CN111549726A - 水位变动区斜坡面系缆桩防护结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了水位变动区斜坡面系缆桩防护结构及其施工方法，系缆桩包括钢筋砼灌注桩、桩帽和系船桩，防护结构设在系缆桩四周，包括楔形槽、格构梁及护面结构。该结构施工时主要包括：斜坡面土石方开挖；桩基定位、浇筑；钢筋砼格构梁土体开挖；锚杆施工；铺设土工布倒滤层；钢筋砼格构梁钢筋绑扎、排水结构施工；浇筑钢筋砼护面结构；楔形槽及踏步施工；安装钢制系船柱等一系列过程。

Description

水位变动区斜坡面系缆桩防护结构及其施工方法
技术领域
本发明属水运工程领域，更具体地说是在水位变动区斜坡面设置的一种船舶抵坡丁靠的系缆桩防护结构型式及施工方法。
背景技术
水利枢纽工程建成蓄水成库以后，库区上游水动变动区波浪、水流及地下水等综合作用，导致岸坡表面土体的冲刷冲蚀较为严重，库岸再造较为强烈。对于设置在岸坡表面船舶停靠系缆设施，受库岸再造影响导致结构周边土体淘刷流失，带来的主要问题有：一是系缆结构周边土体流失以后，系缆结构由埋在土体内变成全部或部分露出土体以外，结构设计受力条件严重恶化；二是水位上涨淹没系缆结构时，因系缆结构比周边地形高，且系缆结构为强度高的砼结构和钢结构，极易导致船舶底部损坏，危及船舶安全；三是当系缆结构周边土体全部冲蚀外露后，易滚落坠江形成安全隐患。目前公知的技术中，上述三个问题尚无有效的解决方案。
发明内容
鉴于公知的上述问题，本发明提供了一种能够适用于水位变动区斜坡面土体冲蚀环境的系缆桩结构、防护结构及其施工方法。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，它包括系缆桩，所述系缆桩的顶部四周区域设置有钢筋砼防护结构；所述钢筋砼防护结构和系缆桩所围成的顶部区域内设置有楔形槽。
所述系缆桩包括钢筋砼灌注桩，所述钢筋砼灌注桩的顶部嵌入固定在钢筋砼桩帽的底端，所述钢筋砼桩帽的顶部通过预埋固定有系船柱。
所述钢筋砼灌注桩为圆柱结构，所述钢筋砼桩帽为长方体结构，所述系船柱为按标准加工的定型产品；
所述钢筋砼桩帽顶部与楔形槽底部高程一致。
所述楔形槽底部水平，所述楔形槽在靠江侧与钢筋砼防护结构表面高程一致，所述系缆桩位于楔形槽中部，所述系缆桩的系船柱全部没入楔形槽内；所述钢筋砼防护结构四周与天然地面交界处均设置钢筋砼格构梁且全部嵌入天然地面；其余部位为厚度相同的钢筋砼面板。
所述楔形槽的平面尺寸根据系船柱尺寸确定，以便于系缆作业。
所述钢筋砼格构梁高度以及钢筋砼防护结构的防护范围根据地质条件及岸坡冲蚀程度、维护周期因素确定，岸坡冲蚀速度越快、维护周期越长，钢筋砼格构梁越高，钢筋砼防护结构防护范围越大；钢筋砼面板厚度及配筋、钢筋砼格构梁配筋由系缆船舶撞击力大小确定，船舶撞击力越大，钢筋砼面板越厚，钢筋砼面板和钢筋砼格构梁配筋越多。
所述楔形槽两侧及岸侧立面均为垂直面，其基础设置在钢筋砼桩帽外侧；楔形槽阳角均采用圆弧面。
沿同一斜坡面轴线设置多级系缆桩时，可将多级系缆桩作为整体设置钢筋砼防护结构，钢筋砼防护结构横断面每隔一定间距增设钢筋砼次梁；
系缆桩桩位轴线对应的钢筋砼防护结构的表面设置踏步，便于系缆时行走。
所述钢筋砼防护结构通过锚杆维持结构稳定，通过结构断面设置的排水管来降低水压力，通过结构底部与基础接触部位设置的土工布和排水管倒滤层防止下部土体流失。
水位变动区斜坡面系缆桩防护结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：斜坡面修坡，主要为土石方开挖，开挖及修坡时施工机械不得扰动钢筋砼防护结构以外的土体。
步骤2：桩基定位，钢筋砼灌注桩成孔、浇筑；
步骤3：钢筋砼格构梁及钢筋砼面板下的锚杆打设施工；
步骤4：钢筋砼面板及钢筋砼格构梁施工区域土体开挖，开挖时不能扰动破坏防护范围以外土体，要严格控制沟槽尺寸，开挖时不得碰撞锚杆；
步骤5：铺设土工布，钢筋砼格构梁及钢筋面板钢筋绑扎；
步骤6：埋设排水管下部的碎石倒滤包；排水管加工、固定；楔形槽及踏步模板支护；
步骤7：钢筋砼防护结构砼浇筑，浇筑时楔形槽及钢筋砼格构梁边缘应确保为圆弧；
步骤8：安装系船柱。
本发明有如下有益效果：
1、本发明提出的系缆桩采用钢筋砼灌注桩结构，系缆力可通过桩帽及灌注桩传递至土体内部，其结构稳定性比重力式结构等型式更好，适应土体冲蚀作用的能力更强。
2、系缆桩四周设置的钢筋砼防护结构特别是防护结构周边设置的格构梁以后，系缆桩周边土体由直接冲蚀破坏转变为“格构梁周边土体全部冲蚀脱空-防护结构表面土体冲蚀-系缆桩周边土体冲蚀”，大大减缓了冲蚀过程。而且，冲蚀深入到防护结构内部时，防护结构使波浪等水流作用力急剧减弱，能够保证系缆桩结构周边土体的稳定。
3、防护结构设置的钢筋，可以避免船舶抵坡丁靠时造成防护结构整体撞击破坏；防护结构底部设置的土工布倒滤层，又能避免防护结构局部破坏部位的土体冲蚀，不会因为局部结构破坏导致土体冲蚀，不会影响系缆桩结构安全。
4、通过沿程设置锚杆的方式来维持防护结构稳定，不会因船舶撞击导致防护结构的整体失稳。传统的斜坡式结构设计时普遍采用在岸坡底部设置支护及护脚等结构，此类结构受到船舶撞击后极易破损，造成整个防护结构的失稳。
5、设置楔形槽，且将系缆桩结构布置在楔形槽内，可保证系船柱低于坡面高程。确保当系缆桩淹没，船舶抵坡丁靠时不会发生系船桩损坏船体结构的问题。
6、楔形槽阳角采用圆弧面，可减少楔形槽砼阳角面对系靠船舶缆绳的损坏。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明在实施例1中的防护结构平面图。
图2为本发明在实施例1中的防护结构纵向断面图。
图3为本发明在实施例2中的防护结构平面图。
图4为本发明在实施例2中的防护结构纵向断面图。
图5为本发明在实施例1、2中的防护结构横断面图。
图6为本发明的楔形槽结构大样图。
图7为本发明的系船柱示意图。
图中：系缆桩1、钢筋砼灌注桩1-1、钢筋砼桩帽1-2、钢制系船柱1-3、楔形槽2、钢筋砼防护结构3、钢筋砼面板3-1、钢筋砼格构梁3-2、次梁3-3、排水孔3-4、倒滤包3-5、土工布3-6、踏步4、锚杆5、钢筋砼防护结构3周边土体6、钢筋砼防护结构3下部土体7、靠泊船舶8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
某水利枢纽工程建成蓄水以后，上游水位变幅达30米，近坝区域一船舶丁靠抵坡锚地采用了本发明所述系缆桩及防护结构，在水位变动区内设置了一级系缆桩及防护结构，已安全使用3年时间，未发生防护结构底部基础冲蚀影响结构安全的问题。
如图1至图7所示，一种水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，包括系缆桩1、楔形槽系缆系统2、钢筋砼防护结构3、踏步4和锚杆基础5；系缆桩1由钢筋砼灌注桩1-1、钢筋砼桩帽1-2和系船柱1-3组成；钢筋砼防护结构3设置在系缆桩1四周，由钢筋砼面板3-1、钢筋砼格构梁3-2和钢筋砼次梁3-3组成；楔形槽系缆系统2设置于钢筋砼防护结构3及系缆桩1顶部围城的区域内。
进一步的，钢筋砼灌注桩1-1为圆柱结构，钢筋砼桩帽1-2为长方体结构，系船柱1-3为按标准加工的定型产品；钢筋砼灌注桩1-1嵌入钢筋砼桩帽1-2底部，系船柱1-3固定在钢筋砼桩帽1-2顶部，钢筋砼桩帽1-2顶部与楔形槽2底部高程一致；钢筋砼灌注桩1-1钢筋与钢筋砼桩帽1-2钢筋有效连接，钢筋砼桩帽1-2上部设置固定系船柱1-3预埋件。
进一步的，楔形槽2底部水平，靠江侧与钢筋砼防护结构3表面高程一致，系缆桩1位于楔形槽2中部，系船柱1-3全部没入楔形槽内；钢筋砼防护结构3四周与天然地面交界处均设置钢筋砼格构梁3-2且全部嵌入天然地面6；其余部位为厚度相同的钢筋砼面板3-1。
进一步地，防护结构四周的格构梁3-2高度和防护结构2的防护范围根据地质条件及岸坡冲蚀程度、维护周期等因素确定，岸坡冲蚀速度越快、维护周期越长，钢筋砼格构梁3-2越高，防护范围越大。本工程系缆桩1为单根布置，其四周布置钢筋砼防护结构3，系缆桩1左右两侧防护宽各5米，岸侧防护范围约3m，江侧防护范围约8m。
进一步的，钢筋砼面板3-1厚度及配筋、钢筋砼格构梁3-2配筋主要由系缆船舶撞击力大小确定，船舶撞击力越大，钢筋砼面板3-1越厚，钢筋砼面板2-3和钢筋砼格构梁3-2内配筋越多，本工程钢筋砼面板3-1厚0.3米，钢筋砼面板3-1底部和顶部分别设置双层钢筋，钢筋砼格构梁3-2设置3排钢筋，且钢筋砼面板3-1钢筋全部伸入钢筋砼格构梁3-2内。
进一步地，防护结构楔形槽2两侧及岸侧立面均为垂直面，其基础设置在桩帽1-2外侧；楔形槽2阳角均为圆弧面。
进一步地，为便于系缆人员行走，系船柱桩位轴线对应的防护结构表面设置1.5米宽踏步4。
进一步地，钢筋砼防护结构3下部按2.5米间距布置砂浆锚固的锚杆5，锚杆5与钢筋砼防护结构3钢筋有效连接，锚杆5外露弯折长度不小于25cm，通过锚杆5维持防护结构3稳定。防护结构3上按5米间距梅花布置排水孔3-4，以降低防护结构渗水压力。防护结构3基础设置土工布3-6与倒滤包3-5共同作用，有效防止钢筋砼防护结构3下部土体7流失。
本系缆桩及其防护结构的施工方法包括以下步骤：
步骤1：斜坡面修坡，主要为土石方开挖，开挖及修坡时施工机械不得扰动钢筋砼防护结构3以外的土体6；
步骤2：桩基定位，钢筋砼灌注桩1-1成孔、浇筑；
步骤3：钢筋砼格构梁3-2及钢筋砼面板3-1下的锚杆5打设施工；
步骤4：钢筋砼面板3-1及钢筋砼格构梁3-2施工区域土体开挖，开挖时不能扰动破坏防护范围以外土体6，要严格控制沟槽尺寸，开挖时不得碰撞锚杆5；
步骤5：铺设土工布3-6，钢筋砼格构梁3-2及钢筋面板3-1钢筋绑扎；
步骤6：埋设排水管3-4下部的碎石倒滤包3-5；排水管3-4加工、固定；楔形槽2及踏步4模板支护；
步骤7：钢筋砼防护结构3砼浇筑，浇筑时楔形槽2及钢筋砼格构梁2-2边缘应确保为圆弧；
步骤8：系船柱1-3安装。
实施例2：
某水利枢纽工程建成蓄水以后，上游水位变幅达30米，近坝区域设有一船舶丁靠锚地，同一斜坡面不同高程设有三级系缆桩。采用了本发明所述系缆桩及防护结构型式，已安全使用3年时间，未发生防护结构底部基础冲蚀影响结构安全的问题。
如图1至图7所示，一种水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，包括系缆桩1、楔形槽系缆系统2、钢筋砼防护结构3、踏步4和锚杆基础5。系缆桩1由钢筋砼灌注桩1-1、钢筋砼桩帽1-2和系船柱1-3组成；钢筋砼防护结构3设置在系缆桩1四周，由钢筋砼面板3-1、钢筋砼格构梁3-2和钢筋砼次梁3-3组成；楔形槽系缆系统2设置于钢筋砼防护结构3及系缆桩1顶部围城的区域内。
进一步的，钢筋砼灌注桩1-1为圆柱结构，钢筋砼桩帽1-2为长方体结构，系船柱1-3为按标准加工的定型产品；钢筋砼灌注桩1-1嵌入钢筋砼桩帽1-2底部，系船柱1-3固定在钢筋砼桩帽1-2顶部，钢筋砼桩帽1-2顶部与楔形槽2底部高程一致；钢筋砼灌注桩1-1钢筋与钢筋砼桩帽1-2钢筋有效连接，钢筋砼桩帽1-2上部设置固定系船柱1-3预埋件。
进一步的，楔形槽2底部水平，靠江侧与钢筋砼防护结构3表面高程一致，系缆桩1位于楔形槽2中部，系船柱1-3全部没入楔形槽内；钢筋砼防护结构3四周与天然地面交界处均设置钢筋砼格构梁3-2且全部嵌入天然地面6；其余部位为厚度相同的钢筋砼面板3-1。
进一步地，防护结构四周的格构梁3-2高度和防护结构2的防护范围根据地质条件及岸坡冲蚀程度、维护周期等因素确定，岸坡冲蚀速度越快、维护周期越长，钢筋砼格构梁3-2越高，防护范围越大。本工程系缆桩1为沿坡面纵向三根串联布置，其四周布置钢筋砼防护结构3，系缆桩1左右两侧防护宽各5米。
进一步的，钢筋砼面板3-1厚度及配筋、钢筋砼格构梁3-2配筋主要由系缆船舶撞击力大小确定，船舶撞击力越大，钢筋砼面板3-1越厚，钢筋砼面板2-3和钢筋砼格构梁3-2内配筋越多，本工程钢筋砼面板3-1厚0.3米，钢筋砼面板3-1底部和顶部分别设置双层钢筋，钢筋砼格构梁3-2设置3排钢筋，且钢筋砼面板3-1钢筋全部伸入钢筋砼格构梁3-2内。
进一步地，防护结构楔形槽2两侧及岸侧立面均为垂直面，其基础设置在桩帽1-2外侧；楔形槽2阳角均为圆弧面。
进一步地，为便于系缆人员行走，系船柱桩位轴线对应的防护结构表面设置1.5米宽踏步4。
进一步地，钢筋砼防护结构3下部按2.5米间距布置砂浆锚固的锚杆5，锚杆5与钢筋砼防护结构3钢筋有效连接，锚杆5外露弯折长度不小于25cm，通过锚杆5维持防护结构3稳定。防护结构3上按5米间距梅花布置排水孔3-4，以降低防护结构渗水压力。防护结构3基础设置土工布3-6与倒滤包3-5共同作用，有效防止钢筋砼防护结构3下部土体7流失。
本系缆桩及其防护结构的施工方法包括以下步骤：
步骤1：斜坡面修坡，主要为土石方开挖，开挖及修坡时施工机械不得扰动钢筋砼防护结构3以外的土体6；
步骤2：桩基定位，钢筋砼灌注桩1-1成孔、浇筑；
步骤3：钢筋砼格构梁3-2及钢筋砼面板3-1下的锚杆5打设施工；
步骤4：钢筋砼面板3-1及钢筋砼格构梁3-2施工区域土体开挖，开挖时不能扰动破坏防护范围以外土体6，要严格控制沟槽尺寸，开挖时不得碰撞锚杆5；
步骤5：铺设土工布3-6，钢筋砼格构梁3-2及钢筋面板3-1钢筋绑扎；
步骤6：埋设排水管3-4下部的碎石倒滤包3-5；排水管3-4加工、固定；楔形槽2及踏步4模板支护；
步骤7：钢筋砼防护结构3砼浇筑，浇筑时楔形槽2及钢筋砼格构梁2-2边缘应确保为圆弧；
步骤8：系船柱1-3安装。

Claims (10)

1.水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：它包括系缆桩（1），所述系缆桩（1）的顶部四周区域设置有钢筋砼防护结构（3）；所述钢筋砼防护结构（3）和系缆桩（1）所围成的顶部区域内设置有楔形槽（2）。
2.根据权利要求1所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：所述系缆桩（1）包括钢筋砼灌注桩（1-1），所述钢筋砼灌注桩（1-1）的顶部嵌入固定在钢筋砼桩帽（1-2）的底端，所述钢筋砼桩帽（1-2）的顶部通过预埋固定有系船柱（1-3）。
3.根据权利要求2所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：所述钢筋砼灌注桩（1-1）为圆柱结构，所述钢筋砼桩帽（1-2）为长方体结构，所述系船柱（1-3）为按标准加工的定型产品；
所述钢筋砼桩帽（1-2）顶部与楔形槽（2）底部高程一致。
4.根据权利要求1所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：所述楔形槽（2）底部水平，所述楔形槽（2）在靠江侧与钢筋砼防护结构（3）表面高程一致，所述系缆桩（1）位于楔形槽（2）中部，所述系缆桩（1）的系船柱（1-3）全部没入楔形槽（2）内；所述钢筋砼防护结构（3）四周与天然地面交界处均设置钢筋砼格构梁（3-2）且全部嵌入天然地面（6）；其余部位为厚度相同的钢筋砼面板（3-1）。
5.根据权利要求1所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：所述楔形槽（2）的平面尺寸根据系船柱（1-3）尺寸确定，以便于系缆作业。
6.根据权利要求4所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：所述钢筋砼格构梁（3-2）高度以及钢筋砼防护结构（3）的防护范围根据地质条件及岸坡冲蚀程度、维护周期因素确定，岸坡冲蚀速度越快、维护周期越长，钢筋砼格构梁（3-2）越高，钢筋砼防护结构（3）防护范围越大；钢筋砼面板（3-1）厚度及配筋、钢筋砼格构梁（3-2）配筋由系缆船舶撞击力大小确定，船舶撞击力越大，钢筋砼面板（3-1）越厚，钢筋砼面板（3-1）和钢筋砼格构梁（3-2）配筋越多。
7.根据权利要求1所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：所述楔形槽（2）两侧及岸侧立面均为垂直面，其基础设置在钢筋砼桩帽（1-2）外侧；楔形槽（2）阳角均采用圆弧面。
8.根据权利要求1所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：沿同一斜坡面轴线设置多级系缆桩（1）时，可将多级系缆桩（1）作为整体设置钢筋砼防护结构（3），钢筋砼防护结构（3）横断面每隔一定间距增设钢筋砼次梁（3-3）；
系缆桩（1）桩位轴线对应的钢筋砼防护结构（3）的表面设置踏步（4），便于系缆时行走。
9.根据权利要求1所述水位变动区斜坡面系缆桩防护结构，其特征在于：所述钢筋砼防护结构（3）通过锚杆（5）维持结构稳定，通过结构断面设置的排水管（3-4）来降低水压力，通过结构底部与基础接触部位设置的土工布和排水管倒滤层（3-5）防止下部土体（7）流失。
10.权利要求1-9任意一项所述的水位变动区斜坡面系缆桩防护结构的施工方法，其特征在于，其施工方法包括以下步骤：
步骤1：斜坡面修坡，主要为土石方开挖，开挖及修坡时施工机械不得扰动钢筋砼防护结构（3）以外的土体（6）；
步骤2：桩基定位，钢筋砼灌注桩（1-1）成孔、浇筑；
步骤3：钢筋砼格构梁（3-2）及钢筋砼面板（3-1）下的锚杆（5）打设施工；
步骤4：钢筋砼面板（3-1）及钢筋砼格构梁（3-2）施工区域土体开挖，开挖时不能扰动破坏防护范围以外土体（6），要严格控制沟槽尺寸，开挖时不得碰撞锚杆（5）；
步骤5：铺设土工布（3-6），钢筋砼格构梁（3-2）及钢筋面板（3-1）钢筋绑扎；
步骤6：埋设排水管（3-4）下部的碎石倒滤包（3-5）；排水管（3-4）加工、固定；楔形槽（2）及踏步（4）模板支护；
步骤7：钢筋砼防护结构（3）砼浇筑，浇筑时楔形槽（2）及钢筋砼格构梁（2-2）边缘应确保为圆弧；
步骤8：安装系船柱（1-3）。
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