專(zhuān)利名稱(chēng)：水下擠密砂樁施工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下擠密砂樁施工工藝。
背景技術(shù)：
砂樁法適用于處理松砂、粉土、素填土、雜填土、粘性土地基等，可用于散料堆場(chǎng)、 路提、碼頭、油罐、廠房和住宅等工業(yè)與民用建筑地基加固工程中。它起源于19世紀(jì)30年代的歐洲，初期主要采用沖孔搗實(shí)的施工方法，而后又采用振動(dòng)水沖方法。直到20世紀(jì)50 年代，砂樁在國(guó)內(nèi)外才得以迅速發(fā)展，施工工藝才逐步走向完善和成熟。20世紀(jì)50年代后期，日本成功地研制了振動(dòng)式和沖擊式的砂樁施工工藝，大大提高了工作效率和施工質(zhì)量， 處理深度很快由原來(lái)的6米增加到30余米。普通砂樁的施工工藝是在振動(dòng)機(jī)的振動(dòng)作用下，把套管打入規(guī)定的設(shè)計(jì)深度，套管入土后，然后再投入砂，排砂于土中，就成為砂樁。這種施工工藝處理效果較好，使樁與樁間土形成較好的復(fù)合地基，提高了地基承載力、防止了砂土液化、增大了軟弱地基土的整體穩(wěn)定性。水下擠密砂樁是一種地基加固新技術(shù)，它是在砂樁船上通過(guò)振動(dòng)設(shè)備和管腔增壓裝置把砂強(qiáng)制壓入水下軟弱地基中，經(jīng)過(guò)振動(dòng)拔管、回打、擠密擴(kuò)徑，形成擠密砂樁。通過(guò)擠密砂樁的置換、擠密、排水作用，可增加地基強(qiáng)度，加快地基固結(jié)，減少結(jié)構(gòu)物沉降，提高地基的抗液化能力。水下擠密砂樁的適用范圍廣泛，可應(yīng)用于對(duì)砂性土、粘性土、有機(jī)質(zhì)土等幾乎所有土質(zhì)的地基加固處理。與普通砂樁相比擠密砂樁樁體的密實(shí)性高，加固的置換率可達(dá)60 70%。水下擠密砂樁具有施工周期短、加固效果明顯，工序可控性好等特點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，非常適用于外海人工島、防波提、護(hù)岸、碼頭等工程的地基基礎(chǔ)加固。在目前建設(shè)和將要建設(shè)的離岸深水港工程項(xiàng)目中，傳統(tǒng)的地基處理方法已經(jīng)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)一方面來(lái)自施工方法本身的可操作性，另一方面來(lái)自工期的要求，前者受外海水深條件和波流條件的制約，常造成可供選用的地基加固方法十分有限，從而給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加難題，而后者工期上的要求往往也是制約外海工程的關(guān)鍵因素，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的軟土地基加固方法無(wú)不需要一定的時(shí)間來(lái)完成，在有效工作日十分有限的外海工程中，地基加固的時(shí)間常成為瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種水下擠密砂樁施工工藝。水下擠密砂樁施工工藝，包括以下步驟，1)定位采用陸上參考站及GPS測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行船舶定位，測(cè)量泥面標(biāo)高及水深；2)沉管先將套管頂部的加料口關(guān)閉，開(kāi)啟空壓機(jī)使儲(chǔ)氣罐的壓力升至額定壓力，根據(jù)施工所處位置的水深，調(diào)節(jié)壓力控制器至設(shè)定壓力，然后將套管放入水中，當(dāng)套管底離泥面:3m 5m時(shí)，開(kāi)啟加壓閥，給套管內(nèi)加壓，隨著壓力逐漸升高，將套管內(nèi)水體向外排出，套管靠自重入土下沉，同時(shí)采用砂面儀跟蹤套管內(nèi)泥柱高度，套管入土后加砂5m3 IOm3,調(diào)節(jié)壓力將泥柱高度控制在5m以?xún)?nèi)，繼續(xù)下沉套管，自重下沉停止后開(kāi)啟振動(dòng)錘下沉；3)端部處理當(dāng)套管底標(biāo)高達(dá)到處理土層標(biāo)高時(shí)，將套管提起，使套管端部的泥土全部排出，并被上部落下的砂填充，套管提升過(guò)程中，套管內(nèi)部加壓并采用噴氣口向下噴氣將砂吹落填充套管端部；4)拔管端部處理結(jié)束后，將套管下沉至預(yù)定標(biāo)高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管時(shí)套管內(nèi)加壓，砂面儀跟蹤管內(nèi)砂柱下落情況，根據(jù)套管直徑、砂樁直徑和每一循環(huán)成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過(guò):3m ；5)回打當(dāng)拔管到預(yù)定高度時(shí)，且砂面下落到規(guī)定的用砂量后，進(jìn)行振動(dòng)回打擴(kuò)徑，形成一段擠密砂樁，在回打過(guò)程中，管內(nèi)需加壓，其壓力在0. IMI^a 0. 5MPa，防止管內(nèi)砂柱上涌；6)重復(fù)步驟4和步驟5，進(jìn)行多次循環(huán)，逐段形成整根擠密砂樁，完成后進(jìn)行泥面測(cè)量。試驗(yàn)證明，按照上述工藝進(jìn)行擠密砂樁施工是合理可行的，這一工藝也已結(jié)合擠密砂樁的成樁機(jī)理，步驟簡(jiǎn)單、原理清晰、可操作性強(qiáng)，所需設(shè)備種類(lèi)雖然較多，但大多均為常規(guī)設(shè)備，易于采購(gòu)且造價(jià)適中，有利于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明提出的水下擠密砂樁施工工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明提出一種水下擠密砂樁施工工藝，包括以下步驟，1)定位采用陸上參考站及GPS測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行船舶定位，測(cè)量泥面標(biāo)高及水深；2)沉管先將套管頂部的加料口關(guān)閉，開(kāi)啟空壓機(jī)使儲(chǔ)氣罐的壓力升至額定壓力，根據(jù)施工所處位置的水深，調(diào)節(jié)壓力控制器至設(shè)定壓力，然后將套管放入水中，當(dāng)套管底離泥面:3m 5m時(shí)，開(kāi)啟加壓閥，給套管內(nèi)加壓，隨著壓力逐漸升高，將套管內(nèi)水體向外排出，套管靠自重入土下沉，同時(shí)采用砂面儀跟蹤套管內(nèi)泥柱高度，套管入土后加砂5m3 IOm3,調(diào)節(jié)壓力將泥柱高度控制在5m以?xún)?nèi)，繼續(xù)下沉套管，自重下沉停止后開(kāi)啟振動(dòng)錘下沉；3)端部處理當(dāng)套管底標(biāo)高達(dá)到處理土層標(biāo)高時(shí)，將套管提起，使套管端部的泥土全部排出，并被上部落下的砂填充，套管提升過(guò)程中，套管內(nèi)部加壓并采用噴氣口向下噴氣將砂吹落填充套管端部；4)拔管端部處理結(jié)束后，將套管下沉至預(yù)定標(biāo)高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管時(shí)套管內(nèi)加壓，砂面儀跟蹤管內(nèi)砂柱下落情況，根據(jù)套管直徑、砂樁直徑和每一循環(huán)成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過(guò):3m ；5)回打當(dāng)拔管到預(yù)定高度時(shí)，且砂面下落到規(guī)定的用砂量后，進(jìn)行振動(dòng)回打擴(kuò)徑，形成一段擠密砂樁，在回打過(guò)程中，管內(nèi)需加壓，其壓力在0. IMI^a 0. 5MPa，防止管內(nèi)砂柱上涌；6)重復(fù)步驟4和步驟5，進(jìn)行多次循環(huán)，逐段形成整根擠密砂樁，完成后進(jìn)行泥面測(cè)量。具體步驟如下如圖1所示，(1)沉管為使砂面儀正常工作，必須將套管14內(nèi)的大部分水排出，在“干法”施工條件下進(jìn)行施工。在摸清套管14內(nèi)壓力調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行加壓排水。將管內(nèi)壓力控制調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到一定的壓力，然后將套管14從空氣層11下沉入水層12。當(dāng)套管14底離泥面3 5m時(shí)， 開(kāi)啟加壓閥，給套管14內(nèi)加壓。同時(shí)觀察水面的冒泡情況，防止管內(nèi)壓力過(guò)大而破壞地基。套管14靠自重入土下沉并采用砂面儀跟蹤管內(nèi)泥柱15高度，套管14進(jìn)入土層13 一定深度后加砂，并調(diào)節(jié)管內(nèi)壓力將泥柱15控制在5m以?xún)?nèi)，繼續(xù)下沉套管14，自重下沉停止后開(kāi)啟振動(dòng)錘下沉。排水過(guò)程的關(guān)鍵是控制管內(nèi)壓力。下沉套管14成孔過(guò)程中，需要注意加砂不能過(guò)早，不能過(guò)早開(kāi)啟振動(dòng)錘，否則極易造成管內(nèi)砂柱16沖出套管14底部而影響施工質(zhì)量。同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控管內(nèi)泥柱15高度，當(dāng)泥柱15過(guò)高可通過(guò)加砂或加壓進(jìn)行控制。當(dāng)套管14底標(biāo)高接近或達(dá)到處理土層13標(biāo)高時(shí)，方可進(jìn)行端部處理。(2)端部處理端部處理是將套管端部的泥柱15排出并用砂填充。端部處理在兩個(gè)不同的位置進(jìn)行。第一組是先將套管14打至距離預(yù)定標(biāo)高1 ail后，再進(jìn)行端部處理，此時(shí)管內(nèi)泥柱 15較長(zhǎng)，加砂排泥的過(guò)程中要拔管并噴氣，排泥較為困難。經(jīng)分析主要是該處土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，因此改為套管14打入土中3 5m時(shí)進(jìn)行端部處理，此時(shí)排泥較為容易。在端部處理后繼續(xù)下沉的過(guò)程中，需要控制好管內(nèi)壓力，并進(jìn)行砂面跟蹤，防止管內(nèi)砂柱16外漏和泥土再次涌入套管14內(nèi)。對(duì)于不同土質(zhì)進(jìn)行端部處理的位置可以不同，土質(zhì)相對(duì)較好時(shí)，端部處理位置可以提高；土質(zhì)較軟時(shí)，端部處理位置應(yīng)接近或達(dá)到處理土層13底標(biāo)高。(3)拔管端部處理結(jié)束后，將套管14下沉至預(yù)定標(biāo)高，以一定速度向上拔管。為使管內(nèi)砂順利排出，管內(nèi)加壓，增加端部下噴嘴并噴氣，同時(shí)砂面儀跟蹤管內(nèi)砂柱下落情況，根據(jù)套管14直徑、砂樁直徑和每一循環(huán)成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過(guò)3m。 在拔管過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)砂下落困難，即使是下噴嘴噴氣，管內(nèi)砂下落也很困難，為使提升過(guò)程中保證泥土不進(jìn)入套管14端部，將每一循環(huán)的提升總高度分成數(shù)段，每次提升50cm， 即套管14端頭高度的一半(套管14端頭的高度為105cm)，砂面下落后再進(jìn)行提升，直至提升總高度和砂面下落滿足要求后回打，必要時(shí)可將每一循環(huán)的提升總高度縮短。試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)控制管內(nèi)砂柱高度大于:3m，如果砂柱過(guò)小，容易發(fā)生管內(nèi)砂柱16和壓縮空氣一起由管內(nèi)噴出。因此，在拔管前應(yīng)進(jìn)行加砂。在加砂過(guò)程中易發(fā)生套管14頂門(mén)、導(dǎo)門(mén)開(kāi)關(guān)門(mén)延遲，關(guān)門(mén)不到位無(wú)法加壓和頻繁大量使用壓縮空氣，空氣壓縮機(jī)負(fù)荷大，溫度報(bào)警而發(fā)生停車(chē)現(xiàn)象。經(jīng)分析，主要原因如下 由于空氣壓縮機(jī)供氣能力偏小，儲(chǔ)氣罐的容量不足，造成供氣系統(tǒng)的壓力不穩(wěn)定，從而影響氣動(dòng)控制的導(dǎo)門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉，使大量壓縮空氣損失，進(jìn)而加大了空氣壓縮機(jī)的負(fù)荷。為此需
5將氣動(dòng)控制和管內(nèi)加壓分開(kāi)。氣動(dòng)控制部分的用氣量小，但要求氣壓穩(wěn)定，可單獨(dú)設(shè)立一個(gè)的儲(chǔ)氣罐供氣，確保氣動(dòng)控制設(shè)備的操作及時(shí)有效。同時(shí)對(duì)管內(nèi)加壓的控制系統(tǒng)，需配置 1. 2倍以上加壓套管體積的儲(chǔ)氣罐及相應(yīng)的空氣壓縮機(jī)。(4)回打當(dāng)拔管到預(yù)定高度時(shí)，且砂面下落到規(guī)定的用砂量后，可進(jìn)行回打。在回打過(guò)程中，管內(nèi)需加壓，并應(yīng)控制管內(nèi)壓力，防止管內(nèi)砂柱16上涌。在回打過(guò)程中應(yīng)密切觀察管內(nèi)砂面變化情況，控制管內(nèi)壓力確?；卮蜻^(guò)程中砂柱高度不變，防止砂回涌或噴出。在擠密砂樁成樁循環(huán)過(guò)程中，樁底部的擠密擴(kuò)徑較難、成樁速度較慢，而在樁的頂部(接近泥面的:3m 5m)，回打擠密擴(kuò)徑較容易。這是由于在樁頂部時(shí)，套管14入土體厚度較小，土體對(duì)擠密砂樁的側(cè)向約束力相對(duì)較小。因此在成樁過(guò)程中，接近樁頂部時(shí)，為防止管內(nèi)砂樁沖出，管內(nèi)壓力應(yīng)減少。為提高砂樁頂部的施工質(zhì)量，成樁的“步長(zhǎng)”即每一循環(huán)的成樁高度需減短。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.水下擠密砂樁施工工藝，其特征在于，包括以下步驟，1)定位采用陸上參考站及GPS測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行船舶定位，測(cè)量泥面標(biāo)高及水深；2)沉管先將套管頂部的加料口關(guān)閉，開(kāi)啟空壓機(jī)使儲(chǔ)氣罐的壓力升至額定壓力，根據(jù)施工所處位置的水深，調(diào)節(jié)壓力控制器至設(shè)定壓力，然后將套管放入水中，當(dāng)套管底離泥面: 5m時(shí)，開(kāi)啟加壓閥，給套管內(nèi)加壓，隨著壓力逐漸升高，將套管內(nèi)水體向外排出，套管靠自重入土下沉，同時(shí)采用砂面儀跟蹤套管內(nèi)泥柱高度，套管入土后加砂5m3 10m3，調(diào)節(jié)壓力將泥柱高度控制在5m以?xún)?nèi)，繼續(xù)下沉套管，自重下沉停止后開(kāi)啟振動(dòng)錘下沉；3)端部處理當(dāng)套管底標(biāo)高達(dá)到處理土層標(biāo)高時(shí)，將套管提起，使套管端部的泥土全部排出，并被上部落下的砂填充，套管提升過(guò)程中，套管內(nèi)部加壓并采用噴氣口向下噴氣將砂吹落填充套管端部；4)拔管端部處理結(jié)束后，將套管下沉至預(yù)定標(biāo)高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管時(shí)套管內(nèi)加壓，砂面儀跟蹤管內(nèi)砂柱下落情況，根據(jù)套管直徑、砂樁直徑和每一循環(huán)成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過(guò)3m ；5)回打當(dāng)拔管到預(yù)定高度時(shí)，且砂面下落到規(guī)定的用砂量后，進(jìn)行振動(dòng)回打擴(kuò)徑，形成一段擠密砂樁，在回打過(guò)程中，管內(nèi)需加壓，其壓力在0. IMI^a 0. 5MPa，防止管內(nèi)砂柱上涌；6)重復(fù)步驟4和步驟5，進(jìn)行多次循環(huán)，逐段形成整根擠密砂樁，完成后進(jìn)行泥面測(cè)量。
全文摘要
水下擠密砂樁施工工藝，包括定位、沉管、端部處理、拔管、回打等步驟，逐段形成整根擠密砂樁，該工藝步驟簡(jiǎn)單、原理清晰、可操作性強(qiáng)，所需設(shè)備種類(lèi)雖然較多，但大多均為常規(guī)設(shè)備，易于采購(gòu)且造價(jià)適中，有利于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)E02D27/52GK102296588SQ201110141768
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉璐, 吳心怡, 尹海卿, 張曦, 徐明賢, 熊文峰, 顧巍, 顧春光 申請(qǐng)人:中交第三航務(wù)工程局有限公司