CN110616675A - 桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统及其施工方法，包括两个前防撞箱，两个前防撞箱背向设置且其所在迎撞面方向相反；每个前防撞箱底部固定有抗扭转装置，两个前防撞箱之间设有溃缩支架，前防撞箱、抗扭转装置和溃缩支架形成溃缩抗扭防撞系统设置在桥梁桩基四周、桥墩和墩台下方，对桥梁桩基进行防护。抗扭转装置由支护桩、止震板和抗扭转弹簧组成，支护桩为上下分离式结构，其上部固定在前防撞箱底部，其下部锚固于水体底部持力层中，其分离的上部和下部之间固定有两块水平相对设置的止震板，两块止震板通过位于其中间的多根抗扭转弹簧连接。解决了目前桥梁墩台桩基防护中依靠特殊耗能对桥梁桩基进行防护不利于桩基稳定的问题。

Description

桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统及其施工方法。

背景技术

随着交通运输行业的网络化、集成化和高度细密化发展，逐渐需要摆脱地区、地形限制约束，特别是随着跨江、跨河等城市交通的高度发展，汽车保有量的增加，高铁等运量的不断增长，大型桥梁的建设需求正不断上升。同时，现代船舶航运也正经历大型化、密集化高度发展，其航行过程中势必要穿越桥梁墩台桩基，船体的航速、吨位都较以前的情况有了大幅提升，其对桥梁桩基的安全威胁也越来越大。

在日常繁忙运营过程中，难免会出现撞击桥梁墩台桩基等情况，传统防撞措施或设备主要存在如下几点缺陷：（1）依靠特殊耗能材料吸收撞击能量，其不可避免仍会对桩基作用较大的水平推力，仍不利于桩基稳定；（2）采用辅助群桩优先撞击以避免核心桩基被损坏，其在水深区域或地质不良情况适用性差，且成本高、影响航道宽度；（3）套箱抗浮类消能装置本身的材料抗腐蚀耐久性差，对船只安全具有一定威胁，对复杂水域的适用性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，以解决目前桥梁墩台桩基防护中依靠特殊耗能材料吸收撞击能量仍会对桩基作用较大的水平推力，从而不利于桩基稳定的问题，采用辅助群桩优先撞击在水深区域或地质不良情况适用性差、成本高、影响航道宽度的问题，以及采用套箱抗浮类消能装置对船只安全存在威胁、在复杂水域适用性差的问题。

本发明的另一目的在于提供一种桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统的施工方法。

本发明所采用的技术方案是，桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，包括两个位于桥梁桩基的不同迎撞面处的前防撞箱，两个前防撞箱背向设置且其所在迎撞面方向相反；每个前防撞箱底部固定有抗扭转装置，两个前防撞箱之间设有位于桥梁桩基与其迎撞面相邻的两侧的溃缩支架，前防撞箱、抗扭转装置和溃缩支架形成溃缩抗扭防撞系统设置在桥梁桩基四周，并位于桥墩和墩台下方，对桥梁桩基进行防护。

进一步的，所述抗扭转装置由支护桩、止震板和抗扭转弹簧组成，支护桩为上下分离式结构，其上部固定在前防撞箱底部，其下部锚固于水体底部持力层中，其分离的上部和下部之间固定有两块水平相对设置的止震板，两块止震板通过位于其中间的多根抗扭转弹簧连接。

进一步的，所述溃缩支架由溃缩杆和伸缩杆组成，溃缩杆的两端分别经伸缩杆与前防撞箱靠近桥梁桩基的侧壁固定连接；溃缩杆内设有水平放置的溃缩弹簧，伸缩杆与溃缩杆连接的一端穿过溃缩杆与其内的溃缩弹簧固定连接。

进一步的，所述溃缩杆和伸缩杆水平放置；

所述溃缩杆两端分别经伸缩杆与固定在前防撞箱靠近桥梁桩基的侧壁上的三角形支架固定连接。

进一步的，所述三角形支架由支架基座板和两个支架杆组成，支架基座板固定在前防撞箱上，两个支架杆一端分别固定在支架基座板上，其另一端交叉形成三角形支架并与伸缩杆固定连接。

进一步的，所述两个支架杆位于同一竖直平面内，其与支架基座板构成等腰三角形支架；

所述支架杆分别在其两端处设有一个安装孔，所述支架基座板上设有铆钉位，支架杆的一端经其安装孔以及支架基座板上的铆钉位与支架基座板通过铆钉连接，其另一端经安装孔和与其组成三角形支架的另一支架杆以及伸缩杆通过销钉固定连接。

进一步的，所述前防撞箱靠近桥梁桩基的侧壁上通过钢珠固定连接有竖直放置的箱后垫板，箱后垫板由厚壁式劲性缓冲材料包裹，每个溃缩支架经其两端三角型支架的支架基座板固定在对应的箱后垫板上；

所述桥梁桩基每侧至少设有一个溃缩支架，所述前防撞箱底部最少固定有两个支护桩。

进一步的，所述厚壁式劲性缓冲材料为橡胶片；

所述前防撞箱为内部中空的箱体结构，其迎撞面为凸起的弧面，其外部采用钢丝网线加固。

本发明所采用的另一技术方案是，桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统的施工方法，具体步骤如下：

步骤S1、施工放样时通过测量装置在待保护桥梁桩基位置标定施工位置和桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统各部件的安装位置；

步骤S2、焊接并拼装依据最大撞击力船只的前部船舷弧度设计好弧度的前防撞箱，并焊接支护桩、止震板、抗扭转弹簧，将支护桩经专业机械贯穿水底淤泥层竖直固定至坚硬的水体底部持力层内；

步骤S3、在宽度为1.5～3.0m的前防撞箱靠近桥梁桩基一侧焊接钢珠和箱后垫板，钢珠部分内嵌于箱后垫板中，并安装支架基座板；

步骤S4、将准备好的支架杆、销钉和铆钉按照由下至上、由两端向中间顺序逐步安装，最后安装溃缩杆，并调校溃缩杆至具备最大行程距离；

步骤S5、初步施工完成后，对每一个衔接部位进行二次紧固检测，避免施工松动和连接非桩基损坏。

进一步的，所述步骤S1的测量装置包括水准仪、经纬仪、全站仪；

所述步骤S4中溃缩杆的最大行程距离为50cm；

所述步骤S1的待保护桥梁桩基包括老旧桥梁的墩台基桩。

本发明的有益效果是：

1.在船体横向撞击的时候，将撞击力首先作用在前防撞箱上吸收部分能量，然后通过前防撞箱下部的支护桩抗扭力再抵消部分撞击力，与此同时，溃缩支架通过支架基座板对前防撞箱有阻挡作用，且溃缩支架中部的溃缩杆将剩余的撞击能量全部吸收，整个系统同步协调作用消除对受保护桥桩的撞击作用，组合溃缩抗扭防撞，对桥梁桩基进行有效防护，且不会产生水平推力作用桥梁桩基，使得桩基稳定性好，解决了目前桥梁墩台桩基防护中依靠特殊耗能材料吸收撞击能量仍会对桩基作用较大的水平推力，从而不利于桩基稳定的问题。

2.本发明的前防撞箱为中空封闭结构，受水的浮力作用可以将撞击力分散，其板材对撞击力具有消耗作用，且当其箱体受挤压变形吸收撞击能的同时其内的空气具有反抗作用力，进一步缓冲撞击作用，同时前防撞箱下部的支护桩具备竖向的承载力，可以与横向的撞击力形成作用力与反作用力从而发挥作用，使得防撞系统能充分利用水体浮力、材料的抗压强度、空气阻力和桩基水平抗力综合抗冲击作用，发挥全局系统的综合防护效果，较传统迎撞面局部位置加强防护方法或装置更安全、更可靠。其在深水区可以通过调整下放的桩长以适应深水区，适用性较其他方式好，且仅为桥墩墩身宽度范围内的防护，不会影响两座桥墩之间的净宽通航范围。解决了采用辅助群桩优先撞击在水深区域或地质不良情况适用性差、影响航道宽度的问题。

3.本发明的防撞系统不易受水位波动变化影响，支护桩的高度以及前防撞箱迎撞面面积均可调整，具备防护部位高度、防护面积可调的功能，且可实现超前防护溃缩吸能特点，即使防撞系统本身损伤但仍能很好防护墩台基桩安全。

4.本发明的防撞系统是在桥梁成桩过程后直接安装在基桩位置的防护装置，可以安装于桩径大小、桩长和墩台基桩数量不同的桥梁墩台基础，具有很强的适用性。

5.本发明的防撞系统的配件为常规机械配件，全套装置设备较传统的耗能材料抗冲击、辅助桩群抗冲击和沉箱抗冲击等方式具有成本低、可重复使用性强和损坏易修复等优点。

6.本发明的防撞系统为装配式组件系统，可实现局部零件更换，施工周期短，更换简单快捷，安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为组合型溃缩抗扭防撞系统结构示意图。

图2是本发明防撞系统的前防撞箱示意图。

图3是本发明防撞系统的支架杆构造示意图。

图4是本发明防撞系统的溃缩杆结构示意图。

图5是本发明防撞系统的支架基座板结构示意图。

图中，1.前防撞箱，2.支护桩，3.箱后垫板，4.支架杆，5.溃缩杆，6.支架基座板，7.铆钉位，8.伸缩杆，9.墩台基桩，10.钢珠，11.销钉，12.抗扭转弹簧，13.止震板，14.墩台，15.桥墩，16.水体，17.水体底部持力层，18.溃缩弹簧，19.安装孔，20.铆钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，如图1所示，包括两个位于桥梁桩基的不同迎撞面处的前防撞箱1，两个前防撞箱1背向设置且其所在迎撞面方向相反，两者之间设置有位于桥梁桩基与其迎撞面相邻的侧壁上的溃缩支架，且桥梁桩基每侧至少设有一个溃缩支架，每个前防撞箱1底部设有抗扭转装置，前防撞箱1、抗扭转装置和溃缩支架形成溃缩抗扭转防撞系统固定于桥梁桩基四周，对桥梁桩基进行防护，且前防撞箱1和溃缩支架均位于桥墩15和墩台14下方。

如图2所示，抗扭转装置由至少两个支护桩2、止震板13和抗扭转弹簧12组成，支护桩2为上下分离式结构，其上部固定在前防撞箱1底部，其下部经支护桩2锚固于水体16中的水体底部持力层17中，其分离的上部和下部之间固定有两块水平相对设置的止震板13，两块止震板13通过位于其中间的多根抗扭转弹簧12连接，抗扭转弹簧12采用高强弹簧，需保证其在被撞时能够起到抗扭转的作用而消除部分撞击力，支护桩2和抗扭转弹簧12的数量依据其材料强度、具体尺寸以及具体实际工程的对象范围确定。

每个前防撞箱1靠近桥梁桩基的侧壁上通过焊接钢珠10与竖直放置的箱后垫板3固定相接，两个前防撞箱1的箱后垫板3之间设有水平放置的溃缩支架。

如图3所示，溃缩支架由溃缩杆5和伸缩杆8组成，溃缩杆5和伸缩杆8水平放置，溃缩杆5两端分别经伸缩杆8与固定在前防撞箱1靠近桥梁桩基的侧壁上的三角形支架固定连接。溃缩杆5的两端分别经伸缩杆8与前防撞箱1靠近桥梁桩基的侧壁固定连接。如图4所示，溃缩杆5内设有水平放置的溃缩弹簧18，伸缩杆8与溃缩杆5连接的一端穿过溃缩杆5与其内的溃缩弹簧18固定连接。溃缩杆为硬材，弹簧是具备一定强度的加工钢材，可消除部分撞击能。

三角形支架由支架基座板6和两个支架杆4组成，支架基座板6固定在前防撞箱1的箱后垫板3上，两个支架杆4一端分别固定在支架基座板6上，其另一端交叉形成三角形支架并与伸缩杆8固定连接。两个支架杆4位于同一竖直平面内，其与支架基座板6构成等腰三角形支架。溃缩支架经支架基座板6固定在两个箱后垫板3上，以便于组装施工和后期损坏维修。

支架基座板6的厚度为3cm，该厚度可根据需求适当调整，支架杆4分别在其两端处设有一个安装孔19，支架基座板6上焊接有铆钉位7，支架杆4的一端经其安装孔19以及支架基座板6上的铆钉位7与支架基座板6通过铆钉20连接，其另一端经安装孔19和与其组成三角形支架的另一支架杆4以及伸缩杆8通过销钉11固定连接。

前防撞箱1为双层高强钢丝网线加固厚壁弧形筒箱结构，其迎撞面为向外凸起的弧面，迎撞面弧度依据最大撞击力船只的前部船舷弧度设计，如图1~2所示，在被撞击时可以起到一定的缓冲作用。前防撞箱1内部中空，其箱壁厚度经设计计算，等于板受压理论计算撞击力下需要的板厚，前防撞箱1由钢板制成，其被撞击产生变形而不会开裂渗漏，具备良好的冲击和吸收能量性能。

溃缩杆5内部两端的伸缩杆8预制行程间距达到50cm，并且桩基溃缩后能自动退回至安装位的初始位置不致折断或扭曲变形。箱后垫板3由橡胶片等厚壁式劲性缓冲材料包裹，并经钢珠10与前防撞箱1背面连接分散撞击力，在前防撞箱1冲击变形过程中可协调的后部溃缩支架杆溃缩，具有二次缓冲的能力。箱后垫板3的厚度根据防撞击力度所决定。钢珠10代替铰接，以发挥转角协调消除扭矩的作用。

溃缩杆5通过行程变化吸收经首道前防撞箱1阻隔后剩余船体撞击能量，由支架杆4组成的溃缩支架通过位移缓冲吸收撞击能量，以达到耗散能量的功能，并且可以设置两道支架溃缩杆以更好的缓冲减少对桩基9的损伤。

本发明的防撞系统通过先损耗前防撞箱1后，部分缓冲撞击能被支护桩2吸收，并将剩余能量在溃缩杆5内消耗以达到对墩台14下部的墩台基桩9的保护作用。承受船体撞击时前防撞箱1下部的支护桩2中间的止震板13通过抗扭转弹簧12抗扭耗能，两个箱后垫板3中间的溃缩支架通过行程缩短耗能的方式消耗剩余撞击能量。本发明在细部连接构造间考虑冲击能耗消散作用效果，在船体撞击外围防护装置的第一时间调动系统从抗浮、抗压和抗拉及水平抗力方面联合作用抵御冲击作用，即在被撞击时前防撞箱1在水平方向体现出抵御冲击作用，前防撞箱1被支护桩锚固并且发生抗弯扭作用而产生抗压和抗拉效果，同时支架溃缩杆5压缩吸能，发挥本发明防撞系统的联合协调工作效果。

桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统的施工方法，包括如下步骤：

步骤S1、施工放样时通过测量装置在待保护桥梁桩基位置标定施工位置和防撞系统各部件安装位置，调度作业船只、人员就位，准备好构件材料，测量装置包括水准仪、经纬仪、全站仪；

步骤S2、焊接拼装设计好弧度和尺寸的前防撞箱1，焊接支护桩2、止震板13、抗扭转弹簧12，将支护桩2经专业机械贯穿水底淤泥层竖直固定至坚硬的水体底部持力层17内；

步骤S3、在预制设计宽度为1.5～3.0m的前防撞箱1靠近桥梁桩基一侧焊接，钢珠10和箱后垫板3，钢珠10部分内嵌在箱后垫板3中，并安装支架基座板6；

步骤S4、将准备好的支架杆4、销钉11和铆钉按照由下至上、由两端向中间顺序逐步安装，最后安装溃缩杆5，之后对溃缩杆5进行调校至具备最大行程距离；

步骤S5、当初步施工完成后，对每一衔接部位进行二次紧固检测，避免施工松动和连接非桩基损坏。

当采用本发明的防撞系统对老旧桥梁的墩台基桩9进行防护时，其步骤同样采用上述步骤S1~S5按序推进施工。

如遇撞击有部分构件被损坏情形时，则就地采用浮力潜水装置携带备用部件进行实时修复更换操作，无特殊需求且安全可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，包括两个位于桥梁桩基的不同迎撞面处的前防撞箱（1），两个前防撞箱（1）背向设置且其所在迎撞面方向相反；每个前防撞箱（1）底部固定有抗扭转装置，两个前防撞箱（1）之间设有位于桥梁桩基与其迎撞面相邻的两侧的溃缩支架，前防撞箱（1）、抗扭转装置和溃缩支架形成溃缩抗扭防撞系统设置在桥梁桩基四周，并位于桥墩（15）和墩台（14）下方，对桥梁桩基进行防护。

2.根据权利要求1所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，所述抗扭转装置由支护桩（2）、止震板（13）和抗扭转弹簧（12）组成，支护桩（2）为上下分离式结构，其上部固定在前防撞箱（1）底部，其下部锚固于水体底部持力层（17）中，其分离的上部和下部之间固定有两块水平相对设置的止震板（13），两块止震板（13）通过位于其中间的多根抗扭转弹簧（12）连接。

3.根据权利要求1或2所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，所述溃缩支架由溃缩杆（5）和伸缩杆（8）组成，溃缩杆（5）的两端分别经伸缩杆（8）与前防撞箱（1）靠近桥梁桩基的侧壁固定连接；溃缩杆（5）内设有水平放置的溃缩弹簧（18），伸缩杆（8）与溃缩杆（5）连接的一端穿过溃缩杆（5）与其内的溃缩弹簧（18）固定连接。

4.根据权利要求3所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，所述溃缩杆（5）和伸缩杆（8）水平放置；

所述溃缩杆（5）两端分别经伸缩杆（8）与固定在前防撞箱（1）靠近桥梁桩基的侧壁上的三角形支架固定连接。

5.根据权利要求4所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，所述三角形支架由支架基座板（6）和两个支架杆（4）组成，支架基座板（6）固定在前防撞箱（1）上，两个支架杆（4）一端分别固定在支架基座板（6）上，其另一端交叉形成三角形支架并与伸缩杆（8）固定连接。

6.根据权利要求5所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，所述两个支架杆（4）位于同一竖直平面内，其与支架基座板（6）构成等腰三角形支架；

所述支架杆（4）分别在其两端处设有一个安装孔（19），所述支架基座板（6）上设有铆钉位（7），支架杆（4）的一端经其安装孔（19）以及支架基座板（6）上的铆钉位（7）与支架基座板（6）通过铆钉（20）连接，其另一端经安装孔（19）和与其组成三角形支架的另一支架杆（4）以及伸缩杆（8）通过销钉（11）固定连接。

7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，所述前防撞箱（1）靠近桥梁桩基的侧壁上通过钢珠（10）固定连接有竖直放置的箱后垫板（3），箱后垫板（3）由厚壁式劲性缓冲材料包裹，每个溃缩支架经其两端三角型支架的支架基座板（6）固定在对应的箱后垫板（3）上；

所述桥梁桩基每侧至少设有一个溃缩支架，所述前防撞箱（1）底部最少固定有两个支护桩（2）。

8.根据权利要求7所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统，其特征在于，所述厚壁式劲性缓冲材料为橡胶片；

所述前防撞箱（1）为内部中空的箱体结构，其迎撞面为凸起的弧面，其外部采用钢丝网线加固。

9.如权利要求8所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤S1、施工放样时通过测量装置在待保护桥梁桩基位置标定施工位置和桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统各部件的安装位置；

步骤S2、焊接并拼装依据最大撞击力船只的前部船舷弧度设计好弧度的前防撞箱（1），并焊接支护桩（2）、止震板（13）、抗扭转弹簧（12），将支护桩（2）经专业机械贯穿水底淤泥层竖直固定至坚硬的水体底部持力层（17）内；

步骤S3、在宽度为1.5～3.0m的前防撞箱（1）靠近桥梁桩基一侧焊接钢珠（10）和箱后垫板（3），钢珠（10）部分内嵌于箱后垫板（3）中，并安装支架基座板（6）；

步骤S4、将准备好的支架杆（4）、销钉（11）和铆钉（20）按照由下至上、由两端向中间顺序逐步安装，最后安装溃缩杆（5），并调校溃缩杆（5）至具备最大行程距离；

步骤S5、初步施工完成后，对每一个衔接部位进行二次紧固检测，避免施工松动和连接非桩基损坏。

10.根据权利要求9所述的桥梁桩基组合型溃缩抗扭防撞系统的施工方法，其特征在于，所述步骤S1的测量装置包括水准仪、经纬仪、全站仪；

所述步骤S4中溃缩杆（5）的最大行程距离为50cm；

所述步骤S1的待保护桥梁桩基包括老旧桥梁的墩台基桩（9）。