一种双壁钢套箱围堰施工方法与流程

1.本发明属于水利工程用围堰技术领域，具体涉及一种双壁钢套箱围堰施工方法。


背景技术：

2.目前，在围堰施工时，通常采用吸泥下沉工艺进行围堰下放。然而，当当主墩所处位置的岩土层中黏土层较厚时，吸泥开挖较为困难；此时，采用吸泥下沉工艺进行围堰下放，会导致围堰下放效率低。此外，通常由于施工工期有限，这就导致了施工组织和质量控制难度大。可见，现有的围堰下放施工方法不适用于主墩所处位置的岩土层中黏土层较厚时的围堰施工。
3.例如，临淮关淮河特大桥主桥3#主墩位于凤阳县临淮关镇淮河南侧水域，其岩土层主要为淤泥质冲填土、黏性土、卵石和片麻岩。覆盖土层平均厚度约8.37m；全风化片麻岩带平均厚度约15.49m；碎块状强风化片麻岩带平均厚度约19.07m；中风化片麻岩带平均厚度约19.87m。地勘设计桩端宜适当深嵌，全、强风化底界面随地形起伏而起伏，土层和强风化基岩破碎，承载力低，不宜作基础持力层，中风化基岩岩芯完整，承载力高。3#主墩双壁钢套箱围堰施工存在以下施工难点：1、入土深：3#主墩围堰河床平均标高约为 3m，围堰底标高为-10.8m，承台底标高为-6m，封底底标高为-10m，需要挖出河床13m。围堰最高设计水位为 18.5m，水头差为28.5m。2、开挖困难：3#主墩围堰下放过程中需穿透淤泥质土、粉质黏土、黏土、卵石层，最终进入全风化片麻岩，黏土层较厚。
4.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种双壁钢套箱围堰施工方法，能够解决现有技术中存在的不足。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种双壁钢套箱围堰施工方法，包括以下步骤：
8.步骤s1，在桩基施工完成后，拆除钻孔平台；
9.步骤s2，搭设引孔平台，采用旋挖机绕所述引孔平台进行引孔施工，以在河床上形成与围堰底部适配的环槽，引孔深度不高于围堰设计底标高位置，引孔完成后回填砂，回填至河床标高，以将围堰设计下放位置处的岩土层替换为砂；
10.步骤s3，双壁钢套箱围堰分节依次进行拼装下放；
11.步骤s4，进行抽水开挖作业，并在围堰内部安装多层内支撑；
12.步骤s5，浇筑封底混凝土。
13.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，步骤s2中，所述环槽由多个孔连接而成，相临孔之间互相咬合，咬合宽度不小于围堰的壁厚。
14.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，步骤s2中，在引孔施工时逐孔依次进行，单个孔的具体施工步骤为：
15.步骤s201，首先打设引孔护筒；
16.步骤s202，在所述引孔护筒内进行挖钻作业；
17.步骤s203，在所述引孔护筒内下放月牙形护筒；
18.步骤s204，向所述月牙形护筒内回填砂；
19.步骤s205，拔出所述引孔护筒；保留所述月牙形护筒，以将所述月牙形护筒的凹侧作为相应的下一相邻孔位施工时安装所述引孔护筒的导向；
20.在步骤s2整个引孔施工过程中，每个承台共循环使用了两个所述月牙形护筒和一个所述引孔护筒；
21.当下一相邻孔位引孔施工完成后，拔出上一孔位对应的所述月牙形护筒。
22.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，在步骤s201前，首先安装水平设置的导向框架，用于对所述引孔护筒进行导向，以防止所述引孔护筒偏位。
23.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，步骤s202，在挖钻过程中根据地质情况选择不同的钻头进尺速度。
24.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，步骤s3具体包括以下步骤：
25.步骤s301，拆除所述引孔平台，在钢护筒上安装拼装平台；
26.步骤s302，在所述拼装平台上进行首节双壁钢围堰的拼装，然后在所述钢护筒的顶部安装吊放系统，并在所述钢护筒的外周安装导向系统，所述导向系统与所述首节双壁钢围堰的内壁导向配合；通过所述吊放系统将所述首节双壁钢围堰吊起，拆除所述拼装平台中阻碍下放的部分，接着采用所述吊放系统下放所述首节双壁围堰；
27.步骤s303，接着进行后续各节双壁钢围堰的拼装和下放。
28.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，步骤s303中：在各节双壁钢围堰的下放过程中，采用所述吊放系统将所述双壁钢围堰整体下放，并通过在河床底部进行吸砂作业和增加围堰自重的方法辅助下放。
29.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，步骤s4中，抽水开挖作业的具体方法为：首先将所述双壁钢套箱围堰的顶部与所述钢护筒临时固定，然后采用抽水泵将所述双壁钢套箱围堰内的水抽完，接着进行吸泥开挖；
30.所述吸泥开挖过程中，根据墩位处地质情况的不同，拟采用不同的方式：清淤，采用气举反循环吸泥法开挖，淤泥抽到泥浆船上；粉质粘土层，采用挖掘机开挖，同时配合人工松动黏土，然后采用抓斗挖机将挖出的泥土外运；
31.在抽水开挖过程中，下放各层所述内支撑。
32.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，多层所述内支撑的安装顺序遵循先上后下的原则。
33.在如上所述的双壁钢套箱围堰施工方法，优选，所述双壁钢套箱围堰的横截面为方形；
34.每层所述内支撑均为内接于所述双壁钢套箱围堰各侧壁中部的菱形结构。
35.有益效果：对于黏土层较厚的岩土层，围堰下放过程中：本发明通过在围堰下放前，提前进行引孔开槽取土作业，将围堰设计下放位置的岩土层替换为砂；在后续围堰下放过程中，下放阻力小，使得围堰能快速顺利下放到位。本发明与通过吸泥下沉工艺进行围堰下放的方法相比，大大提升了围堰下放的速度，减小了施工难度，缩短了施工工期。
附图说明
36.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
37.图1为本发明中导向框架的安装位置示意图；
38.图2为本发明中导向框架和引孔护筒的配合示意图；
39.图3为本发明中向引孔护筒内回填砂的示意图；
40.图4为本发明中引孔布置图；
41.图5为本发明中月牙形护筒和引孔护筒的配合示意图；
42.图6为本发明中引孔施工的示意图；
43.图7为本发明中首节双壁钢围堰的下放示意图；
44.图8为本发明中吊放系统的平面布置图；
45.图9为本发明中内支撑的结构示意图；
46.图10为本发明中双壁钢套箱围堰的结构示意图。
47.图中各个附图标记对应的名称为：1-首节双壁钢围堰；2-第二节双壁钢围堰；3-第三节双壁钢围堰；4-单壁钢围堰；5-钢护筒；51-角桩钢护筒；52-边中钢护筒；6-导向系统；7-吊放系统；71-上吊点；72-下吊点；73-下放梁；74-吊杆；75-锚固牛腿；8-内支撑；9-壁仓板；10-壁仓；11-侧板a；12-侧板b；13-拼装平台；14-引孔平台；15-导向框架；16-栈桥平台；17-栈桥管桩；18-引孔护筒；19-月牙形护筒；191-限位钢板卡。
具体实施方式
48.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
50.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
51.如图1-10所示，一种双壁钢套箱围堰施工方法，包括以下步骤：
52.步骤s1，在桩基施工完成后，拆除钻孔平台。
53.步骤s2，搭设引孔平台14，采用旋挖机绕引孔平台14进行引孔施工，以在河床上形成与围堰底部适配的环槽，引孔深度不高于围堰设计底标高位置，引孔完成后回填砂，回填至河床标高，以将围堰设计下放位置处的岩土层替换为砂。
54.步骤s3，双壁钢套箱围堰分节依次进行拼装下放；具体为，双壁钢套箱围堰可以两节、三节、四节、五节或六节进行下放。
55.步骤s4，进行抽水开挖作业，并在围堰内部安装多层内支撑8。
56.步骤s5，浇筑封底混凝土。
57.在本发明的一个可选实施例中，步骤s2中，环槽由多个孔连接而成，相临孔之间互相咬合，咬合宽度不小于围堰的壁厚。具体为，多个孔相互连通，构成了环槽。
58.在本发明的一个可选实施例中，步骤s2中，在引孔施工时逐孔依次进行，单个孔的具体施工步骤为：
59.步骤s201，首先打设引孔护筒18，以防止塌孔；
60.步骤s202，在引孔护筒18内进行挖钻作业；
61.步骤s203，在引孔护筒18内下放月牙形护筒19至设计标高，月牙形护筒19顶部的两侧设有限位钢板卡191，以防止月牙形护筒19转动，保证月牙形护筒19的位置精度；
62.步骤s204，向月牙形护筒19内回填砂；具体为，自卸汽车将砂运至作业平台，使用挖掘机配合串桶将砂通过埋设的引孔护筒18向孔内回填，通过砂本身的自密实性，在自重的作用下下沉，回填至原河床标高；
63.步骤s205，拔出引孔护筒18，保留月牙形护筒19，以将月牙形护筒19的凹侧作为相应的下一相邻孔施工时安装引孔护筒18的导向。
64.优选地，在步骤s2整个引孔施工过程中，每个承台配备两个月牙形护筒18和一个圆形的引孔护筒18，并循环使用。当下一相邻孔位引孔施工完成后，将上一孔位对应的月牙形护筒18拔出。
65.上述步骤s2中，每个承台配备两个月牙形护筒18和一个圆形的引孔护筒18，并循环使用，引孔施工的具体施工方法为：
66.(1)进行第1个孔位的引孔施工：在预设的第1个孔位插打引孔护筒18；然后在引孔护筒内进行挖钻作业；接着在引孔护筒内下放第一个月牙形护筒19；然后，向第一个月牙形护筒内回填砂；然后拔出引孔护筒，保留第一个月牙形护筒19，以将第1孔位对应的月牙形护筒的凹侧作为第2孔位安装引孔护筒的导向；
67.(2)进行第2个孔的引孔施工：在第2孔位插打引孔护筒，然后进行挖孔作业；在第2孔位对应的引孔护筒内下放月牙形护筒；然后向第2孔位对应的月牙形护筒内回填砂；接着拔出第2孔位对应的引孔护筒和第1孔位对应的月牙形护筒；
68.(3)接着重复上述步骤，依次进行后续各个孔位的施工，直到完成所有孔位的引孔施工。
69.在其它实施例中，在引孔施工过程中，也可以采用多个引孔护筒；当所有孔位均完成引孔后，将各个月牙形护筒19取出。
70.在本发明的一个可选实施例中，在步骤s201前，首先安装水平设置的导向框架15，用于对引孔护筒18进行导向，以防止引孔护筒18偏位，保证了护筒垂直度。该导向框架15定位精确，确保引孔开槽的垂直度及深度。导向框架15位于栈桥平台16与引孔平台14之间。
71.具体为，导向框架15固设于钢护筒5及栈桥管桩17之间；其安装过程为，首先在钢护筒5及栈桥管桩17之间对应焊接牛腿，然后将导向框架15固设安装于该牛腿上。
72.在本发明的一个可选实施例中，步骤s202，在挖钻过程中根据地质情况选择不同的钻头进尺速度，具体为：
73.由软地层变为硬地层时，要减速慢进；
74.在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；
75.在硬塑层中，采用快转速钻进，以提高钻进效率；
76.对砂层，采用慢转速慢钻进；
77.如在实际施工过程中出现卵石层，则采取以下措施：对于粒径较小的卵石层采用斗式钻头慢速钻进，粒径较大的卵石层采用锥形螺旋钻头钻进后更换斗式钻头清渣，如此往复，直至穿过卵石层。钻渣要及时运出工地，弃运到合适的地点以达到环境保护的要求。
78.在本发明的一个可选实施例中，每节双壁钢围堰内设有壁仓板9，通过设置壁仓板9将双壁钢围堰分割为多个壁仓10。
79.在本发明的一个可选实施例中，步骤s3具体包括以下步骤：
80.步骤s301，拆除引孔平台14，在钢护筒5上安装拼装平台13。
81.步骤s302，在拼装平台13上进行首节双壁钢围堰1的拼装，然后在钢护筒5的顶部安装吊放系统7，并在钢护筒5的外周安装导向系统6，导向系统6与首节双壁钢围堰1的内壁导向配合；通过吊放系统7将首节双壁钢围堰1吊起，拆除拼装平台13中阻碍下放的部分，接着采用吊放系统7下放首节双壁围堰。
82.导向系统6包括水平机构，水平机构的一端与钢护筒5的外周固连，水平机构的另一端转动装配有滚轮，以沿双壁钢套箱围堰的内壁滚动。水平机构为双拼工字钢，双拼工字钢采用钢板(厚度为1cm)焊接在一起，双拼工字钢的一端设有用于滚轮的滚轴。
83.导向系统6的中心线与钢护筒5径向一致，且导向系统6与双壁钢套箱围堰的内壁之间留有15mm-25mm的间隙(例如：15mm、18mm、20mm、22mm或25mm)，形成滚动摩阻体系。
84.步骤s303，接着进行后续各节双壁钢围堰的拼装和下放。
85.在本发明的一个可选实施例中，步骤s303具体为：后续各节双壁钢围堰拼装是在相应前一节双壁钢围堰的顶部进行；
86.在各节双壁钢围堰的下放过程中，采用吊放系统7将双壁钢围堰整体下放，并通过在河床底部进行吸砂作业和增加围堰自重的方法辅助下放。加围堰自重的方法可以为向壁仓内灌注壁仓混凝土或注水。优选地，加围堰自重的方法可以为向壁仓内灌注壁仓混凝土，壁仓混凝土为c30混凝土。
87.在本发明的一个可选实施例中，在最后一节双壁钢围堰下放完成后，在最后一节双壁钢围堰的顶部拼装单壁钢围堰4。该单壁钢围堰4具有防浪的作用，防止由于天气原因导致的水位变化，提升了围堰的安全使用性能。
88.在本发明的一个可选实施例中，步骤s4中，抽水开挖作业的具体方法为：首先将双壁钢套箱围堰的顶部与钢护筒5临时固定，然后采用抽水泵将双壁钢套箱围堰内的水抽完，接着进行吸泥开挖；
89.吸泥开挖过程中，根据墩位处地质情况的不同，拟采用不同的方式：清淤，采用气举反循环吸泥法开挖，淤泥抽到泥浆船上；粉质粘土层，采用挖掘机开挖，同时配合人工松动黏土，然后采用抓斗挖机将挖出的泥土外运；
90.在抽水开挖过程中，下放各层内支撑8；多层内支撑8的安装顺序遵循先上后下的原则；具体为：当抽水至相应层内支撑8设计标高下1m时，安装相应层的内支撑8。
91.在本发明的一个可选实施例中，双壁钢套箱围堰的横截面为方形(例如：正方形或长方形)；对应地，每层内支撑8均为内接于双壁钢套箱围堰各侧壁中部的菱形结构。当双壁钢套箱围堰的横截面为正方形时，每层内支撑8均为正方形结构。具体为，内支撑8安装在双
壁钢围堰的壁仓板9位置处，以避免内支撑8受水压对侧壁造成破坏。
92.实施例1：
93.一种双壁钢套箱围堰施工方法，包括以下步骤：
94.步骤s1，在桩基施工完成后，拆除钻孔平台；
95.步骤s2，搭设引孔平台14，进行引孔施工，将围堰设计下放位置处的岩土层替换为砂；
96.步骤s3，双壁钢套箱围堰分为三节进行拼装和下放，具体为：
97.步骤s301，拆除引孔平台14，在钢护筒5上安装拼装平台13。
98.钢护筒5共有9个，9个钢护筒5分为三排，每排均布有3个钢护筒5，呈正方形分布。钢护筒5包括4个角桩钢护筒51和4个边中钢护筒52和1个中心钢护筒，角桩钢护筒51位于四个角处，边中钢护筒52位于正方形每条边的中心，中心钢护筒位于正方形的中心。
99.在拼装平台13安装完成后，将四个角桩钢护筒51接长。
100.步骤s302，在拼装平台13上进行首节双壁钢围堰1的拼装，然后在钢护筒5的顶部安装吊放系统7，并在钢护筒5的外周安装导向系统6，导向系统6与首节双壁钢围堰1的内壁导向配合；通过吊放系统7将首节双壁钢围堰1吊起，拆除拼装平台13中阻碍下放的部分，接着采用吊放系统7下放首节双壁围堰。
101.其中，吊放系统7包括固设于四个角桩钢护筒51的顶部的两个垂直交叉设置的下放梁73，每个下放梁73的端部均设吊点，该吊点为上吊点71，每个上吊点71处均设有竖直设置的千斤顶和吊杆74，一共有8个千斤顶和8个吊杆(吊杆采用预应力钢绞线)。下吊点72设置于首节双壁钢围堰1内壁的内侧，其位置与上吊点一一对应。具体为，在首节双壁钢围堰1的内壁上焊接锚固牛腿75，在锚固牛腿75上开设用于插装吊杆74的吊孔，该位置为下吊点。
102.在每个角桩钢护筒51的外侧各焊接2个导向系统6，在4个边中钢护筒52的外侧各接1个导向系统6，共12个。
103.在下放过程中，当首节双壁围堰入水后达到自浮时，向首节双壁围堰的壁仓内灌注壁仓混凝土；当首节双壁围堰的顶部与拼装平台13齐平时，停止下放；首节双壁围堰下放到位后，将由吊放系统7继续吊着；当壁仓混凝土达到设计强度后，将首节双壁围堰与吊放系统7分离。
104.首节双壁钢围堰1的精确定位措施为：
105.下放过程中，在钢绞线上标划刻度，每下放15cm左右应调整一次首节双壁围堰的垂直度，使首节双壁围堰下放过程平稳；
106.首节双壁围堰下放到位后的精确定位：通过控制首节双壁围堰的壁仓内的水位，精确调整首节双壁围堰的竖向位置；通过导向系统6，精确调整首节双壁围堰的平面位置。
107.步骤s303，在首节双壁钢围堰1的顶部进行第二节双壁钢围堰2拼装；拼装完成后，采用吊放系统7将两节双壁钢围堰整体下放；下放过程中，当首节双壁钢围堰1插入砂中下沉一定的深度后停止下沉时，在河床底部进行吸砂作业，同步放松吊放系统7，继续下放；当第二节双壁钢围堰2的顶部与拼装平台13齐平时，停止下放；
108.在第二节双壁钢围堰2的顶部进行第三节双壁钢围堰3的拼装，以完成双壁钢套箱围堰的整体拼装；接着采用吊放系统7将双壁钢套箱围堰整体下放；下放过程中，在河床底部进行吸砂作业，同步放松吊放系统7，双壁钢套箱围堰将在配重作用下，继续下放；当双壁
钢套箱围堰的顶部与拼装平台13齐平时，将停止下放。
109.此外，各节双壁钢围堰均为由8块侧板a11和4块侧板b12组成的正方形结构，其中转角处为侧板b。每节双壁钢围堰的拼装过程均为：将位于正方形对角位置的两个转角处作为两个拼装起始点，分两路进行拼装，两路拼装均采用顺时针或逆时针拼装顺序。
110.首节双壁围堰下放时，向围堰内灌注的壁仓混凝土高度为2.06m；第二节双壁围堰下放时，向围堰内灌注的壁仓混凝土高度为2.45m；第三节围堰下放时，向围堰内灌注的壁仓混凝土高度为2.55m。因此，从围堰底部算起灌注的壁仓混凝土高度合计为8.79m。
111.步骤s304，在双壁钢套箱围堰的顶部拼装单壁钢围堰4。
112.步骤s4，进行抽水开挖作业，并在围堰内部安装多层内支撑8；
113.步骤s5，浇筑封底混凝土，封底混凝土采用垂直导管多点水下灌注法施工。封底混凝土浇筑的按自两侧向中心逐步推进的方式进行。
114.可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本技术实施例对此并不进行限定。
115.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。