CN111636465A - 一种一体式深水基础及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种一体式深水基础及其施工方法,涉及桥梁深水基础技术领域,包括多个吸力单井、多根钢管柱、多根钻孔桩和承台,由于钢管柱在施工阶段可作为钻孔桩施工用的钢护筒,且钢管柱与吸力单井是提前制备好的一体式结构,在对吸力单井进行排水操作后,钢管柱与吸力单井即可下沉至设计高程,无需在涌浪条件恶劣的海洋环境中架设大型导管架平台及进行钢护筒的吊装、翻身、施沉等工艺,且吸力井座和钢管柱在桥梁使用阶段均可参与到深水基础的受力中,能有效降低单桩的自由长度,提高桩身的水平和竖向的承载能力。因此,本申请不仅可降低施工风险、难度和成本,还可缩短工期以及提高桩身的水平承载能力和竖向承载能力。

Description

一种一体式深水基础及其施工方法
技术领域
本申请涉及桥梁深水基础技术领域,特别涉及一种一体式深水基础及其施工方法。
背景技术
随着我国交通基建的快速发展,跨海桥梁工程的建设逐渐由近海向深海推进,工程项目越来越来多,工程规模越来越大,建设环境越来越复杂多样。其中,飓风、深水、急流、强涌浪、深厚覆盖层等恶劣的海洋环境都将给跨海桥梁的建设带来巨大挑战,尤其体现在桥梁深水基础的设计与施工技术方面。
相关技术中,高桩承台群桩基础作为一种常用的深水基础形式,因其施工技术成熟,对水下地形和地质条件的适应性较强,在跨海桥梁中被广泛采用。但是,桩基的施工受海上风浪条件影响较大,钢护筒的吊装、翻身和施沉等水上作业,需要选择在风浪条件良好的窗口期进行,而实际海洋环境中气象与水文条件常期都较为恶劣,窗口期较短,故整个深水基础的施工工期往往都比较长;并且桩基施工需要架设大型的导管架平台来辅助进行,增加了整个深水基础的施工成本。
此外,由于海洋中的深水基础需要承受由飓风、波流、船撞等产生的巨大水平力,因此基础必须具有足够的刚度和强度才能确保桥梁结构安全。现有技术中的高桩承台群桩基础通常采用增加单桩数量或增大单桩直径来满足基础刚度和强度要求。但是由于桥位处深水往往较大,使得单桩自由长度较大,桩身强度由桩身弯矩控制,采用增加单桩数量的方法效率较低,且整个基础规模较大,经济性较差;而采用增加单桩直径的方法,虽然效率较高,但是对吊装设备、钻孔设备要求较高,施工难度增加。
因此,在深海环境中,桥梁深水基础采用高桩承台群桩基础工期较长、经济性较差。
发明内容
本申请实施例提供一种一体式深水基础及其施工方法,以解决相关技术中由于需要在常期恶劣的海洋环境中选择风浪条件良好的窗口期中进行钢护筒吊装、翻身、施沉等工艺,同时需要架设用于钢护筒定位、桩基钻孔、混凝土浇筑等工艺的大型导管架平台,以及桩基规模庞大而导致整个深水基础施工工期长、建设成本高的问题。
第一方面,提供了一种一体式深水基础,包括:
多个吸力单井,所述吸力单井包括多块壁板、顶板和多块隔仓板,多块所述壁板依次连接形成横截面为正多边形的棱柱,所述顶板为环形结构并固定于多块所述壁板上,多块所述隔仓板设于所述棱柱内,其侧边与壁板侧边紧密相连,使棱柱内形成多个隔仓,且每个隔仓的顶板上均设有排水孔,多个所述吸力单井构成横截面为多边形的吸力井座,所述吸力井座的底面位于海床局部冲刷线以下;
多根钢管柱,所述钢管柱的底部穿过顶板的中心并设于所述吸力单井内,且其外壁与所述隔仓板的另一侧边、所述顶板固定连接成一体化结构;
多根钻孔桩,所述钻孔桩穿设于所述钢管柱内并灌注混凝土成桩,且其底部延伸嵌固至基岩中;
承台,所述承台位于所述吸力井座的上方,其底面与所述钢管柱的顶部、所述钻孔桩的顶部均固定连接。
一些实施例中,所述一体式深水基础还包括多根支承肋,所述支承肋位于所述隔仓板的正上方,其包括直角多边形腹板和支承肋顶板,所述直角多边形腹板一直角边与所述顶板连接,另一直角边与所述钢管柱外壁连接;所述支承肋顶板焊接于所述直角多边形腹板的斜边上。
所述正多边形为正四边形或正六边形。
所述钢管柱的底面与所述吸力单井的底面位于同一水平面上。
第二方面,提供了一种一体式深水基础的施工方法,包括以下步骤:
预制包括多个吸力单井和多根钢管柱在内的一体式结构,并在多根所述钢管柱的顶部安装连接可拆卸的施工平台,形成一体式平台;
将一体式平台浮运至墩位处,并进行定位和着床操作;
在施工平台上,对吸力单井内进行排水控制,使吸力单井和钢管柱底部嵌入土层中,并下沉至设计高程;
以钢管柱作为钻孔桩的钢护筒进行钻孔施工,钻孔完成后,分别在钻孔内和钢管柱内灌注混凝土成桩;
在钢管柱和钻孔桩的顶部进行承台的施工,待所述承台施工完毕后,拆除所述施工平台。
一些实施例中,将所述一体式平台浮运至墩位处,并进行定位和着床的具体方法为:对吸力单井和钢管柱进行充气,使一体式平台被浮运至墩位处,对吸力单井和钢管柱进行排气,使一体式平台下沉着床。
所述一体式深水基础还包括多根支承肋,所述支承肋位于所述吸力单井的隔仓板的正上方,其包括直角多边形腹板和支承肋顶板,所述直角多边形腹板一直角边与所述吸力单井的顶板连接,另一直角边与所述钢管柱外壁连接;所述支承肋顶板焊接于所述直角多边形腹板的斜边上。
所述钢管柱的底面与所述吸力单井的底面位于同一水平面上。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括:不仅可缩短深水基础施工工期,降低施工风险、难度和成本,还可以提高基础的水平承载能力和竖向承载能力。
本申请实施例提供了一种一体式深水基础及其施工方法,由于本申请中的钢管柱在施工阶段可作为钻孔桩施工用的钢护筒,且钢管柱与吸力单井是提前制备好的一体式结构,并在钢管柱顶部安装连接有可拆卸的施工平台,形成一体式平台;在一体式平台着床后,对吸力单井进行排水操作,吸力单井和钢管柱底部即可嵌入土层中,并下沉至设计高程,随即可在施工平台上进行钻孔桩的施工。所以本申请无需在充斥着恶劣涌浪条件的海洋环境中架设大型导管架平台,不仅避免了现有技术中因需在恶劣海洋环境中架设导管架平台而带来的施工风险和难度,还节约了成本;同时,本申请无需进行钢护筒的吊装、翻身、施沉等工艺,节约了现有技术因风浪条件恶劣而不能进行钢护筒施工所耽误的工期;而且吸力井座和钢管柱在桥梁使用阶段均可参与到深水基础的受力中,其等效于双承台桩基结构,能有效降低单桩的自由长度,提高桩身的水平和竖向的承载能力,且钻孔桩桩底可嵌固在基岩中,提供更强的竖向承载能力,保证了深水基础具有足够的强度来抵抗跨海桥梁所受的巨大的竖向和水平外力。因此,本申请不仅可降低施工风险、难度和成本,还可缩短工期以及提高基础的水平承载能力和竖向承载能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例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申请的一些实施例,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为本申请实施例提供的一体式深水基础的立剖面结构示意图;
图2为图1中A-A断面示意图;
图3为图1中B-B断面示意图;
图4为本申请实施例提供的一体式深水基础施工方法的流程示意图;
图5为本申请实施例提供的一体式深水基础施工步骤二中一体式平台浮运的示意图;
图6为本申请实施例提供的一体式深水基础施工步骤二中一体式平台定位和着床的示意图;
图7为本申请实施例提供的一体式深水基础施工步骤三中一体式平台排水下沉的的示意图;
图8为本申请实施例提供的一体式深水基础施工步骤四中钻孔桩混凝土灌注的的示意图;
图9为本申请实施例提供的一体式深水基础施工步骤五的示意图。
图中:1-吸力单井,11-壁板,12-顶板,121-排水孔,13-隔仓板,2-钢管柱,3-钻孔桩,4-承台,5-支承肋,51-直角多边形腹板,52-支承肋顶板,6-施工平台,7-水管,8-拖船。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种一体式深水基础及其施工方法,其能解决相关技术中由于需要在常期恶劣的海洋环境中选择风浪条件良好的窗口期中进行钢护筒吊装、翻身、施沉等工艺,同时需要架设用于钢护筒定位、桩基钻孔、混凝土浇筑等工艺的大型导管架平台,以及桩基规模庞大而导致整个深水基础施工工期长、建设成本高的问题。
参见图1~图3所示,本申请实施例提供的一体式深水基础,包括多个吸力单井1、多根钢管柱2、多根钻孔桩3和承台4;吸力单井1包括多块壁板11、顶板12和多块隔仓板13;多块壁板11依次连接形成横截面为正多边形的棱柱,其中,正多边形优选为正四边形和正六边形,其可保证吸力单井1能够紧凑的排列组合在一起,形成整体;顶板12为环形结构并固定于多块壁板11上;多块隔仓板13设于棱柱内并分别对应布置于棱柱的多个内角上,其侧边与壁板11侧边紧密相连,使棱柱内形成多个隔仓;每个隔仓的顶板12上均设有排水孔121,该排水孔121通过水管7与水泵连接,用于排出吸力单井1内的水,使一体式深水基础的吸力单井1和钢管柱2底部嵌入土层中,并下沉至设计高程处,并可通过调节不同隔仓内的排水速度来控制吸力单井1的倾斜程度,进而使深水基础能够平稳下沉;多个吸力单井1通过共壁板11的方式排列布置拼接构成横截面为多边形的吸力井座,且吸力井座的底面位于海床局部冲刷线以下,在桥梁使用阶段可参与基础共同受力,为基础提供较好的水平承载能力和一部分竖向承载能力。
多根钢管柱2与多个吸力单井1一一对应,即一根钢管柱2对应一个吸力单井1,其中,钢管柱2的底部穿过环形顶板12的中心并设于吸力单井1内,其外壁与隔仓板13的另一侧边、顶板12固定连接成一体化结构,优选的,钢管柱2的底面与吸力单井1的底面位于同一水平面上,其可进一步保证吸力单井1能够准确下沉至设计高程。
多根所述钻孔桩3分别与多根所述钢管柱2一一对应布置,钻孔桩3穿设于钢管柱2内,以钢管柱2为护筒进行钻孔施工并灌注混凝土成桩,且其底部延伸嵌固至基岩中,为基础提供了更好的竖向承载能力。
承台4位于吸力井座的上方,其底面与钢管柱2的顶部、钻孔桩3的顶部均固定连接。
优选的,参见图2所示,一体式深水基础还包括多根支承肋5,多根支承肋5与多块隔仓板13一一对应布置,即一根支承肋5位于一块隔仓板13的正上方,支承肋5包括直角多边形腹板51和支承肋顶板52,其中,直角多边形腹板51优选为直角梯形腹板,其一直角边与顶板12连接,另一直角边与钢管柱2的外壁连接;支承肋顶板52焊接于直角多边形腹板51的斜边上,可改善吸力单井1与钢管柱2之间的受力性能,保证钢管柱2壁板局部稳定。
参见图4所示,一种一体式深水基础的施工方法包括以下步骤:
S1:在船坞内预制包括多个吸力单井1和多根钢管柱2在内的一体式结构,并在多根钢管柱2的顶部安装连接可拆卸的施工平台6,形成一体式平台。
优选的,S1中的一体式结构还包括预制多根支承肋5,多根支承肋5与多块隔仓板13一一对应布置,即一根支承肋5位于一块隔仓板13的正上方,支承肋5包括直角多边形腹板51和支承肋顶板52,其中,直角多边形腹板51优选为直角梯形腹板,其一直角边与顶板12连接,另一直角边与钢管柱2的外壁连接;支承肋顶板52焊接于直角多边形腹板51的斜边上,可改善吸力单井1与钢管柱2之间的受力性能,保证钢管柱2壁板局部稳定。
S2:参见图5和图6所示,将一体式平台浮运至墩位处,并进行定位和着床操作。
S2中的将一体式平台浮运至墩位处,并进行定位和着床操作的具体方法为:对吸力单井1和钢管柱2进行充气,使一体式平台产生浮力,并通过拖船8将一体式平台拖曳并浮运至墩位处;对吸力单井1和钢管柱2进行排气,使一体式平台的浮力减小,实现基础下沉着床。优选的,钢管柱2的底面与吸力单井1的底面位于同一水平面上,其可进一步保证吸力单井1能够准确下沉至设计高程
S3:参见图7所示,在施工平台6上,使用水泵并通过水管7对吸力单井1进行排水控制,使一体式平台的吸力单井1和钢管柱2底部嵌入土层中,并下沉至设计高程。
S4:参见图8所示,在施工平台6上,以钢管柱2作为钻孔桩3的钢护筒进行钻孔施工,钻孔完成后,在钻孔内和钢管柱2内灌注混凝土成桩。
S5:参见图9所示,在钢管柱2和钻孔桩3的顶部进行承台4的施工,待承台4施工完毕后,拆除施工平台6,形成一体式深水基础。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”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申请和简化描述,而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申请的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是,在本申请中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种一体式深水基础,其特征在于,包括:
多个吸力单井(1),所述吸力单井(1)包括多块壁板(11)、顶板(12)和多块隔仓板(13),多块所述壁板(11)依次连接形成横截面为正多边形的棱柱,所述顶板(12)为环形结构并固定于多块所述壁板(11)上,多块所述隔仓板(13)设于所述棱柱内,其侧边与壁板(11)侧边紧密相连,使棱柱内形成多个隔仓,且每个隔仓的顶板(12)上均设有排水孔(121),多个所述吸力单井(1)构成横截面为多边形的吸力井座,所述吸力井座的底面位于海床局部冲刷线以下;
多根钢管柱(2),所述钢管柱(2)的底部穿过顶板(12)的中心并设于所述吸力单井(1)内,且其外壁与所述隔仓板(13)的另一侧边、所述顶板(12)固定连接成一体化结构;
多根钻孔桩(3),所述钻孔桩(3)穿设于所述钢管柱(2)内并灌注混凝土成桩,且其底部延伸嵌固至基岩中;
承台(4),所述承台(4)位于所述吸力井座的上方,其底面与所述钢管柱(2)的顶部、所述钻孔桩(3)的顶部均固定连接。
2.如权利要求1所述的一种一体式深水基础,其特征在于:所述一体式深水基础还包括多根支承肋(5),所述支承肋(5)位于所述隔仓板(13)的正上方,其包括直角多边形腹板(51)和支承肋顶板(52),所述直角多边形腹板(51)一直角边与所述顶板(12)连接,另一直角边与所述钢管柱(2)外壁连接;所述支承肋顶板(52)焊接于所述直角多边形腹板(51)的斜边上。
3.如权利要求1所述的一种一体式深水基础,其特征在于:所述正多边形为正四边形或正六边形。
4.如权利要求1所述的一种一体式深水基础,其特征在于:所述钢管柱(2)的底面与所述吸力单井(1)的底面位于同一水平面上。
5.一种一体式深水基础的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
预制包括多个吸力单井(1)和多根钢管柱(2)在内的一体式结构,并在多根所述钢管柱(2)的顶部安装连接可拆卸的施工平台(6),形成一体式平台;
将一体式平台浮运至墩位处,并进行定位和着床操作;
在所述施工平台(6)上,对吸力单井(1)内进行排水控制,使吸力单井(1)和钢管柱(2)底部嵌入土层中,并下沉至设计高程;
以钢管柱(2)作为钻孔桩(3)的钢护筒进行钻孔施工,钻孔完成后,在钻孔内和钢管柱(2)内灌注混凝土成桩;
在钢管柱(2)和钻孔桩(3)的顶部进行承台(4)的施工,待所述承台(4)施工完毕后,拆除所述施工平台(6)。
6.如权利要求5所述的一种一体式深水基础的施工方法,其特征在于:将所述一体式平台浮运至墩位处,并进行定位和着床的具体方法为:对吸力单井(1)和钢管柱(2)进行充气,使一体式平台被浮运至墩位处,对吸力单井(1)和钢管柱(2)进行排气,使一体式平台下沉着床。
7.如权利要求5所述的一种一体式深水基础的施工方法,其特征在于:所述一体式深水基础还包括支承肋(5),所述支承肋(5)位于所述吸力单井(1)的隔仓板(13)的正上方,其包括直角多边形腹板(51)和支承肋顶板(52),所述直角多边形腹板(51)一直角边与所述吸力单井(1)的顶板(12)连接,另一直角边与所述钢管柱(2)外壁连接;所述支承肋顶板(52)焊接于所述直角多边形腹板(51)的斜边上。
8.如权利要求5所述的一种一体式深水基础的施工方法,其特征在于:所述钢管柱(2)的底面与所述吸力单井(1)的底面位于同一水平面上。
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