一种海域深水锚碇基础的钢导墙基础施工方法与流程

本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种海域深水锚碇基础的钢导墙基础施工方法，更具体地说，涉及一种适用于深水悬索桥的锚碇基础施工的钢导墙式地连墙基础的施工方法。

背景技术：

目前千米级跨江悬索桥的锚碇采用重力式锚碇的结构形式，重力式锚碇又包括有锚碇主体和锚碇基础两部分。现有的重力式锚碇，其建造需要进行基坑开挖，前期需要采用地连墙基础的技术来对基坑开挖实现支护作用，且需要选址建设在地质条件较好的岸上。常规地质条件下的锚碇地连墙基础的施工技术已经相对成熟，但是对于离岸的海域深水悬索桥而言，由于锚碇身处海相淤泥较厚的大海，平均水深在10米左右，地质条件不能达到要求，直接进行常规地连墙的开槽施工是不可行的。

目前国内外罕有类似深水锚碇建设案例可供参考借鉴。已知的常规方案为采用钢管桩围堰+吹砂填筑+地基处理的围堰筑岛思路：如图1所示，采用钢管(板)桩结合，围堰外侧设置钢箱围箍10，形成岛体20；在岛体20内回填中粗砂；在淤泥层采用水泥搅拌桩30进行地基加固，再做冲刷防护；最后用常规的地连墙施工方法来制造出地连墙40。总的来说，该技术方案就是先在深水域处形成稳定的岛体陆域环境，以具备连续墙施工成槽的地质条件，才能进行后续的地下连续墙施工。这种常规方法的施工技术成熟、结构受力合理，但一般只适用于浅水区域的平缓河床，且存在三个不足：

一、成槽塌孔风险。深水区围堰筑岛需要在原河床顶面15～20m厚度的软弱淤泥层上填筑10m的中粗砂，严重打破了原河床土体的平衡，虽然岛体周围由强劲钢管桩围堰护住，但围堰内外两侧的流朔态淤泥、粉砂土体在短时间内处于不稳定状态，容易导致在地连墙的铣槽施工过程中出现塌孔现象，造成严重的施工质量事故。

二、工期风险。围堰筑岛工程量大、工期较长，又由于河床土体稳定性被打破，对海洋环境影响也较大，且在筑岛成型后需要静置等待3个月甚至更长时间，待沉降稳定后方可进行地连墙的铣槽施工。

三、工后处理风险。围堰筑岛一般采用大直径(2.5m～3.0m)锁扣钢管桩围堰成型，如施工环境在深水域处，钢管桩则需要穿过河床软弱淤泥层底部砂层插入坚硬岩层顶部，入土深度可达40m。在完成桥梁建设任务后，为满足海洋生态环境继阻水要求，海中锚碇的临时围堰筑岛需要拆除，而此时用振动锤拔除入土深度40m的大直径钢管几乎不可能，只能在原海床面对大直径钢管桩进行水下切割以满足阻水面积要求，水下切割的风险极高且浪费资源，临时的围堰筑岛后期拆除费用极高。

因此，亟需一种结构合理、操作便捷、经济科学的深水锚碇建设方法，可以实现后期基坑开挖的支护作用，且能够克服上述的地连墙基础技术的几项缺点。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种海域深水锚碇基础的钢导墙基础施工方法，先通过设置钢平台来创造陆域施工条件，然后打设钢导墙结构来取代地连墙原有的混凝土导墙，来实现对后期基坑开挖的支护作用。

本发明采用以下的技术方案来实现：

与现有技术相比，本发明能达到的有益效果为：通过前期进行地基处理改善地质条件、搭设辅助钢平台创造陆域工作条件、将钢管桩定位插打至地连墙轴线的内外侧、再进行地连墙的施工处理，为后期基坑开挖实现支护的作用，钢导墙结构还可以兼顾后期基坑开挖的挡水挡浪作用。(1)本发明采用了钢管桩的形式来打设钢导墙结构，取代了以往常规地连墙施工中的混凝土导墙结构，而且钢平台和钢导墙的结构形式可以根据施工规划灵活布置以进行适应，解决了现有技术中海上悬索桥深水锚碇建设需要围堰筑岛并存在的施工塌孔、工期较长、工后拆除等技术难题，在充分保证了工程安全和质量的前提下，降低了施工风险、缩短了施工工期；(2)此外，钢材还可以回收利用、节约了造价成本、提高了施工功效；(3)解决了常规的围堰筑岛方法一般只能适用于浅水区域的平缓河床的缺陷，本发明除了可以在深水区域进行锚碇建设应用，还可以推广到常规陆域环境的地连墙基础的成槽施工及各类深基坑的支护施工，应用范围较广；(4)为跨海通道千米级悬索桥的建设应用提供了一种新的技术方法，具有很高的工程实用意义。

附图说明

图1为现有技术中采用围堰筑岛的施工示意图；

图2为本发明的施工状态的立面示意图；

图3为辅助钢平台的平面分布布置图；

图4为锚碇环绕平台的立面图；

图5为异形平台的立面图；

图6为钢导墙标准槽段的单个构件示意图；

图7为钢导墙标准槽段的组合连接图；

图8为钢导墙特殊槽段的单个构件示意图；

图9为钢导墙标准槽段与特殊槽段的组合连接图；

图10为钢导墙整体加强连接的示意图；

图11为本发明的施工方法流程图；

图12为本发明应用在实际工程案例中的平面示意图。

图中：10、钢筋围箍；20、岛体；30、水泥搅拌桩；40、地连墙；50、铣槽机；60、钢平台；61、锚碇环绕平台；62、材料堆放平台；63、隔墙施工平台；64、泥浆布置平台；65、异形平台；70、钢导墙；71、钢管桩；72、厚钢板；73、阴锁扣；74、阳锁扣；75、水泥砂浆；76、横联；77、冠横梁；80、地连墙；81、i期槽；82、ii期槽；90、地质结构；91、淤泥层；92、黏土层；93、砂层；94、岩石层；100、锚碇。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明公开了一种海域深水锚碇基础的钢导墙70基础施工方法，应用于海域深水的悬索桥锚碇基础建设，建造一种以钢导墙70为导墙结构的地连墙基础，来为后期锚碇基础的基坑开挖实现支护、挡水挡浪的作用。本发明也可以推广应用到浅水区域、常规陆域环境的地连墙基础的成槽施工及各类深基坑的支护施工。

参阅图2、图3、图11，本发明的施工方法至少包括以下步骤：

地基处理步骤：根据施工需求划出锚碇100基础的地连墙轴线，对地连墙轴线两侧5m范围内的淤泥覆盖层采用深层水泥搅拌桩30加固处理，形成地连墙80内外两道素混凝土墙，阻止淤泥流动和加固软弱地基，一方面避免上部槽壁发生缩径塌孔，另一方面减少后续钢导墙自身的沉降和变形，增加钢导墙的竖向承载力，并为后续连续墙开槽施工提供足够的地质条件；

搭设辅助钢平台步骤：在对软弱淤泥地基加固处理后，对锚碇100区域搭设辅助钢平台60，钢平台60包括自下而上依次设置的支撑桩、承重结构以及标准化模块面板；先采用打桩船来打入固定支撑桩，按贯入度和桩顶标高实行双控，再通过起重船来分别吊装承重结构和标准化模块面板，在具备一定的工作面后即可采用两台履带吊反向同步推进施工，最后完成钢平台60整体的搭设施工；钢平台60的作用在于：创造陆域施工环境，使得施工人员可以在其上进行顺利开展地连墙施工、材料摆放等工作；

钢导墙施工步骤：将若干带有锁扣的钢管桩71定位插打至地连墙轴线的内外两侧，根据地连墙轴线的具体形状，钢管桩71围绕成一圈闭合环形或者成一段不闭合的异形曲线(视地质情况而定，可以针对整个地连墙轴线打设一圈连续的钢管桩71，或者只针对地质情况不好的其中一段打设钢管桩71，两种方式均在本发明保护范围内)，相邻所述钢管桩的所述锁扣之间相互咬合，对锁口内灌注水泥砂浆75，使多根钢管桩71之间形成整体连续的、稳固的钢导墙70结构，作为地连墙基础的导墙结构；

地连墙槽段划分步骤：将地连墙80至少划分为i期槽81和ii期槽82，i期槽81和ii期槽82间隔设置；划分好槽段后，就可以开始按槽段来开始地连墙施工；

ii期槽回填砂步骤：对ii期槽82设置泥浆挡板并回填砂，防止泥浆外漏，且保持槽段泥浆水位高于钢导墙70外侧水位；

i期槽施工步骤：按照一般地连墙的施工方法，对i期槽81进行铣槽、钢筋笼吊放、浇筑砼，在i期槽81浇筑砼前，安装ii期槽段接头板，提前预留出ii期槽孔位置，在i期槽81浇筑初凝后拔除泥浆挡板和接头板；

ii期槽施工步骤：按照一般地连墙的施工方法，对ii期槽82进行铣槽、钢筋笼吊放、浇筑砼，使工程整体形成以钢导墙70为导墙形式的地连墙80结构。

图2所示为本发明的施工状态示意图，铣槽设备为铣槽机50，地质结构90自上而下分别是：淤泥层91、黏土层92、砂层93、黏土层92和岩石层94。

作为一种优选的实施方式，在搭设辅助钢平台步骤中：参阅图3-图5，钢平台60包括锚碇环绕平台61、材料堆放平台62、隔墙施工平台63以及泥浆布置平台64；先在地连墙轴线的内侧布置隔墙施工平台63和泥浆布置平台64，后在地连墙轴线的外侧布置锚碇环绕平台61和材料堆放平台62。

作为一种优选的实施方式，在搭设辅助钢平台步骤中：参阅图3和图5，还包括搭设异形平台65；在搭设好锚碇环绕平台61后，在锚碇环绕平台61和地连墙轴线所形成的空缺处采用履带吊搭设异形平台65，异形平台65的形状结构可以为三角形，也可以为异形或其他形状，具体视空缺处的形状而定。

作为一种优选的实施方式，参阅图4，锚碇环绕平台61的承重结构包括贝雷和双拼i45b工字钢；隔墙施工平台63、泥浆布置平台64的承重结构包括贝雷和i45b工字钢；标准化模块面板包括采用25工字钢的横向分配梁以及采用[28a槽钢面层的桥面板。

钢导墙70的施工重难点在于锁口钢管桩71的定位插打，除了控制安装平面位置、垂直度外，还需要设置姿态导向装置控制锁口插入姿态保证钢导墙70整体形态满足地连墙80铣槽相关要求。因此，作为一种优选的实施方式，在钢导墙施工步骤中：采用履带吊、液压振动锤和导向架来对钢管桩71进行定位插打，通过测量控制锁口转角来控制钢导墙70的弧度，最后根据实际情况合拢钢导墙70，在插打过程中实时观测钢管桩71锁口方向及插口平面扭角位置，确保钢管桩71的平面位置、垂直度及锁口姿态的准确性。

由于钢导墙70的整体形状需要适应地连墙轴线的形状，因此需要将钢导墙70划分为多个槽段，以组合形成整体结构。作为一种优选的实施方式，参阅图3，地连墙轴线的形状优选为受力最稳固的“∞”结构形式，基于上述结构，钢导墙70设计为标准槽段和特殊槽段，标准槽段位于“∞”结构的标准圆弧段，特殊槽段位于“∞”结构中两圆形的接合段，两者共同形成整体的钢导墙70。

因此，在钢导墙施工步骤中：在定位插打钢管桩71前，先制作钢导墙70的标准槽段：参阅图6，取两根钢管桩71，在两钢管桩71内侧沿侧壁轴向贴焊两块厚钢板72，形成双筒钢管桩；再在双筒钢管桩的首、尾两端分别焊接尺寸相适配的阴锁扣73、阳锁扣74，形成所述标准槽段的单个构件；参阅图7，多个标准槽段的单个构件在定位插打后通过阴锁扣73和阳锁扣74之间相互咬合，形成钢导墙70的标准槽段的连续结构。制作所述特殊槽段：参阅图8，取四根钢管桩71，在四根钢管桩71内侧沿侧壁轴向贴焊六块厚钢板72，形成四筒钢管桩；再在四筒钢管桩的首、尾两端均焊接一个阳锁扣74，形成特殊槽段的单个构件；参阅图9，两个阳锁扣74分别与标准槽段的阴锁扣73在定位插打后相互咬合，使特殊槽段与标准槽段连接，形成钢导墙70的特殊槽段-标准槽段的连续结构。

作为一种优选的实施方式，在钢导墙施工步骤中：采用的钢管桩71的外缘直径800mm，厚钢板72的厚度为10mm，阴锁扣73、阳锁扣74由125mm等边角钢和200mm槽钢贴焊组成。

作为一种优选的实施方式，参阅图10，在钢导墙施工步骤中：将钢管桩71沿地连墙轴线插打安装完成之后，在所有钢管桩71顶面纵向设置通长i25型冠横梁77，以加强钢管桩71之间的连接。

作为一种优选的实施方式，参阅图10，在i期槽81施工步骤和ii期槽82施工步骤中：在铣槽施工时，在相应槽段的钢导墙70结构的内外侧间隔设置i25型钢临时横联76，以提高所述钢导墙70的整体刚度和稳定性。通过横联76和冠梁的共同作用，来加强钢导墙70整体连接的稳固性。

本发明的施工方法涉及到辅助钢平台60和钢导墙70的设计和使用，下面对钢平台60和钢导墙70的结构形式作详细介绍：

钢平台60架设在锚碇100区域外，用于为铣槽机50、混凝土搅拌机等各种施工设备、以及泥浆、混凝土、钢管桩等施工材料提供工作平台，由于悬索桥的施工位于深水域，因此需要搭设钢平台60来创造陆域施工环境，使得施工人员可以在其上进行顺利开展施工、材料摆放等。从自身结构上进行划分，每个钢平台60从下而上依次为支撑桩、承重结构以及标准化模板面板，支撑桩作为钢平台60的支撑结构，承重结构对钢平台60上的物料设备起到承重作用，标准化模板面板则包括横向分配梁以及作为工作平台的桥面板。

在本发明的一种优选实施例中，地连墙80的结构设置为受力最稳固的“∞”结构形式，在实际的工程应用中，地连墙80也可以为其他结构形式；本实施例基于这种“∞”结构形式的地连墙80，对钢平台60进行说明：

从钢平台60的功能作用进行划分，参阅图3，钢平台60包括有锚碇环绕平台61、材料堆放平台62、隔墙施工平台63、泥浆布置平台64以及三角区异形平台65。此处各平台的结构形状均视地连墙80的实际结构形式来适应性设计，如异形平台65是用于填补锚碇环绕平台61和地连墙轴线所形式的空缺处，在本实施例中为适应三角形的空缺状而设计成三角区异形平台65，根据实际施工需要也可设计成其他形状的异形平台65。参阅图3，地连墙80基础的外侧设置锚碇环绕平台61、材料堆放平台62，内侧设置隔墙施工平台63、泥浆布置平台64、三角区异形平台65，各平台之间相互独立，不存在连接关系。

具体地，参阅图4-图5，钢平台60采用直径820×10mm钢管桩71作为支撑桩，外侧的锚碇环绕平台61采用贝雷+双拼i45b工字钢体系为承重结构，9m一跨，贝雷片采用4组，由内到外为5+2+4+2；内侧的隔墙施工平台63采用贝雷+i45b工字钢体系为承重结构，9m一跨，贝雷片采用10组，由内到外为5+2+4+7@2；标准化模块面板采用25工字钢(间隔75cm)做横向分配梁和[28a槽钢面层(满铺)做桥面板；三角区异形平台65采用三拼588h型钢为承重梁，上铺hm588型钢(间隔75cm)和[28a槽钢面层(满铺)。

钢平台60的施工顺序为：先搭设内侧的隔墙施工平台63和泥浆布置平台64，后搭设外侧的锚碇环绕平台61、材料堆放平台62，完成后再利用履带吊搭设空缺处的三角区异形平台65。

关于钢导墙70的结构形式：钢导墙70作为地连墙80基础的导墙结构，取代原有的常规地连墙技术所采用的混凝土导墙结构。同样是以地连墙80的结构设置为“∞”结构型式的实施例来说明，钢导墙70分为标准槽段和特殊槽段，其中标准槽段又由若干个的标准槽段单个构件来组成，特殊槽段由单个的特殊槽段单个构件来组成。

在上述实施例中，参阅图6-图7，标准槽段钢导墙70单个构件长1.9m，宽0.8m，平均入土深度24m，由两根800mm钢管桩71沿侧壁轴向贴焊两块10mm厚钢板72构成一组双筒钢管桩，并在所述双筒钢管桩的首、尾两侧分别焊接尺寸相对应的阴锁扣73、阳锁扣74，其中，阴阳锁扣74由125mm等边角钢和200mm槽钢贴焊组成，阴锁扣73为槽钢开口向外朝向贴焊而成，阳锁扣74为槽钢开口向内朝向贴焊而成；对阴锁扣73与阳锁扣74之间锁口灌注水泥砂确保钢导墙70整体的密水性能，防止地连墙80铣槽过程出现漏浆情况。

总结来说，两根钢管桩71贴焊厚钢板72后构成双筒钢管桩，双筒钢管桩两侧焊接阴锁扣73、阳锁扣74，形成标准槽段的单个构件。若干个标准槽段的单个构件之间在定位插打后通过阴阳锁扣的相互咬合，构成钢导墙70整体的标准槽段。

特殊槽段则是用于钢导墙70整体的形状不规则的槽段，特殊槽段和标准槽段配合形成整体的钢导墙70结构。参阅图8-图9，特殊槽段的单个构件长3.5m，宽0.8m，平均入土深度24m，夹角150度，由4根800mm钢管桩71沿侧壁轴向贴焊6块10mm厚钢板725构成一组四筒钢管桩，并在所述四筒钢管桩的首、尾两侧分别焊接尺寸相对应的阳锁扣74，其中，阳锁扣74由125mm等边角钢和200mm槽钢贴焊组成，(注：由于特殊槽段钢导墙70与标准槽段钢导墙70连接组合，故没有阴锁扣73)。

总结来说，与标准槽段类似，特殊槽段以四根钢管桩71贴焊厚钢板72后构成四筒钢管桩，四筒钢管桩的两侧焊接阳锁扣74，形成特殊槽段的单个构件。特殊槽段的单个构件和标准槽段之间在定位插打后通过阴阳锁扣的相互咬合，构成钢导墙70整体的连续结构。

通过对上述实施例的详细阐述，可以理解，本发明通过前期进行地基处理改善地质条件、搭设辅助钢平台创造陆域工作条件、将钢管桩定位插打至地连墙轴线的内外侧、再进行地连墙的施工处理，为后期基坑开挖实现支护的作用，钢导墙结构还可以兼顾后期基坑开挖的挡水挡浪作用。技术效果至少包括：(1)本发明采用了钢管桩的形式来打设钢导墙结构，取代了以往常规地连墙施工中的混凝土导墙结构，而且钢平台和钢导墙的结构形式可以根据施工规划灵活布置以进行适应，解决了现有技术中海上悬索桥深水锚碇建设需要围堰筑岛并存在的施工塌孔、工期较长、工后拆除等技术难题，在充分保证了工程安全和质量的前提下，降低了施工风险、缩短了施工工期；(2)此外，钢材还可以回收利用、节约了造价成本、提高了施工功效；(3)解决了常规的围堰筑岛方法一般只能适用于浅水区域的平缓河床的缺陷，本发明除了可以在深水区域进行锚碇建设应用，还可以推广到常规陆域环境的地连墙基础的成槽施工及各类深基坑的支护施工，应用范围较广；(4)为跨海通道千米级悬索桥的建设应用提供了一种新的技术方法，具有很高的工程实用意义。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。