CN109797749B - 一种水下基坑施工装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种水下基坑施工装置及施工方法，包括施工平台和旋挖钻机，施工平台由多个浮箱组装而成矩形，且在远离河岸的一端设有缺口，旋挖钻机设于施工平台上，旋挖钻机的钻杆从缺口伸入水面以下，且钻杆的下端设有嵌岩截齿筒钻或嵌岩双底捞渣斗，施工平台的四角处设有锚固装置。本发明通过冲击锤头的冲击势能将水下基坑剩余基岩部分冲散、破碎，并对基底进行冲击整平，控制基底平整度。根据超声波探测设备测量和潜水员摸探的结果，将不平整区域重新进行冲击整平。水下基坑的基底尺寸和深度控制方便、精准，基底平整度控制准确、精度高，水下基坑成型质量高，为后续施工中的钢套箱围堰的快速、顺利下沉，精准并可靠着床提供了先行支撑和有力保障。

Description

一种水下基坑施工装置及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁深水基础工程施工技术领域，特别涉及一种水下基坑施工装置及施工方法。

背景技术

近年来，随着我国基础项目建设和投资的日益发展，各类跨江、河桥梁建设项目在西南地区越来越多，此区域建设项目的地理位置、施工条件和地质条件也趋复杂、困难，对桥梁深水基础工程施工提出了更高的要求。

桥梁深水基础的施工中，一般是先搭设钻孔平台并插打钢护筒施工钻孔桩，钻孔桩施工结束后在钢护筒上设置牛腿和承重梁，利用千斤顶或倒链吊挂钢套箱围堰，通过高压射水吸泥下沉，待围堰封底混凝土浇筑完成后，抽水并射水吸泥清理围堰内部，最后施做承台基础。该方法在粉土、粉砂或粉质黏土等覆盖层的河床地质下利用较为普遍，但在密实卵石覆盖层、裸露基岩等条件下，钢套箱围堰无法下沉。因此一般该类地质采用“先堰后桩”的施工顺序。

在密实卵石覆盖层或裸露基岩地质，桥梁深水基础施工需开挖钢套箱围堰的水下基坑，钢套箱围堰在陆地拼装并下水，驳船浮运围堰至墩位，围堰一次性下沉至已开挖完成的水下基坑，着床后浇筑封底混凝土。在钢套箱围堰上搭设钻孔平台，先施工钻孔桩最后抽水施做承台基础。采用“先堰后桩”的施工顺序，水下基坑在钢套箱围堰下沉前一次性开挖到位，钢围堰下沉控制精度高，下沉效率快，下沉设备和机械投入少。

水下基坑开挖有机械开挖、水下***等施工方式。机械开挖适用于硬土和软岩，一般为船载长臂挖掘机作业。由于作业时是利用柔性钢索通过船锚联结船体，作业时船体晃动明显，无法真正固定船***置，不能给挖掘机提供足够的反向支撑力，开挖效率较低，且开挖深度受挖掘机臂长限制。水下***适用于硬岩，须利用钻爆船、抓斗等大型船舶设备配合进行***钻孔、清渣等作业，存在成本投入大、安全风险高、在水体生态保护区禁止施工等诸多不足和弊端。

遂宁老池乡至蓬溪书房沟田家渡特大桥项目，上游建设有过军渡水电站，下游为三星水电站，该项目位于水电站库区内船舶无法进入。特大桥桥址的河床地质为密实卵石和风化泥岩。密实卵石覆盖层厚度达3m，风化泥岩强度达5.1MPa，岩体划分为Ⅳ类软石。墩位处最大水深达16m，长臂挖掘机等开挖机械能力无法达到要求。针对以上难题，寻求一种安全可控、技术可行、效率先进、经济优益的水下基坑开挖方法迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种水下基坑施工装置及施工方法，以保证在深水库区内、河床密实卵石覆盖层和风化基岩条件下水下基坑开挖的高效、精确和施工安全可靠，且能够缩短施工工期、提高施工安全性以及降低施工成本，保障钢套箱围堰快速、顺利下沉。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种水下基坑施工装置，包括

钻孔装置，其包括施工平台和旋挖钻机，所述施工平台由多个浮箱组装而成矩形，且在远离河岸的一端设有缺口；所述旋挖钻机设于所述施工平台上，所述旋挖钻机的钻杆从缺口伸入水面以下，且所述钻杆的下端设有嵌岩截齿筒钻或嵌岩双底捞渣斗，用于钻孔作业，所述施工平台的四角处设有锚固装置；

型钢纵梁，其连接于施工平台和河岸之间；

冲击装置，其包括至少两艘驳船、冲击作业平台和冲击钻机，所述冲击作业平台搭设于相邻的两艘驳船之间，所述驳船的两端分别设有锚固装置，所述冲击钻机设于所述冲击作业平台上，所述冲击钻机钢丝绳的末端设有冲击锤头。

作为优选，所述浮箱成条状，所述浮箱采用中厚钢板制作成封闭箱体，所述浮箱的内部采用由工字钢、角钢和钢管立柱组成的型钢框架支撑结构。

作为优选，每个所述浮箱均预设有检查井。

作为优选，所述锚固装置包括卷扬机、钢丝锚绳和霍尔铁锚，所述卷扬机通过底座与施工平台连接，所述钢丝锚绳的两端分别与所述卷扬机、霍尔铁锚连接。

作为优选，所述嵌岩截齿筒钻的端面均布有多个截齿，并在中心设有截齿轴杆，所述截齿轴杆为钢制实心结构，所述截齿轴杆的长度较嵌岩截齿筒钻长75cm，所述截齿轴杆的端面设有多个截齿。

作为优选，所述嵌岩双底捞渣斗采用双底结构，在过圆心的直线上等距设置有一排截齿。

作为优选，所述冲击作业平台包括多道横向分配梁、纵向分配梁和横向承重梁，所述横向分配梁横跨在相邻的两艘驳船的纵向外边缘，两侧采用钢管柱或型钢立柱支撑于驳船上，以保证结构稳固且传力均匀，并在上部满铺钢面板，所述纵向分配梁设于横向分配梁的底部并进行焊接固定，以传递冲击钻机的竖向荷载。

作为优选，所述冲击锤头直径为1.8～2.2m，采用十字型或梅花型冲击锤头，以适用于风化基岩地质的破碎冲击。

一种如上所述的水下基坑设备的施工方法，包括如下步骤：

1）制作用于水上作业的施工平台，并在河岸边进行组装、加固；

2）旋挖钻机沿型钢纵梁行驶至施工平台的顶面，根据设计的钻孔孔位进行施工平台的移动、定位和锚固；

3）旋挖钻机通过钻杆加压，配合嵌岩截齿筒钻和嵌岩双底捞渣斗钻进至设计深度，并按预设孔位逐个依次进行钻孔作业；

4）通过拼装至少两艘驳船并搭设冲击作业平台，并在冲击作业平台上安放冲击钻机；

5）冲击钻机按预设点位通过冲击锤头进行咬合冲击作业，将水下基坑基底冲击整平；

6）最后通过超声波探测设备测量检查水下基坑的尺寸、深度和基底平整度等，不合格区域重新利用冲击钻机进行冲击找平，直至水下基坑成型。

作为优选，所述旋挖钻机的钻孔点位均匀等距布置，钻孔直径大小为1.5m～2.2m，钻孔之间净距为0.4m～0.75m。

作为优选，所述冲击钻机采用先四周后中间，由外及内的冲击顺序和重锤轻击的冲击方式，且冲击钻机采用人工手动操控式。

作为优选，所述超声波探测设备为带模拟记录的单波束回声测深仪或多波束测深***，通过作业采集数据并进行内业数据处理，绘制出水下基坑的等高线或三维势图。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1.本发明在自制的浮箱和作业平台上进行旋挖钻机和冲击钻机施工，解决了工程位于库区下船舶无法进入的施工条件限制的难题。根据实际情况可对自制的浮箱或作业平台加以改造和优化，极大地提高了施工便利性和可操作性；并且在工程施工结束后可进行拆解回收利用，通过周转利用降低了工程实际成本。

2.本发明仅仅是通过已普遍应用的旋挖钻机和冲击钻机进行水下基坑施工，无需通过长臂挖掘机开挖或大型抓斗船等船舶机械施工，施工机械投入较少。无需施工人员进行水下***作业，降低了施工安全风险、减少施工安全隐患并避免了***对水体自然生态的破坏。

3.本发明通过带大直径的嵌岩截齿筒钻的旋挖钻机进行钻孔，充分利用嵌岩截齿筒钻的钻进能力强和嵌岩双底捞渣斗取渣速度快的优点，合理设计钻孔点位、均匀布置钻孔间隔，增加了水下基坑中旋挖钻机钻孔的比例和占成，极大地提高了水下基坑的开挖速度和施工效率，有效缩短施工工期和节约施工成本。

4.本发明通过冲击锤头的冲击势能将水下基坑剩余基岩部分冲散、破碎，并对基底进行冲击整平，控制基底平整度。根据超声波探测设备测量和潜水员摸探的结果，将不平整区域重新进行冲击整平。水下基坑的基底尺寸和深度控制方便、精准，基底平整度控制准确、精度高，水下基坑成型质量高。为后续施工中的钢套箱围堰的快速、顺利下沉，精准并可靠着床提供了先行支撑和有力保障。

附图说明

图1为本发明中一种水下基坑施工装置的施工平台的俯视结构示意图；

图2为本发明中一种水下基坑施工装置的浮箱的剖视结构示意图；

图3为本发明中一种水下基坑施工装置的旋挖钻机刚要向施工平台行驶的状态下的结构示意图；

图4为本发明中一种水下基坑施工装置的旋挖钻机已行驶至施工平台的顶面的状态下的结构示意图；

图5为本发明中一种水下基坑施工装置的旋挖钻机在施工平台上进行钻孔作业的结构示意图；

图6为本发明中一种水下基坑施工装置的嵌岩截齿筒钻的主视结构示意图；

图7为本发明中一种水下基坑施工装置的嵌岩截齿筒钻的俯视结构示意图；

图8为本发明中一种水下基坑施工装置的嵌岩双底捞渣斗的主视结构示意图；

图9为本发明中一种水下基坑施工装置的嵌岩双底捞渣斗的俯视结构示意图；

图10为本发明中一种水下基坑施工装置的旋挖钻机钻孔点位平面示意图；

图11为本发明中一种水下基坑施工装置的冲击钻机咬合冲击点位平面示意图；

图12为本发明中一种水下基坑施工装置的冲击钻机在冲击作业平台上进行冲击作业的主视结构示意图；

图13为本发明中一种水下基坑施工装置的冲击钻机在冲击作业平台上进行冲击作业的俯视结构示意图；

图14为本发明中一种水下基坑施工方法的流程图。

图中：1-施工平台；11-浮箱，12-第一卷扬机，13-第一钢丝锚绳；14—第一霍尔铁锚；15-横向连接梁；16-检查井；17-连接螺栓，18-型钢框架支撑；19-缺口；2-旋挖钻机；3-型钢纵梁；4-钻杆；5-嵌岩截齿筒钻；51-截齿轴杆；52-第一截齿；6-嵌岩双底捞渣斗；61-第二截齿；7-驳船；8-冲击作业平台；81-为联结杆；82-联结销轴；83-横向分配梁；84-为纵向分配梁；85-为横向承重梁；86-第二卷扬机；87-第二钢丝锚绳；88-第二为霍尔铁锚；9-冲击钻机；10-冲击锤头。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

如图1至图14所示，本发明的实施例公开了一种水下基坑施工装置，包括钻孔装置、冲击装置和型钢纵梁。钻孔装置包括施工平台1和旋挖钻机2，施工平台1由多个浮箱11组装而成矩形，且在远离河岸的一端设有缺口19。旋挖钻机2设于施工平台1上，旋挖钻机2的钻杆4从缺口19伸入水面以下，便于旋挖钻机2的钻杆4的定位移动和上下升降。且钻杆4的下端设有嵌岩截齿筒钻5或嵌岩双底捞渣斗6，用于钻孔作业，施工平台1顶面四角设有锚固装置。

型钢纵梁3连接于施工平台1和河岸之间，旋挖钻机2沿型钢纵梁3行驶至施工平台1的顶面，并将钻杆4对位至施工平台1前端的缺口19。调整锚固装置，定位并锚固施工平台1的位置和角度。

冲击装置包括至少两艘驳船7、冲击作业平台8和冲击钻机9。冲击作业平台8搭设于相邻的两艘驳船7之间，冲击钻机9设于冲击作业平台8上，冲击钻机9的钢丝绳末端设有冲击锤头10，冲击锤头10为十字型或梅花型，冲击锤头10的直径为1.8～2.2m，优选直径d2=2.2m，适用于风化基岩地质的破碎冲击。驳船7的两端分别设有锚固装置。

本实施例中，首先根据旋挖钻机2的机械型号、尺寸和荷载大小对浮箱11的结构进行设计和验算。浮箱11成条状，长方条的浮箱11在工厂内加工制作。浮箱11由中厚钢板制作成封闭箱体，内部采用由工字钢、角钢和钢管立柱组成的型钢框架支撑18，以保证结构的强度及刚度能够承载大型机械作业。浮箱11的两端分别设有螺栓孔，以通过连接螺栓17连接相邻的两个浮箱11。浮箱11的外表面涂刷防锈防腐漆，经陆路运输至桥址区。在桥址河岸边进行浮箱11的依次下水、组装、拼接和加固，并安装浮箱11的锚固装置。每个浮箱11均预设有检查井16，以供人员检查内部结构状况或漏水情况。

多个长方条的浮箱11的高度和宽度均相同，浮箱11的尺寸、数量需同时满足机械施工作业的使用需求和满载下浮箱11吃水深度的安全需求。本实施例中，浮箱11的数量优选为4～6个，通过连接螺栓17将相邻的两个浮箱11拼接为整体。浮箱11的总长度为11m～19m，总宽度为15～18m，高度为1.5m～2.5m。

本实施例中，浮箱11还包括多道横向连接梁15，多道横向连接梁15将浮箱11通过焊接方式连接紧固为整体。待全部的浮箱11栓接完成后，将前部的两道横向连接梁15与浮箱11的顶面钢板焊接牢固，尾部的横向连接梁15待旋挖钻机2行驶至浮箱11的顶面后再行添加并焊接固定。

锚固装置包括第一卷扬机12、第一钢丝锚绳13和第一霍尔铁锚14，第一卷扬机12通过底座与施工平台1连接，第一钢丝锚绳13的两端分别与第一卷扬机12和第一霍尔铁锚14连接。每台第一卷扬机12绕入第一钢丝锚绳13，末端与第一霍尔铁锚14系绑。通过将第一霍尔铁锚14抛入水中并与河床紧抓锚固，开动第一卷扬机12使第一钢丝锚绳13适当收紧或放松，从而实现施工平台1的移动、定位和锚固。

本实施例中，嵌岩截齿筒钻5的直径为2.0m，嵌岩双底捞渣斗6的直径为2.2m。嵌岩截齿筒钻5和嵌岩双底捞渣斗6的端面分别均布有多个第一截齿52和第二截齿61，钻孔作业时第一截齿52或第二截齿61旋转入岩并施加压力使基岩松散、破碎。在卵砾石层、风化和半风化基岩等地层下的钻进效率高、速度快，广泛用于卵砾石层、中等风化的类土质软岩和强风化的较硬岩地质下的钻进作业。

嵌岩截齿筒钻5的端面在中心设有截齿轴杆51，截齿轴杆51端面设有多个第一截齿52。截齿轴杆51为钢制实心结构，直径为15cm，截齿轴杆51伸出嵌岩截齿筒钻5的底部约0.5m～1.0m。旋挖钻机2的钻孔作业时是通过液压给钻杆4施加转动扭矩，因此旋挖钻机2始终会对浮箱11施加相反的平面转动扭矩，由此也易使浮箱11发生较大扰动并增加钻杆4的对中定位施工难度。因此，利用截齿轴杆51先行嵌入孔位中心的河床内并提供锚固作用，有效地提高了旋挖钻机2在浮箱11上作业时钻杆4的定位精度和钻孔作业的精度。

嵌岩双底捞渣斗6采用双底结构，在过圆心的直线上等距设置有一排第二截齿61。钻进时双底结构呈半敞开状态，通过钻杆4施加扭矩和压力使经破碎的基岩旋转挤入嵌岩双底捞渣斗6中。待嵌岩双底捞渣斗6装满钻渣后，钻杆4施加反向扭矩，双底结构在反向扭矩作用下旋转并封闭，再将钻渣提出并弃至运输船上。运输船先将钻渣运至河岸边，挖运至临时弃渣处，最后再清运至规定的弃渣场地。通过嵌岩截齿筒钻5的先行定位、钻进和嵌岩双底捞渣斗6的跟进捞渣、钻深，从而实现水下基坑旋挖钻进作业的成孔。

本实施例中，两艘驳船7通过冲击作业平台8联结为整体，并在冲击作业平台8的中心即两艘驳船7的横向中心位置安放冲击钻机9，最后冲击钻机9通过冲击锤头10进行冲击作业。冲击锤头10为十字型，直径为2.2m。

在两艘驳船7的船头和船尾共设置有四台第二卷扬机86，第二卷扬机86的底座与驳船7焊接紧固。每台第二卷扬机86绕入第二钢丝锚绳87，末端与第二霍尔铁锚88系绑。通过将第二霍尔铁锚88抛入水中并与河床紧抓锚固，开动第二卷扬机86使第二钢丝锚绳87适当收紧或放松，从而实现两艘驳船7的整体移动、定位和锚固。

在驳船7的船头、船尾设置联结杆81与联结销轴82将两艘驳船7联系为整体，以提升整体稳定性和抗波浪能力，防止因冲击钻机9作业时的振动疲劳荷载致使冲击作业平台8焊缝开裂、脱焊乃至平台解体。联结杆81可采用工字钢或槽钢，在腹板开孔穿入联结销轴82与焊接在驳船7的销板销接。

冲击作业平台8包括多道横向分配梁83、纵向分配梁84和横向承重梁85。横向分配梁83横跨在两艘驳船7的纵向外边缘，两侧采用钢管柱或型钢立柱支撑于驳船7上，保证结构稳固且传力均匀，上部满铺钢面板。纵向分配梁84设于横向分配梁83的底部并进行焊接固定，以传递冲击钻机9的竖向荷载。横向承重梁85横跨在两艘驳船7的纵向内边缘，下部与驳船7焊接固定，上部与纵向分配梁84焊接固定。根据冲击钻机9的荷载分布情况，横向承重梁85在前端的布置间距适当进行加密。

本发明中，浮箱11、型钢纵梁3和冲击作业平台8的结构要通过Midas软件进行结构验算，以满足规范中关于钢结构的强度、刚度和稳定性的要求。

本发明还公开了一种如上所述水下基坑施工方法，如图14所示，包括如下步骤：

1）制作用于水上作业的浮箱11，并在河岸边进行组装、加固，安装锚固装置等组成施工平台1。

2）施工平台1停靠在河岸边并进行锚固，设置型钢纵梁3搭设在施工平台1的尾部和河岸地面上。型钢纵梁3与河岸地面、施工平台1顶面间高程平缓过渡并保持基本一致，以保证旋挖钻机2平稳行驶。旋挖钻机2沿型钢纵梁3缓慢行驶至施工平台1顶面后，撤除型钢纵梁3，最后通过动力船舶帮靠浮箱11和旋挖钻机2浮运至水下基坑开挖点位处。通过GPS-RTK按如图10所示放样出水下基坑的设计钻孔点位，进行施工平台1的移动、定位和锚固。旋挖钻机2行驶至施工平台1前端，使钻杆4伸至施工平台1的前端缺口19，调整钻杆4的中心位置与设计钻孔点位一致并处于竖直状态后，开动旋挖钻机2进行钻孔作业。

3）旋挖钻机2通过钻杆4加压，配合嵌岩截齿筒钻5和嵌岩双底捞渣斗6钻进至设计深度，并按如图10所示的预设孔位逐个依次进行钻孔作业。

该步骤中，根据水下基坑大小进行钻孔孔位、孔径、孔距的设计和布置，设计钻孔直径需满足旋挖钻机2的扭矩等规格参数要求，可选择钻孔直径大小为1.5m～2.2m，可选择钻孔之间净距为0.4m～0.75m；净距过小时则后续冲击施工时冲击锤头不稳定且易倾倒、滑落，净距过大时则后续冲击施工时效率明显降低。在本实施例中，旋挖钻机2的钻孔点位均匀等距布置，孔径d1=2.2m，相邻孔位净距L=0.4m。此外，若钻进过程中钻杆4易向已成孔的孔位倾斜或钻杆4的垂直度和中心无法准确控制时，也可将相邻孔位净距L增加至0.6m。

该步骤中，先通过嵌岩截齿筒钻5进行钻进，待钻孔至一定深度并能保证钻杆4在钻进过程中不发生偏移、跑位或倾斜等后将嵌岩截齿筒钻5更换为嵌岩双底捞渣斗6，并继续钻进至设计深度。钻孔过程中的钻渣通过运输船运至河岸边，按照规定位置进行弃渣，不对水体造成污染。每个孔位钻孔结束后，根据设计孔位布置移动定位并锚固施工平台1，通过旋挖钻机2依次进行钻孔施工。

4）通过拼装至少两艘驳船7并搭设冲击作业平台8，并在冲击作业平台8上安放冲击钻机9。

该步骤中，将两艘驳船7纵向平行排列，中间留设间距并搭设冲击作业平台8。两艘驳船7的间距根据冲击钻机9的尺寸及其作用荷载进行验算选择，可选择间距为2.5～4.0m。在本实施例中，两艘驳船7纵向边缘之间的距离为3.0m。为提高冲击作业时驳船7的浮体稳定性并加快施工进度，两艘驳船7可进一步改为三艘驳船7或更多驳船7，相应地设置与之配套数量的冲击钻机9，以提供更多施工作业面。

5）冲击钻机9按预设点位通过冲击锤头10进行咬合冲击作业，将水下基坑冲击整平。

该步骤中，根据GPS-RTK放样出的冲击点位，通过第二卷扬机86调整位置定位并锚固冲击作业平台8。冲击钻机9施工应先采用重锤轻击方式，待冲击深度逐渐增加并可使冲击锤头保持稳定状态后，再逐渐增加冲程进行冲击作业。

该步骤中，冲击钻机9施工时，受冲击锤头10的自重和钢丝绳牵拉影响，冲击锤头10始终趋向于已完成的孔位或较低高程的位置并向其倾斜甚至是滑落至已完成孔位。因此，冲击钻机9采用先四周后中间，由外及内的冲击顺序，减少因冲击锤头10向已成孔点位倾倒或滑落而降低冲击效率的影响。此外，冲击钻机9采用人工手动操控式而非自动控制式，以便根据冲击深度实时调整并控制冲击钻机9的钢丝绳收放时机，保证在冲击锤头10将势能转化为冲击动能后不再继续下坠或是滑至已成孔点位，并立即将冲击锤头10提升至冲程高度，使冲击锤头10在钢丝绳拽拉作用下不再继续向周边倾斜，降低冲击过程中对驳船7造成的扰动，最大化地提高冲击施工效率。

该步骤中，通过冲击钻机9的冲击锤头10的咬合冲击作业施工，将先期旋挖钻机2钻孔剩余的在各孔位间的岩层通过冲击的方式冲散、整平，从而实现基底的初步平整。

6）最后测量检查水下基坑的尺寸、深度和基底平整度等，不合格区域重新利用冲击钻机9进行冲击整平，直至水下基坑成型。

该步骤中，通过超声波探测设备进行水下探测，测量并绘制出水下基坑的尺寸、深度、平整度、边坡等情况，并辅以潜水员水下摸探进行核查确认，作为水下基坑成型验收的依据。

该步骤中，采用带模拟记录的单波束回声测深仪测量并采集水位、水深等数据，并搭载GPS设备测量坐标位置，笔记本电脑进行软件操作和记录原始数据。原始数据导入CASS软件中进行处理，最后转换成与水深相对应的河床地形等高线图。根据河床地形等高线图，对水下基坑的尺寸、深度和基底平整度进行核查，并指导施工。对不平整区域重新采用冲击钻机9进行冲击整平。另外，还可通过潜水员水下摸探辅助进行核查确认，或是带摄影成像装置的水下机器人进行检查核实。

本发明提供了一种水下基坑施工装置及施工方法，在深水库区船舶无法进入施工区域、河床密实卵石覆盖层和风化基岩条件下，通过旋挖钻机2按设计点位等距均匀钻孔，冲击钻机9将钻孔剩余部分逐步咬合冲击的施工方法，实现水下基坑的开挖和成型。

该施工方法适用于深水库区船舶无法进入施工区域、河床密实卵石覆盖层和风化基岩地质条件下的水下基坑开挖，也可适用于软质岩、全风化较硬岩地质或水体生态保护区的水下基坑开挖。解决了现有技术中水下***的施工周期长、安全风险高、船舶机械要求高、成本投入大、对水体生态影响大等不足和弊端，提高了施工效率和作业精度，降低了工程成本和安全风险。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种水下基坑施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）制作用于水上作业的施工平台，并在河岸边进行组装、加固；

2）旋挖钻机沿型钢纵梁行驶至施工平台的顶面，根据设计的钻孔孔位进行施工平台的移动、定位和锚固；

3）旋挖钻机通过钻杆加压，先嵌岩截齿筒钻钻进、后嵌岩双底捞渣斗取渣直至设计深度，并按预设孔位逐个依次进行钻孔作业；

4）通过拼装至少两艘驳船并搭设冲击作业平台，并在冲击作业平台上安放冲击钻机；

5）冲击钻机按预设点位通过冲击锤头进行咬合冲击作业，将水下基坑基底冲击整平；

6）最后通过超声波探测设备测量检查水下基坑的尺寸、深度和基底平整度，不合格区域重新利用冲击钻机进行冲击找平，直至水下基坑成型；

钻孔装置，其包括施工平台和旋挖钻机，所述施工平台由多个浮箱组装而成矩形，且在远离河岸的一端的中心设有缺口，所述旋挖钻机设于所述施工平台上，所述旋挖钻机的钻杆从缺口伸入水面以下，且所述钻杆的下端设有嵌岩截齿筒钻或嵌岩双底捞渣斗，用于钻孔作业，所述施工平台的四角处设有锚固装置；

型钢纵梁，其连接于施工平台和河岸之间；

冲击装置，其包括至少两艘驳船、冲击作业平台和冲击钻机，所述冲击作业平台搭设于相邻的两艘驳船之间，所述驳船的两端分别设有锚固装置，所述冲击钻机设于冲击作业平台上，所述冲击钻机的钢丝绳的末端设有冲击锤头；

所述嵌岩截齿筒钻的端面均布有多个截齿，并在中心设有截齿轴杆，所述截齿轴杆为钢制实心结构；

所述旋挖钻机的钻孔点位均匀等距布置，钻孔之间留有净距；

所述冲击钻机采用先四周后中间，由外及内的冲击顺序和重锤轻击的冲击方式。

2.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述浮箱成条状，所述浮箱采用中厚钢板制作成封闭箱体，所述浮箱的内部采用由工字钢、角钢和钢管立柱组成的型钢框架支撑结构。

3.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，每个所述浮箱均预设有检查井。

4.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述锚固装置包括卷扬机、钢丝锚绳和霍尔铁锚，所述卷扬机通过底座与施工平台连接，所述钢丝锚绳的两端分别与卷扬机和霍尔铁锚连接。

5.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述截齿轴杆的长度较嵌岩截齿筒钻长75cm，所述截齿轴杆的端面设有多个截齿。

6.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述嵌岩双底捞渣斗采用双底结构，在过圆心的直线上等距设置有一排截齿。

7.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述冲击作业平台包括多道横向分配梁、纵向分配梁和横向承重梁，所述横向分配梁横跨在相邻的两艘驳船的纵向外边缘，两侧采用钢管柱或型钢立柱支撑于驳船上，以保证结构稳固且传力均匀，并在上部满铺钢面板，所述纵向分配梁设于横向分配梁的底部并进行焊接固定，以传递冲击钻机的竖向荷载；

所述横向承重梁横跨在两艘驳船的纵向内边缘，下部与驳船焊接固定，上部与纵向分配梁焊接固定。

8.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述冲击锤头的直径为1.8m～2.2m，采用十字型或梅花型冲击锤头，以适用于风化基岩地质的破碎冲击。

9.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述钻孔直径大小为1.5m～2.2m，钻孔之间净距为0.4m～0.75m。

10.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述冲击钻机采用人工手动操控式。

11.根据权利要求1所述的一种水下基坑施工方法，其特征在于，所述超声波探测设备为带模拟记录的单波束回声测深仪或多波束测深***，通过作业采集数据并进行内业数据处理，绘制出水下基坑的等高线或三维势图。

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