一种海上岩面仿生套箱围堰及其施工方法与流程

本发明涉及大桥施工设施，尤其是涉及一种用于海上裸岩地质、海床面起伏较大情况下的海上岩面仿生套箱围堰及其施工方法。

背景技术：

随着我国经济和社会的快速发展，基础设施建设规模不断增大，桥梁建设日新月异，在自然条件恶劣，地质条件复杂的海洋、江河湖面等区域修建的桥梁也越来越多。

围堰作为桥梁基础施工的临时设施，其主要作用是作为水中基础施工隔水装置或深基坑的开挖防护支挡，以便在无水、安全条件下进行绑扎钢筋、模板安装以及混凝土浇注施工，围堰还可作为桩基础施工的作业平台。

通常情况下，套箱围堰主要有钢板桩围堰、单壁套箱围堰或双壁套箱围堰三种，在海上修建桥墩承台时，由于海水较深，加上潮汐、风浪等影响，根据结构受力需要，一般采用双壁套箱围堰进行施工。常规双壁套箱围堰的平面形状根据承台的形状采用规则矩形或圆形结构，围堰侧板结构在高度上一致，施工时先将围堰侧板插入到海床或河床覆盖层一定深度，然后施工封底混凝土，之后进行抽水以达到围堰内无水、安全的施工条件，同时围堰侧板插入到覆盖层一定深度也是保证围堰自身结构安全的需要。

当在裸岩地质条件下，围堰侧板无法进入到海床面以下，同时由于海床面起伏较大，围堰施工区域内海床高差大，围堰也无法平稳搁置于岩面上，采用以往常规围堰结构和施工方法无法实现在裸岩地质、海床面起伏较大条件下桥墩基础的施工需求。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种在海上裸岩地质、海床面起伏大情况下结构简单、安全可靠、无需对海床进行特殊处理的海上岩面仿生套箱围堰。

本发明的第二个目的在于提供一种在海上裸岩地质、海床面起伏大情况下快速施工、操作容易、安全可靠、无需对海床进行特殊处理的海上岩面仿生套箱围堰的施工方法。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种海上岩面仿生套箱围堰，特征是：包括侧板体、内支撑、限位、斜撑、剪力钉、护裙、吨袋、锚杆、顶纵梁、吊具、钢护筒，其中：

椭圆形结构的侧板体由若干块侧板构成，单块侧板采用双壁结构，平面上进行分块，相邻侧板与侧板之间采用螺栓连接；

内支撑由上层内支撑、中层内支撑、下层内支撑组成，形状一致的上层内支撑、中层内支撑均由呈十字架放置的纵向水平横撑、横向水平横撑组成，下层内支撑为格构式框架，在侧板体上部、中部的相对两个内壁之间固定有上层内支撑、中层内支撑，在侧板体下部的相对两个内壁之间固定有下层内支撑；下层内支撑用于保证围堰拼装及吊装过程中围堰整体刚度；上层内支撑、中层内支撑、下层内支撑将侧板体围成的围堰腔分割成一个个间隔开的钢护筒腔；

在侧板体内的每个钢护筒腔内设有一个与侧板体内壁保持距离的钢护筒，钢护筒的底端固定在海床岩面上；

限位由上层限位、中层限位、下层限位组成，上层限位水平固定在侧板体四角的钢护筒的上部外壁和侧板体的上部内壁之间，中层限位水平固定在侧板体四角的钢护筒的中部外壁和侧板体的中部内壁之间；下层限位水平固定在侧板体内的所有钢护筒的下部外壁和下层内支撑之间；

在侧板体相对的两个横向顶端之间通过销接固定有若干根平行放置的顶纵梁，在中间的两根顶纵梁的同一端通过销接固定有吊具；

在侧板体的内壁底部与钢护筒的外壁底部之间固定有剪力钉，剪力钉与侧板体的内壁底部采用钢筋套筒连接，在侧板体的内壁底部与海床岩面之间固定有斜撑，侧板体的内壁底部与斜撑采用螺栓连接，在封底混凝土厚度较薄部位的海床岩面上设置有锚杆，通过在岩层上钻孔将锚杆固定，在侧板体的内壁底部与海床岩面之间浇注有封底混凝土，剪力钉、斜撑和锚杆均布置在侧板体四周的封底混凝土高度范围内；

在侧板体的外壁底部周围与海床岩面之间固定有护裙，在侧板体的外侧底部堆码吨袋，在吨袋内装碎石、砂和水泥混合料。

每个侧板体四角的钢护筒外壁连接的两个上层限位呈90度布置，每个侧板体四角的钢护筒外壁连接的两个中层限位呈90度布置。

水面以上的侧板的中间内壁为镂空，以减少围堰的用钢量。

相邻侧板的拼缝之间均需贴海绵橡胶，以防渗漏。

护裙的底部形状仿实测海床，护裙插入海床岩层的长度为0.5m。

锚杆采用自钻式中空锚杆，锚杆进入到海床岩层的深度需大于6m。

上层内支撑为钢管，中层内支撑、下层内支撑均为型钢，剪力钉为钢筋，斜撑为型钢，护裙为钢板。

本发明的第二个目的是这样实现的：

一种海上岩面仿生套箱围堰的施工方法，特征是：具体施工步骤如下：

1、测量海床标高：对围堰施工范围的海床面进行扫海，尤其是对围堰的侧板体的平面位置处要进行加密测量；

2、围堰设计及加工：根据扫海结果及围堰的侧板体分块，对单块侧板进行精确设计，单块侧板的高度及形状根据岩面标高进行仿生设计；

3、锚杆施工：在封底混凝土厚度较薄部位的海床岩面上钻深度大于6m的孔，安装锚杆并注浆，锚杆的目的在于解决后期局部区域封底混凝土的厚度较薄无法满足封底混凝土抗浮要求的问题；

4、围堰加工及拼装：围堰在工厂内加工，工厂内加工完成后运输至码头拼装场，利用龙门吊拼装围堰的侧板体、内支撑，吊装顶纵梁及上层限位、中层限位；在侧板体上安装剪力钉、斜撑及护裙；拆除承台范围以内的钻孔平台；在钢护筒的顶上安装下放导向；在相邻侧板的拼缝之间均需贴海绵橡胶，以防渗漏；

5、围堰起吊及运输：在围堰的顶端安装吊具，选择风浪条件较好的天气，利用浮吊整体起吊围堰并运输至墩位处；

6、围堰下放：围堰摆动较小后，浮吊缓慢下放围堰至设计标高，下放过程中对围堰的平面位置进行测量，下放过程中根据测量结果及时调整围堰的平面位置；下放就位后，顶紧上层限位、中层限位并抄垫密实,并将上层限位、中层限位与钢护筒焊接牢固；在侧板体的外侧堆码吨袋，吨袋内装有碎石、砂和水泥混合料；

7、封底混凝土施工：清洗钢护筒，浇筑封底混凝土，封底混凝土为c30水下混凝土，采用垂直导管法进行水下封底混凝土施工；封底混凝土达到设计强度后，围堰抽水，保证围堰内无水；

8、承台施工：拆除下层内支撑；割除承台底标高以上部分钢护筒，并凿除桩头；绑扎承台钢筋，分两次浇筑承台混凝土，即得海上岩面仿生套箱围堰。

本发明的海上岩面仿生套箱围堰，侧板体的底标高根据实测海床标高进行仿生设计，在侧板体的外侧设置护裙和堆码吨袋，护裙在围堰自重作用下变形，吨袋内装有碎石、砂和水泥混合料，护裙和吨袋用于解决局部区域侧板体的底部与海床岩面不紧贴问题，防止封底混凝土浇注过程中外漏；侧板体上的剪力钉及斜撑设置目的在于增强侧板体与封底混凝土之间的锚固力，防止围堰在涌浪、潮汐作用下晃动、侧板体与封底混凝土之间的粘结力被破坏，保证侧板体与封底混凝土之间不渗漏；剪力钉与侧板体之间采用钢筋套筒连接，斜撑与侧板体之间采用螺栓连接，便于后期围堰拆除；围堰下放就位后，限位设置目的是将围堰与钢护筒形成整体，防止围堰在涌浪及潮汐作用下晃动，保证围堰结构安全，同时也保证围堰的侧板体与封底混凝土之间粘结有效，防止渗漏；相邻侧板的拼缝之间均需贴海绵橡胶，以防渗漏；侧板的内壁水面以上部分采用镂空形式，能减少围堰的用钢量；吊具与顶纵梁、顶纵梁与侧板体之间均采用销接，安拆方便，便于施工；根据实测海床数据，在封底混凝土厚度较薄部位海床岩面上设置锚杆，锚杆的目的在于解决后期局部区域封底混凝土厚度较薄，不满足受力要求部位，用于保证局部封底混凝土抗浮要求，能满足封底混凝土抗浮要求的问题；围堰在工厂加工，在码头拼装，利用浮吊整体安装，将海上施工转为工厂施工、岸上施工，质量可控，施工便捷。

本发明解决了在裸岩地质、海床面起伏较大条件下采用常规围堰无法施工的难题，具有快速施工、施工操作容易、结构简单、安全可靠、无需对海床进行特殊处理等优点。

附图说明

图1为本发明的立面示意图，其中：左半边为封底混凝土施工工况布置图，右半边为承台施工工况布置图；

图2为图1中a-a向剖视示意图，其中：左半边为封底混凝土施工工况布置图，右半边为承台施工工况布置图；

图3为图1中b-b向剖视示意图；

图4为图1中c-c向剖视示意图；

图5为图1中d-d向剖视示意图；

图6为图1中e-e向剖视示意图；

图7为侧板及护裙立面展开示意图；

图8为剪力钉平面布置示意图；

图9为剪力钉断面布置示意图；

图10为斜撑平面布置示意图；

图11为斜撑断面布置示意图；

图12为上、中层限位平面布置示意图；

图13为上、中层限位立面布置示意图；

图14为围堰吊装立面示意图；

图15为图14中f-f向剖视示意图；

图16为锚杆平面布置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

一种海上岩面仿生套箱围堰，包括侧板体1、内支撑18、限位19、斜撑8、剪力钉9、护裙10、吨袋11、锚杆12、顶纵梁13、吊具14、钢护筒15，其中：

椭圆形结构的侧板体1由若干块侧板21构成，单块侧板21采用双壁结构，平面上进行分块，相邻侧板21与侧板21之间采用螺栓连接；

内支撑18由上层内支撑2、中层内支撑3、下层内支撑4组成，形状一致的上层内支撑2、中层内支撑3均由呈十字架放置的纵向水平横撑17、横向水平横撑20组成，下层内支撑4为格构式框架，在侧板体1上部、中部的相对两个内壁之间固定有上层内支撑2、中层内支撑3，在侧板体1下部的相对两个内壁之间固定有下层内支撑4；下层内支撑4用于保证围堰拼装及吊装过程中围堰整体刚度；上层内支撑2、中层内支撑3、下层内支撑4将侧板体1围成的围堰腔22分割成一个个间隔开的钢护筒腔23；

在侧板体1内的每个钢护筒腔23内设有一个与侧板体1内壁保持距离的钢护筒15，钢护筒15的底端固定在海床岩面上；

限位19由上层限位5、中层限位6、下层限位7组成；上层限位5水平固定在侧板体四角的钢护筒15的上部外壁和侧板体1的上部内壁之间，中层限位6水平固定在侧板体1四角的钢护筒15的中部外壁和侧板体1的中部内壁之间；下层限位7水平固定在侧板体1内的所有钢护筒15的下部外壁和下层内支撑4之间；

在侧板体1相对的两个横向顶端之间通过销接固定有若干根平行放置的顶纵梁13，在中间的两根顶纵梁13的同一端通过销接固定有吊具14；

在侧板体1的内壁底部与钢护筒15的外壁底部之间固定有剪力钉9，剪力钉9与侧板体1的内壁底部采用钢筋套筒连接，在侧板体1的内壁底部与海床岩面之间固定有斜撑8，侧板体1的内壁底部与斜撑8采用螺栓连接，在封底混凝土16厚度较薄部位的海床岩面上设置有锚杆12，通过在岩层上钻孔将锚杆12固定，在侧板体1的内壁底部与海床岩面之间浇注有封底混凝土16，剪力钉9、斜撑8和锚杆12均布置在侧板体1四周的封底混凝土16高度范围内；

在侧板体1的外壁底部周围与海床岩面之间固定有护裙10，在侧板体1的外侧底部堆码吨袋11，在吨袋11内装碎石、砂和水泥混合料。

每个侧板体1四角的钢护筒15外壁连接的两个上层限位5呈90度布置，每个侧板体1四角的钢护筒15外壁连接的两个中层限位6呈90度布置。

水面以上的侧板1的中间内壁为镂空，以减少围堰的用钢量。

相邻侧板1的拼缝之间均需贴海绵橡胶，以防渗漏。

护裙10的底部形状仿实测海床，护裙10插入海床岩层的长度为0.5m。

锚杆12采用自钻式中空锚杆，锚杆12进入到海床岩层的深度需大于6m。

上层内支撑2为钢管，中层内支撑3、下层内支撑4均为型钢，剪力钉9采用钢筋，斜撑8采用型钢，护裙10采用钢板。

一种海上岩面仿生套箱围堰的施工方法，具体施工步骤如下：

1、测量海床标高：对围堰施工范围的海床面进行扫海，尤其是对围堰的侧板体1的平面位置处要进行加密测量；

2、围堰设计及加工：根据扫海结果及围堰的侧板体1分块，对单块侧板21进行精确设计，单块侧板21的高度及形状根据岩面标高进行仿生设计；

3、锚杆施工：在封底混凝土16厚度较薄部位的海床岩面上钻深度大于6m的孔，安装锚杆12并注浆，锚杆12的目的在于解决后期局部区域封底混凝土16的厚度较薄无法满足封底混凝土16抗浮要求的问题；

4、围堰加工及拼装：围堰在工厂内加工，工厂内加工完成后运输至码头拼装场，利用龙门吊拼装围堰的侧板体1、内支撑15，吊装顶纵梁13及上层限位5、中层限位6；在侧板体1上安装剪力钉9、斜撑8及护裙10；拆除承台范围以内的钻孔平台；在钢护筒15的顶上安装下放导向；在相邻侧板21的拼缝之间均需贴海绵橡胶，以防渗漏；

5、围堰起吊及运输：在围堰的顶端安装吊具14，选择风浪条件较好的天气，利用浮吊整体起吊围堰并运输至墩位处；

6、围堰下放：围堰摆动较小后，浮吊缓慢下放围堰至设计标高，下放过程中对围堰的平面位置进行测量，下放过程中根据测量结果及时调整围堰的平面位置；下放就位后，顶紧上层限位5、中层限位6并抄垫密实,并将上层限位5、中层限位6与钢护筒15焊接牢固；在侧板体1的外侧堆码吨袋11，吨袋11内装有碎石、砂和水泥混合料；

7、封底混凝土施工：清洗钢护筒15，浇筑封底混凝土16，封底混凝土16为c30水下混凝土，采用垂直导管法进行水下封底混凝土16施工；封底混凝土16达到设计强度后，围堰抽水，保证围堰内无水；

8、承台施工：拆除下层内支撑4；割除承台底标高以上部分钢护筒15，并凿除桩头；绑扎承台钢筋，分两次浇筑承台混凝土，即得海上岩面仿生套箱围堰。