橋梁水中基礎浮式鑽孔平臺施工方法
2023-05-13 09:10:16 1
專利名稱：橋梁水中基礎浮式鑽孔平臺施工方法
技術領域：
本發明涉及一種橋梁水域基礎鑽孔平臺的施工方法，特別是涉及一種橋梁水中基礎浮式鑽孔平臺施工方法。
二.
背景技術：
隨著我國國民經濟的迅速發展，工農業建設突飛猛進，交通現代化，需要建設的橋梁日益增多，目前大型橋梁水中基礎施工需要採用鑽孔平臺結構，但迄今為止只有用於地質勘探或水下爆破清障的浮式鑽孔船，其鑽孔直徑很小，通常小於幾十釐米，還沒有真正能夠用於大直徑橋梁工程施工的浮式鑽孔平臺，不能用於1.5米直徑以上的工程樁的鑽孔，所以我國在此之前，大型橋梁水中基礎鑽孔施工一般採用固定式鑽孔平臺。
固定式鑽孔平臺的施工方法存在下述三個方面的缺點(1)施工難度大。固定式鑽孔平臺結構複雜，需要設立定位鋼管樁，並要求定位鋼管樁固結在水下床體穩定層內，同時定位鋼管樁頂需與平臺固接。如果在深水區，則鋼管樁的自由長度大，給鋼管樁施工帶來許多意料不到的困難，很難插打進入水下穩定層內，並且為保證固定平臺穩定以抵抗水流、風浪、潮汐等各種作用力的襲擊，仍需設立錨碇系統固定平臺，其施工繁瑣，難度大，安全性差。固定平臺上設置門式吊機，隨水位漲落變化，平臺頂面與水面的高差是一個變量，故潮汐漲落較大時會影響起吊作業。(2)固定式鑽孔平臺，施工期長。當在深水區施工時，為確保安全，需在定位鋼管樁內灌砂壓重，以保證鋼管樁穩定性，所以構建施工期較長，費時日。(3)固定式鑽孔平臺成本高，費用大。固定式鑽孔平臺需設置大量定位鋼管樁，分配梁等，還需設置臨時支撐樁，各種物資器材，搬運組裝要花費大量人力物力和財力，一旦施工完成，其拆卸搬運工作量也很大，所以施工成本高。
三.
發明內容
為克服當前固定式鑽孔平臺施工方法的諸多弊端，發明橋梁水中基礎浮式鑽孔平臺的施工方法。
本發明所採用的技術方案一種橋梁水中基礎浮式鑽孔平臺施工方法含有由浮箱拼裝組合而成的浮船及其定位用的柔性錨碇結構，安裝在浮船上的組合拼裝門式吊機，安裝在浮船上的組合拼裝的鑽孔平臺，安裝在鑽孔平臺上的衝吸鑽機，在組合拼裝的浮式鑽孔平臺定位後，在其上預留插打鋼護筒的一定個數的空位，在留空位處插打鋼護筒，將每根鋼護筒插打嵌入水下強風化巖層內或水下河床的穩定地層內，在鋼護筒上部用剛性結構件將各根鋼護筒連接固定在一起形成剛性穩定體系，浮式鑽孔平臺和上部剛性連接後的鋼護筒結構互不連接，各自獨立，自成穩定體系。在鑽孔平臺上根據施工要求安裝適合浮式鑽孔平臺體系的衝吸鑽機，在每根鋼護筒上埠安裝鑽機提系鑽頭鋼絲繩的限位裝置，衝吸鑽機的卷揚機不斷往復提起鑽頭，鑽頭一次又一次不斷衝擊破碎水下巖層，在鑽機成孔過程中，定時採用鑽機的吸泥管泵吸或氣舉反循環取碴，鑽碴經鑽孔平臺上的沉碴筒沉澱過濾後棄置於指定位置。
浮船可根據需要拼裝成不同的形狀，可用浮箱拼裝成左、右對稱的兩隻大排水量的浮船，也可以在拼裝式兩浮船前、後端用浮箱連接構成一個中空的整體浮船體，或拼裝成槽形浮船體。
採用柔性錨碇定位系統對浮式鑽孔平臺進行平面精確定位，根據設計要求利用拋錨船將錨、錨鏈、錨繩拋撒固定在預先設計位置上，各根錨繩固定在浮船的相應將軍柱上，利用安裝於浮船體上的電動絞車作為絞錨設備，根據水位漲落，用拉緊或放鬆各個錨繩的方法使平臺保持在要求的定位平面位置上。
當採用兩浮船時通過安裝組合拼裝門式吊機的下橫梁使兩側浮船連成整體，鑽機平臺設在兩浮船間，組合式門式吊機由萬能杆件拼裝而成，門式吊機上部為雙向懸臂結構，上邊安裝有走行大梁，走行大梁兩端安裝有走行輪及驅動裝置，可作橫嚮往復移動，走行大梁上安裝有走行天車，走行天車兩端安裝有走行輪及驅動裝置，可作縱嚮往復移動，走行大梁與走行天車的走行方向相互垂直，走行大梁和走行天車配合可進行縱、橫向全方位起吊作業。
在鑽孔平臺上安裝有插打鋼護筒的導向裝置，由浮體上的門式吊機起吊鋼護筒至該導向裝置內，在鋼護筒頂部安裝震動打樁機，按設計要求插打鋼護筒就位。
在鋼護筒頂部安裝有提系鑽頭鋼絲繩的限位裝置，提系鑽頭鋼絲繩限位裝置由兩根互相平行、相對鑽機中心線對稱安裝於鋼護筒埠的分配梁及其上設置的鋼絲繩限位滑輪組組成，滑輪轉動中心位置通過調節機構可進行調位，分配梁兩端通過固定於鋼護筒外表面的牛腿塊固緊件固緊。
當墩位上安裝的鋼護筒全部插打完成時，在鋼護筒上部用鋼性連接件將全部鋼護筒連接成一個整體穩定結構。
鑽機選擇衝擊鑽機，泵吸或氣舉反循環進行取碴，鑽機安裝支撐在鑽孔平臺上，要求底座平穩，鑽架與平臺豎直，保持鑽機頂部的起重滑輪槽、樁位中心大約在一鉛垂線上，鑽頭使用衝擊鑽頭，在鑽頭底面上按一定分布規律鑲嵌固定有30～62個鑽頭衝擊刃，衝擊刃高度採用7～10cm，長度8～10cm，通過鑲嵌槽用耐磨焊條焊接在鑽頭胎體底面上，衝擊刃分為多組，每組衝擊刃焊接應注意同直徑，同間距，同高度。
鑽機就位，將鑽機固定在平臺上，鑽頭對準樁位，順著鑽頭中心孔下放排碴管，排碴管底端與孔底應保持一適當距離，將鑽頭下放到孔底，啟動鑽機，開動砂石泵排碴或氣舉排碴，並開始衝擊鑽孔，隨著衝擊破碎巖石和鑽孔加深，及時放鬆提系鑽頭的鋼絲繩和下放排碴管，開鑽後根據不同地質層具體情況及進鑽狀況及時合理地掌握調整提系鑽頭的鋼絲繩長度，當鑽孔達到設計高程後，進行清孔，清孔時利用氣舉反循環系統排碴，注意護筒內補水，防止護筒在水壓下擠扁或孔壁塌落，持續吸碴直到沉碴厚度滿足規範和設計要求，鑽孔完畢，下放鋼管柱或直接下放鋼筋籠，進行水下混凝土的灌注，混凝土滿足設計強度後，切割回收鋼護筒，浮式平臺整體移動至下一個墩位處施工。
本發明的積極有益效果與固定式鑽孔平臺相比具有如下優點1.浮式鑽孔平臺將門式吊機與鑽孔平臺和浮船進行一體化設計，其整體穩定性能好，其柔性錨碇定位系統，定位精確。利用浮船上卷揚機先進行粗定位，再用安裝於浮船上的滑輪組和倒鏈對稱收緊錨繩，達到設計錨碇力，微調錨繩，使浮船達到精確定位。
2.構建浮式鑽孔平臺，工期短。浮船由標準浮箱組合而成，門式吊機和浮式鑽孔平臺由可重複使用、拼裝方便的萬能杆件組裝而成，裝配迅速，工作效率高，施工工期短。
3.浮式鑽孔平臺投資少，費用低，移位方便。浮式鑽孔平臺取消了固定平臺需設置的較多定位鋼管樁、分配梁和支撐樁，灌砂壓重等一系列工序，大大節約投資。浮式鑽孔平臺墩位間整體移動快捷迅速，工序少。固定鑽孔平臺的安裝、移位甚費時日，安裝、拆卸工作量大，拆裝完畢到新墩位構建新鑽孔平臺甚費時間，工程進展緩慢，而浮式鑽孔平臺當鑽孔完成後，切割並回收鋼護筒，浮式鑽孔平臺立即可用拖輪拖到新的墩位就位，移動方便快捷，大大縮短施工周期，大幅度降低施工成本。本發明實施例中可節約施工投資約450萬元，每墩可縮短施工工期約40天。
4.浮式鑽孔平臺特別適合水深較大(水深大於30m時)，流速及風力不大的場合。單墩鑽孔樁數量較少時，更顯優越性，亦可推廣應用於水深不大，流速風速較大，大跨度長橋的基礎施工。
5.浮式鑽孔平臺與鋼護筒各自成為獨立體系，平臺晃動不影響鑽孔質量，鋼護筒上埠的限位裝置，確保鑽孔的高精度，採用衝吸鑽機，投資少，重量輕，不受水漲水落影響，佔用面積小，衝吸鑽機不對浮式鑽孔平臺產生水平扭矩，使錨碇數量減少，對保證鑽孔孔位準確性很有利，並且在浮式平臺上使用衝擊鑽機，可克服在浮式平臺上使用旋轉鑽機孔底鑽壓不穩定的缺陷。
四.
圖1浮式鑽孔平臺俯視結構及錨碇結構平面布置示意圖。
圖2浮式鑽孔平臺雙懸臂門式吊機及鋼護筒上部鋼性連接系統正視結構示意圖。
圖3浮式鑽孔平臺雙懸臂門式吊機俯視結構示意圖。
圖4鋼護筒頂之鑽繩限位裝置平面布置結構示意圖。
圖5浮式鑽孔平臺水中基礎施工工藝流程框圖。
五.
具體實施例方式實施例參見圖1～圖5，在本實施例中共有9個墩位採用本浮式鑽孔平臺法施工，實際水深45米～55米。圖中兩條浮船1由36隻中-60浮箱組合而成，即每條浮船由18隻浮箱組合拼裝組成，寬9米，長36米，兩條浮船內側淨距離13米，由鑽孔平臺3、雙懸臂門式吊機2的下橫梁10將其連成一個整體，鑽孔平臺3的臺寬13米，臺長25米，臺高4米，由不同尺寸的N型萬能杆件拼裝組合而成，拼裝時預留插打鋼護筒17的空間。雙懸臂門式吊機2也由尺寸不同的N型萬能杆件拼裝組合而成，兩邊立柱高14米，共計8根，上橫梁懸臂長8米，高2米，門式吊機的行走大梁11總長度為20米，走行天車12上裝有吊繩、吊鉤等吊裝設備若干。每個浮式鑽孔平臺配8隻鐵錨或鋼筋砼錨4，600米錨鏈5，2400米錨繩6。
在下河碼頭附近組拼浮船1，拼裝完成後，將兩條浮船臨時固結在一起，然後由拖輪牽引至下河碼頭，利用地籠或拋錨錨固浮船1；在岸上拼裝門式吊機2單元，由碼頭吊機安裝門式吊機2的下橫梁、立柱、上橫梁、走行大梁、走行天車等。門式吊機2拼裝完成後進行吊重實驗，合格後由門式吊機吊裝鑽孔平臺3構件在浮船上進行鑽孔平臺拼裝，並固定在浮船1上。拼裝完成經驗收合格，由兩艘拖船拖運至墩位處，將由拋錨船設置的柔性錨碇的錨繩6過到浮船1上，通過收放錨繩進行浮式鑽孔平臺的精確定位，使之形成穩定的浮式鑽孔平臺。
浮式平臺的浮運定位步驟浮式鑽孔平臺浮運至墩位後，錨碇系統從8個方向對浮式鑽孔平臺進行定位。拋錨步驟在岸邊利用浮箱拼裝一條拋錨船和一條過錨船(圖中未畫出)，在拋錨船上擺放錨鏈及鋼絲繩，將拋錨船和過錨船臨時連接在一起，用拖船將浮式鑽孔平臺拖運至墩位處，將過錨船上所系的8根鋼絲繩按設計分別系在浮船相應的將軍柱上，利用浮船上的收放錨系統9對浮船進行定位，使本實施例中浮式鑽孔平臺位置偏差不大於2釐米。浮式鑽孔平臺由錨碇承受水平力。浮式鑽孔平臺在水平定位後的最大位移不超過15釐米，造成水平移位的外力主要有工作風力、波浪力、天車制動力、船舶停靠衝擊力、吊重偏載等因素。這些不利外力的綜合，均小於錨碇系統所能提供的定位反力。
插打鋼護筒當浮式鑽孔平臺精確定位後，進行插打鋼護筒17施工。在鑽孔平臺3上樁位處安裝導向架，將要插打的4根鋼護筒放入導向架，鋼護筒頂安裝震動打樁機插打鋼護筒就位。4根鋼護筒全部安裝到位後，拼裝鋼護筒上部的剛性連接系統8使之形成鋼護筒穩定整體結構。然後將導向架拆除，使浮式鑽孔平臺與鋼護筒相互脫離，並自成穩定體系。
選用衝吸鑽機13鑽孔，泵吸反循環取碴的施工方法在鑽孔平臺上對角布置2臺衝吸鑽機鑽孔，每臺衝擊鑽機自帶有卷揚機，衝擊鑽頭15由鋼絲繩14提系，鋼絲繩穿過安裝於鋼護筒頂埠的限位裝置16。限位裝置安裝在固定於鋼護筒頂牛腿塊18上的分配梁19上。衝吸鑽機安裝在鑽孔平臺上，要求底座平穩、水平，鑽架與鑽孔平臺頂垂直，且保持鑽機頂部的起重滑輪槽、鑽孔、樁位中心大約在一鉛垂線上。衝擊鑽頭的下端面胎體固定有衝擊刃，衝擊刃長為7～10釐米。直徑1.5米的衝擊刃數量為30～32個，直徑2.2米的衝擊刃數量為54～62個。鑽頭對準樁位之後，順著鑽頭中心孔下放排碴管，排碴管底端與孔底應保持適當距離，將衝擊鑽頭下放到孔底，開動砂石泵排碴，並開始衝擊鑽孔，隨著衝擊破碎巖石和鑽孔加深，要及時放鬆提系鋼絲繩和下放排碴管。
當鑽孔達到設計標高后，進行清孔，合格後安裝鋼管樁(如果有)和鋼筋籠，澆注混凝土成樁。
本實施例中採用浮式鑽孔平臺進行深水基礎施工共投入350萬元資金，預計在相同情況下採用固定式鑽孔平臺施工需投入約800萬元。採用浮式鑽孔平臺施工比採用固定式鑽孔平臺施工每墩可節省施工工期40天左右。由此可見，採用浮式鑽孔平臺進行深水基礎施工比採用固定式鑽孔平臺施工具有投資少、工期短的巨大優越性。
權利要求
1.一種橋梁水中基礎浮式鑽孔平臺施工方法含有由浮箱拼裝組合而成的浮船及其定位用的柔性錨碇結構，安裝在浮船上的組合拼裝門式吊機，安裝在浮船上的組合拼裝的鑽孔平臺，安裝在鑽孔平臺上的衝吸鑽機，其特徵是在組合拼裝的浮式鑽孔平臺定位後，在其上預留插打鋼護筒的一定個數的空位，在留空位處插打鋼護筒，將每根鋼護筒插打嵌入水下強風化巖層內或水下河床的穩定地層內，在鋼護筒上部用剛性結構件將各根鋼護筒連接固定在一起形成剛性穩定體系，浮式鑽孔平臺和上部剛性連接後的鋼護筒結構互不連接，各自獨立，自成穩定體系，在鑽孔平臺上根據施工要求安裝適合浮式鑽孔平臺體系的衝吸鑽機，在每根鋼護筒上埠安裝鑽機提系鑽頭鋼絲繩的限位裝置，衝吸鑽機的卷揚機不斷往復提起鑽頭，鑽頭一次又一次不斷衝擊破碎水下巖層，在鑽機成孔過程中，定時採用鑽機的吸泥管泵吸或氣舉反循環取碴，鑽碴經鑽孔平臺上的沉碴筒沉澱過濾後棄置於指定位置。
2.根據權利要求1所述的施工方法，其特徵是浮船可根據需要拼裝成不同的形狀，可用浮箱拼裝成左、右對稱的兩隻大排水量的浮船，也可以在拼裝式兩浮船前、後端用浮箱連接構成一個中空的整體浮船體，或拼裝成槽形浮船體。
3.根據權利要求1所述的施工方法，其特徵是採用柔性錨碇定位系統對浮式鑽孔平臺進行平面精確定位，根據設計要求利用拋錨船將錨、錨鏈、錨繩拋撒固定在預先設計位置上，各根錨繩固定在浮船的相應將軍柱上，利用安裝於浮船體上的電動絞車作為絞錨設備，根據水位漲落，用拉緊或放鬆各個錨繩的方法使平臺保持在要求的定位平面位置上。
4.根據權利要求1所述的施工方法，其特徵是當採用兩浮船時通過安裝組合拼裝門式吊機的下橫梁使兩側浮船連成整體，鑽機平臺設在兩浮船間，組合式門式吊機由萬能杆件拼裝而成，門式吊機上部為雙向懸臂結構，上邊安裝有走行大梁，走行大梁兩端安裝有走行輪及驅動裝置，可作橫嚮往復移動，走行大梁上安裝有走行天車，走行天車兩端安裝有走行輪及驅動裝置，可作縱嚮往復移動，走行大梁與走行天車的走行方向相互垂直，走行大梁和走行天車配合可進行縱、橫向全方位起吊作業。
5.根據權利要求1所述的施工方法，其特徵是在鑽孔平臺上安裝有插打鋼護筒的導向裝置，由浮體上的門式吊機起吊鋼護筒至該導向裝置內，在鋼護筒頂部安裝震動打樁機，按設計要求插打鋼護筒就位。
6.根據權利要求1所述的施工方法，其特徵是在鋼護筒頂部安裝有提系鑽頭鋼絲繩的限位裝置，提系鑽頭鋼絲繩限位裝置由兩根互相平行、相對鑽機中心線對稱安裝於鋼護筒埠的分配梁及其上設置的鋼絲繩限位滑輪組組成，滑輪轉動中心位置通過調節機構可進行調位，分配梁兩端通過固定於鋼護筒外表面的牛腿塊固緊件固緊。
7.根據權利要求1所述的施工方法，其特徵是當墩位上安裝的鋼護筒全部插打完成時，在鋼護筒上部用鋼性連接件將全部鋼護筒連接成一個整體穩定結構。
8.根據權利要求1所述的施工方法，其特徵是鑽機選擇衝擊鑽機，泵吸或氣舉反循環進行取碴，鑽機安裝支撐在鑽孔平臺上，要求底座平穩，鑽架與平臺豎直，保持鑽機頂部的起重滑輪槽、樁位中心大約在一鉛垂線上，鑽頭使用衝擊鑽頭，在鑽頭底面上按一定分布規律鑲嵌固定有30～62個鑽頭衝擊刃，衝擊刃高度採用7～10cm，長度8～10cm，通過鑲嵌槽用耐磨焊條焊接在鑽頭胎體底面上，衝擊刃分為多組，每組衝擊刃焊接應注意同直徑，同間距，同高度。
9.根據權利要求1～8所述的施工方法，其特徵是鑽機就位，將鑽機固定在平臺上，鑽頭對準樁位，順著鑽頭中心孔下放排碴管，排碴管底端與孔底應保持一適當距離，將鑽頭下放到孔底，啟動鑽機，開動砂石泵排碴或氣舉排碴，並開始衝擊鑽孔，隨著衝擊破碎巖石和鑽孔加深，及時放鬆提系鑽頭的鋼絲繩和下放排碴管，開鑽後根據不同地質層具體情況及進鑽狀況及時合理地掌握調整提系鑽頭的鋼絲繩長度，當鑽孔達到設計高程後，進行清孔，清孔時利用氣舉反循環系統排碴，注意護筒內補水，防止護筒在水壓下擠扁或孔壁塌落，持續吸碴直到沉碴厚度滿足規範和設計要求，鑽孔完畢，下放鋼管柱或直接下放鋼筋籠，進行水下混凝土的灌注，混凝土滿足設計強度後，切割回收鋼護筒，浮式平臺整體移動至下一個墩位處施工。
全文摘要
本發明涉及一種橋梁水中基礎浮式鑽孔平臺施工方法在組合拼裝的浮式鑽孔平臺上預留插打鋼護筒的位置，在該位置插打鋼護筒，將每根鋼護筒插打嵌入水下強風化巖層內或水下床體的穩定地層內，在鋼護筒上部用剛性結構件將各根鋼護筒連成剛性穩定體系，在每根鋼護筒上埠安裝鑽具鋼絲繩限位裝置，在鑽孔平臺上安裝衝吸鑽機，提系鑽機鑽頭的鋼絲繩通過限位裝置與卷揚機捲筒連接固定，卷揚機不斷反覆提放鑽頭進行鑽孔。浮式鑽孔平臺將門式吊機與鑽孔平臺和浮船一體化設計，其整體穩定性能好，定位精確，並為鑽孔平臺提供了起吊設備。浮船由標準浮箱組合而成，門式吊機和鑽孔平臺由不同尺寸的萬能杆件組裝而成，裝配迅速，工作效率高，工期短。完成一個墩位的基礎施工任務後，浮式鑽孔平臺可用拖輪拖到新的墩位就位，移動方便快捷，大大縮短施工周期，大幅度降低施工成本。
文檔編號B63B35/44GK1528636SQ03126390
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月27日 優先權日2003年9月27日
發明者宋傑, 馮廣勝, 李豔哲, 劉曉陽, 郭煜, 盧士鵬, 宋 傑 申請人:中鐵大橋局集團第一工程有限公司