型钢栈桥的内植管锚岩施工方法.pdf

本发明涉及型钢栈桥的桩基础施工技术领域，旨在提供一种型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，包括测量放样、导向架铺设、钢管桩下放、水平撑焊接、混凝土装袋下放、操作平台铺设、钻孔取芯、砼钢管埋设和型钢架设焊接等几个步骤。本发明工法在栈桥管桩内部植入混凝土钢管，即依靠锚入岩层中砼钢管的抗剪性来实现外部管桩的稳定，这到“锚岩”效果，因此材料设备成本投入小，管桩回收率高，整个工法工艺简单，操作方便，施工周期短。

1.  一种型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，包括以下步骤：
(1)测量放样；
(2)导向架铺设；所述导向架用三根型钢按“凸”字形拼焊，并沿桥架设的方向延伸出去，其上还搭设有用于钢管桩下放的“井”字导向架；
(3)钢管桩下放；
(4)水平撑焊接；在靠近钢管桩底部的位置上，分别焊接纵向和横向的两种水平撑用于加固；
(5)混凝土装袋下放；所述混凝土选用强度等级≥C35的海工混凝土，并在施工前做配合比试验，以验证砼在初凝时所达到的强度，一般不小于12～14MPa；
(6)操作平台铺设；在搭好的导向架及初步稳定的管桩上进行，完成潜孔钻取芯的操作平台铺设；此时分配梁及面板无须焊接，待取芯完成后再重新拆除导向架，搭设栈桥主梁后再焊接分配梁及面板；
(7)钻孔取芯；对前排初凝稳定后的管桩内部中心进行潜孔钻取芯，取芯应进入岩层不小于2m；
(8)砼钢管埋设；所述砼钢管需现场自制，即利用无缝钢管内灌注混凝土完成，其长度为埋设后高出基岩面不小于2m即可；埋设时，在取芯完成的孔内利用导管滑入所述砼钢管，然后进行二次浇筑；浇筑的高度宜高出砼钢管10cm；
(9)型钢架设焊接；在完成锚岩稳定的管桩上进行横纵梁及分配梁、面板的架设焊接工作。

2.  根据权利要求1所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，所述步骤(4)中的水平撑采用不小于I25的工字钢制成。

3.  根据权利要求1所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，所述步骤(5)中的装混凝土的袋子选用普通吨袋，袋体直径根据钢管桩大小确定，袋体直径宜大于管桩直径1.5倍以上，长度不小于1m。

4.  根据权利要求1所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，所述步骤(7)中，潜孔钻就位后应在其滑架底端定位器下方安置一条18#工字钢，工字钢两端焊接于钢管桩的顶口；其定位器抵压横置的工字钢上。

5.  根据权利要求1所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，所述步骤(8)中的无缝钢管可通过计算栈桥管桩所应承受的水平荷载来选取；优选为壁厚6mm，外径127mm的无缝钢管。

6.  根据权利要求1或5所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，在所述无缝钢管内完成混凝土浇筑后，可在混凝土内插入钢束以加强抗剪性。

7.  根据权利要求6所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，所述钢束为钢棒。

8.  根据权利要求6所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，所述钢束采用3根的螺纹钢筋焊接在一起制成。

9.  根据权利要求1所述的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，其特征在于，所述步骤(8)中，二次浇筑的砼中也应掺入高比例的速凝剂以防砼离析。

型钢栈桥的内植管锚岩施工方法
技术领域
本发明涉及型钢栈桥的桩基础施工技术领域，更具体地说，是一种型钢栈桥的内植管锚岩施工方法。
背景技术
型钢栈桥作为施工辅助临时结构被广泛运用于公路、码头工程建设领域中，特别是许多码头建设在离岸无掩护岛屿周围，近岸侧桩基根据地质条件的差异多为无覆盖层嵌岩桩，而部分码头外侧无防波堤结构，栈桥搭设过程中受风浪等自然条件影响较大，涌浪、裸岩、岩面平整度差、倾斜率大、岩石强度高等因素共同成为制约栈桥管桩稳定的关键因素。
如何能够让栈桥管桩在无覆盖层暗涌条件下保持稳定，一直是困扰工程施工的难点之一。公开号CN200710300006的中国专利公开了一种钢管混凝土桩及钢管桩锚岩嵌固方法，具体是先插打钢护筒，再利用冲击钻机钻孔，冲击钻机成孔后，下放钢管(对于钢管混凝土桩要同时下放钢筋笼)至设计高程，在钢管内灌注水下混凝土，待水下混凝土沿钢管外壁及钻孔孔壁间上翻至一定高度后，整桩混凝土浇注完毕，拔出钢护筒，凝固成桩；其缺点是要专门设置钢护筒，还有钢筋笼等，使工程量大，周期长。现阶段缺少一种针对栈桥管桩的难度更低、进度更快的锚岩施工方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可降低施工难度，加快施工进度的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法。
为了实现上述目的，本发明的具体技术方案为：
一种型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，包括以下步骤：
(1)测量放样；
(2)导向架铺设；所述导向架用三根型钢按“凸”字形拼焊，并沿桥架设的方向延伸出去，其上还搭设有用于钢管桩下放的“井”字导向架；
(3)钢管桩下放；
(4)水平撑焊接；在靠近钢管桩底部的位置上，分别焊接纵向和横向的两种水平撑用于加固；
(5)混凝土装袋下放；所述混凝土宜选用强度等级≥C35的海工混凝土，并在施工前做配合比试验，以验证砼在初凝时所达到的强度，一般以不小于12～14MPa为宜；
(6)操作平台铺设；在搭好的导向架及初步稳定的管桩上进行，完成潜孔钻取芯的操作平台铺设；此时分配梁及面板无须焊接，待取芯完成后再重新拆除导向架，搭设栈桥主梁后再焊接分配梁及面板；
(7)钻孔取芯；对前排初凝稳定后的管桩内部中心进行潜孔钻取芯，取芯应进入岩层不小于2m；
(8)砼钢管埋设；所述砼钢管需现场自制，即利用无缝钢管内灌注混凝土完成，其长度为埋设后高出基岩面不小于2m即可；埋设时，在取芯完成的孔内利用导管滑入所述砼钢管，然后进行二次浇筑；浇筑的高度宜高出砼钢管10cm；
(9)型钢架设焊接；在完成锚岩稳定的管桩上进行横纵梁及分配梁、面板的架设焊接工作。
作为本发明的进一步优化的技术措施还包括：
所述步骤(4)中的水平撑采用不小于I25的工字钢制成。
所述步骤(5)中的装混凝土的袋子选用普通吨袋，袋体直径根据钢管桩大小确定，袋体直径宜大于管桩直径1.5倍以上，长度不小于1m；利用吨袋原有吊耳，采用粗麻绳穿设，下放至管桩底部时注意速度控制，落底后将麻绳抽出。
所述步骤(7)中，为确保潜孔钻钻孔后的孔内垂直度，潜孔钻就位后在其滑架底端定位器下方安置一条18#工字钢，工字钢两端焊接于钢管桩顶口；其定位器抵压横置的工字钢上，以此避免钻孔过程中钻杆及滑架摆动造成斜孔、卡钻。
所述步骤(8)中的无缝钢管可通过计算栈桥管桩所应承受的水平荷载来选取；优选为壁厚6mm，外径127mm的无缝钢管。
在所述无缝钢管内完成混凝土浇筑后，还可在混凝土内插入钢束以加强抗剪性；所述钢束采用钢棒，或者用3根φ40mm的螺纹钢筋焊接在一起形成。
所述步骤(8)中，二次浇筑的砼中也应掺入高比例的速凝剂，以防止砼离析。
本发明的“内植管锚岩”工艺，施工周期短，速度快。所谓“内植管锚岩”，是通过在栈桥管桩内部植入混凝土钢管来实现栈桥管桩稳固的目的，实质原理是依靠锚入岩层中砼钢管的抗剪性来使外部管桩的稳定。
本发明适用于无遮蔽海域，无覆盖层或浅覆盖层，基岩强度高，最低潮水位仍高于岩面，岩面倾斜度小于1:2的栈桥钢管桩稳桩施工。为克服岩面不平整及倾斜，本发明利用吨袋装入混凝土，依靠混凝土自身的流动性在管桩底部创造出平整面层，可使栈桥管桩达到外部稳定平衡；再利用取芯机在栈桥管桩中心进行取孔，将预先制作的砼钢管插入孔中，而后再浇筑混凝土封闭，来达到“锚岩”效果。
相比现有技术，本发明的有益效果表现在：
1、裸岩涌浪条件下倾斜岩面管桩稳定技术得到优化，而且利用已 有栈桥的管桩施工，材料设备成本投入小，管桩回收率高。
2、管桩内部锚岩，管底人造基平，使得结构安全性能得到进一步的提高。
3、工艺简单，操作方便，施工效率高，周期短；其“板凳”结构即满足各种载荷的要求。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明的钢管桩下放的示意图。
图3为本发明的袋装砼浇筑的示意图。
图4为本发明的袋装砼初凝的示意图。
图5为本发明的潜孔钻取芯的示意图。
图6为本发明的砼钢管下放的示意图。
图7为本发明的砼钢管的埋设的示意图。
图8为本发明的砼钢管的二次浇筑的示意图。
图9为本发明稳桩时的示意图。
图10为本发明结构的力学原理图。
图中：1管桩钢管；2砼钢管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示，本发明的型钢栈桥的内植管锚岩施工方法，包括测量放样、导向架铺设、钢管桩下放、水平撑焊接、混凝土装袋下放、操作平台铺设、钻孔取芯、砼钢管埋设、型钢架设焊接几个步骤。
图2-图9为该具体步骤的示意图，结合图2-图9说胆各步骤如下：
(1)测量放样
栈桥搭设前应在CAD软件中绘制栈桥整体平面、断面布置详图，结合现场实际地形，按实际坐标位置绘出，选择搭设方案。首先利用全站仪定线，水准仪测量标高，利用红外测距仪测出下跨管桩的准确位置， 而后重复上述步骤，这里须注意测距仪定线时的精度，普通型钢栈桥多为8.5m一跨，因施工中管桩位置较难精确控制，根据实际施工经验，前后偏差不宜超出10cm。
(2)导向架铺设
为确保栈桥线型及降低管桩下放时受风浪的影响，在管桩定位下放前应搭设顺桥向的导向架，该架的搭设必须牢固可靠，钢管桩下放定位及垂直度的控制都需要依托导向架，同时，钢管桩下放之后潜孔钻的钻孔，以及管桩的嵌岩加固处理都采取利用已有的导向架作为施工平台的主梁，因此导向架的选材及焊接须牢固可靠。为施工方便，可直接选取三根12m长HN60型钢采用“凸”字型焊接方式，另可根据施工场地材料便利及结构型式自行选择。管桩下放时的“井”字导向架主要作用是控制管桩垂直度，该架可根据经验自行选择。
(3)钢管桩下放
离岸无掩护外海码头一般地形陡峭，且海况较为不利，钢管桩下放在施工作业时应避免选择天文大潮及涨落潮剧烈时间区段。尽量利用平潮及平潮前后潮势较缓时间段进行施工，确保施工安全及质量，下放前应先量测所需管桩高度，浅覆盖层下桩时还应用振动锤振实。钢管桩与导向架应采用加强钢板进行对焊，即在管桩侧壁靠近导向架的位置加焊一块钢板，钢板厚度不宜小于6mm。因钢管桩与导向架接触面仅为一点，采用钢板可增大焊接面积，使管桩与导向架的连接更加牢固可靠。
(4)水平撑焊接
水平撑分为纵向和横向两种，无论哪种都应尽可能的靠近管桩底部，一般在最低潮位时进行焊接，是“抢时间”的焊接作业，须提前测量实际跨距，准备好相应材料，受风浪及涌潮影响，水平撑材料不宜小于I25工字钢，必要时应设置两道。焊接时因水平撑不可能按理论长度与管桩完美焊接，在端头长度不足处可采用钢板进行补焊，钢板须双面，即在工字钢每侧都补焊一块。
(5)混凝土装袋下放
混凝土宜选用强度等级≥C35的海工混凝土，考虑海水的冲刷性应掺加高比例速凝剂，在施工前要对混凝土做配合比试验，验证砼在初凝时所达到的强度，一般以不小于12～14MPa为宜。装混凝土的袋子选用普通吨袋，袋体直径根据钢管桩大小确定，袋体直径宜大于管桩直径1.5倍以上，长度不小于1m。利用吨袋原有吊耳，采用粗麻绳穿设，下放至管桩底部时注意速度控制，落底后将麻绳抽出。砼初凝后搭设简易操作平台，即可进行取芯。
(6)操作平台铺设
在搭好的导向架及初步稳定的管桩上可搭设简易操作平台，此时分配梁及面板无须焊接，仅为潜孔钻取芯提供操作平台，待取芯完成后再重新拆除导向架，搭设栈桥主梁后再焊接分配梁及面板。
(7)钻孔取芯
对前排初凝稳定后的管桩内部中心进行潜孔钻取芯，取芯应进入岩层不小于2m。为确保潜孔钻钻孔后的孔内垂直度，潜孔钻就位后在其滑架底端定位器下方安置一条18#工字钢，工字钢两端焊接于钢管桩顶口。定位器抵压横置的工字钢上，以此避免钻孔过程中钻杆及滑架摆动造成斜孔、卡钻。
(8)砼钢管埋设
特别说明施工工艺中提到的“砼钢管”是自行制作并非钢管厂家加工。砼钢管利用无缝钢管内灌注混凝土制作成钢管混凝土棒，埋设后应高出基岩面不小于2m，钢管可通过计算栈桥管桩所应承受的水平荷载来选取。根据实际施工经验，选取壁厚6mm，外径127mm的无缝钢管，在钢管内浇筑混凝土，在混凝土内插入钢束以加强抗剪性，钢束采用3根的螺纹钢筋焊接在一起形成，跨径8.5m，宽6m型钢栈桥可承受70t履带吊吊重30t梁体及波浪力和风力的水平荷载组。条件允许可直接使用钢棒。在取芯完成的孔内，借助取芯机的管道滑入砼钢管，埋好后即可二次浇筑。二次浇筑砼是指在砼钢管下放完成后再对管桩内部浇筑水下混凝土，浇筑的高度宜高出砼钢管10cm。二次浇筑的砼中也应掺入高比例的速凝剂，为减少涌潮对混凝土的冲刷影响，防止砼离析并可加快凝固，节约时间。
(9)型钢架设焊接
在完成锚岩稳定的管桩上进行横纵梁及分配梁、面板的架设焊接工作，面板与分配梁的焊接要引起注意，不可偷工，因车辆及履带吊在面板上行走，若面板与分配梁未连接成整体，面板及分配梁二者一定会出现变形，导致报废，结构间力的传递也依托于此。
其它事项如首跨搭设时可根据现场地形选择搭设方式，地形允许可直接整平场地搭设，若首跨也在裸岩上，但未被水淹没的情况下，可直接在裸岩上浇筑混凝土基础，在基础中预埋钢板与管桩饱满焊接，管桩与钢板焊接处选用小三角钢板进行加强，确保管桩稳定。
对于质量控制要求，以《公路桥涵施工技术规范》(JTGTF50-2011)、《钢结构设计手册》、《钢筋焊接及验收规范》(JGJ18-2012)和《路桥施工计算手册》为标准；具体为：
1、管桩初放
在导向架安装完毕后，尽量选择低平潮风浪较小时下放管桩，管桩直立稳定后立即与导向架焊接牢固，焊条应选用J422以上焊条为宜，同时水平撑紧跟焊接。施工中严格规范焊接质量，焊缝长度及饱满度均应符合规范要求。因作业面处于海域，受海水的腐蚀性影响，管桩必须涂刷防腐油漆。
2、袋装砼下放
海工混凝土拌合好后装入袋中，吨袋由吊机下放至管桩底部，下放过程不宜过快，过快反而会使混凝土遇海水面时碰撞加剧，造成混凝土 离析，袋装砼与倾斜岩面接触后将麻绳抽出，混凝土自身的流动性会填充管桩底口与岩面间的空隙，在潜孔钻取芯前应保障达到初凝时间。
3、操作平台铺设
在钻孔前，对该跨栈桥搭设简易操作平台，因潜孔钻机机身质量不大，分配梁可不需焊接，直接摆放即可，面板选用平整度较好的钢板，以新购钢板为佳。简易平台承担了钻孔取芯时所叠加的荷载，此时虽然面板及分配梁未焊接，但水平撑和剪刀撑必须牢固焊接，同时钻机及工人上平台前应先用试块试压，试块的制作可参照现浇箱梁预压块。试压无问题后再上钻机，以保障财产生命安全。
4、潜孔钻取芯
潜孔钻机在行走过程中严密监测管桩动向及焊缝处是否有撕裂现象发生。钻孔前须校正钻杆垂直度，选择管桩中心位置进行取芯。开钻时应选用低档旋进，待深入30cm后再选取高档旋进。钻孔完毕后为防止回淤，限定潜孔钻范围的导管暂不取出，待砼钢管下放后再行拆除定向导管。
本发明的工法充分贯彻国家节能工程的有关要求，无须依托冲击钻机，节省劳动力及机械设备使用，无须大方量填筑，节省土体宕渣资源，同时节约时间，在施工工期上及人力物力投入上相对节约。
以某临海港区的一期工程码头工程为例论证如下：
在1#引桥桥头处因地处山脊，两侧均为海沟，采用人造机床方式进行稳桩，投入宕渣无法估计，100m长、6m宽栈桥保守估计投入宕渣约10000方，按30元/方计，则宕渣材料费需30万元，车辆及宕渣的运费按每公里2元/方计，运距按5公里计，则车辆及运费成本约10万元，因地处孤岛，须平板驳驳运材料，平板驳租费及驳运费共计20万元，人造机床则须花费60万元施工成本。
如采用冲击钻成孔后栽桩工法，因岩石强度高，每循环须至少12 天。按每台钻机配备4人，人工工资按220元/天计，则4人共880元/天。13个循环所产生的人工成本为：12×13×880＝137280元，采用冲击钻成孔直径1.2m桩每延米按1200元计，栽桩深度按2m计，则每孔机械成本2400元，栈桥每跨按3根管桩计算，13跨共39根桩，则机械成孔费用为93600元，其它费用按5万元计。则采用冲击成孔栽桩工法共须花费成本280880元。
而采用本发明的工法，每循环仅需3天，13个循环共计39天，除潜孔钻机械操作手外，无须另外增加人工，取芯及钢管砼成本及杂费仅须约5万元。施工在造价上比人造机床节省成本约55万元，比冲击成孔法节省约23万元。
本发明的工法可为类似海况地质条件下的栈桥稳桩提供依据，既节约资源材料也减少试验施工费用；同时给国内施工界提供了锚岩栈桥的借鉴施工方法，推动施工技术的进步。对比表如下：