一种无内支撑钢管桩围堰结构及其施工方法与流程

本发明设计一种围堰结构及其施工方法，尤其是一种无内支撑钢管桩围堰结构及其施工方法。

背景技术：

围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物，一般主要用于水工建筑中。目前，常用的围堰有：钢板桩围堰、锁扣管桩围堰、钢筋混凝土或预应力混凝土板桩围堰。其中最常见的围堰工艺为钢板桩围堰。

钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形及z形等，有各种大小尺寸及联锁形式。围堰多采用单壁封闭式，围堰内有纵横向支撑，必要时加斜支撑成为一个围笼。

但是现有的钢板桩围堰，其使用的钢板桩均是连续结构，也就是说钢板桩相互并排连成装墙，该工艺耗费钢材较多，成本较高且必须配套内支撑，内支撑的存在对承台、桩基施工时均存在一定阻碍。

而且连续的钢板桩在施工时，受到水体的压力比较大，施工难度会加大。

技术实现要素：

本发明解决了现有的钢板桩采用连续并排相连结构，耗费钢材较多，成本较高且必须配套内支撑，影响围堰内施工的缺陷，提供一种无内支撑钢管桩围堰结构，采用内外两排钢管桩墙、中间填充粘土的结构，每一排的钢管桩墙采用相互分离的钢管桩并通过横件连接而成，钢管桩使用数量少，成本较低，两排钢管桩墙和中间粘土墙具有单体构件支撑能力，无需围堰内部支撑，方便承台、桩基施工。

本发明提供一种无内支撑钢管桩围堰结构及其施工方法，采用相互分离的钢管桩连成桩墙，减少施工时受到水体作用力的影响，降低桩墙施工难度。

本发明的具体技术方案为：一种无内支撑钢管桩围堰结构，包括由钢管桩围成的内排和由钢管桩围成的外排，内排和外排之间形成围堰腔，围堰腔内填充粘土形成粘土墙，钢管桩的底部插入到水底土层内，同一排的钢管桩上端之间连接有背带，两排的钢管桩之间连接有拉杆，同一排的相邻钢管桩之间相互分离。

用相互分离的钢管桩围成套置的内排和外排，内排与外排之间间隔一定距离并形成围堰腔，钢管桩为常用材料，重复利用率高，钢管桩之间相互分离，使用量通常仅为钢板桩围堰的1/3，成本较低，而且分离的钢管桩施工时不影响水流，也就是说钢管桩受到水体的压力较小，施工难度下降；围堰腔内填充粘土形成粘土墙，粘土墙和内外两排钢管桩墙形成围堰结构，粘土就地取材，粘土密度大，阻水性好，利用自重可有效的起到阻水的效果；粘土粘聚力大，所产生的主动土压力小，对钢管桩不会产生较大的侧压力；两排的钢管桩之间还连接拉杆，同一排的钢管桩之间连接背带，背带和拉杆形成了对拉系统，粘土墙成型后，就无需在围堰内设置内支撑，便于垫层、桩基、承台等结构施工。

作为优选，钢管桩的上端露出至最高水位以上，粘土墙的上顶面露出至最高水位以上，粘土墙的最小宽度满足小型挖机通行。粘土墙的最小宽度满足小型挖机通行，主要是为了方便挖机进行粘土填充，方便挖机在粘土墙顶部移动。

作为优选，粘土墙填充的粘土装袋形成袋装粘土，袋装粘土堆叠在围堰腔内。填充的粘土装袋，回填粘土不会外泄污染水体，回填、清理时施工快速、环保。

作为优选，粘土墙内布置有钢网，钢网呈u形状，钢网的两侧边缘处于钢管桩的上部位置，袋装粘土堆叠于u形钢网内；钢网为多张，上下钢网的u形底部间距控制在2米左右。粘土墙内布置钢网，且钢网为多张，这样粘土袋处于u形钢网内，不影响粘土墙的阻水作用，同时在拆除粘土墙时，提起钢网即可，拆除非常方便。在施工的时候也可以先将粘土袋放入到u形的钢网内。

作为优选，钢管桩采用圆钢管，背带采用c形钢，c形钢处于围堰腔的外侧并与圆钢管相垂直；拉杆采用钢筋，钢筋的两端设置外螺纹，钢筋两端与对应的钢管桩之间通过锁头固定。锁头呈u形，u形的两端设置有封闭的圆孔，u形卡入钢管桩，拉杆两端分别穿过锁头的圆孔，并在伸出的端部旋上螺母锁紧。拉杆采用钢筋，两端也可以直接与背带相焊接并固定。

一种无内支撑钢管桩围堰结构的施工方法，包括如下步骤：

（1）钢管桩施工：钢管桩间隔插入到水底土层内，形成内排钢管桩墙和外排钢管桩墙，两排之间形成围堰腔；

（2）填充粘土：将粘土填入到围堰腔内，填土的高度超过最高水位面的高度；

（3）对拉系统安装：同一排的钢管桩上端之间连接固定背带，两排钢管桩上端之间连接固定拉杆；

（4）围堰内施工：垫层浇筑和承台施工。

作为优选，采用打桩船进行钢管桩施工，先安装内排和外排的角部的钢管桩，接着施工内排的其余钢管桩，最后再施工外排的钢管桩，钢管桩施工时按照顺时针或者逆时针方向顺序进行。

作为优选，钢管桩施工时使用吨袋进行粘土装袋，装袋后填入到围堰腔内，填土时，先集中填筑出一个高的平段，然后挖机进入平段上方进行后续填土施工。

作为优选，当围堰内外水位差较大时，采用带水垫层浇筑，先带水开挖至垫层底标高，水下浇筑垫层，然后抽水进行承台施工。

作为优选，当围堰内外水位差较小时，围堰成型时直接抽水进行承台开挖，然后浇筑垫层，之后进行承台施工。

本发明的有益效果是：1、采用内外两排钢管桩墙、中间填充粘土的结构，每一排的钢管桩墙采用相互分离的钢管桩并通过横件连接而成，钢管桩使用数量少，成本较低，两排钢管桩墙和中间粘土墙具有单体构件支撑能力，无需围堰内部支撑，方便承台、桩基施工。

2、分离的钢管桩施工时不影响水流，也就是说钢管桩受到水体的压力较小，施工难度下降；

3、粘土装入吨袋，避免外泄污染水体；袋装粘土堆叠时置入u形的钢网，方便粘土墙拆除。

附图说明

图1是本发明一种围堰结构示意图；

图2是本发明一种围堰结构俯视图；

图3是本发明一种围堰施工角部钢管桩施工示意图；

图4是本发明图3所示施工的状态示意图；

图5是本发明一种钢管桩结构示意图；

图6是本发明一种粘土填充示意图；

图7是本发明一种粘土填充状态俯视图；

图中：1、钢管桩，2、围堰腔，3、拉杆，4、背带，5、粘土墙，6、承台，7、垫层，8、辅助线，9、粘土，l、围堰宽度，h、内外水位差，h1、粘土墙高度，h2、垫层厚度。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例：

如图1图2所示，一种无内支撑钢管桩围堰结构，包括由钢管桩1围成的内排和由钢管桩围成的外排，内排和外排之间形成围堰腔2，围堰腔内填充粘土9形成粘土墙5，钢管桩的底部插入到水底土层内，同一排的钢管桩上端之间连接有背带4，两排的钢管桩之间连接有拉杆3，同一排的相邻钢管桩之间相互分离。内排为长方形，外排为长方形，外排套在内排外。钢管桩采用圆钢管，圆钢管小直径大壁厚，具有足够的环向刚度。钢管桩的上端露出至最高水位以上，粘土墙的上顶面露出至最高水位以上，围堰宽度l使得粘土墙5的最小宽度满足小型挖机通行。

粘土墙填充的粘土采用吨袋装袋形成袋装粘土，袋装粘土堆叠在围堰腔内。上下层的袋装粘土的缝隙相互错开。

进一步，粘土墙内布置有钢网，钢网呈u形状，钢网的两侧边缘处于钢管桩的上部位置，袋装粘土堆叠于u形钢网内；钢网为多张，上下钢网的u形底部间距控制在2米左右。

钢管桩采用背带4采用c形钢，c形钢处于围堰腔的外侧并与圆钢管相垂直，所有背带首尾相连呈一个封闭的整体结构，背带处于最高水位之上。拉杆采用钢筋，钢筋的两端搭接在背带上侧边并与背带焊接固定，相邻的拉杆间隔适当距离。

围堰内施工垫层7，垫层上浇筑承台6。

如图3图4图5图6图7所示，一种无内支撑钢管桩围堰结构的施工方法，包括如下步骤：（1）钢管桩施工：先根据围堰内外水位差h，计算出围堰宽度l及粘土墙高度h1，根据内外水位差h计算出垫层厚度h2，以避免围堰内涌水，钢管桩的长度选择根据最高水位及围堰底标高确定，无需达到零弯点，采用打桩船进行钢管桩施工，先安装内排和外排的角部的钢管桩，方便测量辅助定位，然后角桩两两挂辅助线8便于后续钢管桩定位，接着施工内排的其余钢管桩，最后再施工外排的钢管桩，钢管桩施工时按照顺时针或者逆时针方向顺序进行，钢管桩间隔插入到水底土层内，形成内排钢管桩墙和外排钢管桩墙，两排之间形成围堰腔；安装时应确保钢管桩的垂直度，如河床有硬物导致无法确保桩位准确时，及时调整桩位；

（2）填充粘土：钢管桩施工时使用吨袋进行粘土9装袋，将袋装粘土填入到围堰腔内，填土的高度超过最高水位面的高度；填土时，先集中填筑出一个高的平段，然后挖机进入平段上方进行后续填土施工；粘土回填时对钢管桩进行观测，如钢管桩出现倾斜的情况及时停止填土并进行修正；

（3）对拉系统安装：同一排的钢管桩上端之间连接固定背带，两排钢管桩上端之间连接固定拉杆；背带4采用c形钢，c形钢处于围堰腔的外侧并与圆钢管相垂直，所有背带首尾相连呈一个封闭的整体结构，背带处于最高水位之上。拉杆采用钢筋，钢筋的两端搭接在背带上侧边并与背带焊接固定，相邻的拉杆间隔适当距离；填土时如果出现钢管桩倾斜，则提前安装对拉系统进行修正；

（4）围堰内施工：垫层浇筑和承台施工；当围堰内外水位差较大时，采用带水垫层浇筑，先带水开挖至垫层底标高，水下浇筑垫层，然后抽水进行承台施工；当围堰内外水位差较小时，围堰成型时直接抽水进行承台开挖，然后浇筑垫层，之后进行承台施工。

开挖时应对围堰进行连续观测，确保其稳定性。桥梁施工完毕后及时进行围堰的拆除，拆除作业时应先拆除内排钢管桩，再清除回填粘土，最后拆除外排钢管桩。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。