卵石覆盖层钢板桩围堰系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁建筑的技术领域，具体涉及一种卵石覆盖层钢板桩围堰系统及其施工方法。

背景技术

在卵石覆盖层微风化岩这一类地质条件下施工钢板桩围堰时，由于岩层较为坚硬，钢板桩无法打插入岩层，而钢板桩外侧覆盖的卵石层是透水的疏松结构，是为透水层，因此卵石层无法与钢板桩底部形成紧密的的嵌固结构，导致钢板桩底部无法形成有效支撑，且在钢板桩底部所形成的透水通道，存在着巨大的施工安全风险，使得钢板桩围堰的透水率无法限制在一定范围内，止水效果较差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本申请的目的在于提供卵石覆盖层钢板桩围堰系统及其施工方法，具有降低透水率的作用，同时钢板桩在无嵌固深度情况下形成有效支护。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

第一方面，提供一种卵石覆盖层钢板桩围堰系统，适用于具有卵石覆盖层的岩层地质结构，包括沿围堰区域外周分布的下端锚固在岩层的锚杆、围合所述锚杆的围囹、支撑所述围囹的内支撑、紧贴所述围囹的下端插入卵石覆盖层的钢板桩，还包括与锚杆锚固段平齐的封底砼板或/和设置在所述锚杆锚固段上层的砼圈梁。

通过采用上述技术方案，在卵石覆盖层的岩层地质结构中，其覆盖层的卵石层是透水的疏松结构，是为透水层，因此卵石层无法与钢板桩底部形成紧密的的嵌固结构，导致钢板桩底部无法形成有效支撑，且在钢板桩底部所形成的透水通道。通过沿围堰区域外周分布的下端锚固在岩层的锚杆，通过锚杆、围囹、内支撑以及钢板桩之间连接为一体，进而使得锚杆作为承担主动土压力的结构，将土压力通过锚杆传递至岩层，保持钢板桩的牢固性，以及建立起对钢板桩的有效支护。通过与锚杆锚固段平齐的封底砼板或/和设置在锚杆锚固段上层的砼圈梁，封底砼板对围堰底部起到止水的作用，而砼圈梁对钢板桩的下部体系起到支护的作用，无需将钢板桩嵌固入岩层中，以及避免了大量凿岩施工，对岩层及河道的扰动较小，施工更为环保，使得系统可适应复杂的岩层环境；同时，砼圈梁替换了卵石覆盖层与钢板桩接触，起到对钢板桩根部止水的效果，降低了系统的透水率。

本发明进一步设置为：围堰区域的转角处至少设置一个所述锚杆。

通过采用上述技术方案，当开挖基坑至接近钢板桩的底部时，易于造成钢板桩底部的位移，甚至导致坍塌风险，而在围堰区域的转角处设有锚杆，则起到维持钢板桩转角合拢处的更为牢固，保障围堰结构的稳定性。

本发明进一步设置为：相邻所述锚杆之间的间距范围设为650-700mm。

通过采用上述技术方案，无需密集引孔，降低围堰的施工难度，提升施工的效率。

本发明进一步设置为：所述锚杆的锚固段入岩深度至少为3000mm。

通过采用上述技术方案，由于岩层的硬度较大，锚杆的锚固段入岩可将将土压力通过锚杆传递至岩层，保障锚杆植入的牢固性，进而提升系统的稳定性。

本发明进一步设置为：所述锚杆的锚固段深度根据其所在位置卵石覆盖层的厚度呈正相关。

通过采用上述技术方案，当预设位置的卵石覆盖层越厚，则锚杆的锚固段深度随之增加，反之亦然，以保障锚杆的锚固段入岩深度达标，使得围堰更为稳定可靠。

本发明进一步设置为：还包括有沿所述钢板桩内外放坡开挖的基坑。

通过采用上述技术方案，起到保障开挖基坑的稳定性，降低开挖过程中基坑发生坍塌的风险。

本发明进一步设置为：所述封底砼板浇筑在所述基坑的卵石覆盖层上。

通过采用上述技术方案，避免水通过覆盖层渗入至围堰的内部，提升系统的止水效果。

本发明进一步设置为：所述砼圈梁的高度大于所述钢板桩底端的高度。

通过采用上述技术方案，使得砼圈梁可起到将钢板桩的根部封闭的作用，保障钢板桩根部的止水效果。

本发明进一步设置为：所述钢板桩的内侧面与所述砼圈梁的侧面之间相互贴合设置。

通过采用上述技术方案，使得砼圈梁和钢板桩两者密切配合，降低钢板桩的根部的透水率。

本发明进一步设置为：所述围囹设于所述锚杆和所述钢板桩之间，所述围囹远离所述锚杆的一侧面与所述钢板桩相连。

通过采用上述技术方案，围囹起到将锚杆和钢板桩之间连接在一起的作用，使之形成为一个整体，使得钢板桩的压力可传递至锚杆上，通过锚杆的锚固段将土压力转移至岩层当中，提升了围堰的稳定性；同时，钢板桩无需插打至岩层当中，降低了围堰的施工难度。

第二方面，提供一种卵石覆盖层钢板桩围堰施工方法，适用于具有卵石覆盖层的岩层地质结构，包括以下步骤：

在预设的围堰区域周边安装下端锚固在岩层的锚杆；

在所述锚杆的上端安装围囹和内支撑；

紧贴所述围囹外侧插打钢板桩；

沿所述钢板桩以内外放坡的方式开挖基坑；

对围堰区域依次进行封底和止水施工。

通过采用上述技术方案，在卵石覆盖层当中，卵石粒径大，级配较差，透水性强，同时下方为微风化花岗岩，力学强度高，但岩面起伏较大，采用上述施工方法，在支护完成同时并抽水后，围堰内渗水较低，将围堰系统的透水率控制在≤10Lu；同时，可在卵石覆盖层地质结构上形成有效支护，降低了开挖施工的安全风险。

本发明进一步设置为：在预设的围堰区域周边安装下端锚固在岩层的锚杆，具体包括以下步骤：

沿预设的围堰区域周边开设若干钻进至岩层中的植桩孔，将所述锚杆植入至所述植桩孔中形成锚固段。

通过采用上述技术方案，解决钢板桩根部渗水及卵石覆盖层中锚固力不足的问题。

本发明进一步设置为：在所述锚杆的上端安装围囹和内支撑，具体包括以下步骤：

将所述围囹下放至所述锚杆的上端并与其焊接，所述围囹将所述锚杆围合；

所述内支撑吊装于预设的围堰区域上方，在所述内支撑下放至与所述围囹等高的位置并放置于所述围囹的牛腿上，将所述内支撑与所述围囹焊接。

通过采用上述技术方案，无需设置多层围囹和内支撑，仅需通过上层围囹、底层砼圈梁以及锚杆之间进行协调配合，即可起到有效串联支护的作用，降低了施工作业的难度。

本发明进一步设置为：紧贴所述围囹外侧插打钢板桩，具体包括以下步骤：

以所述围囹作为导向架，按所述钢板桩的宽度在所述围囹上划出每根所述钢板桩的边线；

插打时，所述钢板桩紧贴所述围囹的外侧，通过振桩锤插打第一根所述钢板桩，以第一所述钢板桩为中心逐步向两侧插打直至合拢。

通过采用上述技术方案，由于插打钢板桩时，无需将钢板桩插打至岩层当中，仅保障钢板桩底部的高度大于砼圈梁的高度即可，大大降低了施工难度，避免了大规模的凿岩工作，提升了施工的效率。

本发明进一步设置为：沿所述钢板桩以内外放坡的形式开挖基坑，具体包括以下步骤：

采用长臂挖掘机进行所述基坑的土方开挖，开挖至岩层区域，并辅助泥浆泵进行吸泥。

通过采用上述技术方案，避免水体通过与钢板桩所接触的卵石覆盖层渗水至围堰当中，保障了封底施工的质量。

本发明进一步设置为：对围堰区域依次进行封底和止水施工，其中封底具体包括以下步骤：

将封底混凝土送至所述基坑的卵石覆盖层上；

待封底混凝土强度达到标准后，铺设防水卷材；

在防水卷材上泵送浇筑第二层封底混凝土。

通过采用上述技术方案，避免水体通过与钢板桩所接触的卵石覆盖层渗水至围堰当中，降低了围堰的透水率。

发明进一步设置为：对围堰区域依次进行封底和止水施工，其中止水施工具体包括以下步骤：

当基坑开挖至岩层时，每开挖一侧，完成当前边侧的砼圈梁的施工。

通过采用上述技术方案，削弱因内侧土体配重减少对围堰稳定的影响。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过与锚杆锚固段平齐的封底砼板或/和设置在锚杆锚固段上层的砼圈梁，封底砼板对围堰底部起到止水的作用，而砼圈梁对钢板桩的下部体系起到支护的作用，无需将钢板桩嵌固入岩层中，以及避免了大量凿岩施工，对岩层及河道的扰动较小，施工更为环保，使得系统可适应复杂的岩层环境；同时，砼圈梁替换了卵石覆盖层与钢板桩接触，起到对钢板桩根部止水的效果，降低了系统的透水率；

2.将内支撑、锚杆、围囹以及钢板桩之间连接为一体，在高水位时，保障了围堰的抗浮能力；

3.通过沿围堰区域外周分布的下端锚固在岩层的锚杆，通过锚杆、围囹、内支撑以及钢板桩之间连接为一体，进而使得锚杆作为承担主动土压力的结构，将土压力通过锚杆传递至岩层，保持钢板桩的牢固性，以及建立起对钢板桩的有效支护。

附图说明

图1为本实施例的施工流程图；

图2为本实施例的封底砼板的结构示意图；

图3为本实施例的锚杆的安装示意图；

图4为本实施例的围囹的安装示意图；

图5为本实施例的钢板桩的安装示意图；

图6为本实施例的锚杆、围囹以及内支撑的结构俯视图；

图7为本实施例的基坑的结构示意图；

图8为本实施例的砼圈梁的结构示意图。

附图标记：1、锚杆；11、植桩孔；2、围囹；3、钢板桩；4、基坑；5、封底砼板；6、砼圈梁；7、内支撑。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

对实施例的描述应当详细，使本领域的技术人员在不需创造性就可实现本技术方案。实施例可以是一个或多个，应视具体情况而定，以支持所要保护的范围。

对于产品对的发明，具体实施方式应结合附图详细描述产品的机械构成，说明各部件之间的相互关系，例如它们之间的连接关系、配合关系等，必要时还应说明其动作过程或操作步骤。涉及方法发明时，除写明步骤外，还应写出其工艺条件。

如图1和图2所示，本发明公开的一种卵石覆盖层钢板桩围堰系统，适用于具有卵石覆盖层的岩层地质结构，包括沿围堰区域外周分布的下端锚固在岩层的锚杆1、围合锚杆1的围囹2、支撑围囹2的内支撑7、紧贴围囹2的下端插入卵石覆盖层的钢板桩3，还包括与锚杆1锚固段平齐的封底砼板5或/和设置在锚杆1锚固段上层的砼圈梁6，无需将钢板桩3嵌固入岩层中，以及避免了大量凿岩施工，对岩层及河道的扰动较小，施工更为环保，使得系统可适应复杂的岩层环境；同时，砼圈梁6替换了卵石覆盖层与钢板桩3接触，起到对钢板桩3根部止水的效果，降低了系统的透水率。

如图2和图3所示，在预设的围堰区域周边开设有植桩孔11，植桩孔11的入岩深度至少设为3000mm，植桩孔11中填充有胶结料，锚杆1埋设于植桩孔11当中形成锚固段。

其一实施例是，预设的围堰区域为矩形结构，围堰区域的转角处均设一个植桩孔11，植桩孔11在围堰区域的长边方向间距设为688mm，其在围堰区域的短边方向间距设为650mm，每一植桩孔11的形状为圆柱状，植桩孔11的入岩深度为3000mm，每一植桩孔11当中浇筑有水下砼C30，水下砼C30的高度与锚杆1的锚固段长度相一致设置，锚杆1的锚固段呈竖直状态并置于植桩孔11的中间位置，植桩孔11的孔径大于锚杆1的直径。

如图2和图6所示，围堰区域的转角处至少设置一个锚杆1，相邻锚杆1之间的间距范围设为650-700mm，锚杆1的锚固段入岩深度至少为3000mm，其中锚杆1的锚固段深度根据其所在位置卵石覆盖层的厚度呈正相关。

具体地，锚杆1可选用钢管桩，锚杆1在围堰区域的长边方向优选为688mm，锚杆1在围堰区域的短边方向优选为650mm，锚杆1的锚固段入岩深度为3000mm。

围囹2设于锚杆1和钢板桩3之间，围囹2和锚杆1之间连接方式可采用焊接形式，围囹2可选为2I 45a工字钢，围囹2远离锚杆1的一侧面与钢板桩3相连，每一节围囹2的轴向方向均与锚杆的轴向方向之间垂直设置，围囹2为钢板桩3起到导向作用，围囹2和钢板桩3之间加设有钢板塞垫。

内支撑7设置在所述围囹2的内侧，内支撑7和围囹2两者设于同一水平面上。

具体地，内支撑7包括有斜撑和对中撑，在围囹2的每一转角处至少设置两个斜撑，提升围囹结构的牢固性，在围囹2中至少设置两个对中撑，对中撑和斜撑两者与围囹2的连接点均在锚杆1的周边，围囹2在锚杆1周边的两侧至少有一侧与对中撑或斜撑相连接，斜撑和对中撑两者在围堰区域中呈格构式分布，内支撑7与围囹2之间通过法兰连接，围囹2和内支撑7均为型钢结构或型钢与钢管组合结构，加工装配方便。

另一实施例是，内支撑7与围囹2之间通过满焊的方式连接，焊接厚度为不小于6mm。

如图2和图7所示，还包括有沿所述钢板桩3内外放坡开挖的基坑4，坡率按照围堰填筑的边坡坡率设置，开挖基坑4的目的在于浇筑索塔的承台，由于承台所在位置是在河道中，因此，通过内外放坡的方式进行开挖，提升基坑4的稳定性，防止开挖过程中发生坍塌。

封底砼板5浇筑在基坑4的卵石覆盖层上，其中封底砼可选用C25水下砼，坍落度控制在18-20cm的范围内，坍落度的过大或过小封底效果均不佳，封底砼的初凝时间为10-12h，无需对岩层区域进行封底，由于卵石覆盖层的透水率较高，易于水体透入至围堰区域内，不利于围堰控制透水率，且卵石覆盖层结构较为松散，不利于对围堰结构的稳定，通过对卵石覆盖层的封底，既解决了卵石覆盖层的透水问题，又可对围堰结构提供有效支撑。

如图2和图8所示，本实施例的砼圈梁6的横截面形状为矩形设置，砼圈梁6的高度为120mm、宽度d均为100mm，砼圈梁6为C20素砼浇筑结构，砼圈梁6的内部埋设有钢筋框架，其中砼圈梁6的高度大于钢板桩3底端的高度，钢板桩3的内侧面与砼圈梁6的外侧面之间相互紧密贴合，对围堰起到止水的效果。

如图1和图2所示，一种卵石覆盖层钢板桩围堰施工方法，适用于具有卵石覆盖层的岩层地质结构，包括以下步骤：

S1、施工前期准备，依据承台基础确定围堰区域的大小和结构；

S2、在预设的围堰区域周边安装下端锚固在岩层的锚杆1；

S3、在锚杆1的上端安装围囹2和内支撑7；

S4、紧贴围囹2外侧插打钢板桩3；

S5、沿钢板桩3内外放坡开挖基坑4；

S6、对围堰区域依次进行封底和止水施工；

S7、对围堰区域回水，依次拆除围堰。

可选地，在S1中，其具体步骤为：

依据承台基础确定围堰区域的大小和结构，并确定围堰所采用锚杆1的尺寸、间距、数量以及入岩深度，以及在水位上方搭设工作平台。

可选地，如图3所示，在S2中，锚杆1的安装具体包括以下步骤：

沿预设的围堰区域周边开设若干钻进至岩层中的植桩孔11，植桩孔11的孔径大于锚杆1的直径，将锚杆1固定在植桩孔11中形成锚固段，向植桩孔11浇筑胶结料，胶结料优选为混凝土。

其一实施例是，通过冲击钻的冲锤在围堰区域的周边引孔形成14个植桩孔11，植桩孔11的入岩深度为3000mm，当完成第一个植桩孔11时，将导管引至植桩孔11当中，导管的开口端朝向植桩孔11的底部，导管的另一端连接输入水下砼C30，将水下砼C30浇灌至植桩孔11中，使得水下砼填满植桩孔11，取出导管，然后将锚杆1下放至植桩孔11中，锚杆1放置于植桩孔11的中间位置，保持锚杆1呈竖直状态直至水下砼C30凝固，维持锚杆1的稳定性，使得同边侧的锚杆1在同一水平面上，后续逐个钻取植桩孔11，14个植桩孔11由此共同组成矩形阵列。

可选地，在S3中，其具体包括以下步骤：

如图4和图5所示，在锚杆1的上端加装有临时牛腿，将第一节围囹2下放至锚杆1的上端并置于临时牛腿上，临时牛腿起到对围囹2的支撑作用，将围囹2与锚杆1之间满焊，焊接厚度为不小于6mm，第一节围囹2安装完成后，将临时牛腿切除，重复上述步骤安装后续围囹2，实现对围囹2的安装，使得围囹2将锚杆1围合；

如图6所示，内支撑7吊装于预设的围堰区域上方，在内支撑7下放至与围囹2等高的位置并放置于围囹2的牛腿上，将内支撑7与围囹2焊接。

另一实施例，在锚杆1的上端设有围囹2，围囹2均采用上下两块型钢进行拼接的方式，在陆地上完成对围囹2的拼接，对围囹2进行一次性整体吊装，将围囹2放置至临时牛腿上，并将围囹2与锚杆1焊接。

在围囹2的转角处先焊接两个斜撑，再将斜撑和对中撑两者在围囹2中按格构式排布，提升围堰区域的稳定性，斜撑和对中撑两者与围囹2之间通过法兰连接；同时，围囹2与内支撑7需要严格控制其精度，安装时测定各构件的平面位置，控制好各部位高程，使其在同一高程上，确保均匀受力。

另一实施例是，内支撑7与围囹2之间采用满焊方式连接，内支撑7必须焊接牢固，避免局部失稳，且与围囹2间要尽量密贴，有空隙处须用钢板塞垫。

可选地，在S4中，其具体包括以下步骤：

插打时，以围囹2作为导向架，按钢板桩3的宽度在围囹2上划出每根钢板桩3的边线，边插边将吊钩缓慢下放。

其中，钢板桩3桩背紧靠围囹2，边插边将吊钩缓慢下放，同时在相互垂直的两个方向用锤球进行观测，确保所述钢板桩3插正、插直；

确定第一根钢板桩3插打合格后，然后以第一根所述钢板桩3为基准，再向两边对称插打其它钢板桩3到设计位置，将钢板桩3逐根打入，当钢板桩3无法打入时，无需强制将钢板桩3打入至岩层顶部，仅需保证钢板桩3的根部高度小于砼圈梁6的高度即可。

钢板桩3打入的顺序由四周边线中点处依次向4个角合拢，其中，合拢应选择在角桩附近，一般离角桩4～5片。

另一实施例是，以围囹2作为导向架，按钢板桩3的宽度在围囹2上划出每根钢板桩3的边线，边插边将吊钩缓慢下放；

插打时，钢板桩3紧贴围囹2的外侧，通过振桩锤插打第一根钢板桩3，确定第一片所述钢板桩3插打合格后，然后以第一根所述钢板桩3为基准，逐步沿顺时针或逆时针方向进行插打直至合拢，在角桩处合拢，相邻的钢板桩33U型部位两侧锁扣相互紧扣，保持围堰的止水效果。

在插打过钢板桩3程中，加强对钢板桩3的监测工作，若发现钢板桩3出现倾斜，工作人员应及时对钢板桩3作出调整，保证钢板桩3本身垂直，以减少钢板桩3之间在合拢时其角桩的拼接量。围堰四角布设定位桩及拉设轮廓线，钢板桩3沿轮廓线插打，每完成3米进行测量校正一次，确保线型平顺。

由于地下岩层走向并不一致，略有起伏，导致钢板桩3地面露出高度不一致，因此钢板桩3插打深度，以振动锤插打2mi n而钢板桩3无明显下沉为合格标准，保证钢板桩3插入岩层表面。在合拢处配置相应规格的异型钢板桩3，异型钢板桩3根据现场实测角度和尺寸切割焊接而成，以确保整个围堰的密封性。

可选地，在S5中，其具体包括以下步骤：

采用长臂挖掘机进行基坑4的土方开挖，开挖至岩层区域，并辅助泥浆泵进行吸泥。

可选地，在S6中，其中封底具体包括以下步骤：

将封底混凝土送至基坑4的卵石覆盖层上；待封底混凝土强度达到标准后，铺设防水卷材；在防水卷材上泵送浇筑第二层封底混凝土。进而避免水体通过与钢板桩3所接触的卵石覆盖层渗水至围堰当中，降低了围堰的透水率。

可选地，在S6中，其中止水施工具体包括以下步骤：

当基坑4开挖至岩层时，每开挖一侧，完成当前边侧的砼圈梁6施工，即先完成对模板的安装、固定，在模板中配置钢筋并浇筑C20砼，形成宽度为100mm、高度为120mm的砼圈梁6，砼圈梁6的横截面为矩形设置。

可选地，在S7中，其具体包括以下步骤：

当承台建设完毕或者是基于承台的其他项目建设完成后，依次进行回水，由于本申请的围囹2和内支撑7设置于锚杆1的脱离水面上端，因此，回水过程中无需分阶段进行回水，一次回水即可，提升了围堰的拆除效率，降低了工作人员的工作量；同时，回水后，此时围堰内外水再次保持一致，将内支撑7和围囹2拆除，再依次拔除锚杆1，将锚杆1、钢板桩3和内支撑7回收保留，利于资源的重复利用，降低围堰的建造成本。

综上，本申请提供的围堰系统及其施工方法具有如下有益效果：

通过锚杆1、围囹2以及钢板桩3之间连接为一体，进而使得锚杆1作为承担主动土压力的结构，将土压力通过锚杆1传递至岩层，保持钢板桩3的牢固性，以及建立起对钢板桩3的有效支护。在基坑4的底面浇筑有外沿与钢板桩3内侧面相接的砼圈梁6，砼圈梁6对钢板桩3的下部体系起到支护的作用，无需将钢板桩3嵌固入岩层中，以及避免了大量凿岩施工，对岩层及河道的扰动较小，施工更为环保，使得系统可适应复杂的岩层环境；同时，砼圈梁6替换了卵石覆盖层与钢板桩3接触，起到对钢板桩3根部止水的效果，降低了系统的透水率。

锚杆1、围囹2以及钢板桩3之间连接为一体，进而使得锚杆1作为承担主动土压力的结构，将土压力通过锚杆1传递至岩层，保持钢板桩3的牢固性，以及建立起对钢板桩3的有效支护；同时，将内支撑7、锚杆1、围囹2以及钢板桩33之间连接为一体，在高水位时，保障了围堰的抗浮能力。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。