深水桥梁桩基施工方法技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域，更具体地说，本发明涉及深水桥梁桩基施工方法。
背景技术
随着经济的快速发展，交通运输的需求迅速增长，大型的跨海、跨江大桥越来越多，承载能力高、质量稳定的钻孔灌注桩是绝多数桥梁工程的首选基础形式。钻孔灌注桩基的施工是整个桥梁施工工序的基础环节，也是最极为重要的环节。
裸岩或浅覆盖层水域桥梁桩基施工平台一般采用固定式平台和浮式平台。固定式平台分为筑岛平台、钢护筒+起始辅助钢管桩平台、钢围堰平台等；浮式平台分为浮船、浮箱平台以及浮式钢吊箱围堰平台等。但是在深水、大流速、大潮差、强风浪等恶劣条件下，以上平台形式都存在一定缺陷。
对于筑岛平台，填土(砂及石等)工程量较大，工期长，造价高；对于钢护筒+起始辅助钢管桩平台，工程船舶不易就位，钢护筒及钢管桩均需嵌岩锚固，沉放质量差，辅助钢管桩平台自稳性要求高，搭设施工技术难度大，而且钢护筒需要采用专用导向架依次逐步推进、移位才能完成沉放，工序转换繁杂，施工周期长；对于钢围堰平台、浮式钢吊箱围堰平台、浮船及浮箱平台等，锚系布置工程量大，定位技术难度大，而且占用水域大，周期长，影响航道船只通行。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和缺陷，并提供后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种深水桥梁桩基施工方法，解决了上述背景技术中的缺点，利用自升式平台作为辅助平台，在导向架一端固结在自升式平台上，另一端分节向前悬臂接长，并依次进行钢护筒沉放、锚固，导向架与钢护筒固结后可以作为后续桩基施工的正式作业平台。本发明施工方法尤其适用于深水、大潮差、大风浪等恶劣自然环境下海(河)床为裸岩或浅覆盖层条件下桥梁桩基的施工。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种深水桥梁桩基施工方法，包括以下步骤：
S1、定位自升式平台，将首节段的导向架组固定在所述自升式平台前端，所述导向架组上设有至少两个放置钢护筒的沉放孔；
S2、将钢护筒沉放在需先行成桩的沉放孔，进行嵌岩锚固和成桩施工，随后向其他沉放孔内沉放钢护筒并进行嵌岩锚固施工，以首节段的导向架组为承重结构，搭设首节段施工平台，之后撤除所述自升式平台；
S3、将第二节段的导向架组吊装至首节段的导向架组前端进行接长，逐个沉放钢护筒并进行嵌岩锚固施工，以第二节段的导向架组为承重结构，搭设第二节段施工平台；以及
S4、重复步骤S3直至所有节段施工平台搭建完毕，对未成桩施工的钢护筒进行成桩施工；
其中，任意一节段的导向架组为若干个垂直于所述自升式平台前端的导向架构成，所示导向架为上中下三层钢管组成的桁架结构。
优选地，步骤S1中自升式平台的定位包括以下步骤：
S11、采用GPS系统引导自升式平台完成初定位，采用至少两台全站仪校核自升式平台的定位；
S12、通过所述全站仪控制自升式平台的液压柱的下放。
优选地，步骤S2中所述沉放钢护筒包括以下步骤：
S21、通过GPS定位系统测量桩位的中心，从而定位钻机，通过设计验算后期自升式平台撤除后，施工平台的自稳条件，确定需要先行成桩的沉放孔，采用钻机小冲程对成桩位的岩面进行冲击，直至把成桩位的岩面冲平，再将岩面冲成0.5m深的小坑；
S22、起吊钢护筒到导向架上相应的沉放孔，将钢护筒垂直下沉至所述小坑内，钢护筒到达岩面后检查钢护筒的偏位及倾斜度，满足要求后用型钢将钢护筒顶部临时固结在导向架上，若不满足要求则重新起吊钢护筒进行调整。
优选地，步骤S2中所述嵌岩锚固以及成桩施工包括以下步骤：
S23、在成桩位的钢护筒内进行冲孔作业，所述钢护筒随着孔深进行跟进，直至所述钢护筒达到设计嵌岩深度，浇筑钢护筒封底混凝土，使混凝土及砂浆填充所述钢护筒与基岩之间的间隙；
S24、在所述钢护筒内采用小冲程反复冲击造浆开钻，终孔后及时清孔，并进行孔底沉渣检测和成孔数据检测，检测通过后，依次下放预制钢筋笼和灌砼导管，并再次进行沉渣检测，检测通过后浇注水下混凝土，完成成桩施工；
S25、对非成桩位置的钢护筒按照步骤S23的方法进行嵌岩锚固。
优选地，步骤S2中还包括相邻的钢护筒之间固连，具体为：相邻的钢护筒通过平联和斜撑进行连接，平联采用哈佛接头焊接，且焊接质量按三级焊缝标准检验控制。
优选地，步骤S3中所述接长的施工包括以下步骤：
S31、在首节导向架组中的钢护筒之间，将型钢焊接为导向架的中层钢管的下横梁，并焊接U形钢板固定导向架的中层钢管与下横梁，在首节段导向架组端部的钢护筒的外侧焊接支承牛腿；
S32、将第二节段导向架组采用履带吊吊装至首节段导向架的前端，通过法兰连接进行接长。
本发明至少包括以下有益效果：
1、基于自升式平台进行深水桥梁桩基施工，施工环境适用性好，尤其在深水、大潮差、大风浪等恶劣自然环境下具有较好的适用性；
2、导向架具有双重功能，前期作为钢护筒导向系统，后期作为施工平台面层承重结构；
3、悬臂式导向架采用分节制作，现场法兰连接延伸，且每节导向架与已锚固的钢护筒进行焊接固结，结构稳定性更高，避免了大悬臂情况下有可能发生倾覆的风险，施工更加安全可靠；
4、导向架沉放孔高度大，刚度大，并设置上、下两层顶推调节装置，调节范围大，导向能力好，在恶劣环境下钢护筒沉放质量好，精度高；
5、相较于钢护筒结合辅助钢管桩平台施工法，能大量节省施工材料，施工工期缩短。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明中钢护筒桩位的示意图；
图2是本发明中钢护筒沉放步骤的示意图；
图3是本发明中钢护筒嵌岩锚固步骤的示意图；
图4是本发明中嵌岩桩基成桩步骤的示意图；
图5是本发明中钢护筒平联步骤的示意图；
图6是本发明中搭设施工平台步骤的示意图；
图7是本发明中对剩余桩基施工步骤的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
一种深水桥梁桩基施工方法，包括以下步骤：
S1、定位自升式平台，将首节段的导向架组固定在所述自升式平台前端，所述导向架组上设有至少两个放置钢护筒的沉放孔；自升式平台适用于深水海域桩基施工。相比较现有技术的辅助平台(或栈桥)施工，节省了施工材料，缩短了搭设辅助平台的时间；相比较打桩船，在开阔海域，平台稳定性较好，钢护筒定位施工精度高；导向架结构稳定，且相比较贝雷梁平台，节省材料，缩短工期。
S2、将钢护筒沉放在需先行成桩的沉放孔，进行嵌岩锚固和成桩施工，随后向其他沉放孔内沉放钢护筒并进行嵌岩锚固施工，以首节段的导向架组为承重结构，搭设首节段施工平台，之后撤除所述自升式平台；自升式平台在进行完第一节段平台施工完成后，即可进入下一墩位的施工，提高了机械的利用率，有助于缩短施工周期；
S3、将第二节段的导向架组吊装至首节段的导向架组前端进行接长，逐个沉放钢护筒并进行嵌岩锚固施工，以第二节段的导向架组为承重结构，搭设第二节段施工平台；本发明中采用法兰连接接长，相较于悬臂整体式导向架，法兰连接延伸的结构稳定性更好，不易倾覆。且法兰连接施工更为安全稳定可靠以及
S4、重复步骤S3直至所有节段施工平台搭建完毕，对未成桩施工的钢护筒进行成桩施工；
其中，任意一节段的导向架组为若干个垂直于所述自升式平台前端的导向架构成，所示导向架为上中下三层钢管组成的桁架结构。
步骤S1中自升式平台的定位包括以下步骤：
S11、采用GPS系统引导自升式平台完成初定位，采用至少两台全站仪校核自升式平台的定位；
S12、通过所述全站仪控制自升式平台的液压柱的下放。
步骤S2中所述沉放钢护筒包括以下步骤：
S21、通过GPS定位系统测量桩位的中心，从而定位钻机，通过设计验算后期自升式平台撤除后，施工平台的自稳条件，确定需要先行成桩的沉放孔，采用钻机小冲程对成桩位的岩面进行冲击，直至把成桩位的岩面冲平，再将岩面冲成0.5m深的小坑；验算内容为结构的抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性。包括，第一节段平台的自稳条件及施工状态下的自稳条件验算，平台整体完成后的稳定条件验算。确定达到稳定条件需要几个桩位完成灌砼成桩施工；
S22、起吊钢护筒到导向架上相应的沉放孔，将钢护筒垂直下沉至所述小坑内，钢护筒到达岩面后检查钢护筒的偏位及倾斜度，满足要求后用型钢将钢护筒顶部临时固结在导向架上，若不满足要求则重新起吊钢护筒进行调整。
步骤S2中所述嵌岩锚固以及成桩施工包括以下步骤：
S23、在成桩位的钢护筒内进行冲孔作业，所述钢护筒随着孔深进行跟进，直至所述钢护筒达到设计嵌岩深度，浇筑钢护筒封底混凝土，使混凝土及砂浆填充所述钢护筒与基岩之间的间隙；
S24、在所述钢护筒内采用小冲程反复冲击造浆开钻，终孔后及时清孔，并进行孔底沉渣检测和成孔数据检测，检测通过后，依次下放预制钢筋笼和灌砼导管，并再次进行沉渣检测，检测通过后浇注水下混凝土，完成成桩施工；
S25、对非成桩位置的钢护筒按照步骤S23的方法进行嵌岩锚固。相较于打桩船采用振动法将钢护筒直接打入裸露基岩层，预冲孔嵌岩锚固能保证钢护筒下端不会发生变形，保证了成桩质量。
步骤S2中还包括相邻的钢护筒之间固连，具体为：相邻的钢护筒通过平联和斜撑进行连接，平联采用哈佛接头焊接，且焊接质量按三级焊缝标准检验控制。
步骤S3中所述接长的施工包括以下步骤：
S31、在首节导向架组中的钢护筒之间，将型钢焊接为导向架的中层钢管的下横梁，并焊接U形钢板固定导向架的中层钢管与下横梁，在首节段导向架组端部的钢护筒的外侧焊接支承牛腿；
S32、将第二节段导向架组采用履带吊吊装至首节段导向架的前端，通过法兰连接进行接长。
实施例1
如图1-7所示，一种深水桥梁桩基施工方法包括以下步骤：
一、自升式平台定位
初定位。采用GPS系统引导船位自抛八字锚完成初定位，测量人员于岸侧采用2台全站仪采用前方交会法校核。
精确定位分两步进行。下放第一根液压柱，采用2台全站仪前方交会控制液压支柱外轮廓线的切边，经校核无误后立即下放；依次下放其它三个液压支柱。
平台提升。为方便钢护筒内的钻孔作业，将自升式平台进行提升，应保证自升式平台底部距离水面高度≥最大波高。
二、导向架定位
导向架1为钢管桁架结构，焊接固结在自升式平台2，导向架1之间相互焊接固结。导向架1设置上中下三层桁架，导向架1内设置有供钢护筒定位、施沉过程中纠偏、调整和锁定的装置，具有足够的强度、刚度，能够满足沉放钢护筒的设计使用要求。
三、桩基钢管桩成桩与钢护筒嵌岩锚固施工
(1)超前钻孔
钻机于自升式平台2通过GPS定位系统测量桩位中心，精确定位钻机。通过设计验算后期钢护筒平台施工时期的自稳条件，确定钢管桩的成桩数量，成桩数量为2根，成桩位为1#和3#桩位。采用钻机小冲程对1#、3#桩位进行反复冲击，直至把桩位岩面冲平，再将岩面冲成0.5m左右深度的小坑。
(2)钢护筒沉放
分别起吊1#、3#桩钢护筒，起吊到导向架1上相应孔位后，监控护筒垂直度满足要求后，将钢护筒3缓缓垂直下沉至岩面小坑内，钢护筒3到达岩面后检查钢护筒3偏位及倾斜度，满足要求后用型钢将钢护筒3顶部临时固结在导向架1上，若不满足要求则重新起吊钢护筒3进行调整。
(3)嵌岩锚固
钻机重新就位，在1#、3#钢护筒3内进行冲孔作业，钢护筒3随着孔深进行跟进，直至1#、3#桩钢护筒3达到设计嵌岩深度，浇筑钢护筒3封底混凝土，使混凝土及砂浆能填充钢护筒3与基岩之间的间隙。检查护筒周边与岩面封闭情况，如有较大缝隙，采用袋装混凝土水下封堵。
(4)1#、3#嵌岩桩基成桩施工
钻机精确定位后，在1#、3#钢护筒3内采用小冲程反复冲击造浆开钻(图4)。终孔后，及时进行清孔，并进行孔底沉渣检测和成孔数据检测。桩孔检测通过后，依次下放预制钢筋笼5和灌砼导管，并再次沉渣检测，若沉渣厚度不满足设计要求时，进行二次清孔。清孔结束拆除吸泥弯头，开始浇注水下混凝土，完成嵌岩桩基成桩施工。
(5)2#、4#、5#、6#桩基钢护筒3嵌岩锚固施工
采用与1#、3#桩钢护筒3相同的嵌岩锚固施工方法进行2#、4#、5#、6#桩钢护筒3的锚固施工。
四、钢护筒3平联施工
每根钢护筒3锚固完成后，立即与相邻已施工的钢护筒3通过平联和斜撑进行连接。钢管平联采用哈佛接头焊接，要求焊接质量按三级焊缝标准检验控制，同时满足设计要求。
五、导向架1固结、接长
(1)导向架1固结
在1#～6#桩基钢护筒3之间，采用型钢焊接钻孔平台支承下横梁，并在1#、3#、4#、6#桩基钢护筒3外侧，采用型钢焊接钻孔平台支承牛腿，将导向架1下层钢管与型钢之间通过数块U形钢板焊接固结。
(2)导向架1接长
将预制的定位导向架1节段采用履带吊吊装至已施工的定位导向架1前端，通过法兰连接进行接长。
六、剩余桩基钢护筒3嵌岩锚固施工
定位导向架1全部接长，进行7#、8#、9#桩基钢护筒3的嵌岩锚固施工，再进行10#、11#、12#桩基钢护筒3的嵌岩锚固施工，施工方法与前面已施工的钢护筒3施工方法相同。
七、施工平台搭设
钢护筒3嵌岩锚固完成后，将钢护筒3分别焊接固结在导向架1上。以导向架1为面层承重结构，布置分配梁以及面板，形成正式桩基施工平台4。割除定位导向架1与自升式平台2之间的连接，自升式平台2降落至水面，退出工作。
八、剩余桩基成桩施工
在钢护筒3施工平台上，分别进行2#、4-12#灌注钢管桩基成桩的施工，施工方法与已施工的1#、3#灌注桩施工方法相同。
本发明的工业实用性
1、基于自升式平台进行深水桥梁桩基施工，施工环境适用性好，尤其在深水、大潮差、大风浪等恶劣自然环境下具有较好的适用性；
2、导向架具有双重功能，前期作为钢护筒导向系统，后期作为施工平台面层承重结构；
3、悬臂式导向架采用分节制作，现场法兰连接延伸，且每节导向架与已锚固的钢护筒进行焊接固结，结构稳定性更高，避免了大悬臂情况下有可能发生倾覆的风险，施工更加安全可靠；
4、导向架沉放孔高度大，刚度大，并设置上、下两层顶推调节装置，调节范围大，导向能力好，在恶劣环境下钢护筒沉放质量好，精度高；
5、相较于钢护筒结合辅助钢管桩平台施工法，能大量节省施工材料，施工工期缩短。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。