本發明屬于沿海環境橋梁施工領域，尤其涉及適用于淺覆蓋層、深水區、流速大、巖面傾斜的群樁基礎施工，特別是鋼護筒施工。

背景技術：

目前，海上橋梁大型鉆孔樁群樁基礎常規采用打樁船插打輔助平臺樁搭設鉆孔平臺，然后依托鉆孔平臺采用起重設備吊裝振動錘的方式逐根下放大直徑鋼護筒，鋼護筒和平臺樁連接形成可靠的鉆孔施工平臺。該方法施工適用性廣，工效較高，應用較為普遍。我國已經建成通車的東海大橋、杭州灣大橋、金塘大橋、泉州灣大橋等多數跨海大橋均采用該工藝。

但在沿海環境橋梁施工中，受潮汐和地質變化等影響，海床變化劇烈，在一些特殊的沿海條件下，基巖裸露或者覆蓋層極薄，海床面起伏不均，鋼護筒無法通過常規工藝插打并形成可靠平臺，對大型橋梁選線和施工往往影響較大。

以某工程a為例，該大橋工程采用主跨340m雙塔結合梁斜拉橋，大橋為典型的沿海環境橋梁，橋位水深最大36m，流速達到2.93m/s，水文環境在沿海橋梁中較為典型。某索塔承臺下設26根φ2.8m的鉆孔灌注樁，單樁樁長為62m，樁基均按嵌巖樁設計，以中風化含角礫凝灰巖為樁端持力層。樁基鋼護筒內徑均為φ3.1m，壁厚δ20mm，長度28～40m不等。該主墩處為典型的沿海大斜坡裸巖條件。該主墩巖面傾斜、起伏變化大，群樁范圍高差達到12.5m，海床面傾角達29度，且為橫橋、縱橋雙向斜坡。同時該墩位基巖裸露，局部覆蓋層厚度僅為1.5m，下伏巖石表面強度達到44mpa，樁端持力層巖石強度達到68mpa。因此按常規群樁基礎施工工藝無法進行鋼護筒沉放施工。

目前，對于類似惡劣水文地質條件下大型平臺有三種施工方案：

(1)打樁船或起重船直接插打鋼護筒施工方案：

在一些淺覆蓋層條件下鋼護筒下放，可采用打樁船配液壓錘或者柴油錘直接錘擊鋼護筒，將其打入一定的深度，進而形成鉆孔平臺。而對于前述大橋工程a，為克服振動錘振沉鋼護筒無法入巖的情況，對打樁船進行鋼護筒搭設進行了結構分析。在鋼護筒底部加強和鋼護筒搭設過程不變形的情況下，鋼護筒僅能進入巖層60cm，無法實現結構穩定。因而，該方案不適宜該工程a。

(2)大型導管架方案：

即事先將整個墩位的多根鋼護筒在場地預制焊接完成，通過大型船舶運輸，采用起重船舶直接在現場定位、吊放。完成調位后，在導管架外側下放水下圍堰，通過在圍堰內澆筑混凝土與基礎進行錨固，再依托該錨固平臺進行鉆孔樁施工。

但此方案針對該施工條件有一定局限性，導致前述大橋工程a無法以該方案實施：淺、薄覆蓋層清理難度大，混凝土與基巖錨固效果不確定性大；巖面傾斜角度較大，導管架底部高差大，由于混凝土的流動性，無法保證對導管架基礎進行全部錨固；巖面傾斜角度較大，每根導管架基礎標高相差較大，對導管架每根基礎標高控制難度大；大型導管架自重較大，需較大的起重船，而且前述大橋工程a橋位兩側受既有橋梁和跨海高壓線凈空影響，大型起重船無法進場，導管架起重作業條件受限。

(3)行式起升平臺方案：

依托自行式起升平臺沉放鋼護筒，鋼護筒沉放錨固后形成群樁，在群樁護筒上搭設平臺進行鉆孔。

同樣該方案有較大局限，導致前述大橋工程a無法以該方案實施：起升平臺作業水深有一定要求，而前述工程a大橋水域最大水深超過30m，超過起升平臺最大水深的限制；起升平臺對水流流速和基礎傾斜度條件有一定要求，確保自身穩定性。

技術實現要素：

本發明的目的在于：鑒于國內外已有的在惡劣水文地質條件下施工大型群樁基礎鋼護筒的方法無法適用于沿海一些特定水域的，因此需要研發一種創新的適用于淺覆蓋層(無覆蓋層、基巖裸露或局部覆蓋層厚度低于2m)、深水區(水深或最大水深不超過40m)、流速大(流速不超過4m/s)、巖面傾斜(海床面傾角或最大海床面傾角不超過60度)的群樁基礎施工裝置及方法，提高樁基施工的適用范圍，滿足沿海惡劣水文條件、地質復雜多變淺覆蓋層情況下的群樁基礎施工。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種淺覆蓋層深水區流速大巖面傾斜的鋼護筒施工裝置，包括主棧橋，與主棧橋連接的起始平臺，用于鉆孔平臺的鋼護筒沉放的導向架，以及振動錘和沖擊鉆；起始平臺位于鉆孔平臺外側，采用混凝土錨固的鋼管樁基礎；導向架位于起始平臺朝向鉆孔平臺一側形成一懸臂平臺，且導向架焊接在已完成嵌巖錨固的起始平臺鋼管樁基礎平聯位置，或者導向架位于鉆孔平臺朝向欲沉放的鋼護筒一側形成一懸臂平臺，且導向架焊接在最外側已完成臨時錨固的鋼護筒的外側壁板上；導向架之間焊接平聯，導向架包括相連接的懸臂機構和導向框，懸臂機構與起始平臺鋼管樁或鋼護筒焊接，導向框為上下平行的多層結構，各層上均豎直對應設有一容納鋼護筒沉放通過的導向孔，形成一豎直的導向通道，沖擊鉆駐位在導向架上。

作為選擇，各鋼護筒之間逐根平聯形成鉆孔平臺。該方案中，通過鋼護筒之間逐根平聯形成穩定的鉆孔平臺，形成部分平臺后，即可隔孔開鉆。該方案取消了常規的護筒區的平臺鋼管樁，鋼護筒錨固后既作為輔助平臺樁又作為成樁鋼護筒。

作為選擇，導向框為三層結構的長方體框。該方案中，具有足夠的強度、剛度，能夠滿足流速大、風速大、波浪高時沉放鋼護筒的使用要求。

一種淺覆蓋層深水區流速大巖面傾斜的鋼護筒施工方法，依次包括以下步驟：

1)搭設起始平臺連接主棧橋，起始平臺采用鋼管樁基礎，并對鋼管樁基礎進行混凝土錨固；

2)在起始平臺上焊接導向架，導向架位于起始平臺朝向欲沉放的第一排鋼護筒一側形成一懸臂平臺，且導向架焊接在已完成嵌巖錨固的起始平臺鋼管樁基礎平聯位置，對應第一排每一鋼護筒設有一導向架，導向架之間焊接平聯；導向架包括相連接的懸臂機構和導向框，懸臂機構與起始平臺鋼管樁焊接，導向框為上下平行的多層結構，各層上均豎直對應設有一容納鋼護筒沉放通過的導向孔，形成一豎直的導向通道，導向通道對應欲沉放的鋼護筒位置；

3)將鋼護筒吊入導向架的導向通道內，起重設備吊裝振動錘對鋼護筒進行初振，鋼護筒精確調位完成后，在起始平臺上布置沖擊鉆，依托導向架在鋼護筒內進行沖孔作業，使鋼護筒逐步跟進、嵌入巖層；

4)鋼護筒入巖跟進深度滿足要求后，鋼護筒內回灌混凝土錨固鋼護筒，再將鋼護筒與后方起始平臺連接穩定；

5)第一排鋼護筒錨固并待混凝土強度達到設計強度后，起重船移走沖擊鉆，拆除導向架，以已完成錨固的鋼護筒為基礎搭設鉆孔平臺，完成鋼護筒錨固區鉆孔平臺搭設；

6)在已錨固的前一排鋼護筒外側繼續采用起重船吊裝循環焊接下一排鋼護筒導向架，導向架的懸臂機構焊接在前一排鋼護筒的外側壁板上，并按照首排鋼護筒施工的流程進行鋼護筒的沉放、沖孔、錨固，再進行鋼護筒間平聯連接、導向架拆除、鉆孔平臺上部結構搭設；

7)周轉重復使用導向架按照第6)步施工順序進行剩余鋼護筒的施工，最后完成整個鉆孔平臺的施工。

5.如權利要求4所述的淺覆蓋層深水區流速大巖面傾斜的鋼護筒施工方法，其特征在于：鋼護筒施工的沿海施工區域條件為：無覆蓋層、基巖裸露或局部覆蓋層厚度低于2m，水深或最大水深不超過40m，流速不超過4m/s，海床面傾角或最大海床面傾角不超過60度。

作為選擇，鋼護筒入巖跟進深度為3m以上。該方案中，相對傳統方案只能入巖跟進深度不足1m，本發明遠超現有技術，實現結構穩定。

作為選擇，沖擊鉆沖擊結束后，采用振動錘復振。該方案中，為防止鋼護筒跟進不到位，沖擊結束后，可以采用振動錘復振，以確保跟進深度。

作為選擇，鋼護筒內回灌混凝土錨固鋼護筒時，采用導管法灌注c40細石混凝土至原海床標高位置。

作為選擇，利用沖擊鉆通過導向架對巖面進行適當沖擊。該方案中，樁位處巖面傾斜較大(無斷崖式脫空)可能導致底口部分護筒脫空時，可以在沉放鋼護筒前，利用沖擊鉆通過懸臂導向架對巖面進行適當沖擊，以減小護筒區巖面的高差。

前述本發明主方案及其各進一步選擇方案可以自由組合以形成多個方案，均為本發明可采用并要求保護的方案；且本發明，(各非沖突選擇)選擇之間以及和其他選擇之間也可以自由組合。本領域技術人員在了解本發明方案后根據現有技術和公知常識可明了有多種組合，均為本發明所要保護的技術方案，在此不做窮舉。

工作過程為：本發明與常規鋼護筒沉放施工不同，采用了新型鋼護筒沉放方案：即采用先搭設并錨固起始平臺，依托平臺懸臂焊接導向架，下放鋼護筒。沖擊鉆駐位在懸臂導向架上，對鋼護筒內進行沖擊作業，將鋼護筒逐步沖擊跟進設計深度后，護筒內回灌混凝土錨固鋼護筒，再將鋼護筒與后方起始平臺連接穩定。拆除導向架，依次施工下一排鋼護筒，并逐根平聯形成穩定的鉆孔平臺。而且形成部分平臺后，即可隔孔開鉆。該方案取消了常規的護筒區的平臺鋼管樁，鋼護筒錨固后既作為輔助平臺樁又作為成樁鋼護筒。

本發明的有益效果：對于某些與國外內其他斜拉橋相比，具有主墩施工環境極為惡劣、復雜的特點的沿海大橋工程，不適合采用目前國內外尚有的類似水文、地質條件下大型群樁基礎施工方法。常規鋼護筒單根沉放工效約為1～2天，采用本發明該主墩單根鋼護筒用時約7天完成，該橋墩以4套導向架為例，可以在7個循環周期約50天內完成26根鋼護筒沉放施工，且成孔過程無一根護筒漏漿，有效確保了成孔效率和成樁質量，解決了復雜條件下的大型群樁基礎施工，為惡劣水域環境鋼護筒施工積累了寶貴經驗，進一步推動了大跨徑橋梁建設技術的發展。

附圖說明

圖1是本發明實施例的導向架安裝平面結構示意圖；

圖2是本發明實施例的導向架安裝立面結構示意圖；

圖3是本發明實施例的施工第一排鋼護樁的平面狀態示意圖；

圖4是本發明實施例的鋼護樁施工完畢的平面狀態示意圖；

其中1為主棧橋、2為起始平臺、3為欲沉放的鋼護筒位置、4為鋼護筒、5為導向框、51為導向孔、6為懸臂機構、7為平聯、8為混凝土錨固的鋼管樁基礎、9為鉆孔平臺。

具體實施方式

下列非限制性實施例用于說明本發明。

某大橋a采用主跨340m雙塔結合梁斜拉橋，大橋為典型的沿海環境橋梁，橋位水深最大36m，流速達到2.93m/s，水文環境在沿海橋梁中較為典型。其9#索塔承臺下設26根φ2.8m的鉆孔灌注樁，單樁樁長為62m，樁基均按嵌巖樁設計，以中風化含角礫凝灰巖為樁端持力層。樁基鋼護筒內徑均為φ3.1m，壁厚δ20mm，長度28～40m不等。

該大橋a的主墩處為典型的沿海大斜坡裸巖條件。主墩巖面傾斜、起伏變化大，群樁范圍高差達到12.5m，海床面傾角達29度，且為橫橋、縱橋雙向斜坡。同時該墩位基巖裸露，局部覆蓋層厚度僅為1.5m，下伏巖石表面強度達到44mpa，樁端持力層巖石強度達到68mpa。

鋼護筒沉放方案采用先搭設并錨固起始平臺2，依托平臺懸臂焊接導向架，下放鋼護筒4。沖擊鉆駐位在懸臂導向架上，對鋼護筒4內進行沖擊作業，將鋼護筒4逐步沖擊跟進3m后，鋼護筒4內回灌混凝土錨固鋼護筒4，再將鋼護筒4與后方起始平臺2連接穩定。拆除導向架，依次施工下一排鋼護筒4，并逐根平聯7形成穩定的鉆孔平臺9。形成部分鉆孔平臺9后，即可隔孔開鉆。該方案取消了常規的護筒區的平臺鋼管樁，鋼護筒錨固后既作為輔助平臺樁又作為成樁鋼護筒。

參考圖1、2所示，其中導向架為鋼管與型鋼組合桁架結構，以提高整體結構剛度和強度。導向架之間焊接平聯7，導向架包括相連接的懸臂機構6和導向框5，懸臂機構6與起始平臺2混凝土錨固的鋼管樁基礎8或鉆孔平臺9已完成錨固的鋼護筒4焊接，導向框5為上下平行的多層結構，各層上均豎直對應設有一容納鋼護筒4沉放通過的導向孔51，形成一豎直的導向通道。對應欲沉放的該排每一鋼護筒4設有一導向架。進行第一排鋼護筒4沉放時，導向架的懸臂機構6需焊接在已完成嵌巖錨固的起始平臺2鋼管樁基礎(混凝土錨固的鋼管樁基礎8)平聯位置，導向架位于起始平臺2朝向欲沉放的第一排鋼護筒一側(欲沉放的鋼護筒位置3)形成一懸臂平臺；往前推進的過程中，導向架的懸臂機構6焊接在已完成臨時錨固的鋼護筒4上(注意焊接前鋼護筒錨固混凝土需達到設計強度要求)，導向架朝向欲沉放的下一排鋼護筒一側(欲沉放的鋼護筒位置3)形成一懸臂平臺。導向框5分三層，每兩層之間的高度均為2m；導向架內設置供鋼護筒定位、施沉過程中糾偏、調整和鎖定的裝置，同時具有足夠的強度、剛度，能夠滿足流速大、風速大、波浪高時沉放鋼護筒的使用要求。

總體施工工藝：

水上9#墩采用搭設起始平臺2連接主棧橋1，起始平臺2采用混凝土錨固的鋼管樁基礎8，再依靠起始平臺2搭設鉆孔平臺9。鉆孔平臺9考慮鋼護筒4參與平臺整體受力，不再設置鋼管樁基礎，由于該區域水深、流速快、覆蓋層薄弱，需要對鋼護筒進行沖擊后澆筑混凝土臨時錨固，即起始平臺搭設→起始平臺錨固→安裝導向架→沉放鋼護筒→沖擊錨固鋼護筒→平臺連接→鉆孔灌注樁施工。

1、沖擊鉆機就位與鋼護筒臨時錨固：

參考圖1、2所示，導向架通過測量精確定位后，采用起重設備安裝并焊接完成。起重船將鋼護筒4吊入導向架導向孔51，帶平潮期入水，確保下放過程的垂直度。為進一步增加錘入深度，起重設備吊裝振動錘對鋼護筒4進行初振，避免在漲落潮條件下鋼護筒底口發生偏位。鋼護筒精確調位完成后，在起始平臺2上布置4臺jk-15沖擊鉆機，采用直徑2.95m鉆頭依托導向架在鋼護筒4內進行沖孔作業，使鋼護筒4逐步跟進、嵌入巖層。根據結構計算，同時為避免鉆孔過程護筒4底口漏漿，鋼護筒4入巖跟進深度為3m。為防止鋼護筒跟進不到位，沖擊結束后，可以采用振動錘復振，以確保跟進深度。跟進滿足要求后，采用導管法灌注c40細石混凝土至原海床標高位置。

2、錨固區鉆孔平臺搭設：

參考圖3所示，第一排4根鋼護筒4錨固并待混凝土強度達到設計強度后，起重船移走鉆機，拆除導向架。以已完成錨固的鋼護筒4為基礎搭設鉆孔平臺9，完成鋼護筒錨固區鉆孔平臺搭設。

在已錨固的鋼護筒4外側繼續采用起重船吊裝循環焊接下一排鋼護筒導向架，導向架焊接懸臂機構6在鋼護筒4的外側壁板上，導向架之間焊接平聯7增強整體穩定性。按照首排鋼護筒施工的流程進行鋼護筒的沉放、沖孔、錨固，再進行鋼護筒間平聯7連接、導向架拆除、鉆孔平臺上部結構搭設。

參考圖4所示(圖中箭頭為主棧橋方向)，周轉重復使用導向架按照上施工順序進行剩余鋼護筒的沉放、錨固，最后完成整個鉆孔平臺的施工。

該大橋a與國外內其他斜拉橋相比，具有具有巖面傾斜、薄覆蓋層的特點。不適合采用目前國內外尚有的類似水文、地質條件下大型群樁基礎施工方法。常規鋼護筒單根沉放工效約為1～2天，其9#墩單根鋼護筒用時約7天完成，該橋墩共計制作了4套導向架，共計7個循環周期約50天完成了26根鋼護筒沉放施工。且成孔過程無一根護筒漏漿，有效確保了成孔效率和成樁質量，解決了復雜條件下的大型群樁基礎施工，為惡劣水域環境鋼護筒施工積累了寶貴經驗，進一步推動了大跨徑橋梁建設技術的發展

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。