[发明专利]基于垂直吊装系统的超大断面倾斜式单桩基础施工工艺

说明书

技术领域

本发明属于桩基础施工技术领域，尤其是涉及一种基于垂直吊装系统的超大断面倾斜式单桩基础施工工艺。

背景技术

对开挖断面面积大于100m²且倾角(即中心轴线与铅垂线之间的夹角)大于45°的超大断面大倾角倾斜式单桩基础(以下简称超大断面倾斜式单桩基础)进行开挖时，必须采用工程措施以确保施工期间的岩体稳定及作业安全。国内对上述超大断面倾斜式单桩基础进行开挖时，多按照矿山隧道开挖作业方式进行开挖，并采用人工钻爆与小型机械挖掘机相结合的开挖方式。实际开挖时需加强支护，确保基础混凝土灌注前的围岩稳定。为尽量减少开挖作业对周边的扰动，基坑采用分部、分台阶开挖。

但上述开挖方法存在以下三方面的缺陷和不足：①断面分部、分台阶开挖时，通过减小施工空间、加大体内支撑等方式提高开挖安全性，但是空间狭小致使不能使用机械配合，机械化程度低，大大降低了施工进度，给施工带来了困难；②支护过程复杂，利用人工安装支护结构，大大降低了施工效率，无法实时监控围岩变化情况，施工安全风险大；③由于基础倾斜角度大大型机械无法自行进出基础，渣土或碴石无法利用有轨运输进行出碴，施工效率极低。

目前所采用的出碴方式有很多种，主要包括斜井的有轨出碴、无轨出碴、连续皮带机出碴等方式。但对上述超大断面倾斜式单桩基础进行开挖施工过程中，开挖断面深度在30米以内时可采用挖掘机配合进行出碴，但是开挖断面深度在30米以上时即使采用2台挖掘机配合进行接力出碴也会很吃力，出碴过程施工难度大，极大程度上影响了后续开挖施工过程。而采用有轨出碴或连续皮带机出碴时，爆破作业会对轨道造成伤害，并且倾斜角度过大、开挖断面深度在30米以上的开挖进尺等因素都不允许使用轨道或连续皮带机进行出碴。并且，有轨出碴及连续皮带机出碴存在工序复杂、造价高、不机动、不灵活、施工干扰大等缺陷。

另外，现如今对开挖断面面积大于100m²且隧道最大倾角为45°的超大断面大倾角隧道进行施工时，斜井采用新奥法进行开挖施工，竖井与隧道施工均采用新奥法或盾构法进行施工。但实际施工时，上述两种施工方法均有其自身局限性，不同程度地存在缺陷和不足。其中，新奥法受地形、地质条件影响较大，而且对于倾斜角度大于45°的斜井施工难度系数很大，机械化程度低，施工过程困难。而盾构法主要适用于隧道开挖工程，并且施工投入大、场地限制较大，不适用于超大断面倾斜式单桩基础开挖施工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于垂直吊装系统的超大断面倾斜式单桩基础施工工艺，其工艺步骤简单、设计合理、投入成本低且施工简便、使用效果好，能简便、快速完成超大断面倾斜式单桩基础的施工过程，施工过程易于控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于垂直吊装系统的超大断面倾斜式单桩基础施工工艺，其特征在于：所施工超大断面倾斜式单桩基础为钢筋混凝土桩，所述钢筋混凝土桩内设置有钢筋笼；所述钢筋混凝土桩的横断面面积大于100m²且其倾角大于45°；对所施工超大断面倾斜式单桩基础进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、管棚超前支护施工：对所施工超大断面倾斜式单桩基础的桩洞进行开挖之前，先对桩洞顶部进行管棚超前支护施工，获得施工成型的管棚超前支护结构；

步骤二、洞口防护：在桩洞的洞口施工洞口支护结构；

步骤三、垂直吊装系统安装：在桩洞的洞口外侧安装垂直吊装系统；

所述垂直吊装系统包括左右两个纵向走行架、安装在两个所述纵向走行架上且能在两个所述纵向走行架上进行前后平移的横向走行架和安装在横向走行架上且能沿横向走行架进行左右平移的吊装设备；两个所述纵向走行架均为竖向支撑架且二者分别布设在桩洞的洞口左右两侧，所述横向走行架呈水平布设且其与纵向走行架呈垂直布设；两个所述纵向走行架呈平行布设且二者均与桩洞呈平行布设；

所述吊装设备下方通过绳索吊装有出碴料斗或吊具，所述绳索呈竖直向布设；所述垂直吊装系统、绳索和出碴料斗组成出碴设备，所述垂直吊装系统、绳索和所述吊具组成垂直吊装设备；

步骤四、桩洞开挖、出碴及支护施工：采用全断面开挖法由上至下分多个施工节段对桩洞进行开挖施工，每个施工节段开挖过程中同步进行出碴，并对各施工节段开挖成型的桩洞节段分别进行护壁施工，过程如下：