CN109853605A - 免承台的uhpc桩柱一体结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免承台的UHPC桩柱一体结构，包括：大直径UHPC管桩，其顶部预留墩柱承插孔，所述UHPC管桩由多节UHPC管节拼接而成；预制墩柱；钻孔灌注桩。预制墩柱位于UHPC管桩上方，通过承插孔可与UHPC管桩快速拼接；灌注桩，其顶部部分套设在最下方的一节UHPC管节内；而二者相互接触部分进行涂胶处理，形成两条间隔的环形的胶结缝，两条胶结缝间隔的中部填充环形的遇水膨胀止水带。本发明特别适用于海洋腐蚀环境下的结构物基础的施工，取消承台不仅能降低桩基施工的工程量，同时减小了单桩基础的波流力，采用UHPC预制管节和承插式墩柱，并开展装配化施工，能提高施工速度和结构的耐久性。

Description

免承台的UHPC桩柱一体结构及施工方法

技术领域

本发明涉及UHPC桩柱领域。更具体地说，本发明涉及一种免承台的UHPC桩柱一体结构。

背景技术

目前，跨海大桥、海上风电等大型工程项目绝大多数都采用桩基础+承台+墩柱的结构形式，桩基础又包括钻孔灌注桩、钢管桩及复合桩等。钻孔灌注桩需在海上配置混凝土拌和站、大型钻机及钢护筒，存在自重大、施工效率低、抗拉强度弱等缺点；钢管桩虽然提高了施工效率，但钢材腐蚀问题突出、造价高昂；钢管复合桩尽管综合了前两者的优点，但同样无法克服耐久性及和经济性方面的不足。海中大型承台起着将墩柱及上部结构荷载传递至桩基的重要作用，通常需通过钢套箱等临时围护进行现场浇筑，耗时费力，此外，在施工及运营期因承台体量大，迎水面积也很大，波流力往往会成为整个下部结构设计的控制荷载。

随着我国海洋战略实施及沿海城市快速发展，海中大型结构物的建设方兴未艾。针对海洋环境结构使用性能退化快、波流荷载复杂、作业环境差等建设难题，亟需开发受力合理、经济耐久的结构形式以及高效施工工艺。

发明内容

为了实现以上目的，本发明提供一种免承台的UHPC桩柱一体结构，包括：

UHPC管桩，顶部向内凹陷形成承插孔；所述UHPC管桩由多节UHPC管节拼接而成；

墩柱，位于UHPC管桩上方，插入其顶部的承插孔内，实现二者的拼接；

灌注桩，其顶部部分套设在最下方的一节UHPC管节内；

其中，相邻两节UHPC管节相接触的端面分别凸出、内陷形成相互配合的凸起键齿、凹槽键齿；而二者相互接触的部分都涂胶形成两条间隔的环形的胶结缝，两条胶结缝间隔的中部填充环形的遇水膨胀止水带。

优选的是，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，每个UHPC管节沿高度方向纵向设置多个预应力孔道；同一根UHPC管桩的所有管节上的预应力孔道分别一一对应形成完整的管道。

优选的是，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，灌注桩与最下方的一节UHPC管节重叠相接触的部分分别内陷形成相互配合的凹槽键齿和凸起键齿，以增强二者之间的抗剪连接强度。

优选的是，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，灌注桩上端、最下方的一节UHPC管节分别外表面向外凸起，形成多道凸起键齿；UHPC管桩部分内表面向内凹陷，多道凹槽键齿。

优选的是，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，所述UHPC管桩顶端上至浪溅区，底端下至嵌固点。

优选的是，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，所述UHPC管桩顶部的承插孔与所述墩柱之间灌注混凝土，形成后浇湿接缝。

优选的是，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，所述墩柱外部安装有防撞击结构，其具体包括：

内圈，固定套设在所述墩柱外部；

外圈，间隔套设在所述内圈外部，且二者之间的缝隙内滚动设置若干滚珠；外圈可沿着所述内圈同轴转动；所述外圈内中空，且其内中空空间内靠近内侧的内侧壁沿其圆周方向环形内陷形成环形滑槽；所述外圈的外层环形开设有环形开口槽；所述环形开口槽的位置恰好可让内部的所述环形滑槽露出，与外界连通；

多个防撞小部件，环绕所述外圈均匀分布；所述防撞小部件包括弧形底杆、第一竖向杆、若干第二水平杆、若干第一弹簧以及若干第二弹簧，所述弧形底杆与所述外圈弧度相适配，通过滚珠可移动的卡设于所述环形滑槽内，所述第一竖向杆一端伸入所述环形滑槽并垂直固定于所述弧形底杆中部，另一端铰接若干第二水平杆的中部，所有的第二水平杆均沿高度方向错开的可转动铰接于第一竖向杆顶部；最下端的第二水平杆与所述环形滑槽同水平面，该第二水平杆两端分别通过多根长短不一的第一弹簧固定于所述弧形底杆表面；其余的第二水平杆两端分别通过多根长短不一的第二弹簧固定于所述外圈表面；当第二水平杆两端平衡时，其对应的第一弹簧或第二弹簧均呈自然伸长状态；所有的第二水平杆均错开，第二水平杆呈弧形。

优选的是，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，相邻两节UHPC管节还设有加固结构，其中，下方的UHPC管节内设间隔设置多个倒T型的容纳空间，所述倒T型容纳空间的水平部分的外侧壁分别朝内相对设置多个第三弹簧，所述加固结构包括：

固定面板，环状，夹设于上下相邻两个UHPC管节之间的遇水膨胀止水带内，形成夹层结构；所述固定面板垂直向下连接多个竖向固定杆，其与上述倒T型的容纳空间一一对应；所述竖向固定杆表面包裹一层遇水膨胀橡胶，其包裹后的直径与所述倒T型容纳空间的竖直部分的内径相适配；每个竖向固定杆穿过下方的UHPC管节上表面，伸入相应的倒T型的容纳空间内；相邻两个倒T型的容纳空间之间横向穿设弧形横向固定杆，该横向固定杆两端分别伸入两个倒T型容纳空间与其内的竖向固定杆相抵，且竖向固定板上与所述横向固定杆相抵的位置内陷形成限位槽；其中，所述横向固定杆中部铰接于竖向设置的上述下方的UHPC管节内的铰接杆的下端。

一种免承台的UHPC桩柱一体结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1)、安装自升式平台，逐节拼装并插打UHPC管桩至指定标高；

步骤2)、往UHPC管桩内下放钢筋笼至UHPC管桩下部，向其中浇灌混凝土，形成连接于UHPC管桩下方的浇灌桩；

步骤3)、在UHPC管桩顶部安装顶部有承插孔的UHPC管节；

步骤4)、将预制的墩柱安装至承插孔，通过灌浆套筒完成纵向钢筋的连接，并浇筑湿接缝混凝土。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明的免承台的大直径UHPC桩柱一体结构特别适用于海洋腐蚀环境下的结构物基础的施工，取消承台不仅能降低桩基施工的工程量，同时减小了单桩基础的波流力，采用UHPC预制管节和承插式墩柱，并开展装配化施工，能提高施工速度和结构的耐久性；

2、UHPC管桩和RC承插式墩柱可在陆上预制，运输至桩位后进行快速施工，大大降低了现场混凝土浇筑量，提高了施工效率，降低了施工难度；

3、采用海上自升式施工平台，平台可随施工过程不断向上爬升，可操作性强，施工方便。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明免承台的UHPC桩柱一体结构的整体结构示意图；

图2为本发明中上下相邻两个UHPC管节之间连接关系的剖面示意图；

图3为本发明中UHPC管节与灌注桩之间的连接关系示意图；

图4为本发明中防撞击结构的俯视图；

图5为本发明中第一竖向杆和若干第二水平杆之间的沿高度方向的连接示意图；

图6为本发明中第一竖向杆和若干第二水平杆之间的俯视图；

图7为本发明中防撞击结构中的外圈中的环形开口槽以及环形滑槽部分的局部俯视图；

图8为本发明中加固结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，本发明提供一种免承台的UHPC桩柱一体结构，包括：

UHPC管桩1，顶部向内凹陷形成承插孔2；所述UHPC管桩1由多节UHPC管节110拼接而成；

墩柱3，位于UHPC管桩1上方，插入其顶部的承插孔2内，实现二者的拼接；

灌注桩4，其顶部部分套设在最下方的一节UHPC管节110内；

其中，相邻两节UHPC管节110相接触的端面分别凸出、内陷形成相互配合的凸起键齿、凹槽键齿；而二者相互接触的部分都涂胶，形成两条间隔的环形的胶结缝5，两条胶结缝5间隔的中部填充环形的遇水膨胀止水带6。

上述实施例中，本发明的免承台的大直径UHPC桩柱一体结构特别适用于海洋腐蚀环境下的结构物基础的施工，取消承台不仅能降低桩基施工的工程量，同时减小了单桩基础的波流力，采用UHPC预制管节和承插式墩柱，并开展装配化施工，能提高施工速度和结构的耐久性；而且UHPC管桩1和RC承插式墩柱可在陆上预制，运输至桩位后进行快速施工，大大降低了现场混凝土浇筑量，提高了施工效率，降低了施工难度；UHPC管节之间设置胶结缝和后张预应力孔道，采用边接长边锤击下沉的沉桩方式，并根据沉桩地点的地质情况灵活调整桩长。UHPC管节110间设置匹配用键齿，键齿两侧设置两道胶结缝，起到连接和初步止水的双重作用，键齿缝设置遇水膨胀橡胶止水带，确保接头的防水效果。

其中一个实施例，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，如图2所示，每个UHPC管节110沿高度方向纵向设置多个预应力孔道7；同一根UHPC管桩的所有管节110上的预应力孔道7分别一一对应形成完整的管道，减少预应力，提高其使用寿命。

其中一个实施例，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，如图3所示，灌注桩4与最下方的一节UHPC管节110重叠相接触的部分分别内陷形成相互配合的凹槽键齿和凸起键齿9，以增强二者之间的抗剪连接强度。

其中一个实施例，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，所述UHPC管桩1顶端上至浪溅区，底端下至嵌固点。

其中一个实施例，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，所述UHPC管桩1顶部的承插孔2与所述墩柱3之间灌注混凝土，形成后浇湿接缝。

其中一个实施例，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，如图4所示，所述墩柱3外部安装有防撞击结构，其具体包括：

内圈10，固定套设在所述墩柱3外部；

外圈11，间隔套设在所述内圈10外部，且二者之间的缝隙内滚动设置若干滚珠12；外圈11可沿着所述内圈10同轴转动；如图7所示，所述外圈11内中空，且其内中空空间内靠近内侧的内侧壁沿其圆周方向环形内陷形成环形滑槽13；所述外圈11的外层环形开设有环形开口槽14；所述环形开口槽14的位置恰好可让内部的所述环形滑槽13露出，与外界连通；

如图4所示，多个防撞小部件，环绕所述外圈11均匀分布；所述防撞小部件包括弧形底杆25、第一竖向杆15、若干第二水平杆16、若干第一弹簧17以及若干第二弹簧18，所述弧形底杆25与所述外圈11弧度相适配，通过滚珠可移动的卡设于所述环形滑槽13内，所述第一竖向杆15一端伸入所述环形滑槽13并垂直固定于所述弧形底杆25中部，另一端铰接若干第二水平杆16的中部，如图5所示，所有的第二水平杆16均沿高度方向错开，且均可转动铰接于第一竖向杆15顶部；最下端的第二水平杆16与所述环形滑槽13同水平面，该第二水平杆16两端分别通过多根第一弹簧17固定于所述弧形底杆25表面；其余的第二水平杆16两端分别通过多根第二弹簧18固定于所述外圈11表面；当第二水平杆16两端平衡时，其对应的第一弹簧17或第二弹簧18均呈自然伸长状态；如图6所示，所有的第二水平杆16均错开。第二水平杆15呈弧形。

上述实施例中，当墩柱收到外界比如船撞击时，防撞击结构可以有效对船的撞击力进行转移和缓冲，尽量降低对墩柱造成的损害；当墩柱受到撞击时，如图4所示，至少其中一个防撞小部件中的第二水平杆16将受到撞击，此时其对应的弧形底杆25将沿着环形滑槽13滑动，将撞击力转移，起到缓冲效果，使得撞击力不直接与墩柱3直接接触，而与该第二水平杆16连接的第一弹簧17或第二弹簧18将被船挤压缩短，由于杠杆原理，其另一端的势必将翘起，相应的第一弹簧17或第二弹簧18将拉长，前面被挤压的第一弹簧或第二弹簧将对第二水平杆16产生一个恢复力，使其恢复至原先的平衡位置，而后面被拉长的第一弹簧17或者第二弹簧18也会想恢复形变，从而对第二水平杆16产生一个恢复力；这整个过程产生的反推力将船起到一个反向推动远离的作用，使得船远离墩柱3，避免其再一次撞击。

其中一个实施例，所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，相邻两节UHPC管节110还设有加固结构，其中，如图8所示，下方的UHPC管节110内设间隔设置多个倒T型的容纳空间19，所述倒T型容纳空间19的水平部分的外侧壁分别朝内相对设置多个第三弹簧20，所述加固结构包括：

固定面板21，环状，夹设于上下相邻两个UHPC管节110之间的遇水膨胀止水带6内，形成夹层结构；所述固定面板21垂直向下连接多个竖向固定杆22，其与上述倒T型的容纳空间19一一对应；所述竖向固定杆22表面包裹一层遇水膨胀橡胶，其包裹后的直径与所述倒T型容纳空间19的竖直部分的内径相适配；每个竖向固定杆22穿过下方的UHPC管节110上表面，伸入相应的倒T型的容纳空间19内；相邻两个倒T型的容纳空间19之间横向穿设弧形横向固定杆23，该横向固定杆23两端分别伸入两个倒T型容纳空间19与其内的竖向固定杆22相抵，且竖向固定板22上与所述横向固定杆23相抵的位置内陷形成限位槽24；其中，所述横向固定杆23中部铰接于竖向设置的上述下方的UHPC管节110内的铰接杆的下端。

上述实施例中，当墩柱收到外界比如船撞击时，竖向固定板22将发生略微倾斜，比如其下端向左倾斜，那么其上端将向右倾斜，此时两侧的第三弹簧20将对竖向固定板22产生回复拉力，尽量降低外部撞击对相邻两个UHPC管节之间的连接稳定性的影响，而且竖向固定板22下端向左倾斜的过程中，其左边的横向固定杆23也将被推动向左移动，而由于横向固定杆23与相邻的竖向固定板22都是彼此相抵，相互作用的，在此过程中也会被动向左推动的过程中，也会对右侧的竖向固定板22产生反向作用力，进而尽量撞击力对单个的竖向固定板22造成的直接损害，并将撞击力分散于其他的竖向固定板22和横向固定杆23，减少撞击产生的影响。

一种免承台的UHPC桩柱一体结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1)、安装自升式平台，逐节拼装并插打UHPC管桩至指定标高；

步骤2)、往UHPC管桩内下放钢筋笼至UHPC管桩下部，向其中浇灌混凝土，形成连接于UHPC管桩下方的浇灌桩；

步骤3)、在UHPC管桩顶部安装顶部有承插孔的UHPC管节；

步骤4)、将预制的墩柱安装至承插孔，通过灌浆套筒完成纵向钢筋的连接，并浇筑湿接缝混凝土。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，包括：

UHPC管桩，顶部向内凹陷形成承插孔；所述UHPC管桩由多节UHPC管节拼接而成；

墩柱，位于UHPC管桩上方，插入其顶部的承插孔内，实现二者的拼接；

灌注桩，其顶部部分套设在最下方的一节UHPC管节内；

其中，相邻两节UHPC管节相接触的端面分别凸出、内陷形成相互配合的凸起键齿、凹槽键齿；而二者相互接触的部分都涂胶，形成两条间隔的环形的胶结缝，两条胶结缝间隔的中部填充环形的遇水膨胀止水带。

2.如权利要求1所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，每个UHPC管节沿高度方向纵向设置多个预应力孔道；同一根UHPC管桩的所有管节上的预应力孔道分别一一对应形成完整的管道。

3.如权利要求1所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，灌注桩与最下方的一节UHPC管节重叠相接触的部分分别内陷形成相互配合的凹槽键齿和凸起键齿，以增强二者之间的抗剪连接强度。

4.如权利要求3所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，灌注桩上端、最下方的一节UHPC管节分别外表面向外凸起，形成多道凸起键齿；UHPC管桩部分内表面向内凹陷，多道凹槽键齿。

5.如权利要求1所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，所述UHPC管桩顶端上至浪溅区，底端下至嵌固点。

6.如权利要求1所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，所述UHPC管桩顶部的承插孔与所述墩柱之间灌注混凝土，形成后浇湿接缝。

7.如权利要求1所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，所述墩柱外部安装有防撞击结构，其具体包括：

内圈，固定套设在所述墩柱外部；

外圈，间隔套设在所述内圈外部，且二者之间的缝隙内滚动设置若干滚珠；外圈可沿着所述内圈同轴转动；所述外圈内中空，且其内中空空间内靠近内侧的内侧壁沿其圆周方向环形内陷形成环形滑槽；所述外圈的外层环形开设有环形开口槽；所述环形开口槽的位置恰好可让内部的所述环形滑槽露出，与外界连通；

多个防撞小部件，环绕所述外圈均匀分布；所述防撞小部件包括弧形底杆、第一竖向杆、若干第二水平杆、若干第一弹簧以及若干第二弹簧，所述弧形底杆与所述外圈弧度相适配，通过滚珠可移动的卡设于所述环形滑槽内，所述第一竖向杆一端伸入所述环形滑槽并垂直固定于所述弧形底杆中部，另一端铰接若干第二水平杆的中部，所有的第二水平杆均沿高度方向错开的可转动铰接于第一竖向杆顶部；最下端的第二水平杆与所述环形滑槽同水平面，该第二水平杆两端分别通过多根第一弹簧固定于所述弧形底杆表面；其余的第二水平杆两端分别通过多根长短不一的第二弹簧固定于所述外圈表面；当第二水平杆两端平衡时，其对应的第一弹簧或第二弹簧均呈自然伸长状态；所有的第二水平杆均错开；第二水平杆15呈弧形。

8.如权利要求1所述的免承台的UHPC桩柱一体结构，其特征在于，相邻两节UHPC管节还设有加固结构，其中，下方的UHPC管节内设间隔设置多个倒T型的容纳空间，所述倒T型容纳空间的水平部分的外侧壁分别朝内相对设置多个第三弹簧，所述加固结构包括：

固定面板，环状，夹设于上下相邻两个UHPC管节之间的遇水膨胀止水带内，形成夹层结构；所述固定面板垂直向下连接多个竖向固定杆，其与上述倒T型的容纳空间一一对应；所述竖向固定杆表面包裹一层遇水膨胀橡胶，其包裹后的直径与所述倒T型容纳空间的竖直部分的内径相适配；每个竖向固定杆穿过下方的UHPC管节上表面，伸入相应的倒T型的容纳空间内；相邻两个倒T型的容纳空间之间横向穿设弧形横向固定杆，该横向固定杆两端分别伸入两个倒T型容纳空间与其内的竖向固定杆相抵，且竖向固定板上与所述横向固定杆相抵的位置内陷形成限位槽；其中，所述横向固定杆中部铰接于竖向设置的上述下方的UHPC管节内的铰接杆的下端。

9.一种如权利要求1-8任一所述的免承台的UHPC桩柱一体结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、安装自升式平台，逐节拼装并插打UHPC管桩至指定标高；

步骤2)、往UHPC管桩内下放钢筋笼至UHPC管桩下部，向其中浇灌混凝土，形成连接于UHPC管桩下方的浇灌桩；

步骤3)、在UHPC管桩顶部安装顶部有承插孔的UHPC管节；

步骤4)、将预制的墩柱安装至承插孔，通过灌浆套筒完成纵向钢筋的连接，并浇筑湿接缝混凝土。