CN111364494A - 一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础及其施工方法，包括混凝土承台，所述海上高桩承台基础设有三根以上的直立嵌岩桩和三根以上的斜桩的组合桩系统，且斜桩被配合以提供承载力的锚索装置。本发明既能利用直桩施工后形成的稳桩平台，为斜桩提供施工期的支撑，便于斜桩的打入和嵌岩，又采用锚索结构，减少斜桩嵌入基岩的深度，降低斜嵌岩桩施工难度，为斜桩提供较大抗拔力，同时解决了浅覆盖层岩基地质中的高桩承台施工困难和服役期承载力不足难题。

Description

一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础及其施工 方法

技术领域

本发明涉及群桩基础及其安装方法，特别涉及一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础。

背景技术

目前我国大力开发海洋经济，在近海领域开展了大规模的工程基础设施建设，包括大跨径桥梁、码头、海洋石油平台、海上风电等结构。在这些结构中，高桩承台被广泛应用。高桩承台是指底面在地基表面以上的桩基承台。高桩码头均属高桩承台，承台把其上的荷载分配给桩基，桩基再把荷载传到地基中。由于高桩承台基础能够穿透软弱层而达到较深的持力层，其承受竖向荷载的能力很强。高桩承台下面一般是群桩基础。目前高桩承台常使用6根或者8根倾斜的桩基，可以使其部分桩受拉或者受压，以达到设计的抗水平力和抗倾覆力。

在我国东南沿海等省份，其海底的地层结构为：上部主要分布砂层或者黏土层，而在下部则为基岩，且部分基岩埋置深度较浅。在这这种情况下，传统的斜桩承台可能由于触碰到基岩面且有一定角度而导致斜桩结构在打入时失稳而无法正常施工。与此同时，由于斜桩埋深较浅，其所能提供的抗拔力将显著不足。以上原因和隐患使得浅覆盖层基岩地基中传统斜桩高桩承台基础的应用受到限制。

发明内容

基于以上工程背景，本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种使用锚索提高抗拔力、斜直桩支撑的海上高桩承台基础及其施工方法，解决浅覆盖层岩基地质中的高桩承台施工困难和服役期承载力不足难题。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础。为此，本发明采用以下技术方案：

一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础，包括混凝土承台，其特征在于所述海上高桩承台基础设有三根以上的直立嵌岩桩和三根以上的斜桩的组合桩系统，且斜桩被配合以提供承载力的锚索装置；

所述斜桩包括穿过土层至基岩表面的倾斜钢管，在基岩顺着所述倾斜钢管设置钻孔；所述锚索装置是一种可张开的多层锚索，包括锚索、外锚头和内锚头，内锚头为可张开多层板的锚头结构，所述锚索装置顺着斜桩钢管方向放入，其内锚头的多层结构进入钻孔中并张开，锚索的上端穿过混凝土承台与外锚头连接，固定在所述承台上，倾斜钢管及所述钻孔被灌注混凝土，倾斜钢管及所述钻孔内的混凝土连接为一体。

进一步地，所述内锚头主要由连接环、方形杆体、锚尖头、锚板、铰链、连接链和扭转弹簧组成；锚板设置为多层，每一层设置四块围绕方形杆体的锚板，锚板的下端通过铰链与方形杆体铰接，锚板的上部通过连接链和方形杆体连接，铰链处设置扭转弹簧，该扭转弹簧可施加扭矩使锚板张开。

进一步地，在内锚头端部设置锚尖头；在内锚头尾部设置连接环，可与锚索进行相连。

进一步地，所述组合桩系统由四根矩形布置的直立嵌岩桩和四根矩形布置的斜桩组成，所述斜桩和直立嵌岩桩与承台的连接端布置在同一圆周上，斜桩和直立嵌岩桩沿圆周间隔并均匀设置，通过混凝土进行浇筑固结，形成统一整体。

进一步地，所述的斜桩呈一定的倾斜角度向外侧倾斜，与直桩呈10°-15°布置。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础的施工方法。为此，本发明采用以下技术方案：

一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础的施工方法，其特征在于直立嵌岩桩包括外侧钢管桩，外侧钢管桩穿过土层至基岩表面；

首先施工直立嵌岩桩，将钢管桩打入土体，待遇到岩体无法进一步打入后，下钻机进行钻孔，之后放置钢筋笼，随后进行混凝土灌注，在嵌岩部分形成芯柱混凝土，芯柱混凝土将直立嵌岩桩同岩体胶结一起；

在直立嵌岩桩的上部施工临时钢制稳状平台而与直立嵌岩桩的钢管连为一体；

然后在钢制稳状平台的基础上施工外侧钢管桩，在外侧钢管桩打入至基岩面后通过钻机进行进一步钻入，对钻孔清孔完毕后，将锚索装置放入桩内，并将内锚头沿着桩内壁通过钻杆推入至最深处，锚板张开，然后下放钢筋笼，并进行灌注芯柱混凝土，混凝土灌注完成后通过外锚头对锚索施加预应力完成安装；

然后在钢制稳状平台的基础上，浇筑混凝土承台。

本发明提出一种使用锚索提高抗拔力、斜直桩支撑的高桩承台基础，既能利用直桩施工后形成的稳桩平台，为斜桩提供施工期的支撑，便于斜桩的打入和嵌岩，又采用锚索结构，减少斜桩嵌入基岩的深度，降低斜嵌岩桩施工难度，为斜桩提供较大抗拔力，同时解决了浅覆盖层岩基地质中的高桩承台施工困难和服役期承载力不足难题。

本发明的高桩承台有以下优点：斜直组合，通过便于施工的直桩施工和嵌岩，为斜桩施工提供稳桩平台，便于斜桩的打入和嵌岩；相比于传统斜桩承台，它具有更好的承载工作性能，通过联合使用直桩和斜桩，通过直桩提供抗压力和抗压力，通过加锚索的斜桩提供抗拔力，使该结构整体承载力更高，受力更为合理，更能适用于基岩出露较浅的工程地质条件。

附图说明

图1是本发明高桩承台的整体示意图；

图2是高桩承台俯视图；

图3是直立桩结构图；

图4是带锚索斜桩示意图；

图5是内锚头收拢状态侧面放大示意图；

图6是内锚头收拢状态断面放大示意图；

图7是内锚头张开状态侧面放大示意图；

图8是内锚头张开状态断面示意图；

图9是斜桩打入时作为稳桩平台施工示意图。

具体实施方式

如图1-9所示，本发明的一种使用锚索提高抗拔力、斜直桩支撑的海上高桩承台基础，主要包括混凝土承台1、四根直立嵌岩桩2、四根斜桩3以及配合斜桩提供承载力的锚索装置4。

所述的混凝土承台1一般为圆形承台，8根桩上部插入承台靠近外侧边缘处，通过混凝土进行浇筑固结，形成统一整体。

所述的4根直立嵌岩桩2上部连接至承台，底部嵌入岩体，它主要包括外侧钢管桩5，壁厚为28-40mm,内部在下放钢筋笼6之后浇筑混凝土，在实际施工中先将钢管桩打入土体，待遇到岩体无法进一步打入后，下钻机进行钻孔，之后放置钢筋笼6，随后进行混凝土灌注，则在嵌岩部分形成芯柱混凝土体7，芯柱混凝土体7将桩2同岩体胶结一起，可提供较大的竖向承载力。四根直立嵌岩桩2呈正方形布置，顶部插入至混凝土承台1外边缘。

所述的四根斜桩3呈一定的倾斜角度向外侧倾斜，与4根直桩呈10°-15°布置。斜桩3在直立桩施工完工后施工，利用直桩提供的稳桩平台作为支撑，进行斜桩的打入和嵌岩施工。斜桩3也包括外侧钢管桩5、内侧钢筋笼6和内部形成的混凝土18，具体的制作方法与直桩类似。

所述斜桩3和直立嵌岩桩2与承台1的连接端布置在同一圆周上。本实施例中，斜桩3和直立嵌岩桩2沿圆周间隔并均匀设置。

所述的配合斜桩提供承载力的锚索装置4是一种可张开的多层锚索结构，张开后直径与斜桩外径一致，它可以在斜桩打入至基岩后，使用钻机沿倾斜方向继续钻进一定深度后沿着斜桩内侧壁放入至基岩内。它主要包括锚索8、外锚头17和内锚头9，锚索8主要是高强螺纹钢构成，外锚头17固定在承台1顶部，穿过承台1的锚索8与外锚头17连接，内锚头9为可张开多层板的锚头结构，它主要由连接环14、方形杆体13、锚尖头12、锚板10，铰链11，连接链16和扭转弹簧15组成。锚板10设置为多层，其通过铰链11与方形杆体13铰接，4块锚板在合拢状态时呈现出圆锥形状态，铰链处设置扭转弹簧15，在内锚头尾部设置连接环14，可与锚索8进行相连。

锚索的安装过程如下：在斜桩打入至基岩面后通过钻机进行进一步钻入，清孔完毕后，内锚头9下放前，锚板10被解开，收紧的扭转弹簧15自动施加扭矩使锚板张开，内锚头9在下放时，锚板10依靠扭转弹簧15的弹性而自适应适当缩拢，在内锚头9放入钻孔中后，依靠扭转弹簧15的弹性而撑紧抵靠钻孔壁，内锚头被推入至钻孔的最深处；另外在内锚头端部设置锚尖头12，可以方便锚体刺入土中；然后下放钢筋笼，并进行注浆，混凝土灌注完成并达到一定龄期后通过外锚头对锚索8施加预应力完成安装。

本发明技术在福建某海上风电工程进行试验，得到有效应用，同时解决了浅覆盖层岩基地质中的高桩承台施工困难和服役期承载力不足难题。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的范围内，做出的变化、改添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础，包括混凝土承台，其特征在于所述海上高桩承台基础设有三根以上的直立嵌岩桩和三根以上的斜桩的组合桩系统，且斜桩被配合以提供承载力的锚索装置；

所述斜桩包括穿过土层至基岩表面的倾斜钢管，在基岩顺着所述倾斜钢管设置钻孔；所述锚索装置是一种可张开的多层锚索，包括锚索、外锚头和内锚头，内锚头为可张开多层板的锚头结构，所述锚索装置顺着斜桩钢管方向放入，其内锚头的多层结构进入钻孔中并张开，锚索的上端穿过混凝土承台与外锚头连接，固定在所述承台上，倾斜钢管及所述钻孔被灌注混凝土，倾斜钢管及所述钻孔内的混凝土连接为一体。

2.如权利要求1所述的一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础，其特征在于所述内锚头主要由连接环、方形杆体、锚尖头、锚板、铰链、连接链和扭转弹簧组成；锚板设置为多层，每一层设置四块围绕方形杆体的锚板，锚板的下端通过铰链与方形杆体铰接，锚板的上部通过连接链和方形杆体连接，铰链处设置扭转弹簧，该扭转弹簧可施加扭矩使锚板张开。

3.如权利要求1所述的一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础，其特征在于在内锚头端部设置锚尖头；在内锚头尾部设置连接环，可与锚索进行相连。

4.如权利要求1所述的一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础，其特征在于所述组合桩系统由四根矩形布置的直立嵌岩桩和四根矩形布置的斜桩组成，所述斜桩和直立嵌岩桩与承台的连接端布置在同一圆周上，斜桩和直立嵌岩桩沿圆周间隔并均匀设置，通过混凝土进行浇筑固结，形成统一整体。

5.如权利要求1所述的一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础，其特征在于所述的斜桩呈一定的倾斜角度向外侧倾斜，与直桩呈10°-15°布置。

6.一种使用锚索及斜直桩支撑的海上高桩承台基础的施工方法，其特征在于直立嵌岩桩包括外侧钢管桩，外侧钢管桩穿过土层至基岩表面；

首先施工直立嵌岩桩，将钢管桩打入土体，待遇到岩体无法进一步打入后，下钻机进行钻孔，之后放置钢筋笼，随后进行混凝土灌注，在嵌岩部分形成芯柱混凝土，芯柱混凝土将直立嵌岩桩同岩体胶结一起；

在直立嵌岩桩的上部施工临时钢制稳状平台而与直立嵌岩桩的钢管连为一体；

然后在钢制稳状平台的基础上施工外侧钢管桩，在外侧钢管桩打入至基岩面后通过钻机进行进一步钻入，对钻孔清孔完毕后，将锚索装置放入桩内，并将内锚头沿着桩内壁通过钻杆推入至最深处，锚板张开，然后下放钢筋笼，并进行灌注芯柱混凝土，混凝土灌注完成后通过外锚头对锚索施加预应力完成安装；

然后在钢制稳状平台的基础上，浇筑混凝土承台。

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