应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法与流程

本发明涉及软基加固施工和桩基施工设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法。

背景技术：

随着我国桥梁建设逐步向外海深水发展，桥梁基础可能需要在深水、强浪、软基海域进行施工。在深厚软弱地基上修建桥梁基础时，必须对软基进行加固处理，才能保证桥梁基础的安全性和稳定性。

钢管桩加固技术是一种有效的软基加固技术，施工时需要将钢管桩整体或大部分打入泥面以下。目前，钢管桩打设主要采用打桩船、方驳一体化、自升式平台船三种打设方式。但在深水条件下，打桩船和方驳一体化进行钢管桩水下定位难度大，而且受波浪影响严重，打桩精度不易保证；自升式平台船打桩提高了对波浪条件的适应能力和打桩精度，但在超深水中自升式平台造价昂贵，而且在软基中桩腿插拔困难，影响施工效率。

因此，需设计一种造价低廉、施工简单且施工效率高的适合于深水区域的钢管桩的打桩方法。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，利用半潜式平台的立柱将平台本体脱离海面强浪的影响，利用垂直锚系和锚桩进一步限制平台在波浪作用下的运动响应，同时利用锚桩上的导向架和水下打桩锤实现钢管桩水下打桩施工。本发明克服了水深、流急、浪大、软基等恶劣水文地质条件下其它沉桩方法沉桩精度差、水下操作困难等问题，并满足定位准确、施工效率高等工程需求。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，其包括以下步骤：

步骤一、将施工平台拖运至施工海域，所述施工平台的上部位于海平面以上，下部位于海平面以下；

步骤二、在施工平台的四个角分别固设有一个锚机，任一锚机上朝绕的锚缆的端部与沉降入海底的锚连接，调节四个锚缆的张紧力度，使得所述施工平台保持水平的定位于预设位置；

步骤三、在所述施工平台的宽度方向间隔设置的两侧分别现场拼装一个竖直设置的桁架式锚桩，任一锚桩的底部插入至海底泥土中，锚桩的一侧与所述施工平台连接，另一侧固设有多个导向架，多个导向架沿竖直方向间隔排布；

步骤四、在所述施工平台两侧分别吊装钢管桩，对于任一钢管桩，将其移动至与其相对应的多个导向架的龙口中，然后将钢管桩向下沉降至设计标高。

优选的是，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，还包括：

步骤五、将位于所述施工平台两侧的两个锚桩沿所述施工平台的长度方向移动，移动至下一桩位，重复步骤四。

优选的是，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，所述施工平台包括平台本体、位于所述平台本体下方的浮箱以及将所述平台本体和所述浮箱连接的多个立柱；步骤一中，所述平台本体位于海平面上方，所述浮箱位于海平面下方。

优选的是，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，所述浮箱包括两个沿所述施工平台的宽度方向间隔设置的舟形箱体一，以及两个沿所述施工平台的长度方向间隔设置的箱体二；任一箱体一沿所述施工平台的长度方向延伸，箱体一的两端分别设置一个立柱，任一立柱的下端和与其相对应的箱体一的上表面固定连接，上端竖直向上延伸至海平面上方，并与所述平台本体的下表面固定连接；两个箱体二分别将两个箱体一的两端连接。

优选的是，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，所述步骤二中，任一锚桩是由多个单元节上下依次拼接形成，且多个导向架间隔设于位于下部的多个单元节上，所述步骤二中，所述施工平台的两侧分别拼装锚桩的操作具体为：

步骤s1、在所述施工平台的上表面的两侧分别固设一条滑轨，任一滑轨沿所述施工平台的长度方向延伸，滑轨上安装一个上下贯通的、框架结构的平移台车，任一平移台车的沿所述施工平台的宽度方向间隔设置的一个侧边位于所述施工平台的一侧，另一侧边滑动卡设于与其相对应的滑轨上；

步骤s2、在两个平移台车上分别进行锚桩的拼装，对于任一锚桩：利用吊车将1#单元节插入平移台车的中部，并将该单元节和与其相对应的平移台车锁定，然后利用吊车将2#单元节运输至1#单元节的顶部，将2#单元节的底部与1#单元节的顶部固定；

步骤s3、随后将1#单元节和与其相对应的平移台车解除锁定，利用吊车将1#单元节和2#单元节整体竖直向下移动，将1#单元节移动至与其相对应的平移台车的下方，且2#单元节的中部位于与其相对应的平移台车的框架内部，并将2#单元节和与其相对应的平移台车锁定；

步骤s4、重复s2～s3，直至1#单元节插入至海底泥土中，在2#单元节上拼接剩余的单元节，其中多个导向架位于锚桩的下部，且与间隔设置的几个单元节的底部固定连接。

优选的是，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，任一导向架的龙口为液压开合龙口。

优选的是，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩方法，任一导向架上沿其圆周方向间隔设置多个调节机构，任一调节机构为水平设置的千斤顶，其一端和与其相对应的导向架连接，另一端朝着靠近与其相对应的导向架的中部延伸，导向架不限制千斤顶沿钢管桩的径向的水平移动。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明利用半潜式的施工平台削弱了海面强浪的影响，利用垂直锚系和锚桩限制施工平台在波浪作用下的运动响应，同时利用锚桩上的导向架和水下打桩锤实现钢管桩的水下打桩施工，本发明克服了水深、流急、浪大、软基等恶劣水文地质条件下，其它沉桩方法沉桩精度差、水下操作困难等问题，并满足定位准确、施工效率高等工程需求；

2、本发明提供的施工平台为半潜式，其在波浪作业下横摇与纵摇的幅值都很小，进而大大减弱了海面波浪对施工平台的晃动的影响；本发明通过固设于施工平台上的锚机、张紧的锚缆和沉降于海底的锚组成的锚系，将施工平台平稳的、精准的定位于预设位置，垂直锚系限制其垂荡运动，避免了在强浪作用下平台过大的运动响应，进一步减弱波浪对施工平台的影响，且本发明无需在岸边费力的设置着力点，相较于现有技术，本发明设计的施工平台具有安装施工简单，成本低廉等优点，同时实现了在深水强浪海域钢管桩水下打桩施工作业的精确定位，保证了钢管桩的施工质量；

3、利用桁架式锚桩，进一步限制施工平台的运动，并通过锚桩上的导向架实现钢管桩的准确定位；桁架式锚桩可在施工地现场拼装，锚桩的单元节的体积较小，运输方便，解决了现有技术中超高钢管桩运输困难的技术问题；桁架式锚桩的长度具有可调性，可根据钢管桩的长度灵活控制锚桩的单元节的多少，进而达到调节锚桩的长度，同时根据钢管桩的长度，调整同一个锚桩上的导向架的数量及所在高度，使得锚桩和导向架的配合保证钢管桩在沉降过程中的精确度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩施工时的主视图；

图2为本发明所述的应用于深水强浪海域的钢管桩水下打桩施工时的附视图；

图3为本发明所述浮箱的结构示意图；

图4为本发明所述锚桩的结构示意图；

图5为图4的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

如图1～5所示，本发明提供一种应用于深水强浪海域的钢管桩6水下打桩方法，其包括以下步骤：

步骤一、将施工平台1拖运至施工海域，所述施工平台1的上部位于海平面以上，下部位于海平面以下；

步骤二、将施工平台1的四个角分别固设有一个锚机21，任一锚机21上朝绕的锚缆22的端部与沉降入海底的锚23连接，调节四个锚缆22的张紧力度，使得所述施工平台1保持水平的定位于预设位置；

步骤三、在所述施工平台1的宽度方向间隔设置的两侧分别现场拼装一个竖直设置的桁架式锚桩3，任一锚桩3的底部插入至海底泥土中，任一锚桩3的一侧与所述施工平台1连接，另一侧固设有多个导向架4，多个导向架4沿竖直方向间隔排布；

步骤四、在所述施工平台1两侧分别吊装钢管桩6，对于任一钢管桩6，将其移动至与其相对应的多个导向架4的龙口41中，然后将钢管桩6向下沉降至设计标高。将钢管桩6与水下打桩锤5固定，打开所有的导向架4的龙口41，利用履带吊7将钢管桩6下放至导向架4的龙口41内，然后闭合所有导向架4的龙口41，利用水下打桩锤5将钢管桩6打至设计标高，即完成一个桩位的两个钢管桩6的打桩作业。

在上述技术方案中，本发明利用半潜式的施工平台1削弱了海面强浪的影响，利用垂直锚系和锚桩3限制施工平台1在波浪作用下的运动响应，同时利用锚桩3上的导向架4和水下打桩锤5实现钢管桩6的水下打桩施工，本发明克服了水深、流急、浪大、软基等恶劣水文地质条件下，其它沉桩方法沉桩精度差、水下操作困难等问题，并满足定位准确、施工效率高等工程需求；

本发明提供的施工平台1为半潜式，其在波浪作业下横摇与纵摇的幅值都很小，进而大大减弱了海面波浪对施工平台1的晃动的影响；本发明通过固设于施工平台1上的锚机21、张紧的锚缆22和沉降于海底的锚组成的锚系，将施工平台1平稳的、精准的定位于预设位置，垂直锚系限制其垂荡运动，避免了在强浪作用下平台过大的运动响应，进一步减弱波浪对施工平台1的影响，且本发明无需在岸边费力的设置着力点，相较于现有技术，本发明设计的施工平台1具有安装施工简单，成本低廉等优点，同时实现了在深水强浪海域钢管桩6水下打桩施工作业的精确定位，保证了钢管桩6的施工质量。

在另一种技术方案中，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩6水下打桩方法，还包括：

步骤五、将位于所述施工平台1两侧的两个锚桩3沿所述施工平台1的长度方向移动，移动至下一桩位，重复步骤四。当施工平台1的两侧的两个钢管桩6沉降到位后，将相对应的多个导向架4的龙口41全部打开，通过平移台车沿滑轨的移动，将施工平台1两侧的桁架式锚桩3移动至下一桩位，重复步骤四，完成下一桩位的两个钢管桩6的打桩作业；当施工平台1所辐射的多个桩位的所有的钢管桩6均沉降到位后，借助起锚艇和驳船将施工平台1、锚系、锚桩3整体移动至下一个施工地点，重复步骤一～五。

在另一种技术方案中，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩6水下打桩方法，所述施工平台1包括平台本体11、位于所述平台本体11下方的浮箱13以及将所述平台本体11和所述浮箱13连接的多个立柱12；步骤一中，所述平台本体11位于海平面上方，所述浮箱13位于海平面下方。立柱12的截面尺寸相对较小，则波浪直接作用在立柱12上产生的波浪力较小，因此平台的横摇和纵摇均较小。

在另一种技术方案中，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩6水下打桩方法，所述浮箱13包括两个沿所述施工平台1的宽度方向间隔设置的舟形箱体一131，以及两个沿所述施工平台1的长度方向间隔设置的箱体二132；任一箱体一131沿所述施工平台1的长度方向延伸，箱体一131的两端分别设置一个立柱12，任一立柱12的下端和与其相对应的箱体一131的上表面固定连接，上端竖直向上延伸至海平面上方，并与所述平台本体11的下表面固定连接；两个箱体二132分别将两个箱体一131的两端连接。舟形结构的箱体一131，利用驳船拖带施工平台1时，可顺箱体一131的纵向拖带，减小水流对拖带的阻力。

在另一种技术方案中，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩6水下打桩方法，所述步骤二中，任一锚桩3是由多个单元节31上下依次拼接形成，且多个导向架4间隔设于位于下部的多个单元节31上，所述步骤二中，所述施工平台1的两侧分别拼装锚桩3的操作具体为：

步骤s1、在所述施工平台1的上表面的两侧分别固设一条滑轨，任一滑轨沿所述施工平台1的长度方向延伸，滑轨上安装一个上下贯通的、框架结构的平移台车8，任一平移台车8的沿所述施工平台1的宽度方向间隔设置的一个侧边位于所述施工平台1的一侧，另一侧边滑动卡设于与其相对应的滑轨上；

步骤s2、在两个平移台车8上分别进行锚桩3的拼装，对于任一锚桩3：利用吊车将1#单元节插入平移台车的中部，并将该单元节和与其相对应的平移台车8锁定，然后利用吊车将2#单元节运输至1#单元节的顶部，将2#单元节的底部与1#单元节的顶部固定；

步骤s3、随后将1#单元节和与其相对应的平移台车解除锁定，利用吊车将1#单元节和2#单元节整体竖直向下移动，将1#单元节移动至与其相对应的平移台车的下方，且2#单元节的中部位于与其相对应的平移台车8的框架内部，并将2#单元节和与其相对应的平移台车8锁定；

步骤s4、重复s2～s3，直至1#单元节插入至海底泥土中，在2#单元节上拼接剩余的单元节，其中多个导向架4位于锚桩3的下部，且与间隔设置的几个单元节的底部固定连接。

在上述技术方案中，本发明利用桁架式锚桩3，进一步限制施工平台1的运动，并通过锚桩3上的导向架4实现钢管桩6的准确定位；桁架式锚桩3可在施工地现场拼装，锚桩3的单元节的体积较小，运输方便，解决了现有技术中超高钢管桩6运输困难的技术问题；桁架式锚桩3的长度具有可调性，可根据钢管桩6的长度灵活控制锚桩3的单元节的多少，进而达到调节锚桩3的长度，同时根据钢管桩6的长度，调整同一个锚桩3上的导向架4的数量及所在高度，使得锚桩3和导向架4的配合保证钢管桩6在沉降过程中的精确度。

在另一种技术方案中，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩6水下打桩方法，任一导向架4的龙口41为液压开合龙口41。液压式的开合龙口41具有结构简单，施工灵活简易的优点。

在另一种技术方案中，所述的应用于深水强浪海域的钢管桩6水下打桩方法，任一导向架4上沿其圆周方向间隔设置多个调节机构42，任一调节机构42为水平设置的千斤顶，其一端和与其相对应的导向架4连接，另一端朝着靠近与其相对应的导向架4的中部延伸并与钢管桩6抵接，导向架4不限制千斤顶沿钢管桩6的径向的水平移动。4个调节机构42沿钢管桩6圆周方向均匀间隔的排布，可微调钢管桩6的平面位置，进一步保证钢管桩6施工的精准定位。任一千斤顶的水平移动可由液压油缸带动。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。