一种双壁钢套箱围堰在砂卵石地层中快速下沉的施工方法与流程

本发明涉及一种跨（海）河桥梁基础的挡水、挡土结构，具体为一种双壁钢套箱围堰在砂卵石地层中快速下沉的施工方法，属于土建工程技术领域。

背景技术：

根据施工和地质条件不同，桥梁深水基础的挡水结构有双壁钢套箱围堰、钢板桩围堰、钢筋混凝土围堰等多种形式，双壁钢套箱围堰是一种桥梁承台基础的挡水、挡土结构同时也作为承台施工模板，其无底无盖，一般由刃脚、内外壁板、隔舱板、竖肋、环向加强板、加强柱节等部分组成，双壁钢套箱围堰一般有两种施工方式，一种是整体浮运到位，另一种是原位拼装，双壁钢套箱围堰下沉一般需穿过水流层、土层，根据土层地质情况不同而采用不同的下沉方式，对于砂卵石地层一般采用吸砂管吸泥下沉的方式，对于岩层一般采用爆破、冲击等方式；围堰下沉至设计位置后浇筑水下封底混凝土形成止水、挡土围堰，钢板桩通过自身刚度及严密的锁口实现深基坑挡水、挡土。

随着桥梁等基础设施领域日新月异的发展，桥梁施工工期进度要求越来越高，桥梁水下围堰及基础施工工期往往因诸多不确定因素而难以控制，尤其是涉及到桥梁基础的双壁钢套箱围堰在土层中的吸泥下沉速度，传统的双壁钢套箱围堰下沉着床后直接吸泥下沉至设计位置，吸泥实际方量远远大于围堰下方的垂直体积，尤其涉及到砂卵石等流动性较好的地层，吸泥施工往往耗时耗力。因此，针对上述问题提出一种双壁钢套箱围堰在砂卵石地层中快速下沉的施工方法。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种双壁钢套箱围堰在砂卵石地层中快速下沉的施工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种双壁钢套箱围堰在砂卵石地层中快速下沉的施工方法，包括以下施工步骤：

a、在砂卵石地层内部四角处安装桩基钢护筒；所述桩基钢护筒顶端设置型钢分配梁，且型钢分配梁顶部均匀设置四台千斤顶；所述的千斤顶均同步作用，且四台千斤顶均连接至液压泵站；所述液压泵站电性连接控制计算机；

b、利用四台同步作用千斤顶同时顶起底节双壁钢套箱围堰，在双壁钢套箱围堰与桩基钢护筒之间的导向装置引导下，双壁钢套箱围堰均匀下放至砂卵石地层内部直至自浮，并在双壁钢套箱围堰内仓注水使其下沉直至双壁钢套箱围堰着床；

c、双壁钢套箱围堰着床稳定后，接高下一节双壁钢套箱围堰，在此节双壁钢套箱围堰原位焊接的同时，沿双壁钢套箱围堰外侧振动插打拉森钢板桩，拉森钢板桩插打至设计双壁钢套箱围堰底以下预定的锚固深度，并在拉森钢板桩顶口设置一道型钢圈梁；

d、拉森钢板桩及双壁钢套箱围堰安装完毕后，采用水刀吸泥法抽排双壁钢套箱围堰范围以内的大面积砂卵石，局部刃脚区域，采用潜水员配合吸砂管加软管精确抽排。

优选的，所述步骤c中的拉森钢板桩插打介入时间为双壁钢套箱围堰着床后，将下一节双壁钢套箱围堰吊放就位后，与双壁钢套箱围堰节段拼焊同步进行，其拉森钢板桩插打速度基本与单节双壁钢套箱围堰拼接速度一致。

优选的，所述步骤c中的拉森钢板桩布置于双壁钢套箱围堰外侧，封闭成环，并且拉森钢板桩与双壁钢套箱围堰之间存在100cm左右的空间。

优选的，所述步骤c中的拉森钢板桩插打深度在达到双壁钢套箱围堰设计刃脚标高的基础上，尚需下沉一定的锚固深度，此锚固深度以钢板桩能承受两侧不平衡水压为度。

优选的，所述步骤d中的水刀吸泥下沉法，采用潜水员持高压水管水下切割砂卵石中局部胶结层，气压管附着φ325mm吸砂管，高压气体在吸砂管底部形成真空负压，在负压作用下，砂卵石及胶结层与水混合抽排至双壁钢套箱围堰外。

优选的，所述步骤d中的在双壁钢套箱围堰刃脚区域吸泥，采用潜水员手持高压水枪冲切围堰刃脚，将抽砂管底部连接的软管深入围堰刃脚排除砂卵石及部分胶结层。

本发明的有益效果是：该种施工方法可将双壁钢套箱围堰下方的土体进行封闭，从而固定了围堰内的砂卵石方量，有效降低了吸泥下沉时间，明显加快了围堰下沉速度；通过将拉森钢板桩插打至设计双壁钢套箱围堰底以下预定的锚固深度，可提高双壁钢套箱围堰的稳定性，达到隔断双壁钢套箱围堰内外侧土体的作用，并且在拉森钢板顶部设有钢圈梁，可起到稳固钢板桩围堰孔口的目的；拉森钢板桩布置于双壁钢套箱围堰外侧，封闭成环，以便双壁钢套箱围堰能够在钢板桩形成的封闭空间内顺利下沉，还可为双壁钢套箱围堰着床后拼焊下一节段提供操作空间。

附图说明

图1为本发明施工方法的立面结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图。

图中：1、双壁钢套箱围堰，2、型钢分配梁，3、千斤顶，4、桩基钢护筒，5、拉森钢板桩，6、钢圈梁，7、导向装置，8、液压泵站，9、控制计算机，10、砂卵石地层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，一种双壁钢套箱围堰在砂卵石地层中快速下沉的施工方法，包括以下施工步骤：

a、在砂卵石地层10内部四角处安装桩基钢护筒4，桩基钢护筒4接高高度取决于施工高水位的标高、拼装平台的标高、围堰的高度及3-5m的吊杆长度；所述桩基钢护筒4顶端设置型钢分配梁2，且型钢分配梁2顶部均匀设置四台千斤顶3；所述的千斤顶3均同步作用，且四台千斤顶3均连接至液压泵站8；所述液压泵站8电性连接控制计算机9，型钢分配梁2的数量应通过千斤顶3传递的最大支反力，通过抗弯及局部承压计算选取，型钢分配梁2一般采用h型钢或工字钢，其需与基钢护筒4牢固焊接连接，必要时设置加劲肋，其单根长度取决于基钢护筒4与围堰吊点之间的距离，尚应满足千斤顶3的尺寸；

b、利用四台同步作用千斤顶3同时顶起底节双壁钢套箱围堰1，在双壁钢套箱围堰1与桩基钢护筒4之间的导向装置7引导下，双壁钢套箱围堰1均匀下放至砂卵石地层10内部直至自浮，并在双壁钢套箱围堰1内仓注水使其下沉直至双壁钢套箱围堰1着床；

c、双壁钢套箱围堰1着床稳定后，接高下一节双壁钢套箱围堰1，在此节双壁钢套箱围堰1原位焊接的同时，沿双壁钢套箱围堰1外侧振动插打拉森钢板桩5，拉森钢板桩5主要有拉森iv型及拉森vi型两种常用型号，根据地层情况试插确定钢板桩的型号，当不便于试插确定时，可以根据土层摩阻力计算，拉森钢板桩5插打至设计双壁钢套箱围堰1底以下预定的锚固深度，并在拉森钢板桩5顶口设置一道型钢圈梁6，起到稳固钢板桩围堰孔口的目的；

d、拉森钢板桩5及双壁钢套箱围堰1安装完毕后，采用水刀吸泥法抽排双壁钢套箱围堰1范围以内的大面积砂卵石，局部刃脚区域，采用潜水员配合吸砂管加软管精确抽排。

作为本发明的一种技术优化方案，所述步骤c中的拉森钢板桩5插打介入时间为双壁钢套箱围堰1着床后，将下一节双壁钢套箱围堰1吊放就位后，与双壁钢套箱围堰1节段拼焊同步进行，其拉森钢板桩5插打速度基本与单节双壁钢套箱围堰1拼接速度一致，使得拉森钢板桩5插打并不占用关键线路工期，从而大大提高了施工进程。

作为本发明的一种技术优化方案，所述步骤c中的拉森钢板桩5布置于双壁钢套箱围堰1外侧，封闭成环，并且拉森钢板桩5与双壁钢套箱围堰1之间存在100cm左右的空间，一方面，以便双壁钢套箱围堰1能够在钢板桩5形成的封闭空间内顺利下沉；另一方面，为双壁钢套箱围堰1着床后拼焊下一节段提供操作空间。

作为本发明的一种技术优化方案，所述步骤c中的拉森钢板桩5插打深度在达到双壁钢套箱围堰设计刃脚标高的基础上，尚需下沉一定的锚固深度，此锚固深度以拉森钢板桩5能承受两侧不平衡水压为度，提高拉森钢板桩5的支撑效果，达到隔断双壁钢套箱围堰1内外侧土体的作用。

作为本发明的一种技术优化方案，所述步骤d中的水刀吸泥下沉法，采用潜水员持高压水管水下切割砂卵石中局部胶结层，气压管附着φ325mm吸砂管，高压气体在吸砂管底部形成真空负压，在负压作用下，砂卵石及胶结层与水混合抽排至双壁钢套箱围堰1外，实现快速排出砂卵石及胶结层混合物，水刀法所用的抽砂设备由抽砂管、附着气管和携带式高压水管组成，抽砂管为直径325mm的l型无缝钢管，在深入砂卵石的端口处斜向上45°焊接钢管端头，高压气管与钢管端头连接牢固，高压水管、高压气管动力来自于空压机。

作为本发明的一种技术优化方案，所述步骤d中的双壁钢套箱围堰1刃脚区域吸泥，采用潜水员手持高压水枪冲切围堰刃脚，将抽砂管底部连接的软管深入围堰刃脚排除砂卵石及部分胶结层，加快排出速度。

本发明在使用时，围堰下沉分为三个阶段，具体如下：

第一阶段、自围堰尚未吃入水中至吃入水中一定深度后浮力与重力相平衡，此阶段重力大于浮力，围堰可在重力作用下下沉，具体下沉方式为：将千斤顶下方精轧螺纹钢螺母拧紧，上方精轧螺纹钢螺母松开，千斤顶3顶升20cm左右，拧紧上方螺母，松开下方螺母，围堰在自重作用下下沉20cm，依次循环直至第一阶段结束；

第二阶段、自围堰无法在自重作用下下沉至围堰下沉着床，此阶段围堰重力与浮力相等，在围堰壁体内注水下沉，具体下沉方式为：在双壁钢套箱围堰1各隔舱内同步均匀注水，注水深度取决于已下放围堰与待接长围堰浮出水面1.5-2m，以方便围堰接长施工；

第三阶段、自围堰着床至围堰下沉至设计堰底标高，此阶段围堰下沉需在隔舱内浇筑封舱混凝土，使得围堰总重力大于水的浮力以及需克服的土层摩阻力，具体下沉方式为，在已着床稳定的钢套箱围堰上接长下一节围堰，与此同步，在围堰外侧插打钢板桩将围堰内外土体隔离；然后，采用潜水员持高压水管水下切割砂卵石中局部胶结层，气压管附着φ325mm吸砂管，高压气体在吸砂管底部形成真空负压，在负压作用下，砂卵石及胶结层与水混合抽排至双壁钢套箱围堰1外；在双壁钢套箱围堰1刃脚区域吸泥，采用潜水员手持高压水枪冲切围堰刃脚，将抽砂管底部连接的软管深入围堰刃脚排除砂卵石及部分胶结层。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。