CN104153387B - 一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩 - Google Patents

Abstract

一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，包括大直径钢管桩和若干根小直径钢管桩，所述大直径钢管桩的底部安装在海床面以下，大直径钢管桩的顶部高出海床面，若干根小直径钢管桩均匀地竖直焊接在大直径钢管桩内，小直径钢管桩顶部高出海面，小直径钢管桩底部位于海床面以下，大直径钢管桩顶端对接着施工护筒，位于施工护筒内的小直径钢管桩套有消涡装置，相邻的小直径钢管桩之间设置有防腐蚀装置，小直径钢管桩底部焊接有水平的上法兰盘，上法兰盘与焊接在大直径钢管桩内壁的下法兰盘固定。本发明，有效减小波浪对桩基础的作用力，增强桩基础抵抗波浪弯矩的能力，降低海水对桩基础的腐蚀，提升了钢管桩基础在恶劣海况中的适用性和安全性。

Description

一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩

技术领域

本发明涉及一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，属于近海建筑用钢管桩基础领域。

背景技术

钢管桩因其具有重量轻、刚性好、运输便利和易于打入、接长、切割施工等优点，作为近海海域建筑物基础得到广泛运用。然而近海海况复杂多变，波浪作用剧烈，钢管桩基础在实际运用中存在一些问题：目前近海建筑物采用的钢管桩多为大直径钢管桩，较大的迎水面积常使波浪力成为钢管桩基础的实际最大承受荷载，加上钢管桩圆形截面引发的有序水流漩涡脱落，进而引起钢管桩基础强烈的摆动；由于波浪力引发的桩身弯矩会在海床下接近表面附近达到峰值，考虑到普通钢管桩的强度沿桩长不变，因此海床面附近容易发生桩身断裂现象；此外，海水对钢材具有显著的腐蚀作用，钢管壁腐蚀则会逐渐削弱桩基础承载性能。

作为近海海域建筑物的基础，钢管桩基础因波浪力作用而产生的摆动、断裂直接影响上部结构的正常使用与工程安全，而海水对钢管桩基础的腐蚀弱化也是一个不可忽视的隐患。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，本发明能有效减小波浪对桩基础的作用力，增强桩基础抵抗波浪弯矩的能力，降低海水对桩基础的腐蚀，提升了钢管桩基础在恶劣海况中的适用性和安全性。

一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，包括大直径钢管桩和若干根小直径钢管桩，所述的大直径钢管桩的底部安装在海床面以下，大直径钢管桩的顶部高出海床面，所述的若干根小直径钢管桩均匀地竖直焊接在大直径钢管桩内部，小直径钢管桩顶部高出海面，小直径钢管桩底部位于海床面以下，每根小直径钢管桩四周均套有消涡装置，相邻的小直径钢管桩之间设置有防腐蚀装置。

所述的消涡装置包括套在小直径钢管桩四周的套管、沿套管外周螺旋设置的螺旋板和焊接于套管上下两端的端座，小直径钢管桩穿过端座的中心开孔。

所述的大直径钢管桩的顶部设有下顶板，套管顶端设置有上顶板，消涡装置和防腐蚀装置位于下顶板和上顶板之间。

所述的防腐蚀装置置于下顶板表面，位于套管上下两端的端座分别抵压着上顶板和下顶板，上顶板下顶板与端座接触表面设置有凸块，凸块卡接在端座（21）对应的凹槽中。

所述的防腐蚀装置为牺牲阳极防腐蚀装置。

所述的大直径钢管桩内设置有相互贴紧固定的上法兰盘和下法兰盘，小直径钢管桩底部与上法兰盘焊接固定。

所述的小直径钢管桩的底部四周焊接有若干个连接到上法兰盘的肋板A，下法兰盘的四周焊接有若干个连接到大直径钢管桩内壁的肋板C。

所述的大直径钢管桩顶部四周设有加强环，加强环的外侧边缘设有竖直向上延伸的围挡，加强环的下表面设有焊接到大直径钢管桩外壁的肋板B。

所述的大直径钢管桩顶端设置有施工护筒，施工护筒罩住位于大直径钢管桩上方的小直径钢管桩，施工护筒的底部位于围挡内。

所述的下顶板与上法兰盘之间设置有一个以上被小直径钢管桩贯穿的隔板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用多根小直径钢管桩，相比普通不变直径的大直径钢管桩，在保证桩基础竖向刚度的同时，显著降低了桩基的迎水面，从而可以有效减少作用在桩身上的波浪力。此外，小直径钢管桩外侧设置消涡装置，相比普通的圆柱体钢管桩，消涡装置上的螺旋板可以有效分散水流漩涡，从而进一步减少波浪力对本发明的作用。

2.本发明的小直径钢管在大直径钢管桩内壁设置的方式有效增强了泥面附近桩基础抗弯刚度，相比刚度沿桩纵向方向不变的普通钢管桩，能够降低波浪弯矩峰值处桩身破坏的发生概率，且相比纵向全部增加钢管桩壁厚的方法，该局部加强的方法用钢量少，减少工程投资，具有显著的经济效益。

3.本发明的消涡装置可以对小直径钢管桩进行防腐保护，下顶板上表面的防腐蚀装置可以对海床面附近的桩身结构进行防腐保护。相比普通钢管桩，消涡装置和防腐蚀装置可以形成有效防腐保护，并且消涡装置和防腐蚀装置安装无需采用水下施工，进而降低了施工成本，提高了施工速度。

附图说明

图1为本发明桩基施工完成后的纵剖视图，

图2为图1中A-A的剖视图，

图3为图2中Ⅱ的局部放大图，

图4为图1中B-B的剖视图，

图5为图1中C-C的剖视图，

图6为图1中Ⅰ的局部放大图，

图7为本发明桩基打入施工时的纵剖视图，

附图标记列表：1—大直径钢管桩，2—小直径钢管桩，3—海床面，4—海面，5—施工护筒，6—消涡装置，7—防腐蚀装置，8—上法兰盘，9—下法兰盘，10—肋板A，11—肋板C，12—螺栓，13—加强环，14—围挡，15—肋板B，16—下顶板，17—上顶板，18—隔板，19—套管，20—螺旋板，21—端座，22—凸块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1为本发明桩基施工完成后的纵剖视图，本发明施工完成后，施工护筒5被拆除，大直径钢管桩1的底部安装在海床面3以下，大直径钢管桩1的顶部高出海床面3，小直径钢管桩2顶部高出海面4，小直径钢管桩2底部位于海床面3以下，由图可见，本发明的底部为一个大直径钢管桩1，大直径钢管桩1的横截面上设置有下法兰盘9，下法兰盘9的上方设置有若干根小直径钢管桩2，若干根小直径钢管桩2的底部设有上法兰盘8，上法兰盘8与下法兰盘9固定，每个小直径钢管桩2的底部焊接至上法兰盘8且底部四周均匀焊接有若干个连接到上法兰盘8的肋板A10，下法兰盘9的四周均匀焊接有若干个连接到大直径钢管桩1内壁的肋板C11。上法兰盘8和下法兰盘9的四周与大直径钢管桩1的内壁焊接固定，肋板A10的作用是稳定固定小直径钢管桩2，肋板C11的作用是加固下法兰盘9与大直径钢管桩1的连接。

大直径钢管桩1的顶部开口处设有被小直径钢管桩2贯穿的下顶板16，下顶板16与上法兰盘8之间设置有一个以上隔板18，所有的小直径钢管桩2均贯穿过隔板18。下顶板16和隔板18均有固定定位小直径钢管桩2的作用，增强大直径钢管桩1的内部结构整体性。

小直径钢管桩2四周套有消涡装置6，消涡装置6可以有效分散水流漩涡，减小漩涡有序脱落对本发明的升力作用。

图2为图1中A-A的剖视图，由图可见，小直径钢管桩2均匀分布焊接在大直径钢管桩1内壁。

图3为图2中Ⅱ的局部放大图，图6为图1中Ⅰ处局部放大图，结合这两幅图可见，每根小直径钢管桩2的四周均消涡装置6，消涡装置6由内径大于小直径钢管桩2外径的套管19、沿小直径钢管桩2外周螺旋设置的螺旋板20和焊接于套管19两端的端座21组成，端座21为内置型凹槽且中心开孔用于小直径钢管桩2穿过，上顶板17的下表面和下顶板16的上表面分别设置有与端座21对应卡接的凸块22。端座21与凸块22卡接起到固定连接的作用，螺旋板20能令小直径钢管桩2后方的水流漩涡释放无序化。

图4为图1中B-B的剖视图，由图可见，下顶板16上设置有防腐蚀装置7，防腐蚀装置7均匀布置在相邻的小直径钢管桩2之间。

图5为图1中C-C的剖视图，由图可见，上法兰盘8与下法兰盘9通过若干个均匀分布的螺栓12固定连接。

图7为本发明桩基打入施工时的纵剖视图，本发明在打入施工过程中，大直径钢管桩1顶端对接着施工护筒5，施工护筒5位于大直径钢管桩1以上部分并将小直径钢管桩2全部罩住，便于施工用力，避免施工过程中对小直径钢管桩2、消涡装置6和上顶板17造成任何损坏。大直径钢管桩1顶部四周设有加强环13，加强环13的外侧边缘设有竖直向上延伸的围挡14，加强环13的下表面设有焊接到大直径钢管桩1外壁的肋板B15，肋板B15加固加强环13与大直径钢管桩1的固定关系，增强加强环13的承载能力，围挡14包住施工套管5的下端四周，增加施工套管5的位置稳定性。

下面举一个本发明的具体实施例：

某工程需在最大浪高加水深为20m的环境中设置桩基础。

采用大直径钢管桩1外径2700mm、壁厚30mm，顶部高出海床面2m，底部位于海床面3下60m。大直径钢管桩1顶部焊接有加强环13，加强环13材质为钢材，内径2700mm，外径为3060mm，外侧边缘设有高400mm、厚50mm的围挡14，加强环13底部与大直径钢管桩1外壁连接处设有十六块肋板B15。肋板B15由厚50mm的直角三角钢板制成，靠大直径钢管桩1侧的边长为300mm，靠加强环13侧的边长为150mm。

大直径钢管桩1内部据海床面10m处设置上法兰盘8和下法兰盘9。上法兰盘8和下法兰盘9由50mm厚圆钢板制成，外径小于大直径钢管桩1内径4mm。下法兰盘9焊接于大直径钢管桩1内壁且下表面周边与大直径钢管桩1内壁设置八块肋板C11加强。肋板C11由厚50mm的等腰直角三角钢板制成，边长为300mm。下法兰盘9通过八个直径110mm的螺栓与上法兰盘8相连，上法兰盘8上表面周边与大直径钢管桩1内壁焊接、小直径钢管桩2底部焊接。

六根小直径钢管桩2外径300mm，壁厚20mm，桩长35m，沿圆周均匀分布，外侧壁焊接于大直径钢管桩1内壁，底部焊接于上法兰盘8上表面且设置有三块肋板A10。肋板A10由厚50mm的直角三角行钢板制成，靠小直径钢管桩2侧边长为300mm，靠上法兰盘8侧边长为150mm。在大直径钢管桩1内部每4m设置隔板18，隔板18由厚50mm圆钢板制成，外径小于大直径钢管桩1内壁4mm，在小直径钢管桩2穿过位置开孔，开孔孔径大于小直径钢管桩2外径4mm，与大直径钢管桩1内壁和小直径钢管桩2外壁焊接。下顶板由厚50mm圆钢板制成，焊接于大直径钢管桩1顶部内壁，内径小于大直径管桩4mm，在小直径钢管桩2开孔位置附近设有三块下顶板的凸块22，凸块22为长100mm宽50mm高50mm的长方体钢块。下顶板16上表面安装有六块防腐装置7，防腐装置7为牺牲阳极防腐装置。

施工护筒5厚度、内径等同于大直径钢管桩1，长20m，放置在大直径钢管桩1的加强环13顶部，底部500mm高度范围局部增厚90mm，用于桩基打入施工，施工完毕后移除。消涡装置6在施工护筒5移除后安装，套管19由内径大于小直径钢管桩2外径2mm，壁厚10mm的钢管制成，螺旋板20由厚10mm、高50mm的钢板制成，沿30度角旋转焊接在套管19外壁。端座21焊接在套管19两端，端座21由厚100mm的圆钢板制成，外径500mm，内径大于小直径钢管桩2外径2mm，端座21带有与上顶板17、下顶板16的凸块22对应的凹槽。上顶板17由厚50mm的圆钢板制成，外径2900mm，在小直径钢管桩2通过处开孔，且在消涡装置6安装完成后放置。

本发明实施例在实际应用中，有效降低了波浪对桩基础的作用，增强桩基础抵抗波浪弯矩的能力，且具有很好的防腐蚀效果。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (9)

1.一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是包括大直径钢管桩（1）和若干根小直径钢管桩（2），所述的大直径钢管桩（1）的底部安装在海床面（3）以下，大直径钢管桩（1）的顶部高出海床面（3），所述的若干根小直径钢管桩（2）均匀地竖直焊接在大直径钢管桩（1）内部，小直径钢管桩（2）顶部高出海面（4），小直径钢管桩（2）底部位于海床面（3）以下，每根小直径钢管桩（2）四周均套有消涡装置（6），相邻的小直径钢管桩（2）之间设置有防腐蚀装置（7）；

所述的消涡装置（6）包括套在小直径钢管桩（2）四周的套管（19）、沿套管（19）外周螺旋设置的螺旋板（20）和焊接于套管（19）上下两端的端座（21），小直径钢管桩（2）穿过端座（21）的中心开孔。

2.根据权利要求1所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的大直径钢管桩（1）的顶部设有下顶板（16），套管（19）顶端设置有上顶板（17），消涡装置（6）和防腐蚀装置（7）位于下顶板（16）和上顶板（17）之间。

3.根据权利要求2所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的防腐蚀装置（7）置于下顶板（16）表面，位于套管（19）上下两端的端座（21）分别抵压着上顶板（17）和下顶板（16），上顶板（17）和下顶板（16）与端座（21）接触表面设置有凸块（22），凸块（22）卡接在端座（21）对应的凹槽中。

4.根据权利要求1所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的防腐蚀装置（7）为牺牲阳极防腐蚀装置。

5.根据权利要求2所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的大直径钢管桩（1）内设置有相互贴紧固定的上法兰盘（8）和下法兰盘（9），小直径钢管桩（2）底部与上法兰盘（8）焊接固定。

6.根据权利要求5所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的小直径钢管桩（2）的底部四周焊接有若干个连接到上法兰盘（8）的肋板A（10），下法兰盘（9）的四周焊接有若干个连接到大直径钢管桩（1）内壁的肋板C（11）。

7.根据权利要求5所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的大直径钢管桩（1）顶部四周设有加强环（13），加强环（13）的外侧边缘设有竖直向上延伸的围挡（14），加强环（13）的下表面设有焊接到大直径钢管桩（1）外壁的肋板B（15）。

8.根据权利要求7所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的大直径钢管桩（1）顶端设置有施工护筒（5），施工护筒（5）罩住位于大直径钢管桩（1）上方的小直径钢管桩（2），施工护筒（5）的底部位于围挡（14）内。

9.根据权利要求5所述的一种减小波浪力和海水腐蚀的钢管组合桩，其特征是所述的下顶板（16）与上法兰盘（8）之间设置有一个以上被小直径钢管桩（2）贯穿的隔板（18）。