水下擠密砂樁施工工藝的製作方法
2023-12-10 16:09:22 3
專利名稱：水下擠密砂樁施工工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及水下擠密砂樁施工工藝。
背景技術：
砂樁法適用於處理松砂、粉土、素填土、雜填土、粘性土地基等，可用於散料堆場、 路提、碼頭、油罐、廠房和住宅等工業與民用建築地基加固工程中。它起源於19世紀30年代的歐洲，初期主要採用衝孔搗實的施工方法，而後又採用振動水衝方法。直到20世紀50 年代，砂樁在國內外才得以迅速發展，施工工藝才逐步走向完善和成熟。20世紀50年代後期，日本成功地研製了振動式和衝擊式的砂樁施工工藝，大大提高了工作效率和施工質量， 處理深度很快由原來的6米增加到30餘米。普通砂樁的施工工藝是在振動機的振動作用下，把套管打入規定的設計深度，套管入土後，然後再投入砂，排砂於土中，就成為砂樁。這種施工工藝處理效果較好，使樁與樁間土形成較好的複合地基，提高了地基承載力、防止了砂土液化、增大了軟弱地基土的整體穩定性。水下擠密砂樁是一種地基加固新技術，它是在砂樁船上通過振動設備和管腔增壓裝置把砂強制壓入水下軟弱地基中，經過振動拔管、回打、擠密擴徑，形成擠密砂樁。通過擠密砂樁的置換、擠密、排水作用，可增加地基強度，加快地基固結，減少結構物沉降，提高地基的抗液化能力。水下擠密砂樁的適用範圍廣泛，可應用於對砂性土、粘性土、有機質土等幾乎所有土質的地基加固處理。與普通砂樁相比擠密砂樁樁體的密實性高，加固的置換率可達60 70%。水下擠密砂樁具有施工周期短、加固效果明顯，工序可控性好等特點，優勢獨特，非常適用於外海人工島、防波提、護岸、碼頭等工程的地基基礎加固。在目前建設和將要建設的離岸深水港工程項目中，傳統的地基處理方法已經面臨嚴峻的挑戰，挑戰一方面來自施工方法本身的可操作性，另一方面來自工期的要求，前者受外海水深條件和波流條件的制約，常造成可供選用的地基加固方法十分有限，從而給結構設計增加難題，而後者工期上的要求往往也是制約外海工程的關鍵因素，因為傳統的軟土地基加固方法無不需要一定的時間來完成，在有效工作日十分有限的外海工程中，地基加固的時間常成為瓶頸。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供一種水下擠密砂樁施工工藝。水下擠密砂樁施工工藝，包括以下步驟，1)定位採用陸上參考站及GPS測量系統進行船舶定位，測量泥面標高及水深；2)沉管先將套管頂部的加料口關閉，開啟空壓機使儲氣罐的壓力升至額定壓力，根據施工所處位置的水深，調節壓力控制器至設定壓力，然後將套管放入水中，當套管底離泥面:3m 5m時，開啟加壓閥，給套管內加壓，隨著壓力逐漸升高，將套管內水體向外排出，套管靠自重入土下沉，同時採用砂面儀跟蹤套管內泥柱高度，套管入土後加砂5m3 IOm3,調節壓力將泥柱高度控制在5m以內，繼續下沉套管，自重下沉停止後開啟振動錘下沉；3)端部處理當套管底標高達到處理土層標高時，將套管提起，使套管端部的泥土全部排出，並被上部落下的砂填充，套管提升過程中，套管內部加壓並採用噴氣口向下噴氣將砂吹落填充套管端部；4)拔管端部處理結束後，將套管下沉至預定標高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管時套管內加壓，砂面儀跟蹤管內砂柱下落情況，根據套管直徑、砂樁直徑和每一循環成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過:3m ；5)回打當拔管到預定高度時，且砂面下落到規定的用砂量後，進行振動回打擴徑，形成一段擠密砂樁，在回打過程中，管內需加壓，其壓力在0. IMI^a 0. 5MPa，防止管內砂柱上湧；6)重複步驟4和步驟5，進行多次循環，逐段形成整根擠密砂樁，完成後進行泥面測量。試驗證明，按照上述工藝進行擠密砂樁施工是合理可行的，這一工藝也已結合擠密砂樁的成樁機理，步驟簡單、原理清晰、可操作性強，所需設備種類雖然較多，但大多均為常規設備，易於採購且造價適中，有利於推廣應用。
圖1為本發明提出的水下擠密砂樁施工工藝流程圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。本發明提出一種水下擠密砂樁施工工藝，包括以下步驟，1)定位採用陸上參考站及GPS測量系統進行船舶定位，測量泥面標高及水深；2)沉管先將套管頂部的加料口關閉，開啟空壓機使儲氣罐的壓力升至額定壓力，根據施工所處位置的水深，調節壓力控制器至設定壓力，然後將套管放入水中，當套管底離泥面:3m 5m時，開啟加壓閥，給套管內加壓，隨著壓力逐漸升高，將套管內水體向外排出，套管靠自重入土下沉，同時採用砂面儀跟蹤套管內泥柱高度，套管入土後加砂5m3 IOm3,調節壓力將泥柱高度控制在5m以內，繼續下沉套管，自重下沉停止後開啟振動錘下沉；3)端部處理當套管底標高達到處理土層標高時，將套管提起，使套管端部的泥土全部排出，並被上部落下的砂填充，套管提升過程中，套管內部加壓並採用噴氣口向下噴氣將砂吹落填充套管端部；4)拔管端部處理結束後，將套管下沉至預定標高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管時套管內加壓，砂面儀跟蹤管內砂柱下落情況，根據套管直徑、砂樁直徑和每一循環成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過:3m ；5)回打當拔管到預定高度時，且砂面下落到規定的用砂量後，進行振動回打擴徑，形成一段擠密砂樁，在回打過程中，管內需加壓，其壓力在0. IMI^a 0. 5MPa，防止管內砂柱上湧；6)重複步驟4和步驟5，進行多次循環，逐段形成整根擠密砂樁，完成後進行泥面測量。具體步驟如下如圖1所示，(1)沉管為使砂面儀正常工作，必須將套管14內的大部分水排出，在「幹法」施工條件下進行施工。在摸清套管14內壓力調節的基礎上，進行加壓排水。將管內壓力控制調節閥調節到一定的壓力，然後將套管14從空氣層11下沉入水層12。當套管14底離泥面3 5m時， 開啟加壓閥，給套管14內加壓。同時觀察水面的冒泡情況，防止管內壓力過大而破壞地基。套管14靠自重入土下沉並採用砂面儀跟蹤管內泥柱15高度，套管14進入土層13 一定深度後加砂，並調節管內壓力將泥柱15控制在5m以內，繼續下沉套管14，自重下沉停止後開啟振動錘下沉。排水過程的關鍵是控制管內壓力。下沉套管14成孔過程中，需要注意加砂不能過早，不能過早開啟振動錘，否則極易造成管內砂柱16衝出套管14底部而影響施工質量。同時實時監控管內泥柱15高度，當泥柱15過高可通過加砂或加壓進行控制。當套管14底標高接近或達到處理土層13標高時，方可進行端部處理。(2)端部處理端部處理是將套管端部的泥柱15排出並用砂填充。端部處理在兩個不同的位置進行。第一組是先將套管14打至距離預定標高1 ail後，再進行端部處理，此時管內泥柱 15較長，加砂排泥的過程中要拔管並噴氣，排泥較為困難。經分析主要是該處土質為粉質粘土，因此改為套管14打入土中3 5m時進行端部處理，此時排泥較為容易。在端部處理後繼續下沉的過程中，需要控制好管內壓力，並進行砂面跟蹤，防止管內砂柱16外漏和泥土再次湧入套管14內。對於不同土質進行端部處理的位置可以不同，土質相對較好時，端部處理位置可以提高；土質較軟時，端部處理位置應接近或達到處理土層13底標高。(3)拔管端部處理結束後，將套管14下沉至預定標高，以一定速度向上拔管。為使管內砂順利排出，管內加壓，增加端部下噴嘴並噴氣，同時砂面儀跟蹤管內砂柱下落情況，根據套管14直徑、砂樁直徑和每一循環成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過3m。 在拔管過程中，發現管內砂下落困難，即使是下噴嘴噴氣，管內砂下落也很困難，為使提升過程中保證泥土不進入套管14端部，將每一循環的提升總高度分成數段，每次提升50cm， 即套管14端頭高度的一半(套管14端頭的高度為105cm)，砂面下落後再進行提升，直至提升總高度和砂面下落滿足要求後回打，必要時可將每一循環的提升總高度縮短。試驗過程中，應控制管內砂柱高度大於:3m，如果砂柱過小，容易發生管內砂柱16和壓縮空氣一起由管內噴出。因此，在拔管前應進行加砂。在加砂過程中易發生套管14頂門、導門開關門延遲，關門不到位無法加壓和頻繁大量使用壓縮空氣，空氣壓縮機負荷大，溫度報警而發生停車現象。經分析，主要原因如下 由於空氣壓縮機供氣能力偏小，儲氣罐的容量不足，造成供氣系統的壓力不穩定，從而影響氣動控制的導門開啟或關閉，使大量壓縮空氣損失，進而加大了空氣壓縮機的負荷。為此需
5將氣動控制和管內加壓分開。氣動控制部分的用氣量小，但要求氣壓穩定，可單獨設立一個的儲氣罐供氣，確保氣動控制設備的操作及時有效。同時對管內加壓的控制系統，需配置 1. 2倍以上加壓套管體積的儲氣罐及相應的空氣壓縮機。(4)回打當拔管到預定高度時，且砂面下落到規定的用砂量後，可進行回打。在回打過程中，管內需加壓，並應控制管內壓力，防止管內砂柱16上湧。在回打過程中應密切觀察管內砂面變化情況，控制管內壓力確保回打過程中砂柱高度不變，防止砂回湧或噴出。在擠密砂樁成樁循環過程中，樁底部的擠密擴徑較難、成樁速度較慢，而在樁的頂部(接近泥面的:3m 5m)，回打擠密擴徑較容易。這是由於在樁頂部時，套管14入土體厚度較小，土體對擠密砂樁的側向約束力相對較小。因此在成樁過程中，接近樁頂部時，為防止管內砂樁衝出，管內壓力應減少。為提高砂樁頂部的施工質量，成樁的「步長」即每一循環的成樁高度需減短。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.水下擠密砂樁施工工藝，其特徵在於，包括以下步驟，1)定位採用陸上參考站及GPS測量系統進行船舶定位，測量泥面標高及水深；2)沉管先將套管頂部的加料口關閉，開啟空壓機使儲氣罐的壓力升至額定壓力，根據施工所處位置的水深，調節壓力控制器至設定壓力，然後將套管放入水中，當套管底離泥面: 5m時，開啟加壓閥，給套管內加壓，隨著壓力逐漸升高，將套管內水體向外排出，套管靠自重入土下沉，同時採用砂面儀跟蹤套管內泥柱高度，套管入土後加砂5m3 10m3，調節壓力將泥柱高度控制在5m以內，繼續下沉套管，自重下沉停止後開啟振動錘下沉；3)端部處理當套管底標高達到處理土層標高時，將套管提起，使套管端部的泥土全部排出，並被上部落下的砂填充，套管提升過程中，套管內部加壓並採用噴氣口向下噴氣將砂吹落填充套管端部；4)拔管端部處理結束後，將套管下沉至預定標高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管時套管內加壓，砂面儀跟蹤管內砂柱下落情況，根據套管直徑、砂樁直徑和每一循環成樁高度確定每次上拔的高度，最大拔管高度不超過3m ；5)回打當拔管到預定高度時，且砂面下落到規定的用砂量後，進行振動回打擴徑，形成一段擠密砂樁，在回打過程中，管內需加壓，其壓力在0. IMI^a 0. 5MPa，防止管內砂柱上湧；6)重複步驟4和步驟5，進行多次循環，逐段形成整根擠密砂樁，完成後進行泥面測量。
全文摘要
水下擠密砂樁施工工藝，包括定位、沉管、端部處理、拔管、回打等步驟，逐段形成整根擠密砂樁，該工藝步驟簡單、原理清晰、可操作性強，所需設備種類雖然較多，但大多均為常規設備，易於採購且造價適中，有利於推廣應用。
文檔編號E02D27/52GK102296588SQ201110141768
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者劉璐, 吳心怡, 尹海卿, 張曦, 徐明賢, 熊文峰, 顧巍, 顧春光 申請人:中交第三航務工程局有限公司