水下桩基泥浆辅助装置及施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种水下桩基泥浆辅助装置及施工方法。


背景技术：

2.桥梁施工中，河床上覆盖层经常被流水冲刷，在这种环境下进行桥梁桩机基础施工极易导致钢护筒定位困难，无法打入、位置偏移、孔内涌沙或者漏浆，从而出现桩机偏位、污染江水等问题。因岩层强度较高，钻孔施工效率低下，严重影响施工进度，为保证城市桥梁水下桩基施工质量，解决桩基定位的技术难题以及钻孔中溢浆、漏浆等环保问题，本领域的技术人员亟需研发一种新型水下桩基泥浆循环辅助装置、以及基于该辅助装置的施工方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种有效解决后续桩基冲孔过程中定位不准、泥浆外漏、塌孔、卡钻等问题，并且确保水下墩桩基础施工的顺利完成的水下桩基泥浆辅助装置及施工方法。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.本发明的水下桩基泥浆施工辅助装置，该系统包括：
6.桩基水平定位机构，所述桩基水平定位机构具有通过4mm厚的钢板弯制而成的钢护筒，以及安装于所述钢护筒的定位杆；以及
7.钢护筒定位导向架，所述钢护筒定位导向架搭建于所述钢护筒外周以保持所述钢护筒的位置；
8.所述桩基水平定位机构包括两个钢护筒，分别为内护筒和外护筒；
9.该系统通过所述桩基水平定位机构定位桩基水平位置。
10.进一步的，所述桩基水平定位机构包括多组钢护筒，多组所述钢护筒通过彼此的位置以定位多个桩基的水平位置；
11.相邻所述钢护筒之间通过定位杆连接以保持彼此的位置。
12.进一步的，所述定位杆包括与所述外筒连接的固定环、以及连接于所述固定环并沿水平方向延伸的杆体；
13.所述杆体延伸至相邻的所述钢护筒的固定环处。
14.进一步的，所述钢护筒定位导向架包括：
15.两根第一横梁；以及
16.两根第二横梁；
17.所述第一横梁和所述第二横梁收尾连接以组成四边形框架结构，该四边形框架结构中心预留钢护筒保持空间；
18.所述钢护筒嵌入所述钢护筒保持空间内。
19.进一步的，所述内筒和所述外筒之间形成为浇筑空间；
20.所述浇筑空间内浇筑混凝土以稳固所述钢护筒。
21.本发明公开了一种基于水下桩基施工辅助装置的桥梁桩基施工方法，该施工方法主要包括以下步骤：
22.s101、桩基放样，根据设计资料和已批复的导线复测结果布设测量控制网和施工水准点，用全站仪采用坐标法直接放样至每个桩基的中心，并在每个桩基周围沿横桥向和顺桥向放样四个定位桩，每个定位桩距桩基中心2.5m，并固定好；
23.s102、桩基水平定位，利用厚度为4mm的钢板按照桩基钢护筒外径弯制呈两个半圆形，预留出20cm，并在中间打孔，用螺栓固定，内部放置橡胶垫片；
24.s103、制作固定架，依托钻孔平台下方的临时施工操作平台安装固定架；
25.s104、外筒下沉，钢护筒在起吊下方时采用扁担吊，利用固定架下方外筒，下放后在平台柱梁板上放置两个20t手拉葫芦进行钢护筒下放后的微调；
26.s105、冲击钻机就位；
27.s106、引孔节段钻进，待桩机定位完成后开始引孔节段开孔钻进；
28.s107、桩间泥浆循环，钻孔施工过程中选用ip＞10的膨润土造浆，泥浆比重为1.15～1.3，黏度为18s～20s，含砂率＜4％，胶体率为90％～95％，泥皮厚度小于3mm；
29.s108、引孔节段终孔与清孔，引孔钻进深度2.5m，在孔深达到要求后采用高压水泵清孔，清孔完毕后使用孔底沉渣厚度不大于5cm；
30.s109、下方内层钢护筒，引孔钢护筒施工完毕后，在其内部下方内层钢护筒，待桩机钢护筒下放后，在平台柱梁板上安放两个20t手拉葫芦进行桩基护筒下放后的微调；
31.s110、灌注护筒间封底混凝土。
32.进一步的，所述步骤s107中，泥浆配比按照下述公式计算：
33.g＝v
×
r1
×
(r2-r3)/(r1-r3)；
34.式中：
35.g—所需泥粉数量(t)
36.v—所需泥粉体积(m3)
37.r1—泥粉相对比重，取2.5
38.r2—所需泥浆比重，基浆一般取1.1
39.r3—水的比重，取1；
40.所述步骤s106中，采用采用隔桩钻孔工艺，施工相邻的奇数位的桩基时，相邻的奇数位的桩基之间的对应的偶数位桩基的钢护筒作为该组奇数位的桩基的临时泥浆池；施工相邻的偶数位的桩基时，相邻的偶数位的桩基之间的对应的施工完成的奇数位桩基的桩顶至钢护筒顶预留的空间作为该组偶数位的桩基的临时泥浆池。
41.进一步的，所述步骤s110中，采用导管法及时向已下放完成的引孔钢护筒与主桩钢护筒间隔内浇筑深度为2.5m的c30水下混凝土以稳固主桩钢护筒。
42.进一步的，所述步骤s104中，通过钢筒定位结构保持外筒的位置，所述钢筒定位结构包括：
43.固定于所述固定架下部的下部定位结构；以及
44.安装于所述固定架上端的上部定位结构；
45.所述固定架沿钻孔平台框架的内周面均布四组，每组所述固定架包括两根彼此分离的固定架；
46.所述下部定位结构焊接固定于所述固定架的下部，且所述下部定位结构被配置为固定于每组所述固定架的弧形护板；
47.所述弧形护板贴靠所述外筒的下部的外周面以保持所述外筒的下部的位置。
48.进一步的，所述上部定位结构包括：
49.与每组所述固定架插接固定的插接杆；以及
50.固定于所述插接杆上的弧形槽体，所述插接杆位于每组的两个所述固定架之间，且所述弧形槽体位于所述外筒的上端，所述弧形槽体朝向所述外筒一侧具有弧形槽；
51.所述外筒的上端嵌入所述弧形槽内以与所述弧形槽体连为一体；
52.所述外筒通过所述上部定位结构保持所述外筒的上部的位置。
53.在上述技术方案中，本发明提供的一种水下桩基泥浆施工辅助装置及施工方法，具有以下有益效果：
54.本发明的装置采用双层钢护筒套打、内护筒水下混凝土固定止水的方式，保证了其密封性和稳定性；采用临桩钢护筒充当临时泥浆池，进行泥浆循环，减少外排，环保效益好；采用水平定位辅助装置进行桩基钢护筒水平定位，提高桩基钻孔施工精度，防止偏位。
55.本发明的工法适用于各种类型跨江、渡河(水深小于15m)水域无覆盖层岩质河床进行群桩基础施工的桥梁工程。
附图说明
56.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
57.图1为本发明实施例提供的一种水下桩基泥浆施工辅助装置的桩基水平定位机构的钢护筒的结构示意图；
58.图2为本发明实施例提供的一种基于水下桩基施工辅助装置的桥梁施工方法的施工工艺流程图；
59.图3为本发明实施例提供的基于水下桩基施工辅助装置的桥梁桩基施工方法的隔桩钻孔中桩位的布置图；
60.图4为本发明实施例提供的一种基于水下桩基施工辅助装置的下部定位结构与外筒的配合结构示意图；
61.图5为本发明实施例提供的一种基于水下桩基施工辅助装置的上部定位结构与外筒的配合结构示意图；
62.图6为本发明实施例提供的一种基于水下桩基施工辅助装置的跳桩法进行钻孔作业时相邻钢护筒之间的连接结构示意图。
63.附图标记说明：
64.1、钢护筒；
65.101、外筒；102、半圆形槽；103、冲击钻；
66.201、固定环；202、杆体；
67.301、第一横梁；302、第二横梁；
68.4、固定架；
69.5、弧形护板；
70.6、上部定位结构；
71.601、插接杆；602、弧形槽体；603、弧形槽。
具体实施方式
72.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
73.参见图1所示；
74.实施例一；
75.本实施例的水下桩基泥浆施工辅助装置，该系统包括：
76.桩基水平定位机构，桩基水平定位机构具有通过4mm厚的钢板弯制而成的钢护筒1，以及安装于钢护筒1的定位杆；以及
77.钢护筒定位导向架，钢护筒定位导向架搭建于钢护筒1外周以保持钢护筒1的位置；
78.桩基水平定位机构包括两个钢护筒1，分别为内护筒和外护筒；
79.该系统通过桩基水平定位机构定位桩基水平位置。
80.优选的，本实施例的桩基水平定位机构包括多组钢护筒1，多组钢护筒1通过彼此的位置以定位多个桩基的水平位置；
81.相邻钢护筒1之间通过定位杆连接以保持彼此的位置。
82.本实施例以4mm厚的钢板预先弯制呈桩基钢护筒1外径尺寸，然后进行拼装，设置具有一定伸缩形成的轨道，用定位杆进行待施桩基水平方向定位，对桩基施工进行辅助，定位完毕后即可拆除装置进入下一个位置桩基定位。
83.优选的，本实施例中定位杆包括与外筒连接的固定环201、以及连接于固定环201并沿水平方向延伸的杆体202；
84.杆体202延伸至相邻的钢护筒1的固定环201处。
85.其中，上述的钢护筒定位导向架包括：
86.两根第一横梁301；以及
87.两根第二横梁302；
88.第一横梁301和第二横梁302收尾连接以组成四边形框架结构，该四边形框架结构中心预留钢护筒保持空间；
89.钢护筒1嵌入钢护筒保持空间内。
90.优选的，本实施例的内筒和外筒101之间形成为浇筑空间；
91.浇筑空间内浇筑混凝土以稳固钢护筒。
92.采用双层钢护筒1套打工艺，首先下放引孔钢护筒1，进行冲击钻103引孔，引孔施工结束后下放主桩冲孔钢护筒1，利用两个钢护筒1构建封底混凝土模板，向内外钢护筒1之间空隙内浇筑水下混凝土以稳固钢护筒1，从而完成水下无覆盖层岩质河床钻孔灌注桩下放钢护筒1的工艺。
93.在桩基施工中，会在护筒上方预留一定高度净空，净空高度一般为护筒长度减去封底厚度，护筒长度根据钻孔平台高度确定，用于桩基钻孔造浆及泥浆循环使用，多个循环隔桩钻孔时，两根桩基可以采用同一个钢护筒作为临时泥浆池，新施工完成的桩基，待桩基达到强度后可为临近桩基泥浆循环使用。
94.参见图2所示；
95.实施例二：
96.本发明公开了一种基于水下桩基施工辅助装置的桥梁施工方法，该施工方法主要包括以下步骤：
97.s101、桩基放样，根据设计资料和已批复的导线复测结果布设测量控制网和施工水准点，用全站仪采用坐标法直接放样至每个桩基的中心，并在每个桩基周围沿横桥向和顺桥向放样四个定位桩，每个定位桩距桩基中心2.5m，并固定好；
98.s102、桩基水平定位，利用厚度为4mm的钢板按照桩基钢护筒外径弯制呈两个半圆形，预留出20cm，并在中间打孔，用螺栓固定，内部放置橡胶垫片；在装置前端设置两个方形固定装置，内部预留定位杆伸缩轨道，定位杆长度根据预先计算而设定，使用时，在装置松弛状态下套入钢护筒，待下放至合适高度后，拧紧固定螺栓，再调节定位杆伸出长度，然后用方形固定装置将定位杆固定，进入工作状态。
99.s103、制作固定架4，依托钻孔平台下方的临时施工操作平台安装固定架4，设置固定架4的主要目的是确保钢护筒的垂直度和定位。
100.s104、外筒101下沉，钢护筒在起吊下方时采用扁担吊，利用固定架4下方外筒101，下放后在平台柱梁板上放置两个20t手拉葫芦进行钢护筒下放后的微调，以保证钢护筒位置的精准性。
101.s105、冲击钻机就位，待桩机定位完成后开始引孔节段开孔钻进。为防止钻渣流入河流中，在钻进过程中利用高压水泵抽取悬浮钻渣，利用运渣船运至指定的钻渣处理地点，起到保护水质的作用。
102.s106、引孔节段钻进，待桩机定位完成后开始引孔节段开孔钻进；
103.s107、桩间泥浆循环，钻孔施工过程中选用ip＞10的膨润土造浆，泥浆比重为1.15～1.3，黏度为18s～20s，含砂率＜4％，胶体率为90％～95％，泥皮厚度小于3mm；
104.s108、引孔节段终孔与清孔，引孔钻进深度2.5m，在孔深达到要求后采用高压水泵清孔，清孔完毕后使用孔底沉渣厚度不大于5cm；
105.s109、下方内层钢护筒，引孔钢护筒施工完毕后，在其内部下方内层钢护筒，待桩机钢护筒下放后，在平台柱梁板上安放两个20t手拉葫芦进行桩基护筒下放后的微调；
106.s110、灌注护筒间封底混凝土；
107.s111、待封底混凝土浇筑完成后即可将外侧引孔钢护筒拔出，随后开始后续钻孔灌注桩的钢筋笼下放、混凝土灌注等工序施工。
108.进一步的，所述步骤s107中，泥浆配比按照下述公式计算：
109.g＝v
×
r1
×
(r2-r3)/(r1-r3)；
110.式中：
111.g—所需泥粉数量(t)
112.v—所需泥粉体积(m3)
113.r1—泥粉相对比重，取2.5
114.r2—所需泥浆比重，基浆一般取1.1
115.r3—水的比重，取1。
116.所述步骤s106中，采用采用隔桩钻孔工艺，施工相邻的奇数位的桩基时，相邻的奇数位的桩基之间的对应的偶数位桩基的钢护筒1作为该组奇数位的桩基的临时泥浆池；施工相邻的偶数位的桩基时，相邻的偶数位的桩基之间的对应的施工完成的奇数位桩基的桩顶至钢护筒1顶预留的空间作为该组偶数位的桩基的临时泥浆池。
117.参见图3所示，例如：在隔桩钻孔时，施工1#和3#桩基，可由2#桩基钢护筒临时充当泥浆池，1#和3#桩基施工完成，桩顶至护筒顶会留有一定高度的空间，可为2#和4#桩基施工提供临时泥浆池，以此类推，直至完成群桩所有桩基施工。
118.详见图6所示，桩基钻孔采用跳桩法进行钻孔，群桩钻孔时往往采用多个循环，为此，在某一循环钻孔时，临近桩基处于未施工状态，故钢护筒内部也空置，可以临时充当泥浆池。
119.水中桩基钻孔采用冲击钻103方式，在多次冲击时，钻渣被击碎，隧泥浆排出。两个相邻钢护筒1之间采用半圆形槽102连接，坡度为2％～5％。半圆形槽102采用废旧钢护筒在中间沿轴线切开，可根据桩间距适当裁剪或接长，半圆形槽102接长时才焊接，半圆形槽102与两个钢护筒1连接亦采用焊接，确保焊缝饱满，避免传输泥浆时出现漏浆现象。从在施基钢护筒1表层流出的泥浆比重为1.2％，流入临近钢护筒1后需要进行调试以达到钻孔需求。
120.步骤s110中，采用导管法及时向已下放完成的引孔钢护筒与主桩钢护筒间隔内浇筑深度为2.5m的c30水下混凝土以稳固主桩钢护筒。
121.参见图4～图5所示，其中，为了能够保持钢护筒的垂直度和位置，尤其是外筒101的垂直度和位置，以保证施工质量，本实施例的步骤s104中，通过钢筒定位结构保持外筒101的位置，钢筒定位结构包括：
122.固定于固定架4下部的下部定位结构；以及
123.安装于固定架4上端的上部定位结构6；
124.固定架4沿钢护筒定位导向架的内周面均布四组，每组固定架4包括两根彼此分离的固定架4；
125.下部定位结构焊接固定于固定架4的下部，且下部定位结构被配置为固定于每组固定架4的弧形护板5；
126.弧形护板5贴靠外筒101的下部的外周面以保持外筒101的下部的位置。
127.其中，上述的上部定位结构6包括：
128.与每组固定架4插接固定的插接杆601；以及
129.固定于插接杆601上的弧形槽体602，插接杆601位于每组的两个固定架4之间，且弧形槽体602位于外筒的上端，弧形槽体602朝向外筒101一侧具有弧形槽603；
130.外筒101的上端嵌入弧形槽603内以与弧形槽体602连为一体；
131.外筒101通过上部定位结构6保持外筒101的上部的位置。
132.实际安装时，本实施例的固定架4分别与上述的第一横梁301和第二横梁302焊接固定以保持对应的固定架4的位置。
133.施工时，双层钢护筒的垂直度和位置决定了整体的施工质量；而尤其是外筒101的
垂直度，需要在微调后进行保持。另外由于外筒101长度较大，因此，需要从外筒101的上部和下部两个位置考虑，而定位固定最直接的方式就是根据外筒101的结构设计能够抵接外筒外周的部件。本实施例采用上述的弧形护板5和弧形槽体602分别保持外筒101的下部和上部，下部定位结构的弧形护板5与每组的固定架4直接焊接固定，而每组的固定架4沿外筒101的外周面均布，分布在四个位置，通过与外筒101的外周面配合的弧形护板5，直接抵接外筒101的下部的外周面，从而保持外筒101下部的位置。同理，设计了方便拆卸的上部定位结构6，与下部定位结构不同的是，上部定位结构6利用弧形槽体602卡接外筒101的上端，连接更稳定，且方便拆装。
134.在上述技术方案中，本发明提供的一种水下桩基泥浆施工辅助装置及施工方法，具有以下有益效果：
135.本发明的装置采用双层钢护筒套打、内护筒水下混凝土固定止水的方式，保证了其密封性和稳定性；采用临桩钢护筒充当临时泥浆池，进行泥浆循环，减少外排，环保效益好；采用水平定位辅助装置进行桩基钢护筒水平定位，提高桩基钻孔施工精度，防止偏位。
136.本发明的工法适用于各种类型跨江、渡河(水深小于15m)水域无覆盖层岩质河床进行群桩基础施工的桥梁工程。
137.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。