防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法.pdf

本发明涉及一种防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，所述大直径钻孔灌注桩采用可移动式大刚度导向架进行钢护筒的垂直度控制，防冲刷保护层包括下层水泥注浆体、中层膜袋注砂体和上层抛石体；可移动式大刚度导向架由型钢桁架、顶推调节装置、移动导轨、移动滑轮及牵引装置等部分组成；大直径钢护筒采取分段加工、现场对接沉放工艺，沉放过程采用可移动式大刚度导向架进行钢护筒的定位、垂直度控制和纠偏；灌注桩施工完毕后通过预留的注浆管在河床一定深度范围内高压灌注水泥浆形成水泥注浆体防护层，待整个桩群施工完毕后施工抛石防冲刷层。本发明的防冲刷大直径钻孔灌注桩在水流急、冲刷剧烈的河段施工质量高、速度快，具有较好的技术经济效益。

权利要求书
1.  一种防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、平台钢管桩(14)施工：采用船舶等作为临时施工平台，进入预设位置，抛锚固定，采用打桩机打入钢管桩(14)；
步骤二、平台上部结构安装：钢管桩下部设置抱箍(15)，其上设置套筒(16)，套筒与钢管桩之间采用细石砂(17)填充密实，水平梁(18)、连接杆(19)通过焊接固定于套筒(16)上；
步骤三、平台导轨(20)安装：在钢管桩(14)外侧套筒上设置上下两道牛腿，下部牛腿上布置导轨(20)，导轨(20)采用槽钢梁，槽口向上，上部牛腿上设置限位梁(21)；
步骤四、大刚度导向架(22)移动就位：大刚度导向架(22)是由型钢杆组成的方形桁架(221)，上下贯通，下部横梁底端布置若干滑轮(223)，上下四条杆的中部位置对称设置八个箱型千斤顶顶推装置(222)，沿着槽钢梁导轨(20)在牵引力作用下移动到位后通过螺栓固定；
步骤五、首节钢护筒(13)沉放：钢护筒(13)的垂直度通过大刚度导向架(22)的8个箱型千斤顶顶推装置(222)来调节，并同步下放带PVC限位管(7)的土工膜袋(6)；
步骤六、土工膜袋(6)中注入砂砾石：通过注砂管(9)往土工膜袋(6)中注入砂砾石，使之充填整个土工膜袋(6)；
步骤七、后续钢护筒(13)对接、沉放：通过螺栓将上下段钢护筒(13)连接牢固，然后在外围焊接一圈进一步固定，加强连接处的刚度；
步骤八、钻孔、泥浆护壁、下放钢筋笼及浇筑混凝土：回转反循环泥浆护壁钻设成孔，在高压注浆处理地层范围的钢筋笼外围布置四根注浆管(8)，下放钢筋笼并浇筑混凝土；
步骤九、上拔钢护筒(13)：混凝土初凝后，分段上拔钢护筒(13)；
步骤十、河床地层防冲刷高压注浆(4)：通过预留在灌注桩(1)表面的注浆管(8)高压注入水泥浆，使得水泥浆液向周围地层扩展，在河床底形成一层水泥浆灌注层；
步骤十一、抛石防冲刷层(2)施工：待整个桩群全部施工完毕后，在土工膜袋(6)上抛一层块石层，进一步提高群桩位置的防冲刷能力；
步骤十二、土工格栅防冲刷网(5)整体防护：抛石防冲刷层(2)上设置土工格栅防冲刷网(5)，在四周设置若干固定锚固装置，包括水泥土加固体(12)、锚固杆体(11)和锚固板(10)。

2.  根据权利要求1所述的防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤五中,大直径钢护筒(13)采取分段加工、现场对接沉放工艺，沉放过程采用可移动式大刚度导向架(22)进行钢护筒的定位、垂直度控制和纠偏。

3.  根据权利要求1所述的防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤五中,环状膜袋(6)内部连接一PVC管(7)，PVC管(7)套在钢护筒(13)外侧作为环状膜袋(6)的限位管。

4.  根据权利要求1所述的防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤五中,土工膜袋(6)是和首节钢护筒(13)同步下沉的，待钢护筒(13)下沉到河床时；所述步骤六中，往土工膜袋(6)中注入砂砾石，形成膜袋注砂防护层(3)。

5.  根据权利要求1所述的防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤十中，水泥注浆体防护层是在灌注桩施工完毕后通过预留的注浆管在河床一定深度范围内高压灌注水泥浆形成的。

6.  根据权利要求1所述的防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤十一中，抛石防冲刷层(2)是在整个桩群施工完毕后，在膜袋注砂防冲刷层(3)上抛石而形成的。

7.  根据权利要求1所述的防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：所述步骤十二中，土工格栅防冲刷网(5)是在抛石防冲刷层(2)上设置，其四周设置若干固定锚固装置，包括水泥土加固体(12)、锚固杆体(11)和锚固板(10)。

说明书防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法
技术领域
本发明涉及一种强潮急流水中防冲刷大直径钻孔灌注桩及施工方法，属于桥梁工程的桩基施工领域，适用于水中大直径钻孔灌注桩的施工，尤其适用于水文条件复杂、河床宽浅、潮强流急、冲淤剧烈的河段大直径超长灌注桩施工。
背景技术
在水文条件复杂、河床宽浅、潮强流急、冲淤剧烈的河段进行桩基础施工是大桥建设的一个技术难点，而钢护筒的沉放是否顺利是桩基础施工的关键所在。如何快速、安全、精确地进行桩基钢护筒的沉放是钻孔灌注桩施工的难点，主要体现在：(1)钢护筒沉放的作业时间极短，为保证钢护筒的沉放安全及精度，必须选择在每个潮讯的平潮期进行首节桩基钢护筒的沉放；(2)水流及涌潮压力大；(3)强潮引起河床的冲刷变化。
目前在此类强潮急流环境中进行灌注桩的施工常采用的方法是采用导向架进行钢护筒的沉放，待灌注桩施工完毕后，通过多层防冲刷层进行河床保护。这些方法主要缺陷为：(1)导向架不能移动，常常需要一个灌注桩设置一个导向架，由此带来工程成本的大幅增加；(2)防冲刷保护层是在灌注桩施工完毕后才设置的，而灌注桩群施工周期漫长，在此期间河床可能已经受到剧烈冲刷，钢护筒可能发生倾斜而影响后续灌注桩回转钻进。
综上所述，虽然现有防冲刷大直径钻孔灌注桩施工在强潮急流水中取得了一定的效果，但仍存在需要改进之处。鉴于此，根据目前工程实际的需要，亟需发明一种防冲刷效果好，施工方便迅捷，造价低的防冲刷大直径钻孔灌注桩及施工方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种防冲刷效果好，施工方便迅捷，造价低的防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法。
这种防冲刷大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、平台钢管桩施工：采用船舶等作为临时施工平台，进入预设位置，抛锚固定，采用打桩机打入钢管桩；
步骤二、平台上部结构安装：钢管桩下部设置抱箍，其上设置套筒，套筒与钢管桩之间采 用细石砂填充密实，水平梁、连接杆通过焊接固定于套筒上；
步骤三、平台导轨安装：在钢管桩外侧套筒上设置上下两道牛腿，下部牛腿上布置导轨，导轨采用槽钢梁，槽口向上，上部牛腿上设置限位梁；
步骤四、大刚度导向架移动就位：大刚度导向架是由型钢杆组成的方形桁架，上下贯通，下部横梁底端布置若干滑轮，上下四条杆的中部位置对称设置八个箱型千斤顶顶推装置，沿着槽钢梁导轨在牵引力作用下移动到位后通过螺栓固定；
步骤五、首节钢护筒沉放：钢护筒的垂直度通过大刚度导向架的8个箱型千斤顶顶推装置来调节，并同步下放带PVC限位管的土工膜袋；
步骤六、土工膜袋中注入砂砾石：通过注砂管往土工膜袋中注入砂砾石，使之充填整个土工膜袋；
步骤七、后续钢护筒对接、沉放：通过螺栓将上下段钢护筒连接牢固，然后在外围焊接一圈进一步固定，加强连接处的刚度；
步骤八、钻孔、泥浆护壁、下放钢筋笼及浇筑混凝土：回转反循环泥浆护壁钻设成孔，在高压注浆处理地层范围的钢筋笼外围布置四根注浆管，下放钢筋笼并浇筑混凝土；
步骤九、上拔钢护筒：混凝土初凝后，分段上拔钢护筒；
步骤十、河床地层防冲刷高压注浆：通过预留在灌注桩表面的注浆管高压注入水泥浆，使得水泥浆液向周围地层扩展，在河床底形成一层水泥浆灌注层；
步骤十一、抛石防冲刷层施工：待整个桩群全部施工完毕后，在土工膜袋上抛一层块石层，进一步提高群桩位置的防冲刷能力；
步骤十二、土工格栅防冲刷网整体防护：抛石防冲刷层上设置土工格栅防冲刷网，在四周设置若干固定锚固装置，包括水泥土加固体、锚固杆体和锚固板。
作为优选:所述步骤五中,大直径钢护筒采取分段加工、现场对接沉放工艺，沉放过程采用可移动式大刚度导向架进行钢护筒的定位、垂直度控制和纠偏。
作为优选:所述步骤五中,环状膜袋内部连接一PVC管，PVC管套在钢护筒外侧作为环状膜袋的限位管。
作为优选:所述步骤五中,土工膜袋是和首节钢护筒同步下沉的，待钢护筒下沉到河床时；所述步骤六中，往土工膜袋中注入砂砾石，形成膜袋注砂防护层。
作为优选:所述步骤十中，水泥注浆体防护层是在灌注桩施工完毕后通过预留的注浆管在河床一定深度范围内高压灌注水泥浆形成的。
作为优选:所述步骤十一中，抛石防冲刷层是在整个桩群施工完毕后，在膜袋注砂防冲刷层上抛石而形成的。
作为优选:所述步骤十二中，土工格栅防冲刷网是在抛石防冲刷层上设置，其四周设置若干固定锚固装置，包括水泥土加固体、锚固杆体和锚固板。
本发明的有益效果是：
(1)采用大直径钢护筒进行强潮急流水中钻孔灌注桩的施工，对大直径钢护筒采取分段加工、现场对接沉放工艺，沉放过程采用可移动式大刚度导向架进行钢护筒的定位、垂直度控制和纠偏；
(2)大刚度移动式多功能导向架由型钢垫梁、钢管主桁架、顶推调节装置及移动导轨组成，其中顶推调节装置由千斤顶和限位滚轮组成，在钢护筒的下沉过程中，通过导向架上下层四个方向的调节装置的协调配合，对钢套筒进行导向和垂直度纠偏；
(3)在钢护筒沉放前，在钢护筒外侧套一个一定高度的PVC管，并使钢护筒在PVC管内能自由上下移动，PVC管连接一土工膜袋，待钢护筒下沉到河床时，往土工膜袋中注入砂砾石，形成膜袋注砂防冲刷保护层；
(4)在灌注桩施工完毕后通过预留的注浆管在河床一定深度范围内高压灌注水泥浆形成水泥注浆体防护层，待整个桩群施工完毕后施工抛石防冲刷层，其上整体覆盖防冲刷土工格栅防冲刷网；
(5)所形成的下层水泥注浆层、中层膜袋注砂层、上层抛石层三层防冲刷保护层，可以确保施工期和桥梁运营期桩群所在位置河床的稳定性。
附图说明
图1是防冲刷大直径钻孔灌注桩施工立面图；
图2和图3是可移动式大刚度导向架正立面、侧立面图。
附图标记说明：1-钻孔灌注桩，2-抛石防冲刷层，3-膜袋注砂防护层，4-水泥注浆防护层，5-土工格栅防冲刷网，6-土工膜袋，7-PVC管，8-注浆管，9-注砂管，10-锚固板，11-锚固杆体，12-水泥土加固体，13-钢护筒，14-施工平台钢管桩，15-抱箍，16-套筒，17-细石砂，18-水平梁，19-连接杆，20-导轨，21-限位梁，22-可移动式大刚度导向架，221-导向架钢桁架，222-千斤顶顶推装置，223-滑轮，23-河床面，24-河床冲刷影响线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。
图1是防冲刷大直径钻孔灌注桩施工立面图，图2是可移动式大刚度导向架正立面、侧立面图，参照图1～2所示，防冲刷大直径钻孔灌注桩采用可移动式大刚度导向架进行钢护筒的垂直度控制，防冲刷保护层包括下层水泥注浆体、中层膜袋注砂体和上层抛石体。
大直径钻孔灌注桩1直径2.5m，桩长100m左右，最大水深10m，局部最大冲刷可达5m；钢护筒13采用厚度20mm的Q235A钢板卷制成直径2.8m的圆筒，钢护筒分两节进行沉放，首节钢护筒长13m；采用大刚度导向架22进行钢护筒垂直度的调整，千斤顶顶推装置222上下两层四个方向共计8个，上下距离3.0m；PVC限位管7内径3.0m，高度1.0m，外侧套入环形土工膜袋6，土工膜袋6最大扩展直径为10m；水泥注浆防护层4处理厚度为3.0m，最大处理直径15m；膜袋注砂防护层3抛石整平形成抛石防冲刷层2，范围覆盖整个桩群，并向外延伸2倍桩间距，厚度1.0m；抛石防护层2上整体覆盖土工格栅防冲刷网5，其四周设置若干固定锚固装置，包括直径3.0m、高度5.0m的水泥土加固体12，长度3.0m的锚固杆体11和3.0×3.0m的锚固板10。
上述防冲刷大直径钻孔灌注桩的主要施工过程如下：
步骤一、平台钢管桩14施工：采用船舶等作为临时施工平台，进入预设位置，抛锚固定，采用打桩机打入钢管桩；
步骤二、平台上部结构安装：钢管桩下部设置抱箍15，其上设置套筒16，套筒与钢管桩之间采用细石砂17填充密实，钢桁架18和19通过焊接固定于套筒16上；
步骤三、平台导轨20安装：在钢管桩外侧套筒上设置上下两道牛腿，下部牛腿上布置导轨20，导轨采用槽钢梁，槽口向上，上部牛腿上设置限位梁21；
步骤四、大刚度导向架22移动就位：大刚度导向架是由型钢杆组成的方形桁架221，上下贯通，下部横梁底端布置若干滑轮223，上下四条杆的中部位置对称设置八个箱型千斤顶顶推装置222，沿着槽钢梁导轨在牵引力作用下移动到位后通过螺栓固定；
步骤五、首节钢护筒13沉放：钢护筒的垂直度通过大刚度导向架的8个箱型千斤顶顶推装置222来调节，并同步下放带PVC限位管7的土工膜袋6；
步骤六、土工膜袋6中注入砂砾石：通过注砂管9往土工膜袋6中注入砂砾石，使之充 填整个土工膜袋6；
步骤七、后续钢护筒13对接、沉放：通过螺栓将上下段钢护筒连接牢固，然后在外围焊接一圈进一步固定，加强连接处的刚度；
步骤八、钻孔、泥浆护壁、下放钢筋笼及浇筑混凝土：回转反循环泥浆护壁钻设成孔，在高压注浆处理地层范围的钢筋笼外围布置4道注浆管，下放钢筋笼并浇筑混凝土；
步骤九、上拔钢护筒13：混凝土初凝后，分段上拔钢护筒；
步骤十、河床地层防冲刷高压注浆4：通过预留在灌注桩表面的注浆管8高压注入水泥浆，使得水泥浆液向周围地层扩展，在河床底形成一层水泥浆灌注层。
步骤十一、抛石防冲刷层2施工：待整个桩群全部施工完毕后，在膜袋上抛一层块石层，进一步提高群桩位置的防冲刷能力；
步骤十二、土工格栅防冲刷网整体防护：抛石防冲刷层2上设置土工格栅防整体冲刷网5，在四周设置若干固定锚固装置，包括水泥土加固体12、锚固杆体22和锚固板10。