專利名稱：裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及港口建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)著重在離岸深水淺覆蓋層條件下，嵌巖樁的樁套筒在施工期沒有足夠的入土深度，而離岸深水環(huán)境下的潮流都較大，因此套筒自身的穩(wěn)定成為決定施工進度、安全和施工質(zhì)量重要的因素，因此有必要研究并提出合理的穩(wěn)樁措施。配合工程施工的開展，課題組首先針對目前國內(nèi)外常用的幾種穩(wěn)樁措施進行比較，從中選擇人造基床作為工程實際采用的穩(wěn)樁方法，然后通過模型試驗和理論計算的結(jié)果，提出人造基床設(shè)計的大致參數(shù)范圍，并按照規(guī)范的相關(guān)要求進行人造基床設(shè)計，最后通過對人造基床拋填施工方法的調(diào)整和改進，實現(xiàn)了工程的單樁和群眾的穩(wěn)樁目的，保證了工程的順利安全開展。目前國內(nèi)常用的主要穩(wěn)樁技術(shù)有混凝土套箱穩(wěn)樁技術(shù)、導(dǎo)管架技術(shù)等，這幾種方法各有利弊，適合于不同的施工環(huán)境?；炷撂紫浞€(wěn)樁技術(shù)國內(nèi)某試樁工程采用了混凝土套箱穩(wěn)樁技術(shù)，穩(wěn)樁套箱外形尺度8. 5 X 16 X 7m，單個套箱混凝土方量約U6m3，約重320t。每個套箱內(nèi)需利用導(dǎo)管水下填砂約1200m3，工程量大。該方案取得了成功，同時也暴露了幾個問題，如水下潛水工程量大、需大型浮吊安裝套箱、套箱水下定位困難、工期長、施工難度大、工程造價較高等；并且在施工時還需要另外搭設(shè)施工平臺。導(dǎo)管架技術(shù)該技術(shù)是用鋼管制作成一個導(dǎo)管支架并能浮于水上，一般為每3個排架范圍制作一榀導(dǎo)管架。每榀鋼導(dǎo)管支架由雙層水平橫向撐和豎向?qū)Ч芙M成，鋼導(dǎo)管支架整體成型后可浮放在水中，制作完成后，用起重船將鋼導(dǎo)管支架吊放在水中浮運到現(xiàn)場安裝。鋼導(dǎo)管支架現(xiàn)場定位后，與已沉定位鋼管樁之間采用型鋼電焊聯(lián)結(jié)進行限位加固，用起重船將鋼支撐樁插入鋼導(dǎo)管架的豎向?qū)Ч軆?nèi)，并支撐在基床上，然后乘高潮或用起重船將導(dǎo)管架吊起后，將豎向?qū)Ч芘c支撐樁鎖死，形成水上工作平臺，最后在鋼導(dǎo)管支架的上下層橫向支撐管之間設(shè)置兩層導(dǎo)向架，吊打嵌巖樁套管。該方案在某工程中得到成功應(yīng)用，主要解決了在松散塊石層上搭設(shè)平臺的難題，并且導(dǎo)管架也可以作為施工平臺的支撐結(jié)構(gòu)。 但是，該方案需大型浮吊，工藝復(fù)雜，用鋼量大，造價較高。人造基床技術(shù)即在嵌巖樁區(qū)域拋設(shè)袋裝砂和袋裝碎石層形成人工覆蓋層來滿足施工期的穩(wěn)樁需求。在裸露的巖基上施工嵌巖樁，采用人造基床的方式是一種很好的思路。 對于高低不平的基巖可采用水下炸礁的辦法將基巖炸平，也可根據(jù)當(dāng)時的地質(zhì)、地貌的特點，用袋裝砂或者袋裝混凝土在水下圍一圈潛提，中間拋填砂或細石，頂部用袋裝砂封頂， 以防水流將潛提內(nèi)的砂子掏空。拋砂層的厚度與穩(wěn)定鋼護筒有關(guān)，如采用鋼護筒作為鉆孔平臺的支撐，則應(yīng)根據(jù)水流、波浪、靠船力等外荷載進行設(shè)計，并按施工期單樁穩(wěn)定、汛期的平臺整體穩(wěn)定進行計算。本課題研究過程中依托的寶鋼馬跡山港區(qū)卸船碼頭工程施工中，就是以鋼護筒作為鉆孔平臺的支撐。人造基床穩(wěn)樁方法具有工藝簡單、施工方便、成本造價低等優(yōu)點。但是在巖基落差較大時，較難保證人工基床的坡度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決離岸深水淺覆蓋層條件下嵌巖樁施工期的穩(wěn)樁問題。通過對常見幾種單樁穩(wěn)樁技術(shù)的比較分析，本發(fā)明提出了一種裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁方法。 該方法結(jié)合數(shù)模和物模計算結(jié)果，通過利用人工基床穩(wěn)樁技術(shù)解決單樁的穩(wěn)樁問題，另外采用挑梁穩(wěn)樁的施工工藝解決碼頭前排樁的穩(wěn)樁問題。該方法具體方案包括如下步驟(1)人造基床的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)人造基床拋投及成型；⑶鋼套筒沉放；(4)群樁的穩(wěn)樁施工。其特征在于，所述步驟(1)中，人造基床的厚度范圍為7m 8m，基床設(shè)計成三層結(jié)構(gòu)第一層 (底)為袋裝碎石混粘土，厚度1. 5m ；第二層(中)為袋裝中粗砂，厚度為3. 5m ；第三層 (頂)為護面袋裝碎石，厚度為an;基床邊坡為1 1.5，碼頭后沿鋼套筒中心線離基床頂邊沿距按:3m控制，以保證穩(wěn)樁足夠的側(cè)向約束；同時考慮到碼頭前沿有水深要求，為避免人造基床拋投后影響碼頭前沿水深，碼頭前沿第一排樁采用上下結(jié)合的穩(wěn)樁方案，即樁尖用3 ^!基床約束，樁頂利用挑梁加固。所述步驟( 具體過程為根據(jù)人工基床斷面結(jié)構(gòu)，層面控制按先拋投厚袋裝碎石粘土，再拋投袋裝砂，最后拋投護面袋裝碎石的順序進行；平面上采用網(wǎng)格法拋投工藝； 每次拋投前測出漂流量；開體駁要縱橫交錯拋投，以確?；灿行С尚停粧佂斗謱舆M行，每分層厚度控制在2. Om之內(nèi)；所述拋投過程中邊拋邊測，并合理錯動船位，以達“削峰填谷” 的目的，直至拋至設(shè)計標高為止，以確?；埠穸?；每次拋投后，用無驗潮水深測量系統(tǒng)進行基床斷面測量，潛水配合及時了解基床的變化情況，指導(dǎo)下一步拋投；開體駁拋設(shè)基本形成設(shè)計斷面后，對基床邊角及局部不足部分，采用網(wǎng)絡(luò)吊機船侯緩平潮靠泊定位船，對局部不足區(qū)域進行補拋；所述每階段拋投結(jié)束后，利用無驗潮水深測量系統(tǒng)測繪出各斷面的變化情況。所述步驟(3)具體過程為首先對樁尖進行加強，鋼套筒壁厚為20mm，在樁尖 IOOOmm范圍內(nèi)外加一周16mm厚鋼板，提高了樁尖的剛度和強度，降低了樁尖卷邊的發(fā)生概率；其次根據(jù)不同地質(zhì)條件嚴格控制最終貫入度。對巖面平緩位置，樁尖幾乎全斷面的進入風(fēng)化巖層，貫入度按3mm/擊控制；巖面坡度較大位置，為了避免局部的邊緣因錘擊能力過大而卷邊，貫入度放寬至5mm/擊，為了避免樁尖部分斷面沒進入巖層而漏漿，利用人造基床底層的袋裝碎石粘土護壁護底。所述步驟(4)具體過程為根據(jù)海側(cè)樁的穩(wěn)樁要求，先沉每個排架的岸側(cè)3根或4 根樁，完成3 4個排架后形成鋼平臺，然后沉海側(cè)樁，利用平臺鋼梁(挑梁)加固樁頂，完成穩(wěn)樁。
上述方案中，所述步驟O)中為保證鋼套筒的沉樁正位率，對樁位處的護面袋裝碎石要進行潛水員人工整平。拋投完畢后，潛水員下水，對局部較大的“凸包”或“凹坑”進行人工整平。上述方案中，所述步驟O)中基床驗收采用網(wǎng)格法，將整個基床劃分為anxaii網(wǎng)格，利用無驗潮水深測量系統(tǒng)測繪工前工后標高；驗收時每個網(wǎng)格對應(yīng)工前工后水深確定實際拋填厚度，沒有達到基床厚度要求的區(qū)域用GPS精確定位后進行補拋，確保整個基床的拋填厚度滿足要求。本發(fā)明方法作為裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁技術(shù)，通過對幾種穩(wěn)樁技術(shù)進行比較，經(jīng)設(shè)計計算，并利用單樁穩(wěn)定物理模型試驗，驗證了人造基床技術(shù)的適用性， 同時針對工程進行了人造基床的設(shè)計和施工，成功解決了離岸深水淺覆蓋層條件下的穩(wěn)樁問題以及碼頭前沿水深受限制的問題。另外，通過使碼頭前排樁采用挑梁穩(wěn)樁的施工工藝， 從而盡量減少人造基床對碼頭前沿水深的影響。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明。

圖1為平臺穩(wěn)定分析有限元模型示意圖。圖2為#19斷面的人造基床示意圖。圖3為斷面的人造基床示意圖。圖4為鋼套筒穩(wěn)定性計算簡圖。圖5為人造基床設(shè)計斷面圖。圖6為沉樁順序圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明方法中為了確保人造基床在離岸深水淺覆蓋層條件下單樁穩(wěn)樁的可行性， 針對碼頭具有代表性的19#排架和28#排架中的單樁，進行了單樁和群樁的物模試驗，并通過數(shù)模計算進行理論分析。試驗時，波高考慮施工期波高取1. 20m,校核波高取1. 50m ；試驗水位取85黃海高程系的設(shè)計高水位+2. 2 !和低水位+0. 2m ；水流流速參考現(xiàn)場實際情況取2. Om/s。單樁和群樁的穩(wěn)定性物模試驗在河海大學(xué)60X 1. OX 1. 5m的規(guī)則波水槽中進行。模型按重力相似準則設(shè)計，根據(jù)實驗室水槽尺度和流速、波浪大小，選用正態(tài)模型，長度比尺為1 48。鋼套管采用有機玻璃管模擬；袋裝碎石采用袋裝粗砂模擬，袋裝砂采用袋裝細砂模擬，袋裝泥、 碎石混合物由袋裝黃泥與細砂混合物模擬(每個布袋體尺寸為4CmXkmX2Cm)。試驗表明19#排架單樁鋼套管在基床厚度為8. Om時基本穩(wěn)定；當(dāng)基床厚度為 7. Om時，樁端位移量較大(大于《港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)程》允許位移量300mm)，推薦基床厚度為8. Om。28#排架單樁鋼套管在基床厚度為7. Om時穩(wěn)定；當(dāng)基床厚度為6. Om 時，施工期工況處于臨界狀態(tài)，鋼套管接近失穩(wěn)，推薦基床厚度為7. Om。在設(shè)計高水位+2. 22m, 19#排架中間樁基床厚度8. Om,且與相鄰排架相連形成上部聯(lián)系平臺結(jié)構(gòu)時，根據(jù)波流穩(wěn)定性確定其臨界穩(wěn)定時水流流速達4. 2m/s，最大波高約 6.5m。實際上的流速幾乎達不到4. 2m/s，所以排架基本可以保證穩(wěn)定。另外在最大流速狀態(tài)下排架頂端位移較大，在臺風(fēng)期應(yīng)采取加固措施，保證平臺穩(wěn)定。為了進一步確定多排架聯(lián)合成整體的平臺穩(wěn)定，采用了通用有限元軟件ANSYS，選擇5榀排架組合成一分段進行分析計算。整體模型如圖1所示。根據(jù)分析，選擇碼頭前沿第二排樁首先進行嵌巖施工對施工平臺在臺風(fēng)期的穩(wěn)定有利。上述方案是建立在人造基床8m厚(即樁底有an厚的拋填袋裝碎石、^!厚的拋填袋裝砂、頂層an厚的拋填袋裝碎石)、樁頂加固聯(lián)系鋼結(jié)構(gòu)與鋼套管可靠連接的前提下，并且袋裝碎石層和袋裝砂層必須具有良好的密實性。(一 )人造基床的結(jié)構(gòu)設(shè)計；通過物模試驗和數(shù)模計算分析，得到的結(jié)果是人工基床在7 8m厚度時可以保證馬跡山海域鋼套筒的單樁和群樁穩(wěn)定性。同時參考《港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)程》附錄E提供的計算方法和穩(wěn)定判別方法，進行單樁穩(wěn)樁的設(shè)計計算。單根鋼套筒沉放后，主要受水流、波浪荷載及樁傾斜的自重效應(yīng)。由于水深流急， 人造基床在成型及以后嵌巖樁施工中應(yīng)該具有抗潮流沖刷能力，且保證在沉樁震動影響下人工基床不失穩(wěn)、不滑移，以及人工基床不會因鉆孔、清渣和潮流沖刷作用而產(chǎn)生大的流失，因此基床厚度應(yīng)考慮沉降、流失、誤差及穩(wěn)定性富余量；另外，由于巖面傾斜鋼套筒樁尖不能與巖面完全接觸，因此，人工基床結(jié)構(gòu)還要考慮成孔過程中不漏孔。鋼套筒的穩(wěn)定計算方法按m法的設(shè)計原理進行，通過試算得出最小入土深度從而確定人造基床的厚度。1)設(shè)計計算基本資料工程水域落潮流速大于漲潮流速，最大測點流速為2. 94m/s，垂線平均最大流速在1.沈 2. 10m/s之間，因此鋼套筒穩(wěn)定計算時按垂線平均流速1. 8m/s取值，施工波高 1. Om0鋼套筒直徑2. 8m ；鋼套筒頂標高+5. Om ；計算流速1. 8m/s ；設(shè)計高水位+2. 2m ；波要素施工波高1. Om，波長93m。由于嵌巖樁區(qū)域總體巖面相對平緩，起伏不大，選擇#19、#28斷面作為典型斷面進行人造基床穩(wěn)樁的可行性分析。典型斷面見圖2和圖3。
權(quán)利要求
1.裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁方法，該方法包括如下步驟(1)人造基床的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)人造基床拋投及成型；(3)鋼套筒沉放；(4)群樁的穩(wěn)樁施工；其特征在于，所述步驟(1)中，人造基床的厚度范圍為7m 8m，基床設(shè)計成三層結(jié)構(gòu)第一層(底) 為袋裝碎石混粘土，厚度1. 5m ；第二層(中)為袋裝中粗砂，厚度為3. 5m ；第三層(頂)為護面袋裝碎石，厚度為an;基床邊坡為1 1.5，碼頭后沿鋼套筒中心線離基床頂邊沿距按: 控制，以保證穩(wěn)樁足夠的側(cè)向約束；同時考慮到碼頭前沿有水深要求，為避免人造基床拋投后影響碼頭前沿水深，碼頭前沿第一排樁采用上下結(jié)合的穩(wěn)樁方案，即樁尖用3 ^!基床約束，樁頂利用挑梁加固；所述步驟( 具體過程為根據(jù)人工基床斷面結(jié)構(gòu)，層面控制按先拋投厚袋裝碎石粘土，再拋投袋裝砂，最后拋投護面袋裝碎石的順序進行；平面上采用網(wǎng)格法拋投工藝；每次拋投前測出漂流量；開體駁要縱橫交錯拋投，以確?；灿行С尚?；拋投分層進行，每分層厚度控制在2. Om之內(nèi)；所述拋投過程中邊拋邊測，并合理錯動船位，以達“削峰填谷”的目的，直至拋至設(shè)計標高為止，以確?；埠穸?；每次拋投后，用無驗潮水深測量系統(tǒng)進行基床斷面測量，潛水配合及時了解基床的變化情況，指導(dǎo)下一步拋投；開體駁拋設(shè)基本形成設(shè)計斷面后，對基床邊角及局部不足部分，采用網(wǎng)絡(luò)吊機船侯緩平潮靠泊定位船，對局部不足區(qū)域進行補拋；所述每階段拋投結(jié)束后，利用無驗潮水深測量系統(tǒng)測繪出各斷面的變化情況；所述步驟(3)具體過程為首先對樁尖進行加強，鋼套筒壁厚為20mm，在樁尖IOOOmm 范圍內(nèi)外加一周16mm厚鋼板，提高了樁尖的剛度和強度，降低了樁尖卷邊的發(fā)生概率；其次根據(jù)不同地質(zhì)條件嚴格控制最終貫入度。對巖面平緩位置，樁尖幾乎全斷面的進入風(fēng)化巖層，貫入度按3mm/擊控制；巖面坡度較大位置，為了避免局部的邊緣因錘擊能力過大而卷邊，貫入度放寬至5mm/擊，為了避免樁尖部分斷面沒進入巖層而漏漿，利用人造基床底層的袋裝碎石粘土護壁護底；所述步驟(4)具體過程為根據(jù)海側(cè)樁的穩(wěn)樁要求，先沉每個排架的岸側(cè)3根或4根樁，完成3 4個排架后形成鋼平臺，然后沉海側(cè)樁，利用平臺鋼梁加固樁頂，完成穩(wěn)樁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁方法，其特征在于，所述步驟O)中為保證鋼套筒的沉樁正位率，對樁位處的護面袋裝碎石要進行潛水員人工整平。拋投完畢后，潛水員下水，對局部較大的“凸包”或“凹坑”進行人工整平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁方法，其特征在于，所述步驟⑵中基床驗收采用網(wǎng)格法，將整個基床劃分為anxan網(wǎng)格，利用無驗潮水深測量系統(tǒng)測繪工前工后標高；驗收時每個網(wǎng)格對應(yīng)工前工后水深確定實際拋填厚度，沒有達到基床厚度要求的區(qū)域用GPS精確定位后進行補拋，確保整個基床的拋填厚度滿足要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種裸露基巖人造基床與挑梁相結(jié)合的穩(wěn)樁方法。該方法包括如下步驟(1)人造基床的結(jié)構(gòu)設(shè)計；(2)人造基床拋投及成型；(3)鋼套筒沉放；(4)群樁的穩(wěn)樁施工。通過對幾種穩(wěn)樁技術(shù)進行比較，經(jīng)設(shè)計計算，并利用單樁穩(wěn)定物理模型試驗，驗證了人造基床技術(shù)的適用性，同時針對工程進行了人造基床的設(shè)計和施工，成功解決了離岸深水淺覆蓋層條件下的穩(wěn)樁問題以及碼頭前沿水深受限制的問題。另外，通過對碼頭前排樁采用挑梁穩(wěn)樁的施工工藝，從而盡量減少人造基床對碼頭前沿水深的影響。
文檔編號E02D7/00GK102191775SQ20101012752
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者嚴建平, 劉凌云, 尹海卿, 張曦, 徐明賢, 曹義國, 管有干, 陸大偉, 顧華平 申請人:中交第三航務(wù)工程局有限公司