一种适用于水中临时墩的灌注桩与钢管桩组合基础施工方法与流程

1.本发明涉及水中临时桩基础施工作业领域，尤其涉及一种适用于水中临时墩的灌注桩与钢管桩组合基础施工方法。


背景技术：

2.临时结构基础需同时考虑结构承载能力、施工安拆便捷性、设施经济性、设计合理性等多方面的共同因素，首先临时结构需要保证承载力等力学性能能够满足使用要求；其次临时结构涉及使用完成后的拆除工作，因此结构安装和拆除的便捷程度也需要纳入考虑范围；再者临时措施的费用要满足费用低、实用性强的要求；
3.最后临时设施的设计、布置等要结合其用处进行合理的设计部署，作为水中临时墩基础，单一钢管桩无法直接打入岩层，将直接影响成桩的承载能力，纯混凝土结构承载能力好，但后续拆除工作困难，难以破除，同时会影响河道的通航，单一材料的消耗较大，施工成本高。因此，在保证基础有足够的承载能力的前提下，要做到降本增效的目标，便需要一种同时兼具三种优点的结构形式，因此本发明提出一种适用于水中临时墩的灌注桩与钢管桩组合基础施工方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种适用于水中临时墩的灌注桩与钢管桩组合基础施工方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种适用于水中临时墩的灌注桩与钢管桩组合基础施工方法，包括以下步骤：
7.s1、在水面搭设桩钢平台和支栈桥，或根据现有的工作平台进行拆改；
8.s2、利用全站仪等测量工具在平台上测量放线，定出钢护筒准确位置，根据测量的桩位，埋设钢护筒，并设置泥浆池；
9.s3、钢护筒埋设完成后，在钢护筒顶口测设出纵横十字丝，交点位置即为设计桩位，据此对钻机进行定位，再用垂球及钻机仪表控制垂直度和钻机机身的水平，并保证钻架上的顶部滑轮、钢丝绳及冲击钻头中心在同一条铅垂线上；
10.s4、开始钻孔时，以小冲程钻孔，根据钻进的地质层面，对钻进速度进行调整；
11.s5、待钻孔结束后，提高冲击钻头，进行一次清孔；
12.s6、将预制完成的一号钢筋笼先以吊车辅助吊放至护筒口处，在二号钢管桩上预留混凝土浇筑孔，再将二号钢管桩吊放并沿一号钢筋笼内侧下放至重合5m，通过焊接连接，并下放至指定标高位置，一号钢筋笼直径为1.03m，根据设计，一号钢筋笼直径略大于二号钢管桩直径，以便于二号钢管桩能够顺利下放至一号钢筋笼内部，同时两者的间隙不会过大导致后续连接不稳定，一号钢筋笼由纵向钢筋笼主筋和螺旋型的加强筋焊接而成，钢筋笼主筋的位置要准确，加强筋设在钢筋笼主筋内侧，搭接位置采取单面焊，长度为10倍钢筋笼主筋的直径，二号钢管桩直径为内径为1m，壁厚12mm，二号钢管桩下端每1.5m设置一个矩
形混凝土灌注孔，对称设置，每根二号钢管桩上设置有6个，当混凝土浇筑至二号钢管桩内部后，可从灌注孔流出，填满钢护筒与钢管桩间的空隙，二号钢管桩下端插入一号钢筋笼内重合5m，减少钢管桩用量的同时避免钢管桩内外混凝土结构分离，每隔1.5m设置一道连接层，每层设置6个钢筋笼与钢管桩连接点，每根二号钢管桩4道连接层，共设置24个钢筋笼与钢管桩连接点；
13.s7、待一号钢筋笼及二号钢管桩吊放完成后，安装混凝土导管，并进行二次清孔，混凝土导管两端连接接头连接须牢固，并在下放时检查以确保水密，第二次清孔在一号钢筋笼和二号钢管桩下放到位后进行，所述第二次清空的作用为清除钢筋笼、钢管桩及混凝土导管下放过程中产生的沉渣，二次清孔完毕后由专人测量孔深及孔底沉渣，合格后才能进行混凝土灌注；
14.s8、清孔完成后，采用导管法灌注水下混凝土，待灌注完成24-36小时候拔除钢护筒，混凝土在清孔完成后开始灌注，浇筑前安放好隔水塞和漏斗，待漏斗中灌满混凝土后打开隔水塞，漏斗中的混凝土开始灌下时，立刻向漏斗中继续输送混凝土，混凝土灌注过程中，导管埋入混凝土深度在2m以上，混凝土浇注前应使泥浆池留存足够的贮浆量，并能及时外运，以保证混凝土能连续浇灌并防止泥浆外溢，灌注桩桩径为1.2m，二号钢管桩内部分直径为1m，混凝土标号为c30水下，混凝土顶面灌注至二号钢管桩下端口后，后续混凝土将从二号钢管桩下端口的矩形混凝土灌注孔处流出，灌满二号钢管桩与钢护筒的夹层，灌注完成后，等待24—36h后进行钢护筒拔除，避免混凝土未成形或混凝土固结导致钢护筒无法拔除，钢护筒拔除采用振动锤缓慢拔出，若钢护筒因混凝土固结原因无法拔除，须采用水下切割的方式辅助拔除；
15.s9、待水下混凝土完全成型后进行二号钢管桩接长工作，二号钢管桩接长时采用满焊，焊缝要求饱满无气孔，钢管桩接缝采用4块钢板作为二号加劲板，二号加劲板须保证焊缝密贴，每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度，同一焊缝连续施焊，一次完成。
16.进一步的，所述灌注桩采用c30水下混凝土、直径为1.2m，深度为10～15m，一号钢筋笼直径为1.03m，二号钢管桩直径为1m，壁厚为12mm，二号钢管桩和一号钢筋笼重合部分为5m，即二号钢管桩深入灌注桩内5m。
17.进一步的，所述钢平台自下而上由一号钢管桩、双拼工字钢、贝雷架、工字钢、花纹钢板及高护栏组成，双拼工字钢由两根同型号工字钢焊接连接，一号钢管桩由槽钢平联和槽钢剪刀撑横向焊接连接，槽钢剪刀撑与一号钢管桩连接处通过连接板增强连接，花纹钢板作为钢平台面板，钢平台上有六个钢平台开孔，根据打桩需要的钢护筒直径提前测量预留出足够的位置，钢平台开孔在未开始施工时采用钢筋网片遮盖或在周围设置护栏作为临时防护措施。
18.进一步的，所述步骤s2中钢护筒的定位测量须针对每一根单桩进行测量，为了保证钢护筒放样精度，需在每个钢平台或栈桥上加密至少2点，以便设站和后视，钢护筒采用一号吊机下放，并在两个相互垂直的测站位置处布设两台经纬仪，随钢护筒下放测量控制钢护筒的垂直度，钢护筒下放至指定标高后，采用振动锤进行插打，将钢护筒打入覆盖层中1.5m至2m，钢护筒下放过程中及下放完成后，通过观测钢护筒中水位的高程变化判断钢护筒是否漏水，钢护筒发生漏水时采用钢板焊接的方式进行堵漏，下放完成后如有较大误差，
需重新打设，钢护筒在施工前由潜水员水下摸底，对钢护筒底部封闭不严密的，采用沙袋等措施进行封堵，泥浆池根据钢平台的布置，采用钢板制作矩形容器作为泥浆池，容器容积根据打设需要须足够大，防止打设过程中泥浆外泄，泥浆池须设泥浆泵，通过泵送的方式实现泥浆循环。
19.进一步的，所述步骤s3中的纵横十字丝，其方向线的交点即为设计桩位，钻孔时可据此进行钻机初定位，纵横十字丝可由两根直径较小的钢筋通过点焊在护筒边代替，在钻机就位后移除，钻机在就位时保持底座平稳，顶部滑轮、冲击钻头中心和钢护筒纵横十字丝交线点三点应在一铅直线上，钻机为冲击钻，机身须牢固，保证施工过程中不位移、不倾斜，冲击钻头在钻孔前须检查钻头直径、磨损情况，磨损超标时须及时更换。
20.进一步的，所述步骤s4中开始钻进前，须在钢护筒内用冲击钻头造浆，在泥浆池中存部分泥浆后，泥浆泵正常工作，泥浆循环正常之后开始正式钻进，钻进过程中须实时记录钻进深度、泥浆指标、设备损坏情况等，过程中须严格控制钻进深度，连续钻进。
21.进一步的，所述步骤s5中第一次清孔在钻进完成后进行，采用换浆法，钻孔完成后提高冲击钻头高度，保持泥浆正常循环，泥浆的纯度相较于孔内泥浆较高，将孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出，清孔目的为降低清孔后泥浆的含砂率，减小孔底沉渣的厚度。
22.进一步的，所述步骤s6中清孔完成后将准备就绪的一号钢筋笼以二号吊机辅助，吊放至高于钢护筒顶面0.5m，将二号钢管桩用二号吊机吊放入一号钢筋笼内5m，并在钢筋笼与钢管桩连接点处通过焊接连接，连接处要求单面满焊，连接完成且检查通过后，将组合结构下放至设计标高，一号钢筋笼与二号钢管桩在下放后可以二号吊机作为辅助措施，避免在浇筑前及浇筑过程中发生位置偏移，一号钢筋笼及二号钢管桩下放完成后，安装混凝土导管，导管两端接头连接须牢固，并在下放时检查以确保水密。
23.本发明的有益效果为：
24.本发明采用组合型的结构，不但克服了纯钢管桩结构无法直接打入岩层，导致承载力不足的难题，而且解决了纯混凝土结构难以破除，影响河道通航的问题，同时还解决了水下施工无承台施工作业面的问题，注桩与钢管桩组合施工，无需水下承台，减少围堰等措施；灌注桩、钢筋笼及钢管桩共同作为受力体系，具有足够的承载能力，在使用上保证了基础的力学性能，使基础有足够的承载能力，钢筋笼与钢管桩部分重合连接，减少钢管桩材料用量，在经济上减少单一结构施工所需的材料，降低施工成本，是一种有利于降本增效的施工方法，本发明中上部为钢管桩结构，进行高度等调整工作更为方便。
附图说明
25.图1是本发明提供的一种适用于水中临时墩的灌注桩与钢管桩组合基础施工方法的工艺流程图；
26.图2是本发明作业平台的纵向剖面图；
27.图3是本发明中打设钢护筒的作业状态示意图；
28.图4是本发明钻孔作业的状态示意图；
29.图5是本发明吊放钢筋笼及钢管桩的作业状态示意图；
30.图6是本发明提供的组合基础的结构示意图；
31.图7是本发明作业平台开孔布置的示意图。
32.图例说明：2-1、一号钢管桩；2-2、双拼工字钢；2-3、贝雷架；2-4、工字钢；2-5、花纹钢板；2-6、高护栏；2-7、连接板；2-8、槽钢剪刀撑；2-9、槽钢平联；3-1、钢平台；3-2、钢护筒；3-3、纵横十字丝；3-4、一号吊机；3-5、振动锤；4-1、钻机；4-2、顶部滑轮；4-3、钢丝绳；4-4、冲击钻头；5-1、一号钢筋笼；5-2、二号钢管桩；5-4、钢筋笼主筋；5-5、加强筋；5-6、二号吊机；6-1、灌注桩砼；6-2、二号钢筋笼；6-3、三号钢管桩；6-4、砼顶面；6-5、钢管桩下端；6-6、一号加劲板；6-7、钢管桩接缝；6-8、二号加劲板；6-9、矩形混凝土灌注孔；6-10、钢筋笼与钢管桩连接点；7-1、钢平台开孔。
具体实施方式
33.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。
34.如图1-7所示，一种适用于水中临时墩的灌注桩与钢管桩组合基础施工方法，包括以下步骤：
35.s1、在水面搭设桩钢平台3-1和支栈桥，或根据现有的工作平台进行拆改，钢平台3-1自下而上由一号钢管桩2-1(φ630x10mm)、双拼工字钢2-2(工45a)、贝雷架2-3(321)、工字钢(工25)、花纹钢板2-5(10mm)及高护栏2-6(1.2m)组成，双拼工字钢2-2由两根同型号工字钢2-4焊接连接，一号钢管桩2-1由槽钢平联2-9和槽钢剪刀撑2-8横向焊接连接，槽钢剪刀撑2-8与一号钢管桩2-1连接处通过连接板2-7以及一号加劲板6-6增强连接，花纹钢板2-5作为钢平台3-1面板，高护栏2-6作为钢平台3-1的防护措施，钢平台3-1上有六个钢平台开孔7-1，根据打桩需要的钢护筒3-2直径提前测量预留出足够的位置，钢平台开孔7-1在未开始施工时采用钢筋网片遮盖或在周围设置护栏作为临时防护措施；
36.s2、利用全站仪等测量工具在钢平台3-1上测量放线，定出钢护筒3-2准确位置，测量放线包括钢护筒3-2的定位测量、钻机4-1的定位测量，钢护筒3-2的定位测量须针对每一根由灌注桩砼6-1、二号钢筋笼6-2及三号钢管桩6-3组成的单桩进行测量，为了保证钢护筒3-2放样精度，需在每个钢平台3-1上加密至少2点，以便设站和后视，加密点的平面位置测设可采用全站仪自由设站法或gps相对静态定位模式进行，加密点的高程测设可采用edm三角高程进行跨河水准测量或gps高程拟合方法，加密点测设完毕后，用全站仪三维坐标法进行钢护筒3-2放样定位，钻机4-1定位测量，经由在钢护筒3-2顶口测设纵横十字丝3-3，其方向线的交点即为设计桩位，钻孔时可据此进行钻机4-1初定位，纵横十字丝3-3可由两根直径较小的钢筋代替，在钻机4-1就位后移除，测量放线对于打桩过程中及成桩的垂直度有直接的作用，在测量放线定位时应按照要求严格实施；
37.其中，步骤s2中，根据测量的桩位，埋设钢护筒3-2，钢护筒3-2采用一号吊机3-4下放，并在两个相互垂直的测站位置处布设两台经纬仪，随钢护筒3-2下放测量控制钢护筒3-2的垂直度，钢护筒3-2下放至指定标高后，采用振动锤3-5进行插打，将钢护筒3-2打入覆盖层中1.5m至2m，钢护筒3-2下放过程中及下放完成后，通过观测钢护筒3-2中水位的高程变化判断护筒是否漏水，钢护筒3-2发生漏水时采用钢板焊接的方式进行堵漏，钢护筒3-2下放完成后如有较大误差，需重新打设，钢护筒3-2在施工前由潜水员水下摸底，对钢护筒3-2底部封闭不严密的，采用沙袋等措施进行封堵，泥浆池根据钢平台3-1的布置，采用钢板制作矩形容器作为泥浆池，容器容积根据打设需要须足够大，防止打设过程中泥浆外泄，泥浆
池须设泥浆泵，通过泵送的方式实现泥浆循环；
38.s3、钢护筒3-2埋设完成后，在钢护筒3-2顶口测设出纵横十字丝3-3，交点位置即为设计桩位，据此对钻机4-1进行定位，再用垂球及钻机4-1仪表控制垂直度和钻机4-1机身的水平，并保证钻架上的顶部滑轮4-2、钢丝绳4-3及冲击钻头4-4中心在同一条铅垂线上；
39.其中，步骤s3钻机4-1定位完成后，把钻机4-1开到桩位旁，将冲击钻头4-4的中心端对准桩位标注点，再用垂球及钻机4-1仪表控制垂直度和钻机4-1机身的水平，并保证钻架上的顶部滑轮4-2、钢丝绳4-3及冲击钻头4-4中心在同一条铅垂线上，钻机4-1就位时保持底座平稳，在钻机4-1下部放置并排的两根木枋，降低钻机和钢平台3-1之间的直接作用，减少波动使钻机4-1定位更准确，钻机4-1为冲击钻，定位完成后，机身须牢固，保证施工过程中不位移、不倾斜，钻机4-1的冲击钻头4-4在钻孔前须检查其直径、磨损情况，冲击钻头4-4磨损超标时须及时更换；
40.s4、开始钻孔时，以小冲程钻孔，根据钻进的地质层面，对钻进速度进行调整；
41.其中，步骤s4开始钻孔前，须在钢护筒3-2内用冲击钻头4-4造浆，在泥浆池中存部分泥浆后，泥浆泵正常工作，泥浆循环正常之后开始正式钻进。开始钻孔时，先以小冲程钻孔，根据钻进的地质层面，土质特性，对钻进速度进行调整，严格控制钻进速度，在钻进过程中须实时记录钻进深度、泥浆指标、设备损坏情况等；
42.s5、待钻孔结束后，提高冲击钻头4-4，进行一次清孔；
43.其中，步骤s5中钻孔结束后，采用换浆法进行一次清孔，提高冲击钻头4-4高度，保持泥浆正常循环，将相对纯度较高的泥浆泵入钢护筒3-2内，将孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出，根据置换出的泥浆成分来判断清孔程度，第一次清孔的目的是降低清孔后泥浆的含砂率，减小钻孔结束后孔底沉渣的厚度；
44.s6、将预制完成的一号钢筋笼5-1先以吊车辅助吊放至护筒口处，在二号钢管桩5-2上预留混凝土浇筑孔，再将二号钢管桩5-2吊放并沿一号钢筋笼5-1内侧下放至重合5m，通过焊接连接，并下放至指定标高位置；
45.其中，步骤s6中一号钢筋笼5-1直径为1.03m，根据设计，一号钢筋笼5-1直径略大于二号钢管桩5-2直径，以便于二号钢管桩5-2能够顺利下放至一号钢筋笼5-1内部，同时两者的间隙不会过大导致后续连接不稳定，一号钢筋笼5-1由纵向钢筋笼主筋5-4和螺旋型的加强筋5-5焊接而成，钢筋笼主筋5-4的位置要准确，加强筋5-5设在钢筋笼主筋5-4内侧，搭接位置采取单面焊，长度为10倍钢筋笼主筋5-4的直径，二号钢管桩5-2直径为内径为1m，壁厚12mm，二号钢管桩5-2下端每1.5m设置一个矩形混凝土灌注孔6-9，对称设置，每根二号钢管桩5-2上设置有6个，当混凝土浇筑至二号钢管桩5-2内部后，可从灌注孔流出，填满钢护筒3-2与钢管桩间的空隙，二号钢管桩5-2下端插入一号钢筋笼5-1内重合5m，减少钢管桩用量的同时避免钢管桩内外混凝土结构分离，每隔1.5m设置一道连接层，每层设置6个钢筋笼与钢管桩连接点6-10，每根二号钢管桩5-2有4道连接层，共设置24个钢筋笼与钢管桩连接点6-10，步骤s6中清孔完成后将准备就绪的一号钢筋笼5-1以二号吊机5-6辅助，吊放至高于钢护筒3-2顶面0.5m，将二号钢管桩5-2用二号吊机5-6吊放入一号钢筋笼5-1内5m，并在钢筋笼与钢管桩连接点6-10处通过焊接连接，连接处要求单面满焊，连接完成且检查通过后，将组合结构下放至设计标高，一号钢筋笼5-1与二号钢管桩5-2在下放后可以二号吊机5-6作为辅助措施，避免在浇筑前及浇筑过程中发生位置偏移，一号钢筋笼5-1及二号钢管
桩5-2下放完成后，安装混凝土导管，导管两端接头连接须牢固，并在下放时检查以确保水密；
46.s7、待一号钢筋笼5-1及二号钢管桩5-2吊放完成后，安装混凝土导管，并进行二次清孔，混凝土导管两端连接接头连接须牢固，并在下放时检查以确保水密，第二次清孔在一号钢筋笼5-1和二号钢管桩5-2下放到位后进行，所述第二次清空的作用为清除钢筋笼、钢管桩及混凝土导管下放过程中产生的沉渣，二次清孔完毕后由专人测量孔深及孔底沉渣，合格后才能进行混凝土灌注；
47.s8、清孔完成后，采用导管法灌注水下混凝土，待灌注完成24-36小时候拔除钢护筒3-2；
48.其中，步骤s8中第二次清孔合格后采用导管法灌注水下混凝土，浇筑前安放好隔水塞和漏斗，有混凝土罐车向漏斗中灌满混凝土，漏斗和导管准确连接后打开隔水塞，漏斗中的混凝土开始灌下时，立刻向漏斗中继续输送混凝土，混凝土灌注过程中，导管埋入混凝土深度在2m以上，混凝土浇注前应使混凝土量充，现场至少有两辆混凝土罐车后才能正式开始灌注，保证在灌注过程中，混凝土供应不出现间断，一次连续灌注完成，灌注桩桩径为1.2m，三号钢管桩6-3桩径为1m，当砼顶面6-4灌注至钢管桩下端6-5口后，后续混凝土将从钢管桩下端6-5口的矩形开口处流出，灌满三号钢管桩6-3与钢护筒3-2的夹层。待混凝土浇筑完成24-36h后，采用振动锤3-5将钢护筒3-2拔出，避免混凝土固结导致钢护筒3-2无法拔除，当混凝土完全凝固时，可以采用水下切割的方式从混凝土面层处将钢护筒3-2切断后利用吊机拔出，形成灌注桩砼6-1和三号钢管桩6-3组合式基础，灌注桩砼6-1、二号钢筋笼6-2、三号钢管桩6-3共同作为承载结构，灌注桩砼6-1和三号钢管桩6-3组合式基础，在无水下基础承台的施工条件时，可以提供一种新型组合式基础作为临时的承载结构，桩基础无承台时无法均匀的传导作用力，通过将三号钢管桩6-3直接打入灌注桩，上部的作用力直接传入桩基础，使无承台的基础结构能够达到承载力的要求，同时采用二号钢筋笼6-2和三号钢管桩6-3一体化施工，减少了结构中钢管桩的使用，且三号钢管桩6-3之间可采用如槽钢剪刀撑2-8和槽钢平联2-9类似的方式来加强基础的承载力，组合式基础在使用上保证了基础的力学性能，使基础有足够的承载能力；在经济上，减少施工所需的材料，降低施工成本；
49.s9、待水下混凝土完全成型后进行二号钢管桩5-2接长工作，二号钢管桩5-2接长时采用满焊，焊缝要求饱满无气孔，钢管桩接缝6-7采用4块钢板作为二号加劲板6-8，二号加劲板6-8须保证焊缝密贴，每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度，同一焊缝连续施焊，一次完成，在临时结构使用完成后，可以直接采用水下切割的方式将三号钢管桩6-3拔出。
50.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。