钢板桩围堰施工平台及一体化施工方法与流程

本发明涉及建筑施工的技术领域，尤其涉及一种钢板桩围堰施工平台及一体化施工方法。

背景技术：

高压旋喷桩施工因其作业占地少、振动小、噪音较低，能显著提高淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等土质地基的承载能力和密实度，而广泛应用于建筑物地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、地铁工程的土层加固或防水、水库大坝、海堤、江河堤防、坝体坝基防渗加固、构筑地下水库截渗坝等工程。可见其作业常常处于水环境之中，而其作业又需要无水的环境和平整的作业平台。如果能化解这种矛盾，开发一种能在水环境中无水作业的施工方法，将大幅度提高其施工效率，减少安全隐患，同时节约了施工成本。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种钢板桩围堰施工平台及一体化施工方法，该方法技术可行、经济合理、工艺简单、操作简便、施工安全。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种钢板桩围堰施工平台，包括钢板桩、钢平台及旋喷桩机，所述钢板桩于围堰两侧平行设置若干个，形成围堰支护结构，每侧相邻钢板桩的邻边相互咬合，钢板桩底面伸至围堰基底以下，钢板桩顶面高于水面，所述钢板桩上架设有型钢龙骨，所述型钢龙骨为工字型钢龙骨，所述型钢龙骨横跨两侧钢板桩顶面，通过设置垫片或切割钢板桩顶面使两侧钢板桩顶面位于同一高度以使安装的型 钢龙骨处于水平状态，所述钢平台固定于型钢龙骨上，所述钢平台采用钢材做面板，所述钢平台上开设有与施工点相对应的若干作业孔，所述作业孔按预设的开孔间距、钻孔位置及钻杆直径进行开孔，所述旋喷桩机安设于钢平台的作业孔上并通过作业孔进行打桩作业，所述钢平台背面设置横肋及纵肋进行加固。

更优的，所述钢平台在开孔后，进一步在背面设置横肋及纵肋进行加固，设置的横肋及纵肋需避开开孔位置，并根据载重量调整横肋及纵肋根数。

进一步的，在开孔及设置横肋及纵肋后，还包括采用铆接、焊接的方式，将钢平台固定于型钢龙骨上，接缝处采用角钢等垫片连接。

进一步的，所述钢平台由两块或更多块钢材面板拼合而成，所述拼合方式包括卡接、焊接、铆接，或仅通过钢材面板与型钢龙骨之间的连接进行拼合固定

进一步的，所述旋喷桩机可随作业孔位置挪动，所述钢平台及龙骨可于钢板桩顶面挪动。

本发明还包括一种钢板桩围堰施工平台一体化施工方法，包括以下步骤：

1、施工前进行工程调查，确定旋喷桩加固施工相关参数；

2、沿围堰两侧平行打设若干钢板桩，无需排水；

3、通过设置垫片或切割钢板桩使两侧钢板桩顶面水平，架设龙骨；

4、于龙骨上安装钢平台，可按工程需要选择以两块钢材面板拼合而成；

5、于钢平台上预设的相应工作孔位置安放旋喷桩机；

6、按需挪动旋喷桩机，或按需挪动平台位置，开始施工。

进一步的，在所述于平台上相应工作孔位置安放旋喷桩机之前还包括，根据预设的开孔间距、位置及钻杆直径对平台进行开孔，并于钢平台背面设置横肋及纵肋进行加固。

进一步的，在所述于平台上相应工作孔位置安放旋喷桩机之后还包括，调整旋喷桩机的底和顶标高，通过在钻杆上设标记进行控制，钻杆钻收钻长度等于平台高程与桩底高程之差，钻杆起钻长度等于平台高程与桩顶高程之差。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1、水下软基高压旋喷桩处理，采用在钢板桩围堰上搭设整体移动式钢平台进行不排水施工，解决了围堰底施工需清淤及填筑垫层的问题，并且不排水施工使围堰内外水压平衡，确保围堰施工安全，加固后的地基，在后续施工抽水时，也可提高围堰基坑的安全性，同时作业平台可以反复周转使用。

2、施工高压旋喷桩的架空钢平台采用钢板做面板，面板上按照设计的旋喷桩间距和孔径预先开孔，避免了传统施工逐桩放样的繁琐，提高了工作效率。

采用本发明能大幅降低其施工难度，提高施工效率，具有更好的安全性、经济性，且平台材料能反复周转使用，符合建筑节约要求，具有广阔的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明优选实施例的设计渠箱基坑支护结构横断面图。

图2是本发明优选实施例的旋喷桩作业平台横断面示意图。

图3是本发明优选实施例的型钢龙骨布置平面示意图。

图4是本发明优选实施例的平台龙骨与钢板桩连接处示意图。

图5是本发明优选实施例的作业平台单块面板开孔平面示意图。

图6是本发明优选实施例的作业平台单块面板背部纵横肋平面示意图。

图7是本发明优选实施例的作业平台拼接平面示意图。

附图说明：1-横撑钢管；2-钢板桩；3-旋喷桩；4-钢平台纵肋；5-钢平台；6-旋喷桩机；7-钢平台横肋；8-龙骨；9-钢板垫片；10-角钢；11-工作孔；

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分， 通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

实施例

一、实施例工程简介

本发明的实施例位于“大坦沙污水处理系统管网——石井河干流(石井河、新市涌)截污渠箱(石井河段)工程”，该工程要在临岸的河床下修建一条20km长的暗渠，部分暗渠的地基需采用高压旋喷桩3进行加固。这就涉及到大面积的在水深5m以下深基坑地基高压搅拌处理。

对临河的基坑底构筑物地基进行加固，其常规基坑底旋喷桩3施工流程为:基坑支护结构施工→基坑排水→填筑基坑底作业平台→高压旋喷桩3作业。即需排尽基坑内的河水，清除基坑内的淤泥，填筑厚30cm以上的碎石作为高压旋喷桩3作业平台，方可下桩机作业。因基坑一侧临河，水压较大，基坑内长期处于渗水状态，且基底土体软弱，将面临在带水的环境下施工，无良好的打桩平台，同时存在桩机行走时如何避让支护结构横撑的施工困难和无法施工横撑下的旋喷桩3，并且存在坑内管涌，支护结构漏水，甚至支护结构失稳的危险。

鉴此本工程需要进行旋喷桩3基底加固的战线长达5.5km，常规地基加固施工很难开展。需改变施工思路，革新施工技术，才能完成施工目标。经公司技术团队多次会商研究，设想将高压旋喷桩3作业提前至基坑排水工序之前，在基坑支护结构上搭设高压旋喷桩3作业平台，旋喷桩机6在平台上进行不排水作业，这样可以避免桩机行走需避让支护结构横撑的施工困难、在基坑底作业的诸多风险，解决了无法施工横撑下的旋喷桩3的难题，同时基坑开挖前已进行坑底土体的加固，减少了开挖基坑时，因地基软弱带来的基坑管涌、支护结构失稳等一系列风险，该方法既省工、节时、安全，又具有较高的经济效益。因此公司技术团队决定以钢板桩2围堰一体化架空加固施工技术作为研究课题，希望为这类复杂条件下的旋喷桩3作业提供一种先进的施工技术。

二、施工工艺流程

1、工程调查。

本技术研究主要以“大坦沙污水处理系统管网工程——石井河干流(石井河、新市涌)截污渠箱(石井河段)工程”为依托，针对其河底渠箱基底旋喷桩3处理的难题进行研究。如图1所示，该工程沿石井河干流两岸、潭涌两侧及环城高速南侧道路、张村涌建设DN3000截污管道及BXH＝4.0×3.0～6.0×3.0、1.5×2.0截污渠箱，截污管渠总长约20.2km。其中有5.5km的河底渠箱需进行基底旋喷桩3加固处理，设计要求旋喷桩3加固后地基承载力不小于120KPa，在施工完成后可加横撑钢管1固定。

高压旋喷桩3桩径0.5m，桩长3～12m，梅花形布置，水泥用量200kg/m。间距1000X1000,桩体进入不相对透水层不小于1.0m，浆液采用42.5号水泥配置，水灰比为0.8～1.0，工作压力管道及渠箱地基容许承载力必须达到120KPa。

2、旋喷桩3作业平台的结构设计。

如图2所示，该旋喷桩3作业平台结构设计包括一组钢板桩2、钢平台5及旋喷桩机6，所述钢板桩2分两侧平行设置形成围堰支护，钢板桩2底面伸至围堰基底以下，钢板桩2顶面高于水面，所述钢板桩2顶面架设型钢龙骨8，所述钢平台5固定于型钢龙骨8上，所述钢平台5上预设有相应的作业孔，所述旋喷桩机6安设于作业孔上。

更优的，所述钢板桩2可沿围堰两侧设置多个，相邻钢板桩2的邻边相互咬合。

更优的，所述型钢龙骨8为工字型钢龙骨。

利用基坑支护的钢板桩2作为旋喷桩3作业平台的支座，在其上搭设旋喷桩3作业平台，作业平台的设置摆脱了常规作业所环境严重影响的束缚，实现了基底加固的无水作业和作业面的平整度及硬度，提高了成桩质量。同时整个作业平台由型钢和钢板拼装制作而成，方便安装和拆卸，可以反复周转使用。

3、旋喷桩3作业平台的龙骨8设置。

如图3及图4所示，基坑支护结构因地质硬度的不同导致钢板桩2顶面标高参差不齐，如果想要作业平台处于水平状态，需设置一对型钢龙骨8。通过加 设钢板垫片9或割除钢板桩2长度，将两根龙骨8调整至水平，并用角钢10将龙骨8固定于钢板桩2上。

4、旋喷桩3作业平台面板的设计

如图5所示，施工高压旋喷桩3的架空钢平台5采用钢板做面板，面板上按照设计的旋喷桩3间距和孔径预先开孔，工作孔11孔径略大于旋喷桩3钻杆直径。避免了传统施工逐桩放样的繁琐，提高了工作效率。

进一步的，如图6所示，所述钢平台5背面设置横肋7及纵肋4进行加固。横肋7应在钢板开孔后布置，可避免与孔位冲突，并根据载重量调整横肋及纵肋根数。

进一步的，如图7所示，为降低平台面的起重吊装难度，钢平台5由两块乃至多块面板相拼而成，所述拼合方式包括卡接、焊接、铆接，或仅通过钢材面板与型钢龙骨之间的连接进行拼合固定。

进一步的，在开孔及设置横肋及纵肋后，还包括采用铆接、焊接的方式，将钢平台固定于型钢龙骨上，接缝处采用角钢等垫片连接。

进一步的，所述旋喷桩机6可随作业孔位置挪动，所述钢平台5及龙骨8可于钢板桩2顶面挪动。

三、旋喷桩3施工平台的力学可行性分析

(1)作业平台旋喷桩3施工总荷载

①、恒载：4m*6m*5mm的钢板的重量约为1吨，即10KN

②、活载：旋喷桩机6+操作人员+机具震动力，约为2吨，即20KN

③、集中力：标准值Pk＝Pg+Pq＝10+20＝30KN

设计值Pd＝Pg*γG+Pq*γQ＝10*1.2+20*1.4＝40KN

(2)钢平台5型钢纵肋4[25a受力验算

①、支座反力 RA＝RB＝Pd/2＝20KN

②、最大弯矩Mmax＝Pd*L/4＝40KNM

③、弯曲正应力 σmax＝Mmax/(γx*Wx)＝94.76N/mm2<抗弯设计值f:215N/mm2满足要求！

④、剪应力 τA＝τB＝RA*Sx/(Ix*tw)＝11.49N/mm2<抗剪设计值fv:125N/mm2满足要求！

⑤、最大挠度 fmax＝Pk*L^3/48*1/(E*I)＝3.87mm<挠度控制值[v]:L/250(22mm)满足要求！

(3)平台龙骨8工字钢I32a受力验算

①、恒载：钢板+[25a槽钢的重量约为1.5吨，即15KN

②、活载：旋喷桩机6+操作人员+机具震动力，约为2吨，即20KN

③、集中力：标准值Pk＝Pg+Pq＝15+20＝35KN

设计值Pd＝Pg*γG+Pq*γQ＝15*1.2+20*1.4＝46KN

④、内力计算结果

支座反力 RA＝RB＝Pd/2＝23KN

最大弯矩 Mmax＝Pd*L/4＝78.2KN.M

⑤、强度及刚度验算结果

弯曲正应力 σmax＝Mmax/(γx*Wx)＝107.62N/mm2<抗弯设计值f:215N/mm2满足要求！

剪应力 τA＝τB＝RA*Sx/(Ix*tw)＝8.75N/mm2<抗剪设计值fv:125N/mm2满足要求！

最大挠度 fmax＝Pk*L^3/48*1/(E*I)＝10.04mm<挠度控制值[v]:L/250(26mm)满足要求！

(4)拉森IV型钢板桩2(支座)的受力验算

①、强度验算

拉森IV型钢板桩2尺寸为：宽400mm，高170mm，厚15.5mm，截面面积96.99cm²，惯性矩Ix＝4670cm4

σ＝F/S＝23*10^4/96.99＝2372KPa＝2.37MPa＜[σ]＝215MPa,满足要求。

②、稳定性验算

P＝πEI/(μl)＝3.14^2*210*10^6*4670*10^-8/100＝1973.3KN

μ＝2(一端固定一段自由)

l＝3.5m(钢板桩2自由端长度)

R＝23KN＜P＝1973.3KN，压杆稳定！

综上所述，经力学理论验算，旋喷桩3作业平台满足施工要求。

四、钢板桩2围堰一体化架空加固施工技术标准

该技术经多个项目的应用，总结出以下技术标准：

(1)钢筋龙骨8型钢型号、龙骨8间距、钢板的厚度和支座的可靠性由计算确定，安全系数取1.2。

(2)钢板上按桩位和间距开孔，开孔直径≥钻杆直径2cm，开孔间距误差±1cm。

(3)龙骨8间距误差±1cm。

(4)旋喷桩3底和顶标高通过在钻杆上设标记进行控制。钻杆钻收钻长度＝平台高程-桩底高程，钻杆起钻长度＝平台高程-桩顶高程。

收桩标识标高误差+1cm，起钻标识标高误差-1cm。

(5)打桩平台应安装平整，高差应≤2cm。

通过以上实施例可以看出，本发明通过水下软基高压旋喷桩3处理，采用在钢板桩2围堰上搭设整体移动式钢平台5进行不排水施工，解决了围堰底施工需清淤及填筑垫层的问题，并且不排水施工使围堰内外水压平衡，确保围堰施工安全，加固后的地基，在后续施工抽水时，也可提高围堰基坑的安全性，同时作业平台可以反复周转使用。施工高压旋喷桩3的架空钢平台5采用钢板做面板，面板上按照设计的旋喷桩3间距和孔径预先开孔，避免了传统施工逐桩放样的繁琐，提高了工作效率。

采用本发明能大幅降低其施工难度，提高施工效率，具有更好的安全性、经济性，且平台材料能反复周转使用，符合建筑节约要求，具有广阔的应用前景。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保 护范围。