高落差河段桥梁深水基础快速施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁施工技术领域，尤其涉及高落差河段桥梁深水基础快速施工方法。


背景技术：

2.桥梁深水基础所受的水平力，如水流冲击力、船舶碰撞力、水力、水撞力、波浪力等，要比陆上或浅水基础大得多。深水基础的施工不仅关系到基础造价高低，还直接影响到桥梁工程的成败、质量和工期。
3.深水基础属于水下隐蔽工程，其没计与施工时必须将水流流速、水深深度等因素及由深水所引起的其他约束条件联系起来综合分析，并采取相应措施。
4.桥墩位于离岸水中位置，通常需要施工筑岛围堰。筑岛围堰通常为钢围堰，钢围堰一般从设计至正式投入使用时间长，且对钢材消耗量大，成本高。


技术实现要素：

5.本技术为了解决上述技术问题提供高落差河段桥梁深水基础快速施工方法。
6.本技术通过下述技术方案实现：
7.高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，包括以下步骤：
8.s1，施工夹心式土石筑岛围堰；
9.s2，在夹心式土石筑岛围堰上施工咬合桩和主桥桩基；
10.s3，桥梁承台基坑开挖；
11.s4，水下承台和墩柱施工。
12.可选的，所述s1包括以下步骤：筑岛采用由河岸向河心填筑围堰体的中心平台，在已填筑的围堰平台为中心从上游迎水面逆时针码砌石笼；围堰在填筑至靠河心侧一定距离时，在外围摆码吨袋，并在吨袋靠主墩方向填筑一定宽度的黏土。
13.可选的，吨袋码砌主要分为两个阶段：水面以下采用挖掘机甩码，水面以上采用吊车依次错分堆码；黏土随岛体的填筑高度同步填筑。
14.特别的，所述黏土主要为亚黏土，成分以高岭石、伊利石为主。
15.可选的，s2中，在夹心式土石筑岛围堰上同步施工咬合桩和主桥桩基。
16.特别的，在迎水面采用桩径1.5m的咬合桩，背水面采用桩径1.2m的咬合桩。
17.可选的，s3中，采用无线动态监测系统配合整体围堰监测组合进行基坑开挖。
18.可选的，所述s4中，部分或全部墩柱采用挂模施工，挂模施工包括：在第一层混凝土顶预埋胎型螺栓，第二层模板直接安装在胎型螺栓上进行作业。
19.可选的，所述s4中，主墩的部分或全部承台采用后场完成钢材加工与骨架拼装、前场焊接安装定位的方式进行作业。
20.可选的，所述s2中采用双护筒或三护筒桩基施工，护筒之间的底部充填有黏土。
21.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
22.1，本技术采用夹心式土石围堰结构，可缩短工期，节约成本；同时黏土防水层同围堰同步填筑，可对桩基施工起到封水堵水作用，有利于完成水下基础、承台、墩柱的施工；
23.2，本技术在迎水面采用桩径1.5m的咬合桩，有利于围堰稳定性，背水面采用桩径1.2m的咬合桩，不仅满足围堰稳定性，而且降低成本；
24.3，本技术在部分墩上采用挂模作业，可减少作业时间，提高施工进度，同时能减少模板的钢材用量；
25.4，本技术的护筒间通过黏土填塞的底部可形成封水层，可减缓、阻断桩基成孔过程中的护筒内外的水流渗水压力，保证成桩质量。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本技术实施方式的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施方式的限定。
27.图1是实施例一中夹心式土石筑岛围堰的示意图；
28.图2是实施例一中咬合桩围堰及实验桩基平台布置图；
29.图3是实施例一中第一层围檩支撑的示意图；
30.图4是实施例一中第二层围檩支撑的示意图；
31.图5是实施例一中的第一层围檀应力检测数据图；
32.图6是实施例一中的第二层围檀应力检测数据图；
33.图7是实施例一中的迈达斯civi l整体性建模验算结果图；
34.图8是实施例一中迈达斯fea对局部桩体的应力作用下的变形分析图；
35.图9是实施例一中迈达斯civi l对主桥桩基在围堰及水压力作用的下的咬合桩变形位移图；
36.图10是实施例一中的平面偏位图；
37.图11是实施例一中胎型螺栓的结构图；
38.图12是实施例一中的咬合桩监测数据图；
39.图13是实施例一中围檀和咬合桩监测数据图；
40.图14是实施例二中墩桩基平台布置图；
41.图15是实施例二中咬合桩围堰布置图；
42.图16是实施例二中主桥2#墩立面图；
43.图17是实施例二中主桥3#墩立面图。
具体实施方式
44.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
45.实施例1
46.本实施例以沱江大桥主桥4号墩深水基础快速施工为例，主要包括夹心式围堰施工、桩基平行作业、基坑反台阶开挖和支护施工、水下承台和墩柱施工、基坑变形监测和数
据整理分析，下面对各节段进行详细介绍。
47.第一阶段、夹心式土石筑岛围堰施工。
48.主桥4号墩位于距离沱江简阳岸80的位置，通过先期对4号墩处水深、水面高程测量、结合桥址处上游白果电站的走访，了解到枯水期开关水闸可引起3m左右的水位落差。
49.现场对枯水期的水深和水面高程就行了测量，桥址处水深在3-7m之间，水面高程413.52m，岛体为了保证围堰的稳定，填筑的岛体高出枯水水面4m即417.52m。筑岛围堰工作面宽90m，长40m，填筑高度为5.7～9.8m，筑岛顶面高程控制在417.52m，保证施工平台高出实测水位4m。
50.填料在5#墩承台基坑和5#墩至6#墩之间的红线内进行挖取，为保证筑岛围堰施工进度，筑岛采用由河岸向河心填筑围堰体的中心平台，在已填筑的围堰平台为中心从上游迎水面逆时针码砌钢丝石笼，人工配合机械，用挖机配合人工从上游向下游先行施工外侧的钢丝石笼，卵石石笼错缝码砌。
51.由于咬合桩和4号墩主桥桩基均需要在围堰上施工，且围堰填筑高度过高，均为中风化粉砂岩，空隙大。如图1所示，在填筑过程中，围堰在填筑至靠河心侧6m时，采用吊车、挖掘机在外围摆码装粒径大于15cm的中分化岩粉砂岩的吨袋，并在吨袋靠4号主墩方向填筑宽度不小于5m的黏土，起到堵水防水作用。因黏土带的防水作用。黏土主要来源为场地内清理的亚黏土。该黏土的主要特性为：塑性指数：10《i p≤17，黏土主要为中低液限黏土，成分以高岭石、伊利石为主，充分利用高岭土的特性。高岭土晶胞之间的联结是氧原子与氢氧基之间的氢键，联结力较强，晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入的特点。由于晶格间连接力较强，水分子不容易进入，所以伊利石亲水性、胀缩性不如蒙脱石，其液限变化范围为80～120％，塑限为45～60％。伊利石属于较不稳定的中间产物，性质介于蒙脱石和高岭石之间，为了保证土石围堰的黏土封水层的施工质量，对土壤的液限、高岭土的最近絮凝度、黏土中高岭土的含量进行了试验分析，最终确定高岭土的絮凝度和黏土中高岭土的含量的关系式，在保证最大限度利用场地内黏土的同时保证围堰的封水质量。
52.其中，土壤的液限试验数据如表1所示：
53.表1：土壤的液限试验数据表
[0054][0055]
值得说明的是，现场研究主要的实施步骤中吨袋码砌主要分为两个阶段，水面以下，水面以上。水面以下采用460挖掘机甩码，水面以上采用吊车依次错分堆码。黏土的阻水层采用随岛体的填筑高度同步填筑。
[0056]
后场的试验室根据现场的填筑进度及时对选取的黏土进行含水率、液塑限的检测，确保保证满足前场的研究要求。
[0057]
2021年3月16日开始进行筑岛围堰研究，历时12天，于3月27日完成下游区域筑岛围堰平台的填筑；历时15天，于3月30日完成上游区域筑岛围堰平台的填筑。使用2台挖机工作12天时间、1台50装载机工作12天时间、1台25t吊车工作2天时间、背车10台工作12天时间。夹心式围堰结构型式研究成果可减少费用主要体现在后期的咬合桩和桩基平行施工研究上，对于提供后续平行施工的成桩质量进行综合分析研究。
[0058]
传统的钢围堰施工一般从设计至正式投入使用需要150-180天，钢材消耗量大，机械设备使用量大。本实施例采用夹心式土石围堰结构，对比传统钢围堰，工期节约75天，节约成本约290万。同时黏土防水层同围堰同步填筑，对桩基施工起到封水堵水作用，有利于在汛期之前完成水下基础、承台、墩柱的施工，为在工期时间内完成全部施工任务打下坚实基础。
[0059]
第二阶段、高落差深水位河段桥梁桥梁桩基和咬合桩桩基同步施工。
[0060]
采用迈达斯c ivi l和迈达斯fea软件进行结构和现场受力的模拟分析，验证后期的不同咬合桩在保证结构受力情况下的围堰内的桩径大小、嵌岩深度、内支撑设置调整，保证最低成本最大效益施工咬合桩围堰。
[0061]
在2021年3月27日完成下游区域筑岛围堰时，3月28日开始在下游区域开始咬合桩、主墩桩基的同步钻进工作。第一根咬合桩于3月20日上午9时开孔，19时成孔，孔深：16.2m。第一根主桥桩基主墩4-12#桩基于3月28日上午8时开孔，23时成孔，孔深：18.1m。160根咬合桩于4月14日全部浇筑完成，用时18天；24根主墩桩基于4月10日全部浇筑完成，用时14天。
[0062]
咬合桩围堰及实验桩基平台布置如图2所示。
[0063]
为了验证不等型支撑在内支撑下变形，研究不通过支撑结构在不同咬合桩围护下的变形量，4号墩上面侧的支撑采用如图3、图4所示的结构。
[0064]
值得说明的是，本实施例采用多通道振弦采集仪对咬合桩和内支撑应力应变变化进行监测，监测结果如图5、图6所示。
[0065]
其中，迈达斯civi l整体性建模验算结果如图7所示。
[0066]
现场实测和模拟的应力比对分析表明：现场实测和电脑数字化建模验算的结果吻合。
[0067]
采用迈达斯fea对局部桩体的应力作用下的变形分析，如图8所示。
[0068]
采用迈达斯civil对主桥桩基在围堰及水压力作用的下的咬合桩变形位移图，不等型支护在复合式荷载作用下位移量最大仅为4.68mm，满足结构稳定的需要，如图9所示。
[0069]
本实施例在迎水面采用桩径1.5m的咬合桩(80根)，有利于围堰稳定性；背水面采用桩径1.2m的咬合桩(80根)，不仅满足围堰稳定性，而且降低成本。若全部采用桩径1.5m的咬合桩，围堰稳定性好，与本实施例采用的1.2m、1.5m混合式咬合桩相比，约多花费45万元；若采用桩径1.2m的咬合桩，成本降低，但围堰稳定性不够达到技术要求。
[0070]
咬合桩组合的钢筋混凝土使用量，如表2所示：
[0071][0072]
综合分析对比，本实施例所采用桩径1.2m、1.5m混合式咬合桩是最能满足水文地质及工期要求的施工方案。咬合桩使用钢筋230t，c25水下砼1636m3；c30水下砼3235m3；用于实验研究的主墩桩基使用钢筋89.2t，咬合桩钢筋使用钢筋检测管3.5t，施工成本约570万元。
[0073]
按传统施工方式，160根咬合桩全部浇筑完成后再开始主墩桩基的钻进；本实施例采用桩基平行作业节约14天工期，节省成本80万元，且比传统施工方式具有更佳的经济性。
[0074]
研究表明在水深在7m内，采用直径1.2m和直径1.5m的复合咬合桩和不等型支护结构作为围堰支撑满足现场施工要求，咬合桩和主桥桩基同步施工工法在具有在行业内推广
的经济和社会意义。
[0075]
第三阶段、高落差深水位河段桥梁承台深基坑精准定型开挖。
[0076]
在4月14日咬合桩全部浇筑完成之后，于4月15日开始4#墩基坑开挖与基坑支护施工，于4月28日完成4#墩基坑开挖，用时14天。
[0077]
现场基岩裸露，由于常年受沱江水流冲刷，基岩强度在50-90mpa。在水面下3～7m位置，由于4号墩周围100m范围内有当地居民，当地政府和金堂河道管理处不准4号墩基坑采用爆破开挖，由于开挖的断面尺寸大，长
×
宽
×
高：64.9
×
12.8
×
14m；采用旋挖取芯配合破锤开挖的方式施工时间长，根据现场实际采用大功率勾机配合破碎锤进行基坑精准定型开挖，现场配合基于gps的精准测绘数据收集和反馈系统，坑下作业的破碎锤和勾机同gps组成网状动态预警系统，当破碎锤或勾机的动态感应系统对定于桩顶侧的毫秒差分解预警，减少了人员的静态和动态的坑下联合测量。
[0078]
本实施例中基坑采用无线动态监测系统配合整体围堰监测组合进行开挖。
[0079]
基坑内的河床岩石基本为中风化粉砂岩或者弱风化粉砂岩，强度极高。由于此处为成都地区，严禁钻孔放炮，且沱江为国家级水源保护地，所以采用一台大功率的三一485h勾机配合挖机作业，提高效率。
[0080]
经动态监测的平面偏位如图10所示(mm)。数据分析表明：这种基于gps的精准测绘数据收集和反馈系统在深水基坑开挖过程中的控制预警应用，对于提高基坑开挖的尺寸准确度有着明显的技术质量控制优势。
[0081]
基坑开挖从上游侧向下游侧开挖，先行开挖4m深。搭设架管和施工作业平台施工第一层围檩支撑。如图3所示，第一层围檩采用i 36b工字钢，作业平台采用采用钢管、l125角钢、l75角钢和直径14mm的钢筋焊接成作业平台。由于4号墩基坑的内部开挖尺寸为63.715
×
11.6m。开挖完左幅(上游)后，挖掘机施工作业右幅(下游)。围檩支撑采用φ32mm的螺纹钢设置成围檩的下钢支架，如图4所示，第二层采用i45b工字钢、i 36b工字钢、钢管形成组合支撑构件同咬合桩共同受力。共使用i45b工字钢65吨、i 36b工字钢190吨，约160万元。对比传统工艺全部使用i45b工字钢(195万元)，约节约成本35万元。
[0082]
第一层开挖完成后，基坑内土体形成新的开挖面。当第一层围檩施工完成后开始下一层开挖，从下游方向向上游进行开挖，开挖高度为围堰顶下8m。此层先行施工咬合桩内的围檩，采用钢管、型钢和钢筋及时做好围檩施工，然后从上游向下游依次反向开挖，开挖的土石方通过挖掘机转运至下游侧，下游侧的挖掘机配合基坑顶的挖掘机进行土石方的转运；当开挖至下游侧时，将开挖的土石方转运至上游侧，采用基坑内挖掘机和基坑顶挖掘机配合进行土石方转运。
[0083]
第二层围檩以下部分采用从下游分承台开挖。一次开挖至承台底下30cm位置，确保承台垫层高程。下游侧开挖的中风化岩层依次采用长臂挖掘机进行挖除并装运至弃土场，上游侧开挖的岩层土块通过基坑内的两台挖掘机转运至下游侧，在基坑内形成上基坑的斜坡。
[0084]
基坑内渗水量很小，满足承台和水下墩柱的施工。
[0085]
本实施例的基坑采用无线动态监测系统配合整体围堰监测组合进行开挖，在此过程中综合应用gps组成网状动态边界预警系统联合施工，提高了基坑开挖的精确度，加快了基坑开挖的速度，减少了长臂挖机的使用，节约长臂挖机台班费用约6万元。整个基坑开挖
及支护缩短工期约15天，节省成本约70万元。
[0086]
在基坑开挖的同时，基坑支护能同时进行，大大的缩短了工期，为在汛期前完成水中基础、承台、墩柱打下了良好的基础。
[0087]
第四阶段、水下承台和墩柱施工
[0088]
4.1装配式承台钢筋的快速施工。
[0089]
4#墩共计4个承台。1#承台采用前场拼装钢筋骨架、后场制作钢筋半成品的方式进行作业；2#、3#、4#承台采用后场完成钢材加工与骨架拼装、前场焊接安装定位的方式进行作业。
[0090]
相较于传统施工方式，本实施例采用的后场完成钢材加工与骨架拼装、前场焊接安装定位的施工方式，节约人工、工时、机械费用约一倍。不仅在经济性方面优于传统施工方式，完成同一部位的施工任务用时也优于传统施工方式，为在汛期前完成水中墩柱的施工任务奠定了基础。
[0091]
4.2墩柱挂模施工。
[0092]
由于4号墩的承台在河床下，为了迅速将墩柱提高到水面以上的位置，墩柱施工采用挂模施工。
[0093]
其中，胎型螺栓的结构，如图11所示。
[0094]
水上的爬锥支撑下的挂模施工：本实施例中墩柱采用4.5m一模(一层墩柱模板2.25m)的施工方式进行墩柱施工。本实施例中4根墩柱采用传统施工方式施工，4根墩柱采用挂模施工。
[0095]
传统施工方式为：传统的墩柱施工采用翻模施工，需要2.25m作为基础模板箍在下层已浇筑的混凝土上，浇筑4.5m一模的墩柱，每根墩柱需要6.75m墩柱模板(共计三层模板)。
[0096]
挂模施工方式为：直接在第一层混凝土顶预埋胎型螺栓，第二层模板直接安装在胎型螺栓上进行作业。浇筑4.5m一模的墩柱，每根墩柱只需4.5m墩柱模板(共计两层模板)。挂模施工通过直接挂设在同层底部的胎型螺栓安装孔内的胎型螺栓承担模板的重量，浇筑4.5m一模的墩柱只需在每节墩柱底增加0.1m的高度来预留爬锥的安装孔，减少了墩柱模板用量和传统翻模施工的翻模施工的安装和拆除工序。
[0097]
一块2.25m模板(直线段)重约0.9t，一块2.25m模板(圆弧段)重约0.685t。4#墩共计8根墩柱，共需8套模板。采用传统翻模施工，模板共需钢材19.02t；采用挂模施工，模板共需钢材12.68t。两者相对比，采用挂模施工所需钢材比传统翻模施工节约钢材约1/3，节约约9万元，大大提高了经济效益。
[0098]
4#墩墩柱共计8根，每根6模，本实施例中采用挂模施工可节省工期，约节省成本25万元。
[0099]
水中带圆弧段的小直径异性墩上采用挂模作业，在减少作业时间，提高施工进度上的优势明显，同时减少模板的钢材用量。施工后的墩柱外观质量好，具有推广意义。
[0100]
第五阶段、基坑变形监测和数据整理分析。
[0101]
监测咬合桩围堰和内支撑在枯水位、洪水位、洪水退水后的位移变形量。
[0102]
5.1、完成筑岛围堰平台填筑后，对平台沉降进行定期监测。
[0103]
填筑完成后平台标高418.2m，设计标高417.52m。观测结果：4月：418.02m；5月：
417.96m。
[0104]
5.2、监测咬合桩围堰沉降、位移
[0105]
在咬合桩施工完毕，准备开挖基坑前，在咬合桩四角和长边的中间设置的位移监测点、采用静态、动态相结合的测量办法进行监测。
[0106]
5.3、监测钢支撑的蠕变变形
[0107]
在对围檩和内支撑施工完毕后，在每层围檩上设置观测点，监测每层围檩的变形和位移状况。基于免棱镜无干扰静态测量技术的应用保证在任何时候都可以对既定点位的测量的数据采集。
[0108]
如图12所示，咬合桩四角和长边的中间设置的位移监测点的监测结果：静态的偏差为5-10mm之间，动态监测的偏差在5-15mm之间；符合水中深基坑的安全控制要求。对在洪水期的咬合桩桩顶在洪水前后的位移变化显示位移在10-30mm之间，在洪水退后又恢复到平常的状态。
[0109]
咬合桩围堰在20年一遇的洪水冲击下，咬合桩整体结构能承受住变形，变形在洪水退后逐渐恢复，满足结构受力要求，证明在高落差深水位的这种复合式咬合桩具有研究推广的意义。
[0110]
在开挖、承台施工水下墩柱施工过程中监测的结果显示钢支撑的蠕变变形基本控制在3-5mm之间，满足钢结构支护的安全要求。
[0111]
基坑在墩柱伸出水面后持续对咬合桩围堰在汛期、基坑内满水后的监测表明，咬合桩和钢结构的整体稳定性满足到要求，不致因为钢结构的失稳损坏主体墩柱结构。
[0112]
在枯水期，对基坑内的水进行抽除后同频率对咬合桩和围檩进行监测，监测咬合桩和钢支撑组成的支护结构在汛期后的变形情况，经过10-12月的连续监测，咬合桩和钢支撑在迎水面的动态变形在15-35mm之间，在背水面的动态变形在10-20mm之间，钢结构的焊接焊缝无开裂现象，基坑的整体性完整，如图13所示。
[0113]
后期的监测数据表明，咬合桩和围檩的整体稳定性好，具有保证安全的要求，经受住了洪水的考验。本研究项目的目标已经达到，证明高落差深水位的此种支护型式的监测方法具有推广的应用的经济和社会效益。
[0114]
本实施例采用直径1.2m咬合桩、直径1.2m和1.5m直径的咬合桩混合及1.5m咬合桩组成的混合咬合桩结构在枯水位、汛期的河水涨落过程中的变形满足安全施工的要求，围檩及钢支撑的位移变形也满足安全施工的要求，在水深在5-12m之间的咬合桩围堰和分层混合式钢支撑的结构稳定性满足施工的安全要求。
[0115]
本实施例从2021年3月16日开始筑岛围堰，至2021年5月28日完成墩柱(0-9m)施工，用时99天，施工成本约1655万，缩短工期约90天，成本节省约495万元。顺利在汛期前完成水中基础、承台、墩柱施工。对数据进行综合分析后针对沱江金堂段河段的支护型式提出创新的支护结构和围堰型式。
[0116]
实施例2
[0117]
本实施例以沱江大桥主桥2、3号墩深水基础施工为例，主要涉及沱江大桥主桥2#、3#墩深水基础三护筒施工，主要从围堰施工、护筒内外渗流水压、渗流水对成桩质量的影响分析、高落差河段三护筒施工工艺进行说明。
[0118]
第一阶段、夹心式土石筑岛围堰施工。
[0119]
主桥2#、3#墩位于距离沱江成都岸50m的位置，通过先期对2#、3#墩处水深、水面高程测量、结合桥址处上游白果电站的走访，了解到枯水期开关水闸可引起3m左右的水位落差，现场对枯水期的水深和水面高程就行了测量，桥址处水深在3～7m之间，水面高程413.52m，岛体为了保证围堰的稳定，填筑的岛体高出枯水水面4m即417.52m。筑岛围堰工作面宽90m，长40m，填筑高度为5.7～9.8m，筑岛顶面高程控制在417.52m，保证施工平台高出实测水位4m。
[0120]
填料在5#墩承台基坑和5#墩至6#墩之间的红线内进行挖取，为保证筑岛围堰施工进度，筑岛采用由河岸向河心填筑围堰体的中心平台，在已填筑的围堰平台为中心从上游迎水面逆时针码砌钢丝石笼，人工配合机械，用挖机配合人工从上游向下游先行施工外侧的钢丝石笼，卵石石笼错缝码砌。
[0121]
由于咬合桩和2#、3#墩主桥桩基均需要在围堰上施工，且围堰填筑高度过高，均为中风化粉砂岩，空隙大。在填筑过程中，围堰在填筑至靠河心侧6m时，采用吊车、挖掘机在外围摆码装粒径大于15cm的中分化岩粉砂岩的吨袋，并在吨袋靠4号主墩方向填筑宽度不小于5m的黏土，黏土主要来源为场地内清理的亚黏土。该黏土的主要特性为：塑性指数：10《ip≤17，黏土主要为中低液限黏土，成分以高岭石、伊利石为主，充分利用高岭土的特性。高岭土晶胞之间的联结是氧原子与氢氧基之间的氢键，联结力较强，晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入的特点，由于晶格间连接力较强，水分子不容易进入，所以伊利石亲水性、胀缩性不如蒙脱石，其液限变化范围为80～120％，塑限为45～60％。伊利石属于较不稳定的中间产物，性质介于蒙脱石和高岭石之间，为了保证土石围堰的黏土封水层的施工质量，对土壤的液限、高岭土的最近絮凝度、黏土中高岭土的含量进行了试验分析，最终确定高岭土的絮凝度和黏土中高岭土的含量的关系式，在保证最大限度利用场地内黏土的同时保证围堰的封水质量。
[0122]
土壤的液限试验数据如表3所示：
[0123]
表3：土壤的液限试验数据表
[0124][0125]
第二阶段、高落差深水位河段桥梁桩基在土石围堰上采用双护筒和三护筒桩基施工。
[0126]
围堰上传统的单护筒在富水地层中有着良好的封水性能，河中筑岛围堰上采用常规单护筒无法有效阻断围堰土体中的渗流水。
[0127]
本实施例中分别采用双护筒和三护筒充当封水的结构物，减缓阻断桩基成孔过程中的护筒内外的水流渗水压力，保证成桩质量。工艺流程：围堰顶场地修整
→
桩中心放样
→
打入外层钢护筒至河床顶
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旋挖机旋挖至河床覆盖层底去掉护筒内泥土
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倒入1m深黏土
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安装中间层护筒
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旋挖至中风化岩层下1m位置
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倒入1m深黏土
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安装内层钢护筒
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旋挖成孔
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安装钢筋笼
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浇筑水下混凝土
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混凝土初凝前拔出内层钢护筒
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混凝土初凝后拔出内层钢护筒
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混凝土终凝后拔出内层钢护筒。
[0128]
2、3号墩围堰处共计有12根桩基位于沱江中，且桩基长度3号墩桩基长度均为25m，2-1桩基长度25.35m，2-2桩基长度25.53m，2-3桩基长度25.67m，2-4桩基长度25.85m。咬合桩围堰及实验桩基平台布置图如图14-图17所示。
[0129]
试验结果表明本实施例中所选土体满足水中围堰要求。经后期的桩基施工的质量表明采用含水率为13.9％的黏土封水性较其余两个效果好。护筒之间充填黏土有利于封水层的形成，最佳含水率13.9％的黏土有利于封水层的形成。围堰的填筑材料强度满足称重和变形的要求。
[0130]
使用jc18-230钢弦式渗水压力计对双护筒和三护筒内渗水压力进行检测，检测范围：0.05-1mpa，检查结果见表4、表5。
[0131]
表4：双护筒护筒间渗水压力检测表
[0132][0133]
表5：三护筒间渗水压力检测统计表
[0134]
[0135]
利用超声波法对成桩质量进行检测，试验结果见表6。
[0136]
表6：成桩质量检测统计表
[0137]
桩号平均声速波幅检测结果检测时间备注2-14.20899.3判定为i类桩2022.4.11三护筒2-24.13994.8判定为i类桩2022.4.11三护筒2-34.01698.5判定为i类桩2022.5.3三护筒2-44.00998.7判定为i类桩2022.5.3三护筒3-14.01295.9判定为i类桩2022.3.25双护筒3-24.01598.3判定为i类桩2022.3.25双护筒3-34.16197.5判定为i类桩2022.4.11三护筒3-44.13295.9判定为i类桩2022.4.11双护筒3-54.13994.8判定为i类桩2022.4.11三护筒3-64.1398.3判定为i类桩2022.4.11三护筒3-74.03692.5判定为i类桩2022.3.25三护筒3-84.11398.1判定为i类桩2022.3.25三护筒
[0138]
咬合桩设计c30水下砼，桩身完整、合格，判定为i类桩。3护筒的桩基在河床同填筑的岛体的交界面上波纹清晰，成桩质量稳固。
[0139]
本实施例通过夹心式围堰结构和双护筒、三护筒在桩基施工中的应用研究，先期对充填护筒的黏土进行含水率的试验，取得最佳含水率的黏土；三护筒间通过黏土填塞的底部形成封水层，在充填的黏土内设置渗水压力计，测定护筒间渗水压力来确定黏土的封水效果。并及时在混凝土浇筑完毕后依据混凝土的凝结时间分别拔出三个钢护筒，通过超声波检测桩基的密实度，根据检测结果表明三护筒施工措施对成桩质量保证有力。较双护筒在成桩质量上有有显著的经济优势，若采用传统的围堰+咬合桩型式或者钢围堰结构，夹心式围堰+三护筒的相对于钢围堰在工期上较钢围堰节约工期3个月时间，夹心式围堰+三护筒结构的相对于围堰+咬合桩型式节约工期14天，可节约材料费等。
[0140]
本实施例采用夹心式围堰+三护筒在高落差河段水中桩基础快速施工中取得了很好的经济和社会价值。
[0141]
本技术通过对2、3、4号墩深水基础的快速施工技术研究，形成了一套在高落差河段的专业施工工法，4号墩位置深水基础施工中采用的夹心式围堰、主桥桩基和咬合桩桩基同步施工工法、基坑精准开挖、装配式承台钢筋、墩柱挂模施工和土石围堰+多护筒围堰结构均为行业内新创。
[0142]
以上的具体实施方式，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：包括以下步骤：s1，施工夹心式土石筑岛围堰；s2，在夹心式土石筑岛围堰上施工咬合桩和主桥桩基；s3，桥梁承台基坑开挖；s4，水下承台和墩柱施工。2.根据权利要求1所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤：筑岛采用由河岸向河心填筑围堰体的中心平台，在已填筑的围堰平台为中心从上游迎水面逆时针码砌石笼；围堰在填筑至靠河心侧一定距离时，在外围摆码吨袋，并在吨袋靠主墩方向填筑一定宽度的黏土。3.根据权利要求2所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：吨袋码砌主要分为两个阶段：水面以下采用挖掘机甩码，水面以上采用吊车依次错分堆码；黏土随岛体的填筑高度同步填筑。4.根据权利要求2所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：所述黏土主要为亚黏土，成分以高岭石、伊利石为主。5.根据权利要求1所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：s2中，在夹心式土石筑岛围堰上同步施工咬合桩和主桥桩基。6.根据权利要求1或5所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：在迎水面采用桩径1.5m的咬合桩，背水面采用桩径1.2m的咬合桩。7.根据权利要求1所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：s3中，采用无线动态监测系统配合整体围堰监测组合进行基坑开挖。8.根据权利要求1所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：所述s4中，部分或全部墩柱采用挂模施工，挂模施工包括：在第一层混凝土顶预埋胎型螺栓，第二层模板直接安装在胎型螺栓上进行作业。9.根据权利要求1所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：所述s4中，主墩的部分或全部承台采用后场完成钢材加工与骨架拼装、前场焊接安装定位的方式进行作业。10.根据权利要求1所述的高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，其特征在于：所述s2中采用双护筒或三护筒桩基施工，护筒之间的底部充填有黏土。

技术总结
本发明涉及高落差河段桥梁深水基础快速施工方法，包括以下步骤：S1，施工夹心式土石筑岛围堰；S2，施工咬合桩和主桥桩基；S3，桥梁承台基坑开挖；S4，水下承台和墩柱施工。本申请采用夹心式土石围堰结构，可缩短工期，节约成本；同时黏土防水层同围堰同步填筑，可对桩基施工起到封水堵水作用，有利于完成水下基础、承台、墩柱的施工；在迎水面和背水面分别采用桩径1.5m、1.2m的咬合桩，不仅满足围堰稳定性，而且降低成本；在部分墩上采用挂模作业，可减少作业时间，提高施工进度，同时能减少模板的钢材用量；采用多护筒桩基施工，在护筒间通过黏土填塞的底部可形成封水层，可减缓、阻断桩基成孔过程中的护筒内外的水流渗水压力，保证成桩质量。质量。质量。


技术研发人员：汪碧云 李尚昆 李强 张泥 徐鹏 李兴斌
受保护的技术使用者：四川公路桥梁建设集团有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/14