采用起重船舶、泵送車等，不僅增加費用，而且起重船舶對作業水域的水深也有一定的要求，受限較大，對施工進度也有一定影響；3.水上灌注樁施工對安全風險防控、平臺穩定性、平面布局設計等都有較高的要求。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有的不足，提供一種對生態環境影響小，安全隱患少的聯排式水上灌注樁裝置及施工方法。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種聯排式水上灌注樁裝置，包括施工平臺、沖孔打樁機、泥漿循環系統和護筒裝置，護筒裝置設在施工平臺旁邊，沖孔打樁機和泥漿循環系統通過焊接在護筒上固定架架設在護筒裝置上；

施工平臺，用于停放施工的設備和材料；

沖孔打樁機，用于沖打灌注樁所需的樁孔，灌注時用于懸吊漏斗及導管；

泥漿循環系統，用于將制備和循環的泥漿抽到施鉆的樁孔內，同時將樁孔內的廢漿引導到沉淀池和泥漿池中；

護筒裝置，用于引導鉆孔方向，隔離海水，保護孔口不坍塌，并保證孔內泥漿水位高出地下水位或施工水位一定高度，形成靜水壓力，以保護孔壁免于坍塌。

所述的護筒裝置包括護筒、固定架和工作板，多個護筒并排連接固定在一起，在并排的鋼制的護筒兩側焊接固定架，工作板通過固定架安裝固定在護筒兩側的上部，以此作為沖孔打樁機安放工作板，減少對作業面的占用，并且完成一個灌注樁的施工后，通過牽引或吊運將護筒移動到下一個灌注樁施工。

所述的護筒相連部位的上端設有導流槽。沖孔鉆機鉆其中一個樁孔時，臨近的護筒可以分別作為泥漿池和沉淀池，泥漿泵使用三腳架架立在鋼護筒上方。對于護筒上最后一個樁孔，由于鋼護筒要高于設計頂標高超過2m以上，因此可以將臨近已經灌注的樁基鋼護筒作為泥漿池。

所述的泥漿循環系統包括三腳架、泥漿泵和水管，泥漿泵通過三腳架安裝在護筒上，水管則連接泥漿泵和鉆樁孔。

一種聯排式水上灌注樁施工方法，具體的施工步驟如下：

（1）準備工作，根據需要施工的工程設計施工平臺的結構以及施工平臺的寬度、標高和支撐鋼管數量等結構參數；

（2）架設施工平臺，使用振動打樁機進行水上打樁將支撐鋼管打入設定的位置，接著將鋼制的平臺架設在支撐鋼管上；

（3）安裝護筒，將單獨的鋼筒并排固定好并在鋼筒的上部焊接固定好工作板，然后采用振動和錘擊下沉方法將并排固定好的鋼筒固定到所需的地方；

（4）設置導流槽，在打設好的鋼護筒上開槽，使用鋼板將相鄰鋼護筒連接，形成導流槽。

（5）將沖孔打樁機放置到護筒兩側的工作板上，泥漿循環系統通過三腳架架設在護筒的上面；

（6）鉆樁孔，施工過程中根據不同土質采取不同的工藝進行施工；

（7）清理，向樁孔內加入粘土和膨潤土然后用樁錘在樁孔底上下沖運造漿，清樁孔時測量錘在樁孔內上下拉動無阻力感，而且泥漿比重等各項指標符合規范要求時，即為清樁孔完成；

（8）安裝鋼筋籠，將加工好的鋼籠吊運到清理后的樁孔，鋼筋籠入樁孔后為確保位置準確，要求入樁孔后再拉出樁位十字線進行鋼筋籠對正校中，同時對準樁孔位時要輕放和慢放，若遇阻礙，則通過慢慢拉起再慢慢放下并且旋轉使之下放，起到防止碰撞樁孔壁而引起樁孔壁坍塌；

（9）澆筑混凝土，采用直升導管法進行水下混凝土澆筑，澆筑時混凝土罐車通過施工平臺，將混凝土自卸到儲料斗內，通過導管澆筑到到樁孔的底部；開灌前要求保證儲料斗內必須有足夠多導管的底端一次性埋入水下的混凝土（混凝土的深度≥1.0m）儲存量。

（10）撤離沖孔打樁機和泥漿循環系統，移到下一個樁孔進行施工，待混凝土強度達到設計要求后拆除護筒。

步驟（1）所述的準備工作具體步驟還包括如下：a、根據灌注樁施工需求，設計鋼平臺寬度、標高、支撐鋼管數量等結構參數；b、分析工程各類參數信息，包括施工平臺的結構參數、梁截面參數、土層參數、荷載參數和支撐鋼管參數；c、通過數學計算、仿真計算，驗證施工平臺的結構強度、穩定性和承載力。

所述的步驟（6）鉆樁孔時采用隔樁跳打的方式施工。

所述的導管的底端內設有隔水栓，隔水栓與導管末端距離為0.3-0.5m保證隔水栓能夠順利排出導管。

所述的步驟（3）在安裝護筒時采用施工平臺上的汽車吊吊起鋼護筒進行安裝，將護筒緩慢插入安裝導向架內，安裝好的護筒保證護筒頂端高出施工期最高水位1.3-1.8m，并考慮波浪的影響，護筒埋設深度應綜合考慮地質條件、護筒使用功能和穩定要求通過計算比較確定。護筒應置入不透水層或較密實的粉質粘土層的護筒長度不宜小于3.0m。

所述的鋼筋籠采用兩節鋼筋籠之間單面焊接而成，焊接長度不小于10倍鋼筋直徑，而且保證鋼筋籠的在同一截面焊接接頭數量不超過總接頭數量的50%，保證鋼筋籠之間的軸線重合。

所述的步驟（9）澆筑混凝土時導管要隨著混凝土面的在樁孔內上升，要適時提升和拆卸導管，同時也要保證導管底端距離樁孔內混凝土面2～6m，水下混凝土灌注時應保證連續進行防止出現斷樁的情況。

本發明的有益效果：

1、本發明有效解決了水上灌注樁施工時作業面狹小的問題，滿足了對于泥漿池和沉淀池的需求，同時解決了由于缺少作業平臺，導致起重吊車和混凝土罐車無法作業，只能采用起重船舶和泵送車進行作業的問題，這樣不僅增加費用，而且起重船舶對作業水域的水深也有一定的要求，對于施工受限較大，因此影響施工進度。

2、本發明既滿足了以水上灌注樁為基礎的碼頭工程建設的要求，又減少了生態環境的影響，降低了安全隱患，符合國家可持續發展戰略，推廣范圍廣。

附圖說明

附圖1是實施例的聯排式水上灌注樁施工步驟示意圖；

附圖2是實施例的聯排式水上灌注樁裝置示意圖；

附圖3是實施例的護筒裝置示意圖；

附圖4是實施例的澆筑混凝土流程示意圖。

圖中標識：1-支撐鋼管、2-平臺、3-沖孔打樁機、4-水管、5-三腳架、6-泥漿泵、7-護筒、8-工作板、9-固定架、10-導流槽。

具體實施方式

下面參照附圖，對本發明的具體實施方式進一步的詳細描述。

一種聯排式水上灌注樁裝置，包括施工平臺、沖孔打樁機、泥漿循環系統和護筒裝置，護筒裝置設在施工平臺旁邊，沖孔打樁機和泥漿循環系統通過焊接在護筒上固定架架設在護筒裝置上；

施工平臺，用于停放施工的設備和材料；

沖孔打樁機，用于沖打灌注樁所需的樁孔，灌注時用于懸吊漏斗及導管；

泥漿循環系統，用于將制備和循環的泥漿抽到施鉆的樁孔內，同時將樁孔內的廢漿引導到沉淀池和泥漿池中；

護筒裝置，用于引導鉆孔方向，隔離海水，保護孔口不坍塌，并保證孔內泥漿水位高出地下水位或施工水位一定高度，形成靜水壓力，以保護孔壁免于坍塌。

所述的護筒裝置包括護筒、固定架和工作板，多個護筒并排連接固定在一起，在并排的鋼制的護筒兩側焊接固定架，工作板通過固定架安裝固定在護筒兩側的上部，以此作為沖孔打樁機安放工作板，減少對作業面的占用，并且完成一個灌注樁的施工后，通過牽引或吊運將護筒移動到下一個灌注樁施工。

所述的護筒相連部位的上端設有導流槽。沖孔鉆機鉆其中一個樁孔時，臨近的護筒可以分別作為泥漿池和沉淀池，泥漿泵使用三腳架架立在鋼護筒上方。對于護筒上最后一個樁孔，由于鋼護筒要高于設計頂標高超過2m以上，因此可以將臨近已經灌注的樁基鋼護筒作為泥漿池。正在施鉆的樁孔附近的鋼護筒內作為泥漿池和沉淀池，在施鉆樁基另一側的鋼護筒流槽要進行封閉，確保泥漿流到沉淀池中。

所述的泥漿循環系統包括三腳架、泥漿泵和水管，泥漿泵通過三腳架安裝在護筒上，水管則連接泥漿泵和鉆樁孔。

一種聯排式水上灌注樁施工方法，具體的施工步驟如下：

（1）準備工作，根據工程需要設計施工平臺的結構以及施工平臺的寬度、標高和支撐鋼管數量等結構參數；準備工作具體步驟還包括如下：a、根據灌注樁施工需求，設計鋼平臺寬度、標高、支撐鋼管數量等結構參數；b、分析工程各類參數信息，包括施工平臺的結構參數、梁截面參數、土層參數、荷載參數和支撐鋼管參數；c、通過數學計算、仿真計算，驗證施工平臺的結構強度、穩定性和承載力。

（2）架設施工平臺，使用打樁機進行水上打樁將支撐鋼管打入設定的位置，接著將鋼制的平臺架設在支撐鋼管上；支撐鋼管平面位置及垂直度調整完成后，開始壓錘，依靠支撐鋼管及打樁錘的重量將其壓入土層，測量復測樁位和傾斜度，偏差滿足要求后，開始錘擊。支撐鋼管的最終樁尖標高由入土深度為主，以貫入度為控制。同時施工平臺完成后應采用分段測出平臺面的高程，在灌注樁施工過程中必須定時和不定時的觀測測量施工平臺的下沉情況和傾斜情況，如遇施工平臺受荷載壓力嚴重變形、下沉或傾斜、應立即停止施工，采取補強加固措施后方可繼續施工。

（3）安裝護筒，將單獨的鋼筒并排固定好并在鋼筒的上部焊接固定好工作板，然后采用振動和錘擊下沉方法將并排固定好的鋼筒固定到所需的地方；在安裝護筒時采用施工平臺上的汽車吊吊起鋼護筒進行安裝，將護筒緩慢插入安裝導向架內，安裝好的護筒保證護筒頂端高出施工期最高水位1.3-1.8m，并考慮波浪的影響，護筒埋設深度應綜合考慮地質條件、護筒使用功能和穩定要求通過計算比較確定。護筒應置入不透水層或較密實的粉質粘土層的護筒長度不宜小于3.0m。

（4）將沖孔打樁機放置到護筒兩側的工作板上，泥漿循環系統通過三腳架架設在護筒的上面；施鉆樁基另一側的鋼護筒流槽要進行封閉，確保泥漿流到沉淀池中，對于鋼管樁平臺上最后一根樁，用其旁邊已經灌注的樁基鋼護筒作為泥漿池，因灌注后鋼護筒的頂面標高仍比混凝土頂面標高高出2米以上，能夠滿足泥漿存量要求。沖孔打樁機采用施工平臺上的吊車安放在工作板上，為確保沖孔打樁機安放穩定，沖孔打樁機四角要加以固定。沖孔打樁機進場后對其性能進行全面檢查，對鉆頭的直徑，鋼絲繩有無斷絲情況進行檢查，合格后方可就位施鉆。沖孔打樁機置于穩定的工作板上，用十字線對鋼絲繩進行對中檢查，允許偏差1cm。

（5）鉆樁孔，施工過程中根據不同土質采取不同的工藝進行施工；

根據不同的土質具體的采用的策略如下：

表層有塊石基礎時，可采用2m～4m的大沖程，使石料破碎。鋼護筒因前期無法直接安放至擬定深度，需邊沖孔邊下沉。在開孔階段，盡量使石渣擠密孔壁而不清渣，在沖擊至4～5m深度后，則要開始清渣，并及時加水保持孔內水位的高度以防塌孔，每次清完石渣后，測定孔內護壁泥漿的比重，不夠時則加粘土以恢復泥漿正常濃度。

土質為粉質粘土為主時，沖孔前先將所有鋼護筒一次性施打到位，保障排樁施工間距，防止因擴孔造成護筒無法下放的情況。當沖孔到達粉質粘土層后，因土層本身可造漿，應降低輸入泥漿的稠度，并采用1m～1.5m的小沖程，防止塌孔。

（6）清理，向樁孔內加入粘土和膨潤土然后用樁錘在樁孔底上下沖運造漿，清樁孔時測量錘在樁孔內上下拉動無阻力感，而且泥漿比重等各項指標符合規范要求時，即為清樁孔完成；

（7）安裝鋼筋籠，將加工好的鋼籠吊運到清理后的樁孔，鋼筋籠入樁孔后為確保位置準確，要求入樁孔后再拉出樁位十字線進行鋼筋籠對正校中，同時對準樁孔位時要輕放和慢放，若遇阻礙，則通過慢慢拉起再慢慢放下并且旋轉使之下放，起到防止碰撞樁孔壁而引起樁孔壁坍塌；鋼筋籠采用兩節鋼筋籠之間單面焊接而成，焊接長度不小于10倍鋼筋直徑，而且保證鋼筋籠的在同一截面焊接接頭數量不超過總接頭數量的50%，保證鋼筋籠之間的軸線重合。

（8）澆筑混凝土，采用直升導管法進行水下混凝土澆筑，澆筑時混凝土罐車通過施工平臺，將混凝土自卸到儲料斗內，通過導管澆筑到到樁孔的底部；開灌前要求保證儲料斗內必須有足夠多導管的底端一次性埋入水下的混凝土（混凝土的深度≥1.0m）儲存量。所述的導管的底端內設有隔水栓，隔水栓與導管末端距離為0.3-0.5m保證隔水栓能夠順利排出導管，當儲料斗有足夠的混凝土時，切斷安裝隔水栓的鐵絲開始澆筑，開始時隔水栓被混凝土推出導管從而使得混凝土對樁孔進行澆筑。

澆筑混凝土時導管要隨著混凝土面的在樁孔內上升，要適時提升和拆卸導管，同時也要保證導管底端距離樁孔內混凝土面2～6m，水下混凝土灌注時應保證連續進行防止出現斷樁的情況。一旦發生機具故障或停電停水以及導管堵塞進水等事故時，應立即采取有效措施，并同時作好記錄。

如圖4所示，一為安裝導管、二為安放隔水栓、三為在儲料斗內加混凝土、四為切斷牽引隔水栓的鐵絲開始澆筑、五隨著樁孔內的混凝土上升調整導管繼續澆筑和六為完成澆筑。

（9）撤離沖孔打樁機和泥漿循環系統，將打樁機、泥漿系統等設備運下一個樁孔進行施工，待混凝土強度達到設計要求后拆除護筒。

以上所述的實施例，只是本發明的較優選的具體方式，本領域的技術員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。