CN100557147C - 钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础的施工方法，涉及桥梁施工技术，由沉箱、基床及桩组成。沉箱由钢空腔，外壁、隔墙结构内壁、箱顶和箱底平台组成；沉箱箱顶预留抽水、送气孔，该孔兼做检查孔。基床上面放置沉箱，沉箱放入水中，沉箱箱顶放置桥墩，箱底平台四周与逆作法施工的桩连接，桩通过沉桩预留孔插入基床和海、江或河床中。基槽开挖后，船舶定位抛石成基床，用平台式基床抛石整平船将基床整平。桩与沉箱通过在沉桩预留孔内浇筑混凝土进行连接。本发明适用于沉箱-桩逆作法复合基础型式，利用沉箱钢空腔的浮力，并考虑桩、土、沉箱的共同作用，使海、江或河床分担部分外荷载，可优化桩基设计、减小桥梁使用阶段的沉降，降低工程造价。

Description

钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础的施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，利用钢空腔沉箱的浮力进行施工的方法，特别是一种钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础的施工方法。

背景技术

现有技术中，国内外目前桥梁深水基础所采用的基础形式主要有：

(1)设置基础：基础采用整体预制，通过浮运或浮吊吊装的方式，将基础放置在已整平的海(河、江)床岩面上，称为设置基础。日本本四联络线的南、北备赞桥海中基础、明石海峡大桥的主塔基础、葡萄牙的萨拉扎桥3号墩基础均采用此法修建。设置基础主体结构的加工制造在风浪较小的岸边或浅海地区，可以在复杂的海洋建设条件下，缩短水深较大的主墩基础作业时间，降低施工风险。此类基础适用于地质条件好的深水基础。

(2)钟形基础：钟形基础是一种外形像钟的基础。1939年首创于美国，先后修建了波托玛河桥、里查蒙德·圣·莱弗尔桥和俄勒岗桥；1973年开始在日本桥梁深水基础中采用，修建过大黑埠头桥、荒川岸海湾桥等。此类基础适用于地质条件较好的深水基础。

(3)多柱基础：多柱基础是在管柱的基础上发展起来的，技术特点是加大管柱的直径，使其能够承受海浪急潮的推力。日本大鸣门桥主墩基础、横滨湾大桥主墩基础均采用多柱基础。此类基础适用于水深较大、流速较急、有一定厚度的厚覆盖层，柱底一般支撑在岩面上。

(4)自控式气压沉箱基础：日本鹤见航道桥、东京湾大桥的基础均采用自动控制气压沉箱，水下基础深度分别为36m和41m。此类基础的特点是利用箱内空气压力形成无水作业施工环境，箱底空间大，机械设备开挖作业方便，能够处理沉箱下沉过程中的障碍物，施工中可直接鉴定和处理基底，基础质量较为可靠；但施工作业需要较多复杂设备，造价偏高，高度受箱内大气压力限制，一般在40m以内。此类基础适用于透水性大且含有难于处理的障碍物的深水基础。

(5)沉箱-桩复合基础

希腊的里翁-安蒂里翁大桥连接伯罗奔尼撒半岛和希腊大陆，主桥为主跨560m的四塔斜拉桥。该桥所处的建设条件复杂，水深65m，海床表面为深厚的软弱土层，地震设防等级高，海床处上层4-7m土层由砂砾构成，其下分布着沙层、淤沙层、淤泥土层等，而在30m以下时，土层逐渐变的均匀，主要以淤泥土和粘土组成，为提高土的性能，用长度为25～30m、直径2m的钢管以7～8m的间距进行土体加固，每个桥墩下有250根左右桩。为了适应基础与地基之间的滑动，在钢管顶部铺设50cm厚反滤沙层，其上铺设2m厚直径10～80cm的鹅卵石层，最上面铺设50cm厚的碎石层。桥梁基础直接放置在上述3m厚的砂砾层上，基础和砂砾层间没有连接，基础与桩之间的垫层起到了隔震的作用。该桥由于先施工桩基后放置沉箱，基础竖向反力基本由桩基承担，不能充分发挥海、河或江床的承载力作用，难以满足跨度更大的桥梁基础受力。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础及施工方法，突破以往深水基础设计理论和施工方法的大型沉箱和桩逆作法的复合基础型式，解决深水厚覆盖层的沉降问题，并降低工程造价。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础，用于桥梁的深水基础，包括沉箱、基床及桩，基床上面放置沉箱；沉箱四周与桩连接；其沉箱包括钢板成型钢空腔、混凝土外壁、混凝土隔墙结构内壁、箱底平台和混凝土箱顶等；沉箱内为钢空腔，钢空腔内以混凝土隔墙结构内壁分割成多个腔室，预制阶段浇筑钢空腔混凝土外壁，各腔室间浇筑混凝土隔墙结构内壁，混凝土箱顶中预留有多个抽水、送气孔，抽水、送气孔兼做检查孔，与钢空腔内腔室相通；沉箱钢空腔下端为箱底平台，箱底平台上均布有沉桩预留孔；桩穿过沉箱箱底平台四周上的沉桩预留孔与沉箱相连，通过在沉桩预留孔内浇筑混凝土将桩与沉箱固接；桩穿过沉桩预留孔后，再插入基床、海、江或河床。

一种所述的钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础的施工方法，其包括下列步骤：

沉箱船坞预制：在船坞中，用混凝土制作沉箱箱底平台，并在箱底平台上成形沉桩预留孔，用钢板成型有多个腔室的钢空腔，浇筑钢空腔混凝土外壁，钢空腔各腔室间浇筑混凝土隔墙结构内壁，在沉箱箱顶中预留多个抽水、送气孔，抽水、送气孔与钢空腔内腔室相通；再进行沉箱密水试验；

桩的地面预制：依据沉箱顶面荷载和海、江或河床的物理力学性质，确定桩长、直径及材料，要求桩与桩的间距为桩直径的4-6倍；

对桥塔所处下方的海、江或河床开挖基槽，先用挖泥船将设计区域表层淤泥清除，成凹状；船舶定位，对凹状区域内抛石后，整平成基床；

在船坞中灌水，使沉箱自浮，用拖轮拖运沉箱至基床水域的沉箱设计下沉位置处，将沉箱定位，下沉，着床；

沉箱着床后，浇筑沉箱箱顶混凝土，并经抽水、送气孔对钢空腔进行注水，对基床、海、江或河床进行预压固结；

进行桥塔和桥梁上部结构施工时，通过预留抽水、送气孔进行沉箱内部钢空腔对称抽水，保持沉箱底部受力平衡；跟随施工进度，观测沉箱各测控点位移、应力指标；

待各钢空腔内的水都抽尽后，对钢空腔内进行干燥处理，再做防腐处理，最后密封抽水、送气孔；

在桥梁上部结构施工过程中，打桩船进场，安装打桩用的定位护笼；通过沉桩预留孔在水下沉桩，利用振动锤打桩，进行逆作法桩基施工，使基础与海、江或河床固接；

逆作法完成全部沉桩工作后，对沉桩预留孔浇筑混凝土，进行桩与沉箱连接，完成基础施工。

所述的施工方法，其所述(4)步中，船坞灌水后、沉箱拖运过程时，沉箱不能自浮时，采用气囊助浮。

所述的施工方法，其所述(7)步中，钢空腔内干燥处理，是充入干燥空气置换钢空腔内的空气，干燥空气充满后，对抽水、送气孔进行密闭、防腐处理。

本发明的“钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础及施工方法”具有以下优点：

采用逆作法的复合基础可有效控制沉降，使工后沉降显著减小，较好地满足结构功能要求；

考虑桩、土、沉箱共同作用，沉箱基础承受竖向荷载，桩控制基础沉降并与沉箱共同参与抵抗水平荷载，两者分工协调，力学模型清晰明确；

在完成沉箱施工后，上部结构施工和桩的沉桩同时进行，从而有效地缩短了施工周期；

灌水的沉箱在施工期间可完成较大的沉降，以发挥海、江或河床的承载力，在桥梁上部结构基本施工完成后，将沉箱钢空腔的水抽出来，送入干燥空气后，钢空腔的浮力可抵消几万吨的竖向力，可大大减少基础规模。

附图说明

图1为本发明的立剖面结构示意图；

图2为本发明的平面结构示意图。

具体实施方式

请参见图1、2，为本发明的“钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础”结构示意图，图中有：沉箱1、钢空腔2、沉箱混凝土外壁3、沉箱隔墙结构内壁4、沉箱箱底平台5、沉箱混凝土箱顶13、抽水和送气孔6、海、江或河床7、基床8、桥塔(墩)9、桩10、沉桩预留孔11和海、江或河水12。

本发明的“钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础”用于跨海(江、河)桥梁的深水基础，由沉箱1、基床8及桩10组成。基床8上面放置沉箱1，沉箱1四周与桩10连接。沉箱1包括钢板成型钢空腔2，混凝土外壁3，混凝土隔墙结构内壁4、箱底平台5和混凝土箱顶13等组成部分；沉箱1内为钢空腔2，钢空腔2内以混凝土隔墙结构内壁4分割成多个腔室，钢空腔2上顶面为混凝土箱顶13，外周面覆盖有混凝土外壁3，钢空腔2上顶面的混凝土箱顶13中预留有多个抽水、送气孔6，该孔6兼做检查孔，与钢空腔2内腔室相通；沉箱1下端为箱底平台5，箱底平台5上均布有沉桩预留孔11。开挖基槽后，船舶定位抛石，形成基床8，并采用平台式基床抛石整平船对基床8进行整平。桩10穿过箱底平台5上的沉桩预留孔11与沉箱1相连，通过在沉桩预留孔11内浇筑混凝土将桩10与沉箱1固接。桩10穿过沉桩预留孔11后，再插入基床8、海、江或河床7。

本发明是一种钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础的施工方法，其基本施工步骤如下：

沉箱1预制。在船坞中，支模、绑扎钢筋、浇筑沉箱1下端箱底平台5混凝土，再采用钢板成型钢空腔，在沉箱外壁3和沉箱隔墙结构内壁4内支模、绑扎钢筋，浇筑外壁和隔墙结构内壁混凝土；沉箱1的箱顶13中预留抽水、送气孔6；进行沉箱1密水试验。

基槽开挖，抛石基床8。对桥塔(墩)9所处下方地基进行处理，用挖泥船将设计区域表层淤泥清除，成凹状；船舶定位，对凹状区域内抛石后，采用平台式基床抛石整平船整平成基床8。

沉箱1拖运。在干船坞中注水，使沉箱1自浮，不能自浮时可适当采用气囊等助浮措施，用拖轮拖运沉箱1至基床8上方海、江或河水12水域的沉箱1设计下沉位置处，将沉箱1定位，下沉，着床。

箱顶13混凝土浇筑及钢空腔注水。沉箱1着床后，浇筑沉箱1箱顶13的混凝土，并对钢空腔2进行注水，对海床地基进行预压固结。

完成桥塔9和桥梁上部结构施工。桥塔9和桥梁上部结构施工时，通过预留抽水、送气孔6进行沉箱1内部钢空腔2对称抽水，保持沉箱1底部受力平衡。跟随施工进度，观测沉箱1各测控点位移、应力等指标。

防腐及密封处理。待各钢空腔2内的水都抽尽后对钢空腔2内进行防腐和密封处理；钢空腔2内干燥处理，充入干燥空气置换钢空腔2内的空气，干燥空气充满后对抽水、送气孔进行密闭防腐处理。

通过沉桩预留孔11在海、江或河水12下沉桩。在桥梁上部结构施工过程，打桩船进场，安装打桩10用的定位护笼；利用振动锤打桩10，进行逆作法桩10基施工。

基础施工完成。逆作法完成全部沉桩10工作；浇筑沉桩预留孔11的混凝土，进行桩10与沉箱1连接，完成基础施工。

Claims (3)

1、一种钢空腔沉箱-桩逆作法复合基础的施工方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)沉箱船坞预制：在船坞中，用混凝土制作沉箱箱底平台，并在箱底平台上成形沉桩预留孔，用钢板成型钢空腔，钢空腔内以混凝土隔墙结构内壁分隔成多个腔室；浇筑除箱顶以外的钢空腔混凝土外壁和各腔室间的隔墙结构内壁混凝土，钢空腔内腔室与抽水、送气孔相通；进行沉箱密水试验；

(2)桩的地面预制：依据沉箱顶面荷载和海、江或河床的物理力学性质，确定桩长、直径及材料，要求桩与桩的间距为桩直径的4-6倍；

(3)对桥塔所处下方的海、江或河床开挖基槽，先用挖泥船将设计区域表层淤泥清除，成凹状；船舶定位，对凹状区域内抛石后，整平成基床；

(4)在船坞中灌水，使沉箱自浮，用拖轮拖运沉箱至基床水域的沉箱设计下沉位置处，将沉箱定位，下沉，着床；

(5)沉箱着床后，浇筑沉箱箱顶混凝土，在混凝土箱顶中预留多个抽水、送气孔；经抽水、送气孔对钢空腔进行注水，对基床、海、江或河床进行预压固结；

(6)进行桥塔和桥梁上部结构施工时，通过预留抽水、送气孔进行沉箱内部钢空腔对称抽水，保持沉箱底部受力平衡；跟随施工进度，观测沉箱各测控点位移、应力指标；

(7)待各钢空腔内的水都抽尽后，对钢空腔内进行干燥处理，再做防腐处理，最后密封抽水、送气孔；

(8)在桥梁上部结构施工过程中，打桩船进场，安装打桩用的定位护笼；通过沉桩预留孔在水下沉桩，利用振动锤打桩，进行逆作法桩基施工，使基础与海、江或河床固接；

(9)逆作法完成全部沉桩工作后，对沉桩预留孔浇筑混凝土，进行桩与沉箱连接，完成基础施工。

2、如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述(4)步中，船坞灌水后、沉箱拖运过程中，沉箱不能自浮时，采用气囊助浮。

3、如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述(7)步中，钢空腔内干燥处理，是充入干燥空气置换钢空腔内的空气，干燥空气充满后，对抽水、送气孔进行密闭防腐处理。

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