CN101962956B - 一种桥梁预制基础及其埋床法 - Google Patents

Abstract

本发明一种桥梁预制基础及其埋床法，该预制基础由桥梁下部墩身、倒凹形承台和墩身与承台围成的空腔组成。倒凹形承台预留导向孔、排气补注孔和支撑垫板。该埋床法为：下部墩身与承台在工厂一体预制，基槽开挖后，铺设防冲垫层，沉桩，桩穿过防冲垫层，插入海(或江、河)床中。在桩顶设计标高以下5～30m范围灌注填芯混凝土，水下切割支撑桩和承载桩至设计标高。预制基础通过导向桩定位，放置在有支撑构件的支撑桩上。水下切割导向桩，通过空腔内浇筑混凝土使预制基础与桩牢固连接。桥梁预制基础下部墩身顶面要高出水面并高于浪溅区。本发明将预制基础的承台全部埋入海(或江、河)床，能降低桥梁阻水率、缩短施工工期、减小环境影响，且工程造价低。

Description

一种桥梁预制基础及其埋床法

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，是一种采用预制拼装技术的新型桥梁基础结构形式和承台全部埋入海(或江、河)床的埋床法施工工艺。 

背景技术

国内外已对预制基础开展了一些研究。在加拿大诺森伯兰海峡大桥、东京湾横断道路、沙特法赫德国王大桥、美国里查蒙德·圣·莱弗尔桥以及日本荒川岸海湾大桥等一大批极具特色的跨海桥梁中均有预制基础应用的实例。 

预制基础能够将大量的现场水上工作改在工厂预制，大大减小施工困难，加快了施工进度并提高了基础结构的耐久性。根据不同的地质、水文以及桥型条件，国外已发展出各种型式的预制基础形式。 

加拿大诺森伯兰海峡大桥是由44孔跨度为250m的预应力混凝土箱梁组成，它的桥墩、基础、梁体全部在岸上工厂预制，然后用大型吊船现场安装。在海中安装的基础及桥墩分为两大件分别吊装。 

日本东京湾横断道路1号到12号海中桥墩采用了预制的钢桥墩和钢承台，承台下采用了钢管桩。桥墩和承台均采用工厂预制，现场进行焊接。并采用了钛合金的防腐涂层技术。预制承台底面尺寸20m×20m，承台高度5m，整个预制基础重量900吨。 

美国里查蒙德·圣·莱弗尔桥水深18m，采用了钟形预制基础技术。承台部分采用圆形薄壳套箱结构，墩身也采用了预制薄壳套箱结构。采用导管法进行水下混凝土浇筑。该基础钢筋混凝土套箱不是一次完成安装，使施工步骤稍显复杂，质量也较难保证。 

国内在桥梁预制基础领域的研究较少。已见的报道是东海大桥、杭州湾大桥、金塘大桥和上海长江大桥等采用的预制墩身技术。关于 承台预制的报道也仅见于广东黄洲大桥现场预制承台的施工技术。 

发明内容

本发明的目的是，提供一种桥梁预制基础及其埋床法，将倒凹形承台和桥梁下部墩身在工厂进行一体预制，再在现场进行预制基础与桩的连接。将预制基础的承台全部埋入海(或江、河)床中，降低桥梁的阻水率，缩短施工工期，减小工程造价和提高桥梁基础的耐久性。 

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是： 

一种桥梁预制基础，其包括桥梁下部墩身、承台、墩身与承台围成的空腔，桥梁下部墩身与承台在工厂进行一体预制；其中，承台为倒凹形结构，其上设有多个导向孔、多个排气补注孔和多个支撑垫板；多个导向孔均置于承台周缘，多个支撑垫板均置于承台内腔顶面周缘，多个排气补注孔均布于墩身与承台相交处周缘； 

承台位于水平防冲垫层上表面，墩身与承台围成的空腔下口为防冲垫层封闭，空腔内充有填芯混凝土； 

每个导向孔内固接有一导向桩，导向桩垂直穿过防冲垫层插入海、江、或河床中； 

多个支撑桩与承载桩分布在预制基础下方，垂直穿过防冲垫层插入海、江、或河床中，与防冲垫层、空腔内填芯混凝土固接；支撑桩或承载桩的桩顶有填芯混凝土，填芯混凝土顶面为桩顶设计标高，桩顶填芯混凝土高度5～30米；其中，支撑桩的桩顶设支撑桩定位构件，支撑桩定位构件与承台内顶面的支撑垫板相对应，并经支撑桩定位构件与支撑垫板固接。 

所述的桥梁预制基础，其所述承台，其外侧周围底部有堵漏沙袋，堵漏沙袋上部为抛石，抛石高度与承台高度相同。 

一种所述的桥梁预制基础的埋床法，其包括施工步骤： 

A)在工厂生产预制基础，台座布置在岸侧，必要时考虑采取场内移运措施； 

B)用挖泥船在海、江或河床中开挖基槽，开挖过程采取环保措施，减少对水域污染，开挖完毕后及时在基槽中抛碎石或砂制作防冲 垫层； 

C)用打桩船沉桩，打桩船配备GPS测量系统，以适应海、江或河的作业环境；沉桩过程避免对防冲垫层的破坏；清理桩内泥土，在桩顶设计标高以下5～30米内灌注填芯混凝土； 

D)用作业船及切割设备将支撑桩和承载桩高度切割至设计标高；导向桩暂不切割，待预制基础安装就位后再予切割； 

E)在导向桩上安装导向定位构件，以利于预制基础精确定位；在支撑桩上安装支撑桩定位构件； 

F)用浮吊将预制基础吊装入拖船，用平板驳船运输预制基础至施工场地； 

G)桥梁预制基础安装施工选择天气较好，海、江或河况条件适宜时进行；施工前整平基底防冲垫层，用起重船吊装预制基础与导向桩对位后，顺导向桩下放预制基础至防冲垫层，并将桥梁预制基础的支撑垫板置于支撑桩的支撑桩定位构件上面； 

H)桥梁预制基础就位后，在其底部外侧周围堵上堵漏沙袋，防止混凝土外漏；彻底清理桥梁预制基础空腔内壁，然后向空腔内浇筑填芯混凝土；在桥梁预制基础周边回填抛石。 

所述的埋床法，其所述(A)步中，在桥梁预制基础的承台上开设排气补注孔，并在墩身与承台相交周缘预留与空腔相通的导管。 

所述的埋床法，其所述(A)步中，在桥梁预制基础的空腔内壁凿毛或开槽，以保证桥梁预制基础和桩的牢固连接。 

所述的埋床法，其所述(C)步中，支撑桩、承载桩和导向桩按要求定位后，穿过防冲垫层插入海、江或河床中；支撑桩、承载桩和导向桩是钢管桩或混凝土管桩。 

所述的埋床法，其所述(C)步中，在沉桩前，进行桩周预留剪力连接键的施工。 

所述的埋床法，其所述(E)步中，支撑桩的支撑桩定位构件为工字型构件或口字型构件，其材料为钢材或混凝土。 

所述的埋床法，其所述(G)步中，预制基础下部墩身的顶面，高出水面并高于浪溅区。 

所述的埋床法，其所述(H)步中，空腔内的填芯混凝土为水下不离析混凝土，由预留导管向承台与墩身组成的空腔内浇注混凝土。 

本发明的“一种桥梁预制基础及其埋床法”具有以下优点：

(1)桥梁预制基础的承台全部埋入海(或江、河)床中，降低了桥梁的阻水率，对墩数较多的跨海(或江、河)桥梁具有极强的竞争力。 

 (2)基础全部采用工厂预制，现场拼装方法极大提高施工效率，能有效保证承台施工质量，大大缩短海(或江、河)上作业时间。并能减少海(或江、河)上作业对环境的影响。

 (3)桥梁预制基础施工方法节省了钢板桩和钢套箱施工方法中大量的临时用钢量，与钢板桩、钢套箱施工方法相比，造价更低。 

附图说明

图1为本发明的桥梁预制基础及周边防护的立剖面结构示意图； 

 图2为本发明的桥梁预制基础的平剖面结构示意图；

 图3为本发明的桥梁预制基础的工厂预制施工示意图；其中：

一、桥梁预制基础工厂预制

 1.台座尽量布置在岸侧； 

2.必要时可采取场内移运措施； 

 图4为本发明的桥梁预制基础的基槽开挖与垫层施工示意图；其中：二、基槽开挖与垫层施工； 

1.挖泥船开挖基槽，并采取环保措施； 

 2.铺设防冲垫层，并于水下整平； 

图5为本发明的桥梁预制基础的沉桩施工示意图；其中： 

三、沉桩

1.采用打桩船沉桩； 

 2.打桩船配备GPS测量系统，以适应复杂作业环境； 

3.清理桩内泥土，在桩设计标高以下5-30米范围内灌注桩芯混凝土； 

图6为本发明的桥梁预制基础的桩基水下切割施工示意图；其中： 

四、桩基水下切割 

1.采用作业船及切割设备将桩切割至设计标高； 

2.导向桩暂不切割，待预制基础安装就位后再予切割，切割至设计标高； 

图7为本发明的桥梁预制基础的导向定位构件安装施工示意图；其中： 

五、导向定位构件安装 

1.在导向桩上安装导向定位构件，以利于预制基础精确就位； 

2.在支撑桩上设置支撑定位构件； 

 图8为本发明的桥梁预制基础的运输过程示意图；其中： 

六、预制基础运输 

1.承台采用平板驳运输，装船利用浮吊； 

 2.根据现场支撑短柱的偏位情况，在预制基础支撑处设置定位构件；

图9为本发明的桥梁预制基础的安装施工示意图；其中： 

七、预制基础安装 

1.采用起重船吊装预制承台； 

2.施工前整平基地垫层，必要时进行清淤； 

3.承台安装施工应选天气较好、海(或江、河)况适宜时段进行； 

图10为本发明的桥梁预制基础的填芯混凝土浇筑施工示意图；其中： 

八、预制基础填芯砼浇筑 

1.预制基础安装就位后在其周围堵上沙袋，防止混凝土外露； 

2.浇注填芯混凝土； 

3.混凝土浇筑前应彻底清理预制基础空腔内壁，确保新老混凝土衔接良好； 

4.预制基础周边抛石防护，完成预制基础施工； 

图11为本发明的桥梁预制基础的埋床法流程框图。 

具体实施方式

请参见图1、2，为本发明“一种桥梁预制基础及其埋床法”的桥梁预制基础结构示意图。图中有：桥梁下部墩身1、承台2、空腔3、导向桩4、支撑桩5、承载桩6、排气补注孔7、支撑桩定位构件8、承台底支撑垫板9、导向桩顶导向定位构件10、导向孔11、防冲垫层12、桩内填芯混凝土13、堵漏沙袋14、抛石15和海(或江、河)床16。 

本发明的一种桥梁预制基础，其中，桥梁下部墩身1与承台2为一体预制；承台2为倒凹形结构，其上设有多个导向孔11、多个排气补注孔7、多个支撑垫板9；多个导向孔11均置于承台2周缘，多个支撑垫板9均置于承台2倒凹空腔内顶面周缘，多个排气补注孔7均布于墩身1与承台2相交处周缘。 

承台2位于水平防冲垫层12上表面，墩身1与承台2围成的空腔3下口为防冲垫层12封闭，空腔3内充有填芯混凝土。 

每个导向孔11内固接有一导向桩4，导向桩4垂直穿过防冲垫层12插入海(或江、河)床16中。 

多个支撑桩5与承载桩6分布在预制基础下方，垂直穿过防冲垫层12插入海(或江、河)床16中。支撑桩5或承载桩6的桩顶有桩内填芯混凝土13，桩内填芯混凝土13顶面为桩顶设计标高，桩顶桩内填芯混凝土的高度为5～30米；其中，支撑桩5的桩顶有支撑桩定位构件8，支撑桩定位构件8与承台2空腔内顶面的支撑垫板9相对应，并经支撑桩定位构件8与支撑垫板9固接。 

在承台2外侧周围底部有堵漏沙袋14，堵漏沙袋14上部为抛石15，抛石15的高度与承台2高度相同。 

导向桩4、支撑桩5、承载桩6采用钢管桩或混凝土管桩。 

本发明“一种桥梁预制基础及其埋床法”，其施工步骤为： 

1)在工厂生产预制基础的桥梁下部墩身1和倒凹形承台2，倒 凹形承台2预留排气补注孔7、支撑垫板9和导向孔11。台座布置在岸侧，必要时考虑采取场内移运措施； 

2)用挖泥船在海(或江、河)床16中开挖基槽，开挖过程采取环保措施，减少对水域污染，开挖完毕后及时在基槽中抛碎石或砂制作防冲垫层12； 

3)用打桩船沉桩，打桩船配备GPS测量系统，以适应海(或江、河)的作业环境；沉桩过程避免对防冲垫层12的破坏；清理桩内泥土，在桩顶设计标高以下5～30米范围内灌注填芯混凝土13； 

4)用作业船及切割设备将支撑桩5和承载桩6的桩顶切割至设计标高，导向桩4暂不切割，待预制基础安装就位后再予切割； 

5)在导向桩4上安装导向定位构件10，以利于预制基础精确定位。在支撑桩5上安装支撑定位构件8； 

6)用浮吊将预制基础吊装入拖船，用平板驳船运输预制基础至施工场地； 

7)桥梁预制基础安装施工应选择天气较好，海(或江、河)况条件适宜时进行；施工前整平基底防冲垫层12，用起重船吊装预制基础与导向桩4对位后，顺导向桩4下放预制基础至防冲垫层12，并将桥梁预制基础的支撑垫板9置于支撑桩5的支撑桩定位构件8上面； 

8)桥梁预制基础就位后，在其底部外侧周围堵上沙袋14，防止混凝土外漏；彻底清理桥梁预制基础空腔3内壁，然后浇筑填芯混凝土；在桥梁预制基础周边回填抛石15。 

Claims (9)

1.一种桥梁预制基础，其特征在于：包括桥梁下部墩身、承台、墩身与承台围成的空腔，桥梁下部墩身与承台在工厂进行一体预制；其中，承台为倒凹形结构，其上设有多个导向孔、多个排气补注孔和多个支撑垫板；多个导向孔均置于承台周缘，多个支撑垫板均置于承台内腔顶面周缘，多个排气补注孔均布于墩身与承台相交处周缘；

承台位于水平防冲垫层上表面，墩身与承台围成的空腔下口为防冲垫层封闭，空腔内充有填芯混凝土；

每个导向孔内固接有一导向桩，导向桩垂直穿过防冲垫层插入海、江、或河床中；

多个支撑桩与承载桩分布在预制基础下方，垂直穿过防冲垫层插入海、江或河床中，与防冲垫层、空腔内填芯混凝土固接；支撑桩或承载桩的桩顶有填芯混凝土，填芯混凝土顶面为桩顶设计标高，桩顶填芯混凝土高度5～30米；其中，支撑桩的桩顶设支撑桩定位构件，支撑桩定位构件与承台内顶面的支撑垫板相对应，并经支撑桩定位构件与支撑垫板固接。

2.如权利要求1所述的桥梁预制基础，其特征在于，所述承台，其外侧周围底部有堵漏沙袋，堵漏沙袋上部为抛石，抛石高度与承台高度相同。

3.如权利要求1所述的桥梁预制基础的埋床法，其特征在于，包括施工步骤：

A)在工厂生产预制基础，台座布置在岸侧，必要时考虑采取场内移运措施；

B)用挖泥船在海、江或河床中开挖基槽，开挖过程采取环保措施，减少对水域污染，开挖完毕后及时在基槽中抛碎石或砂制作防冲垫层；

C)用打桩船沉桩，打桩船配备GPS测量系统，以适应海、江或河的作业环境；沉桩过程中避免对防冲垫层的破坏；清理桩内泥土，在桩顶设计标高以下5～30米内灌注填芯混凝土；支撑桩、承载桩和导向桩按要求定位后，穿过防冲垫层插入海、江或河床中；支撑桩、承载桩和导向桩是钢管桩或混凝土管桩；

D)用作业船及切割设备将支撑桩和承载桩高度切割至设计标高；导向桩暂不切割，待预制基础安装就位后再予切割；

E)在导向桩上安装导向定位构件，以利于预制基础精确定位；在支撑桩上安装支撑桩定位构件；

F)用浮吊将预制基础吊装入拖船，用平板驳船运输预制基础至施工场地；

G)桥梁预制基础安装施工选择天气较好，海、江或河况条件适宜时进行；施工前整平基底防冲垫层，用起重船吊装预制基础与导向桩对位后，顺导向桩下放预制基础至防冲垫层，并将桥梁预制基础的支撑垫板置于支撑桩的支撑桩定位构件上面；

H)桥梁预制基础就位后，在其底部外侧周围堵上堵漏沙袋，防止混凝土外漏；彻底清理桥梁预制基础空腔内壁，然后向空腔内浇筑填芯混凝土；在桥梁预制基础周边回填抛石。

4.如权利要求3所述的埋床法，其特征在于，所述(A)步中，在桥梁预制基础的承台上开设排气补注孔，并在墩身与承台相交周缘预留与空腔相通的导管。

5.如权利要求3所述的埋床法，其特征在于，所述(A)步中，在桥梁预制基础的空腔内壁凿毛或开槽，以保证桥梁预制基础和桩的牢固连接。

6.如权利要求3所述的埋床法，其特征在于，所述(C)步中，在沉桩前，进行桩周预留剪力连接键的施工。

7.如权利要求3所述的埋床法，其特征在于，所述(E)步中，支撑桩的支撑桩定位构件为工字型构件或口字型构件，其材料为钢材或混凝土。

8.如权利要求3所述的埋床法，其特征在于，所述(G)步中，预制基础下部墩身的顶面，高出水面并高于浪溅区。

9.如权利要求3所述的埋床法，其特征在于，所述(H)步中，空腔内的填芯混凝土为水下不离析混凝土，由预留导管向承台与墩身组成的空腔内浇注混凝土。

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