一种复合型围堰及其施工方法

文档序号:5406564阅读:316来源:国知局
专利名称:一种复合型围堰及其施工方法
技术领域
本发明涉及建造水中建筑基础,具体的说是一种复合型围堰及其 施工方法。
背景技术
目前,围堰类建造水中建筑基础的方法很多,如筑岛围堰、板 桩围堰、沉井围堰等等,这些施工方法都存在以下弱点和不足在急 流中成岛困难,适应的水深较浅,岛体自我稳定性差,不能上大型机 械,止水不彻底;必需依赖大型水上上设备,施工周期长成本高,不 能施工到基岩以下;遇卵石层或覆盖层很薄,甚至基岩外露时板桩无 法插打或插打困难,施工难以继续下去。

发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种复合型 围堰及其施工方法,适应范围广,方法简单快捷,成本低,止水彻底, 岛体稳定,抗洪能力强,适应水深较深,能变水上施工为岸上施工, 充分利用陆地机械设备,可迅速到达基岩以下。
为达到以上目的,本发明采取的技术方案是
一种复合型围堰,包括设置在河床8上的中空的环形岛体,其特 征在于所说的环形岛体包括由大石块组成的基层1和由普通土组成 的顶层2,基层1顶部的宽度小于基层1底部的宽度,环形岛体中部 设有至少两排均匀分布的、贯通顶层2和基层1且深入至河床8下的 基岩或不透水层的固结体3,固结体3的中心设有通孔9,环形岛体 的内圈4的侧壁从上至下设有若干个环形的钢筋砼衬圈5,相邻的钢 筋砼衬圈5呈阶梯状排列,低于水面的钢筋砼衬圈5均设有至少一个泄水管6。
在上述技术方案的基础上,基层1顶部高出水面至少0. 5米,固 结体3深入至河床8下的基岩或不透水层0. 2 0. 5米,所说的固结 体3是在环形岛体中部钻通孔9并注入水灰比为1:0. 5 0. 7的425s 普通硅酸盐水泥浆形成的凝固物,通孔9的直径为0. 1 0.5米,同 一排的两个相邻的通孔9的间距为0. 5 4米、排距为0. 5 4米,相 邻的两排通孔9交错分布。
在上述技术方案的基础上,环形岛体的内圈4的侧壁的放坡比例 为l: 0.1 0.5,和内圈4对称的外圈的侧壁的放坡比例为1: 1 3。
在上述技术方案的基础上,所说的钢筋砼衬圈5的高度为0. 5 1.5米。
一种复合型围堰的施工方法,其特征在于其步骤为
a根据设计要求向预定水域的河床8抛入大石块,直到形成中空 的环形岛体的基层1且基层1的顶部高出水面至少0. 5米,基层1顶 部的宽度小于基层1底部的宽度,
b将环形岛体的内圈4用普通土填筑满,并将基层1的顶面用普 通土填平形成顶层2,
c在环形岛体中部钻至少两排均匀分布的、贯通顶层2和基层1 且深入至河床8下的基岩或不透水层0. 2 0. 5米的通孔9,向通孔9 内注桨形成固结体3,
d根据设计要求逐层挖开环形岛体的内圈4填筑的普通土,每开 挖一层后根据设计要求在环形岛体的内圈4的侧壁设置环形的钢筋 砼衬圈5,相邻层的钢筋砼衬圈5呈阶梯状排列,
e在每一个低于水面的钢筋砼衬圈5上设置至少一个泄水管6。
在上述技术方案的基础上,所说的在环形岛体的内圈4的侧壁设 置环形的钢筋砼衬圈5的步骤为
a按照钢筋砼衬圈5的轮廓扎钢筋,
b在钢筋外立模板,
c浇注混凝土形成钢筋砼衬圈5。在上述技术方案的基础上,所说的通孔9的钻孔允许偏差为5厘 米、允许倾斜率为1.5%,注浆的压力为0.3 1.2MPa,注浆的材料为 水灰比为1:0. 5 0. 7的425#普通硅酸盐水泥浆。
在上述技术方案的基础上,按重量比向注浆的材料中添加1 4% 的水玻璃。
本发明所述的复合型围堰及其施工方法适应范围广,方法简单快 捷,成本低,止水彻底,岛体稳定,抗洪能力强,适应水深较深,能 变水上施工为岸上施工,充分利用陆地机械设备,可迅速到达基岩以 下。


本发明有如下附图
图l复合型围堰的剖视示意图
图2固结体及钻孔示意图
附图标记
l为基层,2为顶层,3为固结体,4为内圈,5为钢筋砼衬圈, 6为泄水管,7为承台,8为河床,9为通孔。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所述的复合型围堰的剖视示意图,包括设置在河床 8上的中空的环形岛体,所说的环形岛体包括由大石块组成的基层1 和由普通土组成的顶层2,基层1顶部的宽度小于基层1底部的宽度, 环形岛体中部设有至少两排均匀分布的、贯通顶层2和基层1且深入 至河床8下的基岩或不透水层的固结体3,固结体3的中心设有通孔 9,环形岛体的内圈4的侧壁从上至下设有若干个环形的钢筋砼衬圈5,相邻的钢筋砼衬圈5呈阶梯状排列,低于水面的钢筋砼衬圈5均 设有至少一个泄水管6。在内圈4的底部设有承台7。
在上述技术方案的基础上,基层1顶部高出水面至少0.5米,固 结体3深入至河床8下的基岩或不透水层0. 2 0. 5米,所说的固结 体3是在环形岛体中部钻通孔9并注入水灰比为1:0. 5 0. 7的425s 普通硅酸盐水泥浆形成的凝固物,S卩固结体3为425#普通硅酸盐水 泥浆向基层1的石块、顶层2的土壤、河床8下的基岩或不透水层渗 透、混合后的凝固物,通孔9的直径为0. 1 0. 5米,同一排的两个 相邻的通孔9的间距为0. 5 4米、排距为0. 5 4米,相邻的两排通 孔9交错分布。例如基层1顶部高出水面0. 5米、0. 6米、0. 7米、 0.8米、0.9米、l.O米、1. l米、1.2米、1.3米、1.5米或更高; 固结体3深入至河床8下的基岩或不透水层0. 2米、0. 3米、0. 4米 或0. 5米;通孔9的直径为0. 1米、0. 2米、0. 3米、0. 4米或0. 5 米;同一排的两个相邻的通孔9的间距为0. 5米、1米、1. 5米、2 米、2. 5米、3米、3. 5米或4米;同一排的两个相邻的通孔9的排 距为0.5米、l米、1.5米、2米、2.5米、3米、3.5米或4米。上 述技术方案及相邻的两排通孔9交错分布可参见图2。
在上述技术方案的基础上,环形岛体的内圈4的侧壁的放坡比例 为l: 0. 1 0.5,和内圈4对称的外圈的侧壁的放坡比例为1: 1 3。
例如环形岛体的内圈4的侧壁的放坡比例为1: 0.1、 1: 0.2、 1:
0. 3、 1: 0.4或l: 0.5;和内圈4对称的外圈的侧壁的放坡比例为1:
1、 1: 1.5、 1: 2、 1: 2.5或1: 3。
在上述技术方案的基础上,所说的钢筋砼衬圈5的高度为0. 5 1.5米。例如钢筋砼衬圈5的高度为0. 5米、0.6米、0.7米、0.8 米、0.9米、l.O米、l.l米、1.2米、1.3米、L4米或1.5米。
为了实现上述技术方案中所述的复合型围堰,本发明还给出了一
种复合型围堰的施工方法,其步骤为
a根据设计要求向预定水域的河床8抛入大石块,直到形成中空 的环形岛体的基层1且基层1的顶部高出水面至少0. 5米,基层1顶部的宽度小于基层1底部的宽度,
b将环形岛体的内圈4用普通土填筑满,并将基层1的顶面用普 通土填平形成顶层2,
c在环形岛体中部钻至少两排均匀分布的、贯通顶层2和基层1 且深入至河床8下的基岩或不透水层0. 2 0. 5米的通孔9,向通孔9 内注浆形成固结体3,
d根据设计要求逐层挖开环形岛体的内圈4填筑的普通土,每开 挖一层后根据设计要求在环形岛体的内圈4的侧壁设置环形的钢筋 砼衬圈5,相邻层的钢筋砼衬圈5呈阶梯状排列,
e在每一个低于水面的钢筋砼衬圈5上设置至少一个泄水管6。 在开挖到河床8底部的基岩面后,即可如图1所示在环形岛体的内圈 4的基岩面上用混凝土浇注承台7。
在上述技术方案的基础上,所说的在环形岛体的内圈4的侧壁设 置环形的钢筋砼衬圈5的步骤为
a按照钢筋砼衬圈5的轮廓扎钢筋,
b在钢筋外立模板,
c浇注混凝土形成钢筋砼衬圈5。
在上述技术方案的基础上,所说的通孔9的钻孔允许偏差为5厘 米、允许倾斜率为1.5%,注浆的压力为0.3 1.2MPa,注浆的材料为 水灰比为1:0.5 0.7的425#普通硅酸盐水泥浆。例如注浆的压力 可以为O. 3MPa、 0. 35MPa、 0. 4MPa、 0. 45 MPa、 0. 5MPa、 0. 55 MPa、 0.6MPa、 0. 7MPa、 0. 8 MPa、 0. 9 MPa、 l.OMPa、 1. 1 MPa或1. 2 MPa; 425#普通硅酸盐水泥浆的水灰比为1: 0.5、 1: 0.55、 1: 0.6、 1: 0.65 或l: 0.7。
在上述技术方案的基础上,按重量比向注浆的材料中添加1 4% 的水玻璃。即按重量比向425#普通硅酸盐水泥浆中添加1 4%的水 玻璃,例如添加1%、 1.5%、 2%、 2.5%、 3%、 3. 5%或4%。
本发明所述的复合型围堰及其施工方法是解决水中建造建筑基础的施工方法和技术,特别适合于水深10米以下、覆盖层薄、河床
基岩裸露或卵石密布、水流湍急且基础设置于岩面以下的水中建筑基 础的施工。上述技术方案中所述的各个组成部分、各步骤的功能及目
的如下
(一) 抛置大块石是为了能在水中站稳,并逐步形成岛体,在水 上形成一个工作平台的外围护结构。
(二) 普通土填芯,是在块石形成的围护中间部分填土, 一是为 了降低成本,二是为了固结体施工的需要,三是为了便于今后的开挖。
(三) 钻孔压浆,是为了止水和加固土体。通过钻孔压桨,将两 排孔之间的石头或土体之间存在的缝隙填实,形成防水帷幕,同时也 可使部分土、石固结形成固结体,使土体更加稳定,内摩擦角增大。
(四) 泄水管由于抛入了大石块,不可避免的存在钻孔压浆不 密实、漏水等现象,在立模前后,浇注砼前应将漏水点用带阀门的水 管引出,以免影响砼的质量,待钢筋砼衬圈全部施工完毕并达到设计 强度后,可全部拧紧阀门,阻止漏水。
(五) 钢筋砼衬圈构筑钢筋砼衬圈的目的是为了縮小岛体的体 积,使开挖坡度变陡,利用钢筋砼衬圈的受力有利特点,来承受土体 压力、水流压力,以及岛体上施工机械、设备、材料荷载。
以下通过一个具体实施例进一步说明本发明所述的复合型围堰 的施工方法
(一)前期施工技术准备工作根据结构设计图和地质图确定施 工范围,对施工范围内的河床做河床地形测量,并根据水文情况、施 工周期、壅水高度、波浪壅高、河床断面压縮等确定岛体高度, 一般 岛体的基层的高度应高出水面至少0. 5米;根据岛体高度、开挖深度、 内外放坡比率(内坡率一般l: 0.1 0.5、外坡率一般1:1 3)、水 流冲刷、施工机械设备工作性能要求、水下结构物的最大尺寸要求及 开挖后的工作净空、模板及排水沟等确定岛体顶面宽度和底面宽度。 根据流水压力、土体压力、施工荷载计算确定每层衬圈的砼标号和砼
厚度,以及钢筋直径、数量、布置方式,每层衬圈的高度选择0.5 1.5米,砼厚度以3 4种为宜,钢筋布置以4 5种为宜。画施工图。 上述准备工作可以采用现有技术实现。
(二) 根据设计要求向预定水域中抛入大量大石块,直到形成露 出水面一定高度(高度由设计决定)的环形岛体,抛石的方法可根据 实际情况确定,有以下三种
(1) 在水深和船舶可到达的工点时,用船舶抛石。
(2) 修建水上栈桥到达预定水域,汽车运输抛石。
(3) 修建道路到施工点,汽车运输抛石。
(三) 将环形岛体的内圈用普通土填筑满,并将基层的顶面用普 通土填平形成顶层,对易受冲刷的迎水面和侧面可用铁丝笼加片石加 固,并将铁丝笼连成整体。
(四) 固结体的施工。
1、 配套机械设备
选择钻孔直径0. 12米以上、钻深50米以上、带钢套筒和冲击头 的钻机为宜。例如选用以下配套设备
名称 型号及规格
锚固钻机 KRS401 133套管,d)76钻杆,4)91凿岩钻头
空压机 XHP900WCAT
搅拌机 SC-250
注浆泵 PD-180E
泥浆泵 BW160
拔管机 PD-47-DJ
发电站台 250kW
2、 钻孔注浆施工工艺和方法 (1)根据现场试验确定钻孔注浆相关参数
在设计好的位置钻通孔9,选择钻孔间距1米、2米、3米、4米 等几种情况钻孔,钻孔后试压浆,压浆压力控制在0. 3 1. 2MPa之间, 以不同的压力等级压浆,在邻近孔观察压浆效果,以两排孔之间的所
、W -曰
数量
1(冲洗头4>133/小76, 4>
(P=5. 5KW)
(P=15KW, Q=180 1/米in)有缝隙被浆液填满且相互有10 20厘米重叠为宜,来确定实际使用 压力和扩散半径(即固结体半径)。本例确定钻孔间距0.5 4米,排 距0.5 4米,内排孔中心距顶口开挖线间距大于等于l米(例如- 1 米、1. l米、1.2米、1.3米、L4米、1.5米或更大),注浆的材料 为425#普通硅酸盐水泥,水灰比1:0.5 0.7,还可以按重量比向注 浆的材料中添加1 4%的水玻璃改变注浆液性能,钻孔允许偏差5厘 米,允许倾斜率为1.5%,注浆的压力为0.3 1.2MPa。 (2)钻孔注浆施工步骤
孔位确定后,将KRS401平板式锚固钻机就位,启动钻机,跟管 钻进,钻具为套管①133毫米,内接①76毫米钻杆,XHP900WCAT型 空压机送风返渣;遇漂石或基岩改用DHD3. 5潜孔锤钎头(0>91毫米) 钻进至基岩层0. 2 0. 5米或不透水层为止。成孔后移走钻机,用倒 链下注浆管及射浆花管,(射浆孔径为①6毫米),花管下到孔底注浆 位置后,便起拔一个注浆段长的护孔套管,密封管口与注浆管的环状 空间,启动注浆泵开始注浆。浆液浓度由稀逐渐变稠。注浆由下向上 每2米为一个注浆段,要分段进行。在完成第一个注浆段后,用拔管 器再提出2米套管,上部地层仍然处于封闭状态。同时用倒链提出2 米注桨管,喷浆花管随之上移2米,密封管口后便进行第二段注浆作 业。依此类推,直至完成所有段的注浆,最后拔出留在孔内的套管和 射浆花管,用砂浆封孔,至此一个通孔的注浆工作便完成了。
注浆先内后外,同排孔先下游后上游,间隔跳跃式注桨,单孔则 从下向上进行每2米为一注浆段进行,注浆压力0.3 1.2MPa,当为 土层时取小值,卵石层取大值;同一层注浆时开始取小值,结尾取大 值,浆液由稀变稠。每注完一个注浆段用拔管器提出2米套管,直到 完毕后用砂浆封口。当冒浆、跑浆严重时,应停止注浆,进行堵截或 减小压力加浓浆液和间歇注浆。
(五)测量放线确定顶口开挖边线,采用机械开挖,每层的高度 由设计事先确定,本例为l.O米。机械开挖完毕后在测量人员的指导 下,要人工修圆顺,失圆率应控制在3%。以内,以避免衬圈在失圆处的附加弯矩的产生。
由于岛体中填入了大块石,可能缝隙较大,注浆不可能很完美, 可能存在漏水或涌水现象时,应在出水点处向外掏土,直到露出石缝
并清洗石头,用事先准备好的带阀门的管(管径oioo毫米,配相应
阀门,总长度应为阀门长+衬圈厚度+0.5米),对准漏水处,四周水 玻璃堵塞,安装前应事先打开阀门。岛内设汇水坑,用抽水机排水。 (六)按施工设计图纸绑扎钢筋、立模板后,专业技术人员要对 钢筋骨架的位置偏差、钢筋接头质量、模板位置偏差、模板的支撑状 态是否牢固进行检査,钢筋和模板的位置偏差,应按相应的主体结构 的允许偏差来要求,以确保质量。
由于衬圈很大,往往一个衬圈要分二次或三次浇注砼才能完毕, 在下一次砼浇注前,必须对已浇砼面进行凿毛处理,加强砼振捣作业, 确保砼密实,养生七天以上。
在已浇衬圈砼强度达到5MPa后,拆除模板同时进行下层的开挖 工作,如此往复循环,直到基岩面。由于基岩面往往不平整、漏水、 基岩强度低、自稳能力差,需要增加衬圈一至二环不等,否则应达到 承台的底面。在确定最底层砼衬圈与基岩密贴,且达到砼设计强度后, 从上至下逐步关闭泄水管的阀门,这时围堰内会形成一个基本不漏水 的围护结构。继续开挖至设计位置,并按事先的施工设计,在四周留 出汇水沟、施工空间和施工承台。
权利要求
1.一种复合型围堰,包括设置在河床(8)上的中空的环形岛体,其特征在于所说的环形岛体包括由大石块组成的基层(1)和由普通土组成的顶层(2),基层(1)顶部的宽度小于基层(1)底部的宽度,环形岛体中部设有至少两排均匀分布的、贯通顶层(2)和基层(1)且深入至河床(8)下的基岩或不透水层的固结体(3),固结体(3)的中心设有通孔(9),环形岛体的内圈(4)的侧壁从上至下设有若干个环形的钢筋砼衬圈(5),相邻的钢筋砼衬圈(5)呈阶梯状排列,低于水面的钢筋砼衬圈(5)均设有至少一个泄水管(6)。
2. 如权利要求1所述的复合型围堰,其特征在于基层(1)顶 部高出水面至少0.5米,固结体(3)深入至河床(8)下的基岩或不 透水层0.2 0.5米,所说的固结体(3)是在环形岛体中部钻通孔(9) 并注入水灰比为1:0. 5 0. 7的425#普通硅酸盐水泥浆形成的凝固物, 通孔(9)的直径为0.1 0.5米,同一排的两个相邻的通孔(9)的 间距为0. 5 4米、排距为0. 5 4米,相邻的两排通孔(9)交错分 布。
3. 如权利要求1或2所述的复合型围堰,其特征在于环形岛 体的内圈(4)的侧壁的放坡比例为l: 0. 1 0.5,和内圈(4)对称 的外圈的侧壁的放坡比例为l: 1 3。
4. 如权利要求1或2所述的复合型围堰,其特征在于所说的 钢筋砼衬圈(5)的高度为0.5 1.5米。
5. 如权利要求3所述的复合型围堰,其特征在于所说的钢筋 砼衬圈(5)的高度为0.5 1.5米。
6. —种复合型围堰的施工方法,其特征在于其步骤为a根据设计要求向预定水域的河床(8)抛入大石块,直到形成 中空的环形岛体的基层(1)且基层(1)的顶部高出水面至少0. 5米, 基层(1)顶部的宽度小于基层(1)底部的宽度,b将环形岛体的内圈(4)用普通土填筑满,并将基层(1)的顶面用普通土填平形成顶层(2),c在环形岛体中部钻至少两排均匀分布的、贯通顶层(2)和基 层(1)且深入至河床(8)下的基岩或不透水层0.2 0.5米的通孔 (9),向通孔(9)内注浆形成固结体(3),d根据设计要求逐层挖开环形岛体的内圈(4)填筑的普通土, 每开挖一层后根据设计要求在环形岛体的内圈(4)的侧壁设置环形 的钢筋砼衬圈(5),相邻层的钢筋砼衬圈(5)呈阶梯状排列,e在每一个低于水面的钢筋砼衬圈(5)上设置至少一个泄水管 (6)。
7. 如权利要求6所述的复合型围堰,其特征在于所说的在环 形岛体的内圈(4)的侧壁设置环形的钢筋砼衬圈(5)的步骤为a按照钢筋砼衬圈(5)的轮廓扎钢筋,b在钢筋外立模板,c浇注混凝土形成钢筋砼衬圈(5)。
8. 如权利要求6或7所述的复合型围堰,其特征在于所说的 通孔(9)的钻孔允许偏差为5厘米、允许倾斜率为1.5%,注浆的压 力为0. 3 1. 2MPa,注浆的材料为水灰比为1:0. 5 0. 7的425#普通 硅酸盐水泥浆。
9. 如权利要求8所述的复合型围堰,其特征在于按重量比向 注浆的材料中添加1 4%的水玻璃。
全文摘要
一种复合型围堰及其施工方法,涉及建造水中建筑基础,包括设置在河床上的中空的环形岛体,环形岛体包括由大石块组成的基层和由普通土组成的顶层,基层顶部的宽度小于基层底部的宽度,环形岛体中部设有至少两排均匀分布的、贯通顶层和基层且深入至河床下的基岩或不透水层的固结体,固结体的中心设有通孔,环形岛体的内圈的侧壁从上至下设有若干个环形的钢筋砼衬圈,相邻的钢筋砼衬圈呈阶梯状排列,低于水面的钢筋砼衬圈均设有至少一个泄水管。本发明适应范围广,方法简单快捷,成本低,止水彻底,岛体稳定,抗洪能力强,适应水深较深,变水上施工为岸上施工,充分利用陆地机械设备,可迅速开挖基坑到达基岩以下。
文档编号E02D19/04GK101298778SQ20081012605
公开日2008年11月5日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者全建设, 斌 朱, 王吉侠, 秦顺全, 陈想清 申请人:中铁大桥局股份有限公司
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