深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法与流程

1.本发明属于桥梁施工技术领域，涉及一种锁扣钢管桩围堰施工，具体涉及一种深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法。


背景技术：

2.水中桥梁基础施工普遍采用围堰作为临时挡水结构。常见的围堰形式有筑岛围堰、钢板桩围堰、钢管桩围堰和单、双壁钢围堰等，其中钢管桩围堰具有造价低、施工方便和可回收再使用等优点，且适宜深水施工，因此在深水基础施工中多采用钢管桩围堰，但钢管桩围堰对渗漏水控制难度较大，因此提高钢管桩围堰止水效果是保证施工顺利进行的关键。
3.如图1、图2、图3所示，钢管桩围堰是由多个钢管桩1围合成的闭环结构，钢管桩下端插打到河床覆盖层2以下岩层3内一定深度，每个钢管桩两侧设有锁扣4，相邻钢管桩1间通过锁扣4连接。钢管桩通常采用振桩锤插打，通过钢管桩下端对岩层的振动冲击作用将岩石击碎使钢管桩下沉，导致钢管桩与岩层间会有一定缝隙，如果围堰外的水渗入钢管桩与岩层间的缝隙，会进一步从钢管桩底口进入围堰内；另外，由于锁扣4为钢性结构，如果相互连接的锁扣密封不严，围堰外的水也会通过锁扣缝隙进入围堰内。因此，钢管桩围堰容易漏水的部位主要在钢管桩底口和锁扣。
4.对锁扣漏水，一般采用在锁扣内填充黄油、棉絮、木楔等方法能起到较好的止水效果；对钢管桩底口漏水，通常的处理方法是向钢管桩内灌注水泥浆封堵底口，但由于注浆压力小，钢管桩内的水泥浆不易扩散到钢管桩外对钢管桩外壁与岩层间的缝隙进行密封，一方面钢管桩在水流的冲击作用下容易产生晃动，导致底口混凝土无法与岩层牢固结合，另一方面围堰外的水能从钢管桩与岩层间的缝隙渗入到钢管桩底口并从底口进入围堰内，因此止水效果不理想，尤其是在河床覆盖层为卵石层的情况下，由于卵石层透水性强，大量的水会进入钢管桩外壁与岩层间的缝隙并从钢管桩底口进入围堰内，严重影响围堰内施工安全。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述问题，提供一种深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法，提高钢管桩围堰的止水效果，保证钢管桩围堰施工安全。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.(1)钢管桩围堰的每根钢管桩插打前，先在钢管桩的设计插打位置插打一钢护筒，钢护筒的直径大于钢管桩的直径，钢护筒下端插打到河床覆盖层下岩层内钢管桩的设计插打深度，清理钢护筒内的渣土和碎石，形成一大直径桩孔；在钢护筒内回填黏土，回填到河床覆盖层高度，然后拔出钢护筒，黏土留在桩孔内；
9.(2)在每个钢管桩内环向焊接一环形限位板，限位板离钢管桩下端的高度不高于桩孔底部到岩层顶部的高度；在环形限位板下方钢管桩管壁上开设多个出浆孔；
10.(3)将钢管桩插打入桩孔内，钢管桩的轴心与桩孔同轴，清除钢管桩内黏土，并在钢管桩内放入一压浆装置；
11.所述压浆装置包括支撑架、压浆管、环形气囊和充气管；所述支撑架包括平行设置的上支撑板和下支撑板，上支撑板和下支撑板为直径小于钢管桩内环形限位板直径的圆板，上下支撑板间有一定间距并焊接连接杆；所述压浆管竖向贯穿上支撑板和下支撑板，并与上支撑板和下支撑板焊接；所述环形气囊位于上、下支撑板之间，环形气囊的轴心线与上下支撑板的轴心线重合，环形气囊内侧设有充气口，环形气囊在充气且不受挤压的状态下，其厚度大于上支撑板和下支撑板的间距，其外径大于钢管桩的内径；所述充气管贯穿上支撑板，充气管下端与环形气囊内侧的充气口固定连接；
12.将压浆装置在气囊未充气状态下放入钢管桩内，且上支撑板位于环形限位板下方，压浆管和充气管上端位于钢管桩上端口外；
13.(4)通过充气管对环形气囊充气，使环形气囊顶面和底面分别顶紧上支撑板和下支撑板，环形气囊外侧顶紧钢管桩内壁，在下支撑板和钢管桩底口间形成一密闭空间，然后通过压浆管向钢管桩密闭空间内压注水泥浆，高压水泥浆通过钢管桩底口及钢管桩上的出浆孔溢出到钢管桩外，挤压并迫使钢管桩与岩层间的黏土上升，直至水泥浆将钢管桩与岩层间空间完全填满；
14.(5)通过充气管对气囊防气，使气囊收缩，将压浆装置从钢管桩内取出；
15.(6)按步骤(1)到(5)的方法将钢管桩围堰的所有钢管桩插打到位并通过锁扣连接，完成钢管桩围堰安装施工。
16.本发明与普通的钢管桩内注浆止水方式相比，有以下优点：
17.(1)压浆装置能在钢管桩内形成一个密闭的空间，通过高压注浆方式将水泥浆压入钢管桩内，并通过钢管桩底口及钢管桩上的出浆孔压入钢管桩外，不仅能使钢管桩底口及钢管桩侧壁与岩层之间紧密结合，保证钢管桩抵抗水流冲击而保持稳定，而且能阻止围堰外的水从钢管桩与岩层之间渗入围堰内，从而起到很好的止水效果。
18.(2)采用钢护筒形成大直径钢管桩桩孔，钢管桩采用埋载方式插入桩孔内，钢管桩外壁与岩层的间距较大，能在钢管桩与岩层之间形成一较厚的水泥固结层，进一步增加了钢管桩与岩层间的固结强度和钢管桩的稳定性。
19.(3)压浆时，钢管桩与岩层间有黏土密封，能避免漏浆，注浆压力大，浆液在钢管桩与岩层间扩散均匀、密实，能进一步提高止水效果。
附图说明
20.图1是钢管桩围堰的平面结构示意图；
21.图2是钢管桩围堰的钢管桩锁扣连接结构示意图；
22.图3是钢管桩围堰的立面结构示意图；
23.图4是插打钢护筒形成钢管桩围堰钢管桩桩孔的状态示意图；
24.图5是钢护筒拔出后的钢管桩桩孔状态示意图；
25.图6是钢管桩围堰的钢管桩下端结构示意图；
26.图7是钢管桩插入桩孔并在钢管桩内设置压浆装置的状态示意图；
27.图8是压浆装置在环形气囊未充气时的状态示意图；
28.图9是压浆装置在环形气囊充气时的状态示意图；
29.图10是压浆装置在环形气囊充气时的平面结构示意图；
30.图11是压浆装置上支撑板的一种实施方式的平面结构示意图；
31.图12是压浆装置的环形气囊的平面结构意图；
32.图13是压浆装置在钢管桩内压浆时的状态示意图。
具体实施方式
33.本发明的具体施工方式如下：
34.如图4、图5所示，钢管桩围堰的每根钢管桩插打前，先在钢管桩的设计插打位置插打一钢护筒5，钢护筒的直径大于钢管桩的直径，钢护筒5下端插打到河床覆盖层2下岩层3内钢管桩的设计插打深度，清理钢护筒内的渣土和碎石，形成一大直径桩孔；在钢护筒内回填黏土6，回填到河床覆盖层高度，然后拔出钢护筒，黏土6留在桩孔内；
35.如图6所示，在每个钢管桩1内环向焊接一环形限位板7，限位板7离钢管桩1下端的高度不高于所述桩孔底部到岩层顶部的高度；在环形限位板7下方钢管桩1管壁上开设多个出浆孔8；
36.如图7所示，将钢管桩1插打入桩孔内，钢管桩的轴心与桩孔同轴，清除钢管桩内黏土；在钢管桩内放入一压浆装置；
37.如图7到图12所示，所述压浆装置包括支撑架、压浆管、环形气囊和充气管；所述支撑架包括平行设置的上支撑板9和下支撑板10，上支撑板和下支撑板为直径小于钢管桩1内环形限位板7直径的圆板，上、下支撑板间有一定间距并焊接连接杆11；所述压浆管12竖向贯穿上支撑板9和下支撑板10，并与上支撑板和下支撑板焊接；所述环形气囊13位于上支撑板9和下支撑板10之间，环形气囊的轴心线与上下支撑板的轴心线重合，环形气囊13内侧设有充气口，环形气囊在充气且不受挤压的状态下，其厚度大于上支撑板和下支撑板的间距，其外径大于钢管桩的内径；所述充气管14贯穿上支撑板9并与环形气囊13内侧的充气口固定连接；
38.如图7所示，将压浆装置在气囊13未充气状态下放入钢管桩1内，且上支撑板9位于环形限位板7下方，压浆管12和充气管14上端位于钢管桩1上端口外；
39.如图13所示，通过充气管14对环形气囊充气，环形气囊13膨胀后，顶面和底面分别顶紧上支撑板9和下支撑板10，外侧顶紧钢管桩1内壁，在下支撑板和钢管桩底口间形成一密闭空间，然后通过压浆管12向钢管桩密闭空间内压注水泥浆15，高压水泥浆15通过钢管桩底口及钢管桩上的出浆孔溢出到钢管桩外，挤压并迫使钢管桩与岩层间的黏土6上升，直至水泥浆将钢管桩1与岩层3间空间完全填满；通过充气管对气囊防气，使气囊收缩，将压浆装置从钢管桩内取出，完成一个钢管桩安装；
40.按上述方法将钢管桩围堰的所有钢管桩插打安装到位并通过锁扣连接，完成钢管桩围堰安装施工。
41.上述施工过程中，当向钢管桩内压浆时，高压水泥浆会向上顶推压浆装置，但由于环形气囊13与钢管桩1内壁的摩擦力，以及环形限位板7对环形气囊13的阻挡，能阻止压浆
装置上升，因此钢管桩1内的水泥浆压力越来越大，当压力增大到一定程度后，高压水泥浆15会从钢管桩底口及钢管桩上的出浆孔溢出到钢管桩外，挤压钢管桩1与岩层3间的黏土6，迫使黏土逐渐上升，水泥浆15逐渐置换黏土填充在钢管桩与岩层间，此过程中黏土能防止水泥浆从钢管桩与岩层及覆盖层顶部漏浆；水泥浆固结后，会将钢管桩与岩层牢固连接在一起。
42.为进一步保证压浆装置能抵抗高压水泥浆的压力而不向上移动，可在上支撑板周围设置多个卡扣，具体可采用以下方式：
43.如图11所示，在压浆装置支撑架的上支撑板9边缘环向等距开设有至少3个槽口91，在上支撑板9顶面在每个槽口两侧分别焊接一耳板16；如图10及图8、图9所示，在每个槽口内设置一卡扣17，将卡扣17上端与两耳板16通过销轴18转动连接，卡扣17下端延伸到上支撑板下方并向上支撑板外倾斜；环形气囊13在未充气状态下，卡扣17下端位于上支撑板9外侧边缘范围以内，便于压浆装置能顺利下放到钢管桩内环形限位板7下方，环形气囊13充气状态下，挤压卡扣17下端向上支撑板9外侧转动；如图13所示，压浆装置压浆时，环形气囊将卡扣17下端压紧在环形限位板7底面，卡扣17与环形限位板7共同阻挡压浆装置向上移动，从而保持钢管桩内的水泥浆压力。
44.进一步，如图8、图9中所示，为保证卡扣受挤压时能顺利转动，可将所述卡扣17设置为s型，其上端向上支撑板内侧弯曲并与两个耳板通过销轴转动连接，其下端向上支撑板外侧弯曲。
45.如图8、图9中所示，为保证卡扣17在环形气囊13收缩后能顺利回位，便于将压浆装置从钢管桩内顺利取出，可在所述卡扣17下端与上支撑板9底面间连接一弹簧19，所述弹簧沿上支撑板半径方向设置，弹簧一端与卡扣下端焊接，另一端与上支撑板底面焊接，所述弹簧可采用拉簧；如图9所示，环形气囊13充气膨胀时，挤压卡扣17下端向外转动并拉伸弹簧19；如图8所示，环形气囊放气收缩后，弹簧19回缩为自然状态，并将卡扣17下端牵引回上支撑板9边缘范围以内。
46.按上述方法形成的围堰，由于将水泥浆压注到了钢管桩与岩层之间，而且钢管桩与岩层间的间距较大，因此钢管桩与岩层间会形成一较厚的水泥固结层，使钢管桩与岩层间牢固结合，能保证钢管桩在水流冲击下不会晃动，而且能有效防止围堰外的水从钢管桩与岩层间进入围堰内，从而保证围堰内施工安全。

技术特征：
1.一种深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)钢管桩围堰的每根钢管桩插打前，先在钢管桩的设计插打位置插打一钢护筒，钢护筒的直径大于钢管桩的直径，钢护筒下端插打到河床覆盖层下岩层内钢管桩的设计插打深度，清理钢护筒内的渣土和碎石，形成一大直径桩孔；在钢护筒内回填黏土，回填到河床覆盖层高度，然后拔出钢护筒，黏土留在桩孔内；(2)在每个钢管桩内环向焊接一环形限位板，限位板离钢管桩下端的高度不高于桩孔底部到岩层顶部的高度；在环形限位板下方钢管桩管壁上开设多个出浆孔；(3)将钢管桩插打入桩孔内，钢管桩的轴心与桩孔同轴，清除钢管桩内黏土，并在钢管桩内放入一压浆装置；所述压浆装置包括支撑架、压浆管、环形气囊和充气管；所述支撑架包括平行设置的上支撑板和下支撑板，上支撑板和下支撑板为直径小于钢管桩内环形限位板直径的圆板，上下支撑板间有一定间距并焊接连接杆；所述压浆管竖向贯穿上支撑板和下支撑板，并与上支撑板和下支撑板焊接；所述环形气囊位于上、下支撑板之间，环形气囊的轴心线与上下支撑板的轴心线重合，环形气囊内侧设有充气口，环形气囊在充气且不受挤压的状态下，其厚度大于上支撑板和下支撑板的间距，其外径大于钢管桩的内径；所述充气管贯穿上支撑板，充气管下端与环形气囊内侧的充气口固定连接；将压浆装置在气囊未充气状态下放入钢管桩内，且上支撑板位于环形限位板下方，压浆管和充气管上端位于钢管桩上端口外；(4)通过充气管对环形气囊充气，使环形气囊顶面和底面分别顶紧上支撑板和下支撑板，环形气囊外侧顶紧钢管桩内壁，在下支撑板和钢管桩底口间形成一密闭空间，然后通过压浆管向钢管桩密闭空间内压注水泥浆，高压水泥浆通过钢管桩底口及钢管桩上的出浆孔溢出到钢管桩外，挤压并迫使钢管桩与岩层间的黏土上升，直至水泥浆将钢管桩与岩层间空间完全填满；(5)通过充气管对气囊防气，使气囊收缩，将压浆装置从钢管桩内取出；(6)按步骤(1)到(5)的方法将钢管桩围堰的所有钢管桩插打到位并通过锁扣连接，完成钢管桩围堰安装施工。2.根据权利要求1所述的深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法，其特征在于：所述压浆装置支撑架的上支撑板边缘环向等距开设有至少3个槽口，上支撑板顶面在每个槽口两侧分别焊接一耳板，每个槽口内设置一卡扣，所述卡扣上端与两耳板通过销轴转动连接，卡扣下端延伸到上支撑板下方并向上支撑板外倾斜；环形气囊在未充气状态下，卡扣下端位于上支撑板外侧边缘范围以内，压浆装置压浆时，环形气囊充气后挤压卡扣下端向上支撑板外侧转动，并将卡扣下端压紧在环形限位板底面。3.根据权利要求2所述的深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法，其特征在于：所述卡扣为s型，其上端向上支撑板内侧弯曲并与两个耳板通过销轴转动连接，其下端向上支撑板外侧弯曲。4.根据权利要求2或3所述的深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法，其特征在于：所述卡扣下端与上支撑板底面间连接一弹簧，所述弹簧沿上支撑板半径方向设置，弹簧一端与卡扣下端焊接，另一端与上支撑板底面焊接；所述弹簧采用拉簧，环形气囊
充气膨胀时，挤压卡扣下端向外转动并拉伸弹簧，环形气囊放气后，弹簧处于自然状态，卡扣下端位于上支撑板边缘范围以内。

技术总结
本发明涉及一种深水卵石覆盖层埋栽式锁扣钢管桩围堰止水施工方法，先在钢管桩的设计插打位置插打一钢护筒，插打到卵石覆盖层下方岩层内钢管桩涉及插打深度，形成大直径的钢管桩桩孔，然后在钢护筒内回填黏土，拔出钢护筒；预先在钢管桩下端管壁上开设多个出浆孔，再将钢管桩插入桩孔内，清除钢管桩内黏土，在钢管桩内放入压浆装置，压浆装置在钢管桩内形成一密闭空间，通过压浆装置向钢管桩内压入水泥浆，水泥浆在高压下通过钢管桩上的出浆孔压入钢管桩与岩层之间，将钢管桩与岩层牢固结合，能保证钢管桩在水流冲击作用下保持稳定，而且能阻止围堰外的水从钢管桩与岩层之间渗入围堰内，从而提高围堰止水效果。从而提高围堰止水效果。从而提高围堰止水效果。


技术研发人员：杨元海 薛辉 王安文 王进 许俊
受保护的技术使用者：中交路桥建设有限公司
技术研发日：2023.05.27
技术公布日：2023/8/4