一种深水陡峭起伏岩面钢围堰施工工艺
阅读说明：本技术 一种深水陡峭起伏岩面钢围堰施工工艺 (Construction process of steel cofferdam with deep water steep undulating rock surface ) 是由 钱申春 戴良军 程涛 崔林钊 崔健 危明 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种深水陡峭起伏岩面钢围堰施工工艺,其施工步骤为：一、在深水陡峭岩面开挖基槽；二、并在基槽内部间隔施工钻孔桩；三、钢围堰精准下放至基槽内；四、基槽外边坡填筑碎石；五、加劲型钢放置钻孔桩中,并在钢围堰夹壁内浇筑混凝土；六、钢护筒下放,封底混凝土浇筑,灌注桩施工；七、围堰内抽水及钢护筒割除。本发明采用基槽对钢围堰进行固定,通过基槽外边坡中的填筑碎石避免围堰隔舱混凝土浇筑时的渗漏,通过基槽内间隔设置的钻孔桩来加强钢围堰与河床的连接,能有效减少封底层混凝土浇筑量,避免钢围堰的抗浮力不能满足设计要求。(The invention relates to a construction process of a steel cofferdam on a deep water steep undulating rock surface, which comprises the following construction steps: firstly, excavating a foundation trench on a deep-water steep rock surface; secondly, constructing drilled piles in the foundation trench at intervals; thirdly, accurately lowering the steel cofferdam into the foundation trench; fourthly, filling broken stones on the side slope outside the foundation trench; placing the stiffening section steel in the drilled pile, and pouring concrete in the steel cofferdam retaining wall; sixthly, lowering the steel casing, pouring bottom sealing concrete and constructing a cast-in-place pile; and seventhly, pumping water in the cofferdam and cutting off the steel pile casing. The steel cofferdam is fixed by the foundation trench, the leakage of cofferdam bulkhead concrete during pouring is avoided by filling broken stones in the side slope outside the foundation trench, the connection between the steel cofferdam and the riverbed is enhanced by the drilled piles arranged at intervals in the foundation trench, the concrete pouring amount of the bottom sealing layer can be effectively reduced, and the anti-floating force of the steel cofferdam can not meet the design requirement.)
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域，特别涉及一种深水陡峭起伏岩面钢围堰施工工艺。
背景技术
目前，大型钢围堰在深水桥梁工程的施工中得到了广泛应用，但应用于深水陡峭且无覆盖层岩面时存在围堰下沉定位不准确，围堰在外力易发生滑移，围堰底部与岩面存在较大空隙而造成封底混凝土无法很好浇筑等技术难题，使得桥梁基础工程的施工难度加大，危险系数增加，受河水深度及流速影响增大，施工质量得不到保证。
为解决深水陡峭且无覆盖层岩面桥梁基础工程中存在的技术问题，公开号为CN109113086 B、公开日为2019年8月20的发明专利申请文件中公开了“一种深水基岩裸露河床区的钢混组合围堰施工方法”；钢混组合围堰包括咬合桩围堰和设于咬合桩围堰顶部的双壁钢围堰。由于河床岩面较为起伏且无覆盖层，使得咬合桩钻孔的定位较为困难，成桩后顶部位置精度较小，钢围堰下沉后不能保证加劲型钢正好位于钢围堰内部；该专利的创新性是利用咬合桩的抗渗漏性较好的特点，若咬合桩的成孔精度较差，则桩与桩之间可能存在缝隙，抗渗透性就大大折扣；由于浇筑后的混凝土表面仍存在凹凸不平的现象，使得夹壁混凝土浇筑时混凝土在河水冲击力作用下发生渗漏现象。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种钻孔桩成孔精度高、夹壁混凝土浇筑时混凝土不易外渗的一种深水陡峭起伏岩面钢围堰施工工艺，来解决传统施工技术中存在的问题，以增加围堰的抗倾覆、抗滑移、抗浮承载能力，保证封底混凝土的浇筑质量，进而保证工程施工质量、加快施工进度、降低施工成本。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种深水陡峭起伏岩面钢围堰施工工艺，该方法包括以下步骤：
步骤一、基槽开挖：根据承台大小设计钢围堰的形状，在深水陡峭岩面开挖基槽，基槽表面沿着岩面陡峭的走势，基槽底面平顺，并与钢围堰的底部形状一一对应；所述基槽底面的宽度大于钢围堰底部的宽度；
步骤二、钻孔桩施工：在基槽中心线位置，间隔打设钻孔桩，钻孔桩的直径应小于钢围堰底部的宽度，钻孔桩的中心位于钢围堰底部的中心线上；
步骤三、钢围堰下放：按照常规围堰下沉施工方法，将施工钢围堰由上至下下沉至水中基槽上部，且围堰底部隔舱的中心线应该与所有钻孔桩的中心重合，钢围堰底部正好位于钻孔桩的桩顶；
步骤四、基槽外边坡填筑：在基槽的外边坡填筑碎石；所述填筑基槽外边坡的下方靠近钻孔桩位置上的碎石粒径较小，确保夹壁混凝土浇筑时混凝土不会沿着钢围堰下表面与基槽底面的空隙渗出，填筑基槽外边坡的上方靠近钢围堰位置上碎石粒径较大，确保在河水的冲击下不发生位移；
步骤五、加劲型钢放置及夹壁混凝土浇筑：将加劲型钢从钢围堰内部调入钻孔桩中，加劲型钢长度大于钻孔桩深度；加劲型钢下方伸入钻孔桩，上方伸入钢围堰内部，然后浇注夹壁混凝土，通过夹壁混凝土将钢围堰与钻孔桩及加劲型钢粘结形成整体，从而达到稳固钢围堰的目的；
步骤六、封底混凝土浇筑及灌注桩施工：将钢护筒通过钢围堰上部设置的导向架下放至岩面顶部并固定，水下浇筑封底混凝土，待封底混凝土达到设计强度后，进行灌注桩成孔，并下放钢筋笼浇筑成型；
步骤七、钢围堰内抽水及钢护筒割除：待灌注桩中混凝土达到设计强度后，抽除钢围堰内水，并拆除钢围堰的底部钢支撑，破除封底混凝土表层的混凝土并切割钢护筒，破除桩头，绑扎承台钢筋，完成承台混凝土浇筑。
进一步的，所述步骤一中基槽表面沿着岩面陡峭的走势设置，其两侧均设置为一定坡度的边坡，沿着岩面陡峭的走势基槽外边坡的坡度依次增大。
特别的，所述基槽截面形状为倒梯形结构，基槽底面宽度大于钢围堰底部宽度30~40cm，且钢围堰底部的中心线与基槽底面的中心线重合，沿着岩面陡峭的走势基槽外边坡坡度依次为45~60°和30~45°。
再进一步的，所述步骤二中钻孔桩直径、深度均相同，其沿着岩面陡峭的走势差异性设置；所述岩面沿着岩面陡峭的走势和水面的潮汐走势分为上坡面、下坡面、迎水面以及背水面；所述钻孔桩设置在上坡面、下坡面、迎水面、背水面的个数根据钢围堰的抗浮承载力、钢围堰与封底混凝土的粘结力以及钻孔桩的抗浮力来计算确定；所述钻孔桩在上坡面的间距较小，钻孔桩在下坡面的间距较大，在迎水面及背水面的间距介于两者之间；所述钻孔桩在上坡面、下坡面的钻孔桩等间距设置，在迎水面、背水面的钻孔桩间距随其距离河岸的距离减少而减少。
进一步的，所述步骤三中，若因钻孔桩位置存在施工误差，使得钻孔桩的中心不在钢围堰的中心线上，则应保证钻孔桩的顶面全部位于钢围堰下表面的内部，同时确保钢围堰下表面与基槽底面密切接触。
更进一步的，所述步骤五中加劲型钢深入钢围堰底部的高度大于30~40cm，且夹壁混凝土的浇筑高度高于加劲型钢的高度2cm；所述加劲型钢为工字钢、槽钢、H型钢或方钢制成；
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明采用在岩面表层沿着岩面走势开挖成一基槽的方式，大幅降低了传统爆破施工工艺中的岩石爆破量大，对环境污染大的不利影响。
2、本发明中通过基槽的开挖，能够确保钢围堰下沉后在重力及河水冲击力等不利荷载作用下的抗倾覆、抗滑移能力满足要求，围堰底部能够与基槽底面很好的接触，不会产生较大的缝隙。
3、本发明中基槽外边坡中填筑的碎石能够有效降低因钢围堰底部与基槽底面接触不良的影响进而造成河水冲击力对夹壁混凝土浇筑的不利影响。
4. 本发明中通过一定间距设置钻孔桩来增加钢围堰与岩面的连接力，从而大幅降低封底混凝土方量，避免岩面上边坡中因封底混凝土厚度较薄造成封底混凝土与钢围堰的粘结力较低，进而造成钢围堰抗浮承载力不能满足设计要求。
5. 本发明通过一种深水陡峭起伏岩面钢围堰施工工艺，与传统双壁钢围堰相比，工程难度大大减低，施工周期缩短，施工风险减低，环境污染可控，工程造价节约，是一种在深水陡峭起伏深水基础施工很有竞争力的施工工艺。
附图说明
图1为本发明的陡峭起伏岩面钢围堰立面示意图（夹壁混凝土浇筑后）；
图2为本发明中钢围堰与钻孔桩连接关系立面示意图；
图3为本发明中陡峭起伏岩面钢围堰平面示意图；
图4为本发明的陡峭起伏岩面钢围堰立面示意图（灌注桩施工后）；
图5为本发明的陡峭起伏岩面钢围堰立面示意图（承台施工后）。
图中标号：1基槽，1b，1c基槽外边坡，2钻孔桩，3起伏岩面，3a上坡面，3b下坡面，3c迎水面，3d背水面，4碎石，5加劲型钢，6夹壁混凝土，7封底混凝土，8灌注桩，9钢围堰，10钢护筒，11底层钢支撑，12承台。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
大型钢围堰在深水桥梁工程的施工应用于深水陡峭且无覆盖层岩面时，由于岩面表面存在陡峭的走势，存在围堰下沉定位不准确，现有的大型钢围堰的施工存在爆破施工工艺中的岩石爆破量大，对环境污染大的不利影响的问题，参阅图1、2、3所示，本发明主要过基槽的开挖，能够确保钢围堰下沉后在重力及河水冲击力等不利荷载作用下的抗倾覆、抗滑移能力满足要求，围堰底部能够与基槽底面很好的接触，不会产生较大的缝隙；其施工原理为：
基槽开挖：根据承台12大小设计钢围堰9的形状，在深水陡峭岩面3开挖基槽1，基槽1表面沿着岩面3陡峭的走势，基槽1底面平顺，并与钢围堰9的底部形状一一对应；基槽1底面的宽度大于钢围堰9底部的宽度；
值得注意的是：基槽1表面沿着岩面3陡峭的走势设置，其两侧均设置为一定坡度的边坡（1b、1c），沿着岩面3陡峭的走势基槽外边坡（1b、1c）的坡度依次增大；顺着岩面3陡峭的走势上岩面与基槽形成的基槽外边坡1c的坡度要小于下岩面与基槽形成的基槽外边坡1b；基槽1截面形状为倒梯形结构，基槽1底面宽度大于钢围堰9底部宽度30~40cm，且钢围堰9底部的中心线与基槽1底面的中心线重合，沿着岩面3陡峭的走势基槽1外边坡坡度（1b、1c）依次为45~60°和30~45°；
钻孔桩施工：在基槽1中心线位置，间隔打设钻孔桩2，钻孔桩2的直径应小于钢围堰9底部的宽度，钻孔桩2的中心位于钢围堰9底部的中心线上；
针对钻孔桩2的设置及钻孔桩2与岩面3位置关系：钻孔桩2直径、深度均相同，其沿着岩面3陡峭的走势差异性设置；岩面3沿着岩面陡峭的走势和水面的潮汐走势分为上坡面3a，下坡面3b，迎水面3c以及背水面3d；钻孔桩2设置在上坡面3a、下坡面3b、迎水面3c、背水面3d的个数根据钢围堰9的抗浮承载力、钢围堰9与封底混凝土7的粘结力以及钻孔桩2的抗浮力来计算确定；钻孔桩2在上坡面的3a间距较小，钻孔桩2在下坡面3b的间距较大，在迎水面3c及背水面3d的间距介于两者之间；钻孔桩2在上坡面3a、下坡面3b的钻孔桩等间距设置，在迎水面3c、背水面3d的钻孔桩间距随其距离河岸的距离减少而减少。
钢围堰9下放：按照常规围堰下沉施工方法，将施工钢围堰9由上至下下沉至水中基槽1上部，且围堰9底部隔舱的中心线应该与所有钻孔桩2的中心重合，钢围堰9底部正好位于钻孔桩2的桩顶；若因钻孔桩2位置存在施工误差，使得钻孔桩2的中心不在钢围堰9的中心线上，则应保证钻孔桩2的顶面全部位于钢围堰9下表面的内部，同时确保钢围堰9下表面与基槽1底面密切接触。
为了能够有效降低因钢围堰底部与基槽底面接触不良的影响进而造成河水冲击力对夹壁混凝土浇筑的不利影响，本发明通过基槽外边坡填筑：
在基槽1的外边坡填筑碎石4；填筑基槽外边坡（1b、1c）的下方靠近钻孔桩2位置上的碎石4粒径较小，确保夹壁混凝土6浇筑时混凝土不会沿着钢围堰9下表面与基槽1底面的空隙渗出，填筑基槽外边坡（1b、1c）的上方靠近钢围堰9位置上碎石4粒径较大，确保在河水的冲击下不发生位移；
另外为了增加钢围堰与岩面的连接力，从而大幅降低封底混凝土方量，避免岩面上边坡中因封底混凝土厚度较薄造成封底混凝土与钢围堰的粘结力较低，通过设置间距设置钻孔桩，将加劲型钢5从钢围堰内部调入钻孔桩中来实现：加劲型钢放置及夹壁混凝土浇筑：将加劲型钢5从钢围堰9内部调入钻孔桩2中，加劲型钢5长度大于钻孔桩2深度；加劲型钢5下方伸入钻孔桩2，上方伸入钢围堰9内部，然后浇注夹壁混凝土6，通过夹壁混凝土6将钢围堰9与钻孔桩2及加劲型钢5粘结形成整体，从而达到稳固钢围堰9的目的；
至此，钢围堰完成施工，以下为承台施工：
参阅图4所示，封底混凝土浇筑及灌注桩施工：将钢护筒10通过钢围堰9上部设置的导向架下放至岩面3顶部并固定，水下浇筑封底混凝土7，待封底混凝土7达到设计强度后，进行灌注桩8成孔，并下放钢筋笼浇筑成型；
参阅图5所示，钢围堰内抽水及钢护筒割除：待灌注桩8中混凝土达到设计强度后，抽除钢围堰9内水，并拆除钢围堰9的底部钢支撑11，破除封底混凝土表层的混凝土并切割钢护筒10，破除桩头，绑扎承台12钢筋，完成承台12混凝土浇筑；
利用本发明施工工艺施工的钢围堰的抗倾覆、抗滑移、抗渗透能力均得到了显著增强，工程施工难度、施工成本、危险程度均得到显著降低，适合作为现有深水起伏岩面钢围堰的施工，或同类施工结构的改进，经济及社会效益显著。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
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