一種複合型圍堰及其施工方法

2023-05-30 21:50:21 3

專利名稱：一種複合型圍堰及其施工方法
技術領域：
本發明涉及建造水中建築基礎，具體的說是一種複合型圍堰及其 施工方法。
背景技術：
目前，圍堰類建造水中建築基礎的方法很多，如築島圍堰、板 樁圍堰、沉井圍堰等等，這些施工方法都存在以下弱點和不足在急 流中成島困難，適應的水深較淺，島體自我穩定性差，不能上大型機 械，止水不徹底；必需依賴大型水上上設備，施工周期長成本高，不 能施工到基巖以下；遇卵石層或覆蓋層很薄，甚至基巖外露時板樁無 法插打或插打困難，施工難以繼續下去。

發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種複合型 圍堰及其施工方法，適應範圍廣，方法簡單快捷，成本低，止水徹底， 島體穩定，抗洪能力強，適應水深較深，能變水上施工為岸上施工， 充分利用陸地機械設備，可迅速到達基巖以下。
為達到以上目的，本發明採取的技術方案是
一種複合型圍堰，包括設置在河床8上的中空的環形島體，其特 徵在於所說的環形島體包括由大石塊組成的基層1和由普通土組成 的頂層2，基層1頂部的寬度小於基層1底部的寬度，環形島體中部 設有至少兩排均勻分布的、貫通頂層2和基層1且深入至河床8下的 基巖或不透水層的固結體3，固結體3的中心設有通孔9，環形島體 的內圈4的側壁從上至下設有若干個環形的鋼筋砼襯圈5，相鄰的鋼 筋砼襯圈5呈階梯狀排列，低於水面的鋼筋砼襯圈5均設有至少一個洩水管6。
在上述技術方案的基礎上，基層1頂部高出水面至少0. 5米，固 結體3深入至河床8下的基巖或不透水層0. 2 0. 5米，所說的固結 體3是在環形島體中部鑽通孔9並注入水灰比為1:0. 5 0. 7的425s 普通矽酸鹽水泥漿形成的凝固物，通孔9的直徑為0. 1 0.5米，同 一排的兩個相鄰的通孔9的間距為0. 5 4米、排距為0. 5 4米，相 鄰的兩排通孔9交錯分布。
在上述技術方案的基礎上，環形島體的內圈4的側壁的放坡比例 為l: 0.1 0.5，和內圈4對稱的外圈的側壁的放坡比例為1: 1 3。
在上述技術方案的基礎上，所說的鋼筋砼襯圈5的高度為0. 5 1.5米。
一種複合型圍堰的施工方法，其特徵在於其步驟為
a根據設計要求向預定水域的河床8拋入大石塊，直到形成中空 的環形島體的基層1且基層1的頂部高出水面至少0. 5米，基層1頂 部的寬度小於基層1底部的寬度，
b將環形島體的內圈4用普通土填築滿，並將基層1的頂面用普 通土填平形成頂層2，
c在環形島體中部鑽至少兩排均勻分布的、貫通頂層2和基層1 且深入至河床8下的基巖或不透水層0. 2 0. 5米的通孔9，向通孔9 內注槳形成固結體3，
d根據設計要求逐層挖開環形島體的內圈4填築的普通土，每開 挖一層後根據設計要求在環形島體的內圈4的側壁設置環形的鋼筋 砼襯圈5，相鄰層的鋼筋砼襯圈5呈階梯狀排列，
e在每一個低於水面的鋼筋砼襯圈5上設置至少一個洩水管6。
在上述技術方案的基礎上，所說的在環形島體的內圈4的側壁設 置環形的鋼筋砼襯圈5的步驟為
a按照鋼筋砼襯圈5的輪廓扎鋼筋，
b在鋼筋外立模板，
c澆注混凝土形成鋼筋砼襯圈5。在上述技術方案的基礎上，所說的通孔9的鑽孔允許偏差為5釐 米、允許傾斜率為1.5%,注漿的壓力為0.3 1.2MPa，注漿的材料為 水灰比為1:0. 5 0. 7的425#普通矽酸鹽水泥漿。
在上述技術方案的基礎上，按重量比向注漿的材料中添加1 4% 的水玻璃。
本發明所述的複合型圍堰及其施工方法適應範圍廣，方法簡單快 捷，成本低，止水徹底，島體穩定，抗洪能力強，適應水深較深，能 變水上施工為岸上施工，充分利用陸地機械設備，可迅速到達基巖以 下。


本發明有如下附圖
圖l複合型圍堰的剖視示意圖
圖2固結體及鑽孔示意圖
附圖標記
l為基層，2為頂層，3為固結體，4為內圈，5為鋼筋砼襯圈， 6為洩水管，7為承臺，8為河床，9為通孔。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
圖1為本發明所述的複合型圍堰的剖視示意圖，包括設置在河床 8上的中空的環形島體，所說的環形島體包括由大石塊組成的基層1 和由普通土組成的頂層2，基層1頂部的寬度小於基層1底部的寬度， 環形島體中部設有至少兩排均勻分布的、貫通頂層2和基層1且深入 至河床8下的基巖或不透水層的固結體3，固結體3的中心設有通孔 9,環形島體的內圈4的側壁從上至下設有若干個環形的鋼筋砼襯圈5，相鄰的鋼筋砼襯圈5呈階梯狀排列，低於水面的鋼筋砼襯圈5均 設有至少一個洩水管6。在內圈4的底部設有承臺7。
在上述技術方案的基礎上，基層1頂部高出水面至少0.5米，固 結體3深入至河床8下的基巖或不透水層0. 2 0. 5米，所說的固結 體3是在環形島體中部鑽通孔9並注入水灰比為1:0. 5 0. 7的425s 普通矽酸鹽水泥漿形成的凝固物，S卩固結體3為425#普通矽酸鹽水 泥漿向基層1的石塊、頂層2的土壤、河床8下的基巖或不透水層滲 透、混合後的凝固物，通孔9的直徑為0. 1 0. 5米，同一排的兩個 相鄰的通孔9的間距為0. 5 4米、排距為0. 5 4米，相鄰的兩排通 孔9交錯分布。例如基層1頂部高出水面0. 5米、0. 6米、0. 7米、 0.8米、0.9米、l.O米、1. l米、1.2米、1.3米、1.5米或更高； 固結體3深入至河床8下的基巖或不透水層0. 2米、0. 3米、0. 4米 或0. 5米；通孔9的直徑為0. 1米、0. 2米、0. 3米、0. 4米或0. 5 米；同一排的兩個相鄰的通孔9的間距為0. 5米、1米、1. 5米、2 米、2. 5米、3米、3. 5米或4米；同一排的兩個相鄰的通孔9的排 距為0.5米、l米、1.5米、2米、2.5米、3米、3.5米或4米。上 述技術方案及相鄰的兩排通孔9交錯分布可參見圖2。
在上述技術方案的基礎上，環形島體的內圈4的側壁的放坡比例 為l: 0. 1 0.5，和內圈4對稱的外圈的側壁的放坡比例為1: 1 3。
例如環形島體的內圈4的側壁的放坡比例為1: 0.1、 1: 0.2、 1:
0. 3、 1: 0.4或l: 0.5;和內圈4對稱的外圈的側壁的放坡比例為1:
1、 1: 1.5、 1: 2、 1: 2.5或1: 3。
在上述技術方案的基礎上，所說的鋼筋砼襯圈5的高度為0. 5 1.5米。例如鋼筋砼襯圈5的高度為0. 5米、0.6米、0.7米、0.8 米、0.9米、l.O米、l.l米、1.2米、1.3米、L4米或1.5米。
為了實現上述技術方案中所述的複合型圍堰，本發明還給出了一
種複合型圍堰的施工方法，其步驟為
a根據設計要求向預定水域的河床8拋入大石塊，直到形成中空 的環形島體的基層1且基層1的頂部高出水面至少0. 5米，基層1頂部的寬度小於基層1底部的寬度，
b將環形島體的內圈4用普通土填築滿，並將基層1的頂面用普 通土填平形成頂層2，
c在環形島體中部鑽至少兩排均勻分布的、貫通頂層2和基層1 且深入至河床8下的基巖或不透水層0. 2 0. 5米的通孔9，向通孔9 內注漿形成固結體3，
d根據設計要求逐層挖開環形島體的內圈4填築的普通土，每開 挖一層後根據設計要求在環形島體的內圈4的側壁設置環形的鋼筋 砼襯圈5，相鄰層的鋼筋砼襯圈5呈階梯狀排列，
e在每一個低於水面的鋼筋砼襯圈5上設置至少一個洩水管6。 在開挖到河床8底部的基巖面後，即可如圖1所示在環形島體的內圈 4的基巖面上用混凝土澆注承臺7。
在上述技術方案的基礎上，所說的在環形島體的內圈4的側壁設 置環形的鋼筋砼襯圈5的步驟為
a按照鋼筋砼襯圈5的輪廓扎鋼筋，
b在鋼筋外立模板，
c澆注混凝土形成鋼筋砼襯圈5。
在上述技術方案的基礎上，所說的通孔9的鑽孔允許偏差為5釐 米、允許傾斜率為1.5%，注漿的壓力為0.3 1.2MPa，注漿的材料為 水灰比為1:0.5 0.7的425#普通矽酸鹽水泥漿。例如注漿的壓力 可以為O. 3MPa、 0. 35MPa、 0. 4MPa、 0. 45 MPa、 0. 5MPa、 0. 55 MPa、 0.6MPa、 0. 7MPa、 0. 8 MPa、 0. 9 MPa、 l.OMPa、 1. 1 MPa或1. 2 MPa; 425#普通矽酸鹽水泥漿的水灰比為1: 0.5、 1: 0.55、 1: 0.6、 1: 0.65 或l: 0.7。
在上述技術方案的基礎上，按重量比向注漿的材料中添加1 4% 的水玻璃。即按重量比向425#普通矽酸鹽水泥漿中添加1 4%的水 玻璃，例如添加1%、 1.5%、 2%、 2.5%、 3%、 3. 5%或4%。
本發明所述的複合型圍堰及其施工方法是解決水中建造建築基礎的施工方法和技術，特別適合於水深10米以下、覆蓋層薄、河床
基巖裸露或卵石密布、水流湍急且基礎設置於巖面以下的水中建築基 礎的施工。上述技術方案中所述的各個組成部分、各步驟的功能及目
的如下
(一) 拋置大塊石是為了能在水中站穩，並逐步形成島體，在水 上形成一個工作平臺的外圍護結構。
(二) 普通土填芯，是在塊石形成的圍護中間部分填土， 一是為 了降低成本，二是為了固結體施工的需要，三是為了便於今後的開挖。
(三) 鑽孔壓漿，是為了止水和加固土體。通過鑽孔壓槳，將兩 排孔之間的石頭或土體之間存在的縫隙填實，形成防水帷幕，同時也 可使部分土、石固結形成固結體，使土體更加穩定，內摩擦角增大。
(四) 洩水管由於拋入了大石塊，不可避免的存在鑽孔壓漿不 密實、漏水等現象，在立模前後，澆注砼前應將漏水點用帶閥門的水 管引出，以免影響砼的質量，待鋼筋砼襯圈全部施工完畢並達到設計 強度後，可全部擰緊閥門，阻止漏水。
(五) 鋼筋砼襯圈構築鋼筋砼襯圈的目的是為了縮小島體的體 積，使開挖坡度變陡，利用鋼筋砼襯圈的受力有利特點，來承受土體 壓力、水流壓力，以及島體上施工機械、設備、材料荷載。
以下通過一個具體實施例進一步說明本發明所述的複合型圍堰 的施工方法
(一)前期施工技術準備工作根據結構設計圖和地質圖確定施 工範圍，對施工範圍內的河床做河床地形測量，並根據水文情況、施 工周期、壅水高度、波浪壅高、河床斷面壓縮等確定島體高度， 一般 島體的基層的高度應高出水面至少0. 5米；根據島體高度、開挖深度、 內外放坡比率(內坡率一般l: 0.1 0.5、外坡率一般1:1 3)、水 流衝刷、施工機械設備工作性能要求、水下結構物的最大尺寸要求及 開挖後的工作淨空、模板及排水溝等確定島體頂面寬度和底面寬度。 根據流水壓力、土體壓力、施工荷載計算確定每層襯圈的砼標號和砼
厚度，以及鋼筋直徑、數量、布置方式，每層襯圈的高度選擇0.5 1.5米，砼厚度以3 4種為宜，鋼筋布置以4 5種為宜。畫施工圖。 上述準備工作可以採用現有技術實現。
(二) 根據設計要求向預定水域中拋入大量大石塊，直到形成露 出水面一定高度(高度由設計決定)的環形島體，拋石的方法可根據 實際情況確定，有以下三種
(1) 在水深和船舶可到達的工點時，用船舶拋石。
(2) 修建水上棧橋到達預定水域，汽車運輸拋石。
(3) 修建道路到施工點，汽車運輸拋石。
(三) 將環形島體的內圈用普通土填築滿，並將基層的頂面用普 通土填平形成頂層，對易受衝刷的迎水面和側面可用鐵絲籠加片石加 固，並將鐵絲籠連成整體。
(四) 固結體的施工。
1、 配套機械設備
選擇鑽孔直徑0. 12米以上、鑽深50米以上、帶鋼套筒和衝擊頭 的鑽機為宜。例如選用以下配套設備
名稱 型號及規格
錨固鑽機 KRS401 133套管，d)76鑽杆，4)91鑿巖鑽頭
空壓機 XHP900WCAT
攪拌機 SC-250
注漿泵 PD-180E
泥漿泵 BW160
拔管機 PD-47-DJ
發電站臺 250kW
2、 鑽孔注漿施工工藝和方法 (1)根據現場試驗確定鑽孔注漿相關參數
在設計好的位置鑽通孔9，選擇鑽孔間距1米、2米、3米、4米 等幾種情況鑽孔，鑽孔後試壓漿，壓漿壓力控制在0. 3 1. 2MPa之間， 以不同的壓力等級壓漿，在鄰近孔觀察壓漿效果，以兩排孔之間的所
、W -曰
數量
1(衝洗頭4>133/小76， 4>
(P=5. 5KW)
(P=15KW， Q=180 1/米in)有縫隙被漿液填滿且相互有10 20釐米重疊為宜，來確定實際使用 壓力和擴散半徑(即固結體半徑)。本例確定鑽孔間距0.5 4米，排 距0.5 4米，內排孔中心距頂口開挖線間距大於等於l米(例如- 1 米、1. l米、1.2米、1.3米、L4米、1.5米或更大)，注漿的材料 為425#普通矽酸鹽水泥，水灰比1:0.5 0.7，還可以按重量比向注 漿的材料中添加1 4%的水玻璃改變注漿液性能，鑽孔允許偏差5釐 米，允許傾斜率為1.5%,注漿的壓力為0.3 1.2MPa。 (2)鑽孔注漿施工步驟
孔位確定後，將KRS401平板式錨固鑽機就位，啟動鑽機，跟管 鑽進，鑽具為套管①133毫米，內接①76毫米鑽杆，XHP900WCAT型 空壓機送風返渣；遇漂石或基巖改用DHD3. 5潛孔錘釺頭(0>91毫米) 鑽進至基巖層0. 2 0. 5米或不透水層為止。成孔後移走鑽機，用倒 鏈下注漿管及射漿花管，(射漿孔徑為①6毫米)，花管下到孔底注漿 位置後，便起拔一個注漿段長的護孔套管，密封管口與注漿管的環狀 空間，啟動注漿泵開始注漿。漿液濃度由稀逐漸變稠。注漿由下向上 每2米為一個注漿段，要分段進行。在完成第一個注漿段後，用拔管 器再提出2米套管，上部地層仍然處於封閉狀態。同時用倒鏈提出2 米注槳管，噴漿花管隨之上移2米，密封管口後便進行第二段注漿作 業。依此類推，直至完成所有段的注漿，最後拔出留在孔內的套管和 射漿花管，用砂漿封孔，至此一個通孔的注漿工作便完成了。
注漿先內後外，同排孔先下遊後上遊，間隔跳躍式注槳，單孔則 從下向上進行每2米為一注漿段進行，注漿壓力0.3 1.2MPa，當為 土層時取小值，卵石層取大值；同一層注漿時開始取小值，結尾取大 值，漿液由稀變稠。每注完一個注漿段用拔管器提出2米套管，直到 完畢後用砂漿封口。當冒漿、跑漿嚴重時，應停止注漿，進行堵截或 減小壓力加濃漿液和間歇注漿。
(五)測量放線確定頂口開挖邊線，採用機械開挖，每層的高度 由設計事先確定，本例為l.O米。機械開挖完畢後在測量人員的指導 下，要人工修圓順，失圓率應控制在3%。以內，以避免襯圈在失圓處的附加彎矩的產生。
由於島體中填入了大塊石，可能縫隙較大，注漿不可能很完美， 可能存在漏水或湧水現象時，應在出水點處向外掏土，直到露出石縫
並清洗石頭，用事先準備好的帶閥門的管(管徑oioo毫米，配相應
閥門，總長度應為閥門長+襯圈厚度+0.5米)，對準漏水處，四周水 玻璃堵塞，安裝前應事先打開閥門。島內設匯水坑，用抽水機排水。 (六)按施工設計圖紙綁紮鋼筋、立模板後，專業技術人員要對 鋼筋骨架的位置偏差、鋼筋接頭質量、模板位置偏差、模板的支撐狀 態是否牢固進行檢査，鋼筋和模板的位置偏差，應按相應的主體結構 的允許偏差來要求，以確保質量。
由於襯圈很大，往往一個襯圈要分二次或三次澆注砼才能完畢， 在下一次砼澆注前，必須對已澆砼面進行鑿毛處理，加強砼振搗作業， 確保砼密實，養生七天以上。
在已澆襯圈砼強度達到5MPa後，拆除模板同時進行下層的開挖 工作，如此往復循環，直到基巖面。由於基巖面往往不平整、漏水、 基巖強度低、自穩能力差，需要增加襯圈一至二環不等，否則應達到 承臺的底面。在確定最底層砼襯圈與基巖密貼，且達到砼設計強度後， 從上至下逐步關閉洩水管的閥門，這時圍堰內會形成一個基本不漏水 的圍護結構。繼續開挖至設計位置，並按事先的施工設計，在四周留 出匯水溝、施工空間和施工承臺。
權利要求
1.一種複合型圍堰，包括設置在河床(8)上的中空的環形島體，其特徵在於所說的環形島體包括由大石塊組成的基層(1)和由普通土組成的頂層(2)，基層(1)頂部的寬度小於基層(1)底部的寬度，環形島體中部設有至少兩排均勻分布的、貫通頂層(2)和基層(1)且深入至河床(8)下的基巖或不透水層的固結體(3)，固結體(3)的中心設有通孔(9)，環形島體的內圈(4)的側壁從上至下設有若干個環形的鋼筋砼襯圈(5)，相鄰的鋼筋砼襯圈(5)呈階梯狀排列，低於水面的鋼筋砼襯圈(5)均設有至少一個洩水管(6)。
2. 如權利要求1所述的複合型圍堰，其特徵在於基層(1)頂 部高出水面至少0.5米，固結體(3)深入至河床(8)下的基巖或不 透水層0.2 0.5米，所說的固結體(3)是在環形島體中部鑽通孔(9) 並注入水灰比為1:0. 5 0. 7的425#普通矽酸鹽水泥漿形成的凝固物， 通孔(9)的直徑為0.1 0.5米，同一排的兩個相鄰的通孔(9)的 間距為0. 5 4米、排距為0. 5 4米，相鄰的兩排通孔(9)交錯分 布。
3. 如權利要求1或2所述的複合型圍堰，其特徵在於環形島 體的內圈(4)的側壁的放坡比例為l: 0. 1 0.5，和內圈(4)對稱 的外圈的側壁的放坡比例為l: 1 3。
4. 如權利要求1或2所述的複合型圍堰，其特徵在於所說的 鋼筋砼襯圈(5)的高度為0.5 1.5米。
5. 如權利要求3所述的複合型圍堰，其特徵在於所說的鋼筋 砼襯圈(5)的高度為0.5 1.5米。
6. —種複合型圍堰的施工方法，其特徵在於其步驟為a根據設計要求向預定水域的河床(8)拋入大石塊，直到形成 中空的環形島體的基層(1)且基層(1)的頂部高出水面至少0. 5米， 基層(1)頂部的寬度小於基層(1)底部的寬度，b將環形島體的內圈(4)用普通土填築滿，並將基層(1)的頂面用普通土填平形成頂層(2)，c在環形島體中部鑽至少兩排均勻分布的、貫通頂層(2)和基 層(1)且深入至河床(8)下的基巖或不透水層0.2 0.5米的通孔 (9)，向通孔(9)內注漿形成固結體(3)，d根據設計要求逐層挖開環形島體的內圈(4)填築的普通土， 每開挖一層後根據設計要求在環形島體的內圈(4)的側壁設置環形 的鋼筋砼襯圈(5)，相鄰層的鋼筋砼襯圈(5)呈階梯狀排列，e在每一個低於水面的鋼筋砼襯圈(5)上設置至少一個洩水管 (6)。
7. 如權利要求6所述的複合型圍堰，其特徵在於所說的在環 形島體的內圈(4)的側壁設置環形的鋼筋砼襯圈(5)的步驟為a按照鋼筋砼襯圈(5)的輪廓扎鋼筋，b在鋼筋外立模板，c澆注混凝土形成鋼筋砼襯圈(5)。
8. 如權利要求6或7所述的複合型圍堰，其特徵在於所說的 通孔(9)的鑽孔允許偏差為5釐米、允許傾斜率為1.5%，注漿的壓 力為0. 3 1. 2MPa，注漿的材料為水灰比為1:0. 5 0. 7的425#普通 矽酸鹽水泥漿。
9. 如權利要求8所述的複合型圍堰，其特徵在於按重量比向 注漿的材料中添加1 4%的水玻璃。
全文摘要
一種複合型圍堰及其施工方法，涉及建造水中建築基礎，包括設置在河床上的中空的環形島體，環形島體包括由大石塊組成的基層和由普通土組成的頂層，基層頂部的寬度小於基層底部的寬度，環形島體中部設有至少兩排均勻分布的、貫通頂層和基層且深入至河床下的基巖或不透水層的固結體，固結體的中心設有通孔，環形島體的內圈的側壁從上至下設有若干個環形的鋼筋砼襯圈，相鄰的鋼筋砼襯圈呈階梯狀排列，低於水面的鋼筋砼襯圈均設有至少一個洩水管。本發明適應範圍廣，方法簡單快捷，成本低，止水徹底，島體穩定，抗洪能力強，適應水深較深，變水上施工為岸上施工，充分利用陸地機械設備，可迅速開挖基坑到達基巖以下。
文檔編號E02D19/04GK101298778SQ20081012605
公開日2008年11月5日 申請日期2008年7月2日 優先權日2008年7月2日
發明者全建設, 斌 朱, 王吉俠, 秦順全, 陳想清 申請人:中鐵大橋局股份有限公司