钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法的制作方法

1.本发明涉及建筑设计技术领域，具体为钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法。


背景技术：

2.随着城市水运的日益发展，将船舶航道进行改造扩建逐步成为城市水运更新面貌的重要手段，拆除结构物及其桩基来满足码头航道的通行已成为新型城市水运发展的一个普遍现象，但拆除的海上结构工程越来越复杂，拆除工程也受到多方因素影响，如作业面位于水上无干作业环境、操作空间狭窄、水下作业时间长等。
3.中国专利公开(公告)号：cn114108612a公开了全护筒钻孔灌注桩施工方法，包括以下步骤：泥浆制备
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全护筒定位下埋
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钻机就位
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钻进成孔
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钢筋笼制作
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钢筋安装
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设置导管
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二次清孔
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浇筑混凝土
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全护筒提拔
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混凝土养护及空孔回填
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泥浆及淤泥外运
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基桩检测；在全护筒定位下埋步骤中，护筒采用全钢护筒，埋设护筒前，先在桩孔周围设四个定位桩，定位桩埋设在钻孔中心位置，使护筒中心与钻孔中心重合，定位桩用16mm钢筋打入土中，埋设护筒时，采用振动锤。埋设护筒时确保护筒垂直度，本发明在流塑性淤泥层，采用全护筒跟进施工，保证了桩身质量。
4.中国专利公开(公告)号：cn113309084a公开了水中钻孔灌注桩全护筒施工方法，涉及桩基础施工技术领域，所述方法包括：测量放线设辅桩，采用全站仪放出桩基中心，用十字桩固定位置，采用水准仪测定护筒顶高程，确定钻孔深度，控制误差在5mm以内；护筒制作并采用振动锤下护筒，护筒下沉至设计位置后采用旋转钻机清除护筒内的泥土，钻孔后采用检孔器检查孔深、孔径及垂直度是否符合设计要求；吊放钢筋笼，安装导管，采用吊车对钢筋笼进行吊放，灌注混凝土。采用本发明的方法解决了河床孔口失稳坍塌、钢筋笼下放费时费力、塌孔等问题，适用于水位较高，易塌孔的地质条件的桩基础施工。
5.中国专利公开(公告)号：cn214033683u公开了全护筒钻孔灌注桩成桩结构包括全护筒，其中，全护筒由至少两个分段护筒纵铺层叠、可拆卸连接而成，全护筒的打设位置处设有孔口稳固圈梁，全护筒设置在孔口稳固圈梁内，孔口稳固圈梁的两侧打设反力桩，反力桩的顶部设有反力地梁，反力地梁上安装有用于固定机械设备的设备固定梁。通过本实用新型，能有效解决相关技术中存在的分段护筒的焊接时间较长，影响施工进度，且难以保证压入护筒的垂直度的问题。
6.拆除水下灌注桩基础结构面临两大高风险作业难题，一是水下桩基切割位置作业面难以提供的问题；二是人员切割水下灌注桩作业时面临安全风险高的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法，具体包括如下步骤：施工准备
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钢护筒加工
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钢护筒就位
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抽泥排水
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切割系统安装
→
桩基切割
→
吊离破碎桩体废弃，钢护筒包括上部圆柱形钢筒和下部圆台形钢管，圆台形钢管底部开口直径比切割桩桩径大10cm；圆柱形与圆台形钢筒通过焊接形式连接，在圆台形钢筒的内侧切割面以下沿圆周焊接4块导向板，共3层。
10.作为优选，施工准备具体包括如下步骤：
11.s10：做好施工组织，拆除工作要按施工顺序进行，由外往内施工，确保钢护筒吊装点在船吊作业半径，保证施工安全；
12.s11：调查地质情况，确定钢套筒加工长度，确保钢管桩底部标高应在灌注桩切割设计标高-8m以下4-6m处；
13.s12：清理桩基周边海床面杂物或孤石，确保钢护筒顺利沉入海床；
14.s13：拆除桩基前应先把灌注桩桩帽进行拆除，以便后续钢护筒的沉入。
15.作为优选，钢护筒就位采用振动锤沉设工艺，沉桩过程中，钢护筒内水位低于筒外水位，对钢护筒产生浮托力，利用钢护筒壁自制控制阀门向护筒内灌水。
16.作为优选，钢护筒沉桩过程中根据桩头面的标高及加工护筒时限位板至护筒顶的标高反算护筒需要沉入的深度，并根据钢护筒沉入深度稳定性计算深度做对比，取深度大者作为沉桩的终止的标准。
17.作为优选，钢护筒沉到预定标高后，在钢护筒周边安装操作平台，并在桩头处设置抱箍做支撑，保证钢护筒与桩基之间预留1m的间隙，在切割桩基准备过程中，操作人员搭设通道至操作平台上。
18.作为优选，抽泥排水通过空压机向排泥排水管道吹出气体，利用空压机压力将黏土及稠粘土从管道中排出；其次利用海水不断稀释桩基周边黏土或者海洋沉积土层的稠度，最后利用泥浆泵将护筒里面的海水抽出。
19.作为优选，切割系统包括金刚珠绳锯机、工字钢导向架、卡板及限位板，卡板及限位板焊接在钢护筒上，工字钢导向架采用锚固板焊接方式通过螺栓连接金刚珠绳锯机。
20.作为优选，桩基切割具体包括如下步骤：
21.s20：选取适当大小的切割驱动力是绳锯机安全稳定工作的前提条件，切割绳锯机是液压驱动的，闭环金刚石绳锯被安装在绳锯轮上，绳锯轮中一个或几个为驱动轮；
22.s21：工作时，驱动轮旋转，两个绳轮之间的绳锯与被切割桩基接触，通过绳锯连续的进给来完成对桩基的切割；
23.s22：切割设备的金刚石串珠绳沿着安放工字钢导轨底部的定位轮组引至钢护筒顶部的绳锯机轮组；
24.s23：最后开启切割设备主机进行桩基切割，切割受力主要集中在工字钢导轨卡板与外护筒的焊接部位，平衡于外护筒外的土压力与水压力。
25.作为优选，吊离破碎桩体废弃具体为：在切割完成后，通过桩头处设置的抱箍，采用船吊，将桩基吊运至破碎场破碎，其中吊运采用钢丝绳，破碎后的混凝土碎渣统一拉至指定弃土的地方进行废弃。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.1、本钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法适用于地层上部以海相沉积层与
淤泥黏土层为主，中间地质稳定且无抛石层或者卵石、砾石层的水下拆除桩基工程。
28.2、本钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法中，采取钢护筒打入土层形成围护系统，达到满足液压金刚珠绳锯机在工字钢上形成的切割系统在切割作业时的切割受力条件，实现切割水下灌注桩安全作业，同时满足设计要求的桩基切割标高位置。钢护筒底部采取锥形截面，采用振动锤沉入切割桩周围形成围护系统，可大幅度减少切割桩周边的清淤排泥量，同时提供安全施工作业面。金刚珠绳锯机在工字钢导向架上形成的切割系统，通过卡板和限位板，有效地与钢护筒围护系统形成一个工作整体，操作人员可远程进行操控，缩短密闭工作时间，充分实现高效、安全作业。
29.3、本钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法中，研发了一种圆台形钢护筒，钢护筒形成围护系统辅助绳锯机切割，既提供了干作业环境，又将切割工作面由水下转移至海面，施工条件显著提高，有效地缩短水下密闭空间作业，提高了切割工效，降低了施工安全风险；钢护筒圆台形设计，有利于钢护筒打入海床，部分淤泥随着钢套筒的下沉向外挤开，减少清淤工作量，并提高了钢套筒下部的密封性；钢护筒围护系统采用船吊配合振动锤一次性打设或拔出到位，施工效率高，周转灵活，有利于缩短工期，提高施工效率；节约施工成本。比常规的水下钢板桩围堰辅助施工，可循环利用钢护筒，大量节约工料机的使用量，节省施工成本。
附图说明
30.图1为本发明钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工艺流程图；
31.图2为本发明钢护筒加工图；
32.图3为本发明操作平台的主视示意图；
33.图4为本发明操作平台的俯视示意图；
34.图5为本发明绳锯切割系统图；
35.图6为本发明锚固板的放大结构图；
36.图7为本发明金刚石串珠绳锯机切割桩示意图。
37.图中各标号的含义为：10、圆柱形钢筒；20、圆台形钢管；30、切割面；40、定位板；50、导向板；60、操作平台；70、金刚珠绳锯机；80、锚固板；90、工字钢导向架；100、卡板；110、限位板；
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例，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。
39.实施例1
40.钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法，如图1所示，具体包括如下步骤：施工准备
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钢护筒加工
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钢护筒就位
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抽泥排水
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切割系统安装
→
桩基切割
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吊离破碎桩体废弃，钢护筒包括上部圆柱形钢筒和下部圆台形钢管，圆台形钢管底部开口直径比切割桩桩径大10cm；圆柱形与圆台形钢筒通过焊接形式连接，在圆台形钢筒的内侧切割面以下沿
圆周焊接4块导向板，共3层。本钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法采取钢护筒打入土层形成围护系统达到满足液压金刚珠绳锯机在工字钢上形成的切割系统在切割作业时的切割受力条件，实现切割水下灌注桩安全作业，同时满足设计要求的桩基切割标高位置。钢护筒底部采取锥形截面，采用振动锤沉入切割桩周围形成围护系统，可大幅度减少切割桩周边的清淤排泥量，同时提供安全施工作业面。金刚珠绳锯机在工字钢导向架上形成的切割系统，通过卡板和限位板，有效地与钢护筒围护系统形成一个工作整体，操作人员可远程进行操控，缩短密闭工作时间，充分实现高效、安全作业。
41.施工准备
42.(1)做好施工组织，拆除工作要按施工顺序进行，由外往内施工，确保钢护筒吊装点在船吊作业半径，保证施工安全。
43.(2)调查地质情况，确定钢套筒加工长度，确保钢管桩底部标高应在灌注桩切割设计标高-8m以下4-6m处。
44.(3)清理桩基周边海床面杂物或孤石，确保钢护筒顺利沉入海床。
45.(4)拆除桩基前应先把灌注桩桩帽进行拆除，以便后续钢护筒的沉入。
46.钢护筒加工
47.钢护筒作为本工法的围护系统，包括上部的圆柱形钢筒10和下部的圆台形钢管20，圆台形钢管20底部开口直径比切割桩桩径大10cm；圆柱形钢筒10与圆台形钢管20通过焊接形式连接，在圆台形钢筒20的内侧切割面以下沿圆周焊接4块导向板50，共3层，保证钢护筒就位时平行于灌注桩及留设一定的操作空间，其中第一层导向板兼做切割系统中工字钢的定位板40，保证切割面位置在设计切割面30以下，如图2所示。
48.钢护筒就位
49.钢护筒采用振动锤沉设工艺，由于钢护筒底部与灌注桩间缝隙较小，大部分淤泥及海水随着钢护筒的下沉向外挤开，将省去大量的清淤排水工作，密封性较好。沉桩过程中，钢护筒内水位将低于筒外水位，对钢护筒产生浮托力，可利用钢护筒壁自制控制阀门向护筒内灌水，以克服浮托力的影响。
50.钢护筒沉桩过程中根据桩头面的标高及加工护筒时限位板至护筒顶的标高反算护筒需要沉入的深度，并根据钢护筒沉入深度稳定性计算深度做对比，取较大者作为沉桩的终止的标准，以确保切割位置及钢护筒的稳定性、作业的安全性。
51.钢护筒沉到预定标高后，为保证人员的操作的安全，在钢护筒周边安装操作平台，以便工人加固绳锯切割设备，并在桩头处设置抱箍做支撑，保证钢护筒与桩基之间预留1m宽的操作平台60，确保在护筒里的操作空间，以便后续工序的抽水及定位切割桩基。在切割桩基准备过程中，操作人员需要搭设通道至操作平台60上，如图3和图4所示。
52.抽泥排水
53.抽泥排水是本切割工法的重要工序，抽泥和排水主要通过空压机向排泥排水管道吹出气体，利用空压机压力将黏土及稠粘土从管道中排出；其次利用海水不断稀释桩基周边黏土或者海洋沉积土层的稠度，最后利用泥浆泵将护筒里面的海水抽出(抽出海水的速率应大于护筒底部反涌的涌水)，施工过程中解决的问题如下：
54.1.碰到有大量黏土石块时，利用夹泥小套管进行桩基周边排泥石块。
55.2.桩基周边海洋沉积黏土层塑性指数较大时，可在钢护筒设置几个阀门，以便排
泥过程中稀释桩基周边黏土的稠度，降低黏土层的可塑性，并利用小型排泥管连通空压机进行排泥抽泥。
56.切割系统安装
57.切割系统包括金刚珠绳锯机70、工字钢导向架90、卡板100及限位板110组成，其中卡板100及限位板110焊接在钢护筒上，起到轨道和轨道限位器的作用；工字钢导向架90采用锚固板80焊接方式通过螺栓连接金刚珠绳锯机70。此道工序关键在于自制的工字钢导向架与钢护筒中预埋的卡板宽度应相互吻合，确保安放工字钢能顺利沿着钢护筒内的卡板轨道安装，如图5和图6所示。
58.桩基切割
59.选取适当大小的切割驱动力是绳锯机安全稳定工作的前提条件，切割绳锯机是液压驱动的，闭环金刚石绳锯被安装在一定数量的绳锯轮上，其中一个或几个为驱动轮。工作时，驱动轮旋转，两个绳轮之间的绳锯与被切割桩基接触，通过绳锯连续的进给来完成对桩基的切割。切割设备的金刚石串珠绳沿着安放工字钢导轨底部的定位轮组引至钢护筒顶部的绳锯机轮组，最后开启切割设备主机进行桩基切割，切割受力主要集中在工字钢导轨卡板与外护筒的焊接部位，平衡于外护筒外的土压力与水压力，如图7所示。
60.吊离桩基及破碎废弃
61.切割完成后，通过桩头处设置的抱箍，采用船吊，将桩基吊运至破碎场破碎，其中吊运采用钢丝绳，钢丝绳具有强度高，弹性大，韧性、耐磨性、耐久性好，磨损易于检查等优点。钢丝绳作用于卡环上，传递在抱箍上进行吊离。破碎后的混凝土碎渣统一拉至指定弃土的地方进行废弃。
62.劳动力组织
63.以切割完成1根桩基作为效率分析。船吊1台，钢护筒1套，抽泥排水设备1套，切割设备1套，炮机(带挖斗)破碎1台，勾机1台，拉渣车1台，作为完成1根桩基切割为主，白天作业时间8小时，晚上作业时间4小时作为一天的劳动强度。
64.质量控制
[0065][0066]
安全措施
[0067]
(1)认真组织三级安全技术交底，有针对性的编制安全技术交底，让技术主管和现场作业工人切实理解并严格执行专项施工方案。
[0068]
(2)对进场作业人员进行岗前安全教育和岗位培训。
[0069]
(3)施工设备严格实行设备机具进场验收制度，不合格或有安全隐患的机具设备必须整改并经设备、安全部门验收后才能使用。
[0070]
(4)进行通风及使用仪器监测气体：在钢护管外安装送风机，每次进入前通风1小时；进入钢护筒内壁进行切割位置定位，密闭空间狭小，进入前进行有毒气体检测，进入后持续送风，保证空气流通。
[0071]
(5)切割桩基整个过程中有大量的起重作业，包括钢护筒吊运、切割桩吊离、工字钢导向架吊装等吊运作业，期间需要信号员现场指挥，禁止吊具超重使用，作业前提供吊具
相应证书、保证吊钩保险卡完好及吊绳破损程度在合格范围内。
[0072]
(6)整个切割过程位于水上作业，施工人员配置足够的救生衣、救生圈，确保溺水时的安全。
[0073]
应用实例1澳门氹仔新码头主体工程扩建三期项目工程
[0074]
本项目的拆除工程是以灌注桩基为基础的整体框架梁板结构，拆除桩基总共45根，直径ф1.0m灌注桩，桩基全部位于海上，面积1350
㎡
，为满足设计通航需求，桩基切割至澳门平均海平面以下-8.0m的标高位置，灌注桩桩基横向间距5.0m，共3列；纵向间距8m，共15排。施工海域由于受到潮汐影响，常年水位标高-1m至+1m，水深3m至5m，切割至桩基设计标高地质条件主要以海相沉积层+淤泥黏土层为主，中间地质稳定，对于海底下的抛石层，拆除桩基区域并未发现抛石层或者砾石层。由于拆除的区域属于桩基础+框架梁板结构为主，框架梁板拆除后桩基顶面的标高主要以+2m的标高为主，拆除桩基长度10m，重量为20t。
[0075]
氹仔码头主体工程三期项目中的桩基拆除工程除起重船班组人员外，另外仅需要投入3名施工人员配合操作。在施工初期配备1套钢护筒，1天可保证完成1枝桩基的切割。中后期增加一套钢护筒后，曾创下1天切割3枝的记录。整个项目45枝海上桩基仅在1个月内完成全部拆除。
[0076]
本项目实施的水下切割灌注桩工程中，45根桩基的切割完成标高都低于-8m，满足设计要求。切割桩完成后，达标率为100％。项目部在2个月内安全顺利地完成了45枝灌注桩的拆除，有效体现出了此工法的应用效果。
[0077]
应用实例2澳门氹仔新码头主体工程一、二期项目工程
[0078]
本工程项目的桩基拆除工程主要集中在澳门氹仔原有客运码头的1、2、3、4号泊位处，拆除桩基总量24根，每处泊位水下桩基6根，桩径1m，拆除完成后的区域设计成海上通航区域，以便本项目一、二期新建的2、4、6、8泊位的船只进行运转停靠。为满足设计通航需求，桩基切割至澳门平均海平面以下-10.0m的标高位置，灌注桩桩基横纵向间距8.0m，共2排3列。施工海域由于受到潮汐影响，常年水位标高-1m～+1m，水深3m～5m，切割至桩基设计标高地质条件主要以海相沉积层+淤泥黏土层为主，中间地质稳定，拆除桩基区域并未发现抛石层或者砾石层。拆除完之前泊位处的平台后，桩基路出面的标高为+0.5m，切割长度高达10.5m，长时间埋没于海水中，需要根据潮汐表的时间，抢时间段、抓效率地进行桩基拆除。
[0079]
本项目的桩基拆除成功运用钢护筒辅助绳锯机切割水下桩的工法，于2012年8月至2012年10月期间(其中有20天左右桩基未露出水面，无法进行钢护筒围护系统的精准定位)，高效地完成了24根桩基的切割，切割面的标高均满足了设计标高，实现了通航要求。
[0080]
效益分析
[0081]
本工法采用变截面钢护筒作为围护系统，配合使用由金刚珠绳锯机组成的切割系统，使用常规施工机械设备和作业人员，完成围堰、水下清淤、桩基切割等一序列工序，达到了机械设备化程度效率高、投入低、操作简便、进度快、成本低、安全风险低的效果。此工法与传统的钢板桩围堰辅助施工对比，详见下表所示。
[0082][0083][0084]
1.工期优势
[0085]
此工法船吊、振动器、钢护筒、绳锯切割机基本以机械化设备为主，设备机械化程度高，比传统钢板桩围堰辅助切割施工在大规模工程中足足缩短了2倍的工期效率。
[0086]
2.成本优势
[0087]
通过变截面钢护筒制成的围护系统，大量减少了前期的排泥抽水的工作，与此同时，切割系统施工效率的提高，为租赁机械如船吊、振动器等的使用缩短租期时间，从而节约了施工成本。
[0088]
3.安全风险降低
[0089]
在切割设备安装时大大缩减了在密闭空间作业的时间；在桩基切割过程中，施工人员可在钢护筒围护系统安全距离外操作和值守，降低了安全风险。
[0090]
本发明的钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法适用于地层上部以海相沉积层与淤泥黏土层为主，中间地质稳定且无抛石层或者卵石、砾石层的水下拆除桩基工程。
[0091]
本发明的钢护筒辅助绳锯切割水下灌注桩施工工法中，研发了一种圆台形钢护筒，钢护筒形成围护系统辅助绳锯机切割，既提供了干作业环境，又将切割工作面由水下转移至海面，施工条件显著提高，有效地缩短水下密闭空间作业，提高了切割工效，降低了施工安全风险；钢护筒圆台形设计，有利于钢护筒打入海床，部分淤泥随着钢套筒的下沉向外挤开，减少清淤工作量，并提高了钢套筒下部的密封性；钢护筒围护系统采用船吊配合振动锤一次性打设或拔出到位，施工效率高，周转灵活，有利于缩短工期，提高施工效率；节约施工成本。比常规的水下钢板桩围堰辅助施工，可循环利用钢护筒，大量节约工料机的使用量，节省施工成本。
[0092]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。