CN112031014A - 一种加固地基的沉箱与桩组合基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种加固地基的沉箱与桩组合基础及其施工方法，属于桥梁施工技术领域，其技术方案包括桩基、沉箱和支护桩，所述沉箱放置在桩基上，沉箱包括底板和箱身，所述底板的边缘设有预留孔，所述支护桩穿过预留孔并插入河床内，支护桩围绕桩基设置，底板的底部设有连接块，所述桩基上设有定位槽，所述连接块和定位槽插接。本申请具有提高沉箱的竖向和水平向承载能力、及减少沉箱倾斜的效果。

Description

一种加固地基的沉箱与桩组合基础及其施工方法

技术领域

本申请涉及桥梁施工技术领域，尤其是涉及一种加固地基的沉箱与桩组合基础及其施工方法。

背景技术

随着桥梁建设从内陆走向外海，跨海桥梁基础往往位于深水区，根据不同的桥梁上部结构型式和建设条件，目前桥墩、索塔、锚碇等常用的深水基础结构型式有群桩基础、沉箱基础和沉井基础等。

公告号为CN101148890B的中国专利公开了一种桥梁沉箱复合桩基础逆作建造方法，它是将桥梁沉箱下沉着床后，在沉箱内部进行桩施工，并将桩的上部与沉箱底板连接成整体形成沉箱复合桩基础；沉箱底板上设预留孔，预留孔内设有“堵头”钢管桩，沉箱底部与桩之间设置密封防水装置。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：海底的表面多为软土地层，后续施工过程中，沉箱容易发生倾斜的情况。

发明内容

为了改善沉箱容易发生倾斜的情况，本申请提供一种加固地基的沉箱与桩组合基础及其施工方法。

第一方面，本申请提供一种加固地基的沉箱与桩组合基础，采用如下的技术方案：

一种加固地基的沉箱与桩组合基础，包括桩基、沉箱和支护桩，所述沉箱放置在桩基上，沉箱包括底板和箱身，所述底板的边缘设有预留孔，所述支护桩穿过预留孔并插入河床内，支护桩围绕桩基设置，底板的底部设有连接块，所述桩基上设有定位槽，所述连接块和定位槽插接。

通过采用上述技术方案，通过在河床上设置桩基形成加固地基，加固地基能给沉箱提供较好的支撑，连接块插接在定位槽内，可对沉箱进行定位，进而可改善了沉箱容易发生倾斜的情况。同时通过设置支护桩，支护桩对沉箱的外围进行支撑，提高沉箱整体的支撑稳定性。

优选的，所述底板和桩基之间设有碎石垫层。

通过采用上述技术方案，通过设置碎石垫层，碎石垫层能提高桩基顶部的平整度，减少沉箱倾斜的情况。

优选的，所述定位槽内设置有定位筒，所述连接块和定位筒插接。

通过采用上述技术方案，通过设置定位筒，便于碎石垫层的施工，连接块插接在定位筒上，可对沉箱进行定位。

优选的，所述连接块呈水滴型，连接块上设有连接轴，所述连接轴通过轴套和底板转动连接，所述箱身内设有驱动连接轴转动的驱动机构。

通过采用上述技术方案，连接块转动连接在底板，在浮运沉箱过程中，通过驱动机构驱动连接轴转动，改变连接块的朝向，连接块起到舵叶的作用，水流作用在连接块上，连接块可辅助转向，便于沉箱的浮运。

优选的，所述驱动机构包括液压缸，所述液压缸和箱身可拆卸固定连接，液压缸的活塞杆上设有齿条，所述连接轴上设有扇形齿轮，所述齿条和扇形齿轮啮合连接。

通过采用上述技术方案，液压缸的活塞杆伸缩，活塞杆可带动齿轮来回滑动，齿轮可带动扇形齿轮，扇形齿轮带动连接轴转动。

优选的，所述连接轴上设有通孔，所述通孔贯穿连接块，通孔内设有钢管桩，所述钢管桩和连接轴之间设有密封防水装置。

通过采用上述技术方案，通孔上设置有钢管桩，将钢管桩打入河床内，钢管桩对沉箱进行支撑，提高沉箱的定位支撑效果。

优选的，所述箱身上设有第一格舱和第二格舱，所述驱动机构位于第二格舱内。

通过采用上述技术方案，通过分隔第一格舱和第二格舱，在第一格舱上灌水使沉箱下沉到碎石垫层上。第二格舱空置，方便第二格舱后续的施工。

第二方面，本申请提供一种加固地基的沉箱与桩组合基础的施工方法，采用如下的技术方案：

一种加固地基的沉箱与桩组合基础的施工方法，适用于上述的加固地基的沉箱与桩组合基础，包括以下步骤：

S1：基槽开挖，利用挖泥船在河床处开挖出预定标高的基槽；

S2：地基加固，在基槽的预定位置固定好定位筒，在基槽上形成桩基础，利用桩基础对基槽进行地基加固，并在桩基础的顶面铺设碎石垫层；

S3：沉箱预制，在船坞中预制无顶沉箱，底板的边缘开有预留孔，第二格舱的底部留有轴套；

S4：连接块和桩预制，根据设计要求在地面预制连接块和桩；

S5：沉箱浮运，在连接轴上安装密封防水装置和堵头钢管桩，然后将连接块安装在底板上，安装驱动机构，船坞灌水、沉箱起浮，利用拖轮拖运沉箱，拖运过程中利用连接块辅助转向使沉箱顺利浮运至基槽上方；

S6：沉箱下沉，向第一格舱内灌水，利用自重沉箱下沉到碎石垫层上，连接块插接在定位筒上，拆除驱动机构；

S7：桩施工，在连接轴的通孔位置进行钢管桩施工，在预留孔位置进支护桩施工，在预留孔和第二格舱的底部上浇筑混凝土层，使钢管桩、支护桩和底板进行连接；

S8：浇注顶板，在第一格舱和第二格舱处回填砂，搭建模板，浇注沉箱的顶板。

通过采用上述技术方案，通过桩基对河床的地基进行加固，可提高河床地基的承载力，在同等级的承载需求下，能缩小沉箱的规模。支护桩与桩基共同承担荷载，能够有效提高沉箱的竖向和水平向承载能力，可有效控制沉箱的倾斜和水平位移。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过桩基对河床的地基进行加固，可提高河床地基的承载力，连接块插接在定位槽内，可对沉箱进行定位，进而可改善了沉箱容易发生倾斜的情况。

2.连接块转动连接在底板，在浮运沉箱过程中，通过驱动机构驱动连接轴转动，改变连接块的朝向，连接块起到舵叶的作用，水流作用在连接块上，连接块可辅助转向，便于沉箱的浮运。

3.通孔上设置有钢管桩，将钢管桩打入河床内，钢管桩对沉箱进行支撑，提高沉箱的定位支撑效果。

附图说明

图1是本申请一种加固地基的沉箱与桩组合基础的结构示意图；

图2是沉箱的俯视图；

图3是沉箱下沉到碎石垫层上的示意图；

图4是图3中A部分的放大示意图；

图5是驱动机构的结构示意图；

图6是图4中B部分的放大示意图；

图7是本申请一种加固地基的沉箱与桩组合基础的施工方法的流程示意图。

附图标记说明：1、桩基；11、定位槽；12、定位筒；13、碎石垫层；2、沉箱；21、底板；22、箱身；23、预留孔；24、混凝土层；25、第一格舱；26、第二格舱；27、轴套；3、支护桩；4、连接块；5、连接轴；51、扇形齿轮；52、通孔；6、液压缸；61、滑轨；62、齿条；7、钢丝刷；71、密封槽；72、进油槽；73、管道；74、连接头；75、阀门；8、钢管桩。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种加固地基的沉箱与桩组合基础。

参照图1，加固地基的沉箱与桩组合基础包括桩基1、沉箱2和支护桩3。其中，桩基1位于河床的基槽内，桩基1的深度为10m，桩基1内留有定位槽11，定位槽11内插接有定位筒12。桩基1的顶部铺设有碎石垫层13，碎石垫层13的厚度为2m，碎石垫层13的上表面和定位筒12的顶端齐平。通过在河床上设置桩基1，桩基1和碎石垫层13形成加固地基，可提高河床地基的承载力。

参照图1和图2，沉箱2放置在碎石垫层13上，沉箱2包括底板21和箱身22，底板21和箱身22一体成型，底板21横截面的面积大于箱身22横截面的面积，桩基1位于箱身22的正下方。底板21四周的边缘开设有预留孔23，支护桩3从预留孔23穿过并插入河床内，支护桩3的顶端位于预留孔23内，支护桩3围绕桩基1设置。预留孔23内浇筑有混凝土层24，支护桩3通过混凝土层24和底板21固定连接。通过设置支护桩3，支护桩3对沉箱2的外围进行支撑，提高沉箱2整体的支撑稳定性。

参照图2和图3，箱身22内开设有第一格舱25和第二格舱26，第二格舱26有两个。底板21的底部设置有连接块4，连接块4位于第二格舱26的下方，连接块4和定位筒12插接。连接块4插接在定位槽11内，可对沉箱2进行定位。通过分隔第一格舱25和第二格舱26，在第一格舱25上灌水使沉箱2下沉到碎石垫层13上。第二格舱26空置，方便第二格舱26后续的施工。

参照图4和图5，底板21上固定有轴套27，轴套27和第二格舱26接通。连接块4上设置有连接轴5，连接轴5通过轴套27伸进第二格舱26内，连接轴5和轴套27转动连接。第二格舱26内设置有液压缸6，第二格舱26的内壁预留有螺杆，液压缸6通过螺杆和第二格舱26固定连接。第二格舱26的内壁上设置有滑轨61，滑轨61内滑动连接有齿条62，齿条62的一端和液压缸6的活塞杆固定连接，连接轴5上设置有扇形齿轮51，扇形齿轮51和齿条62啮合连接。

液压缸6的活塞杆伸缩，活塞杆可带动齿轮来回滑动，齿轮可带动扇形齿轮51，扇形齿轮51带动连接轴5转动。在浮运沉箱2过程中，通过驱动机构驱动连接轴5转动，改变连接块4的朝向，连接块4起到舵叶的作用，水流作用在连接块4上，连接块4可辅助转向，便于沉箱2的浮运。

参照图3和图6，连接轴5上开设有通孔52，通孔52贯穿连接块4，通孔52内设置有钢管桩8，钢管桩8和连接轴5之间设有密封防水装置。密封防水装置包括钢丝刷7，钢丝刷7有多个，多个钢丝刷7沿间隔设置在通孔52的内壁上，相邻的钢丝刷7之间形成有密封槽71。连接轴5上开设有进油槽72，进油槽72通过管道73和密封槽71连通，进油槽72的顶部设置有连接头74，连接头74和连接轴5螺纹连接，连接头74上设有阀门75，连接头74的上端可通过抱箍连接油管。

通孔52上设置有钢管桩8，将钢管桩8打入河床内，钢管桩8对沉箱2进行支撑，提高沉箱2的定位支撑效果。振打下沉钢管桩8时，通过向密封槽71内补充压注密封油脂，提高钢管桩8和连接轴5的密封效果。

本申请实施例一种加固地基的沉箱与桩组合基础的实施原理为：通过在河床上设置桩基1，桩基1和碎石垫层13形成加固地基，加固地基能给沉箱2提供较好的支撑，连接块4插接在定位槽11内，可对沉箱2进行定位，进而可改善了沉箱2容易发生倾斜的情况。同时通过设置支护桩3，支护桩3对沉箱2的外围进行支撑，提高沉箱2整体的支撑稳定性。

本申请实施例还公开一种加固地基的沉箱与桩组合基础的施工方法，适用于上述的加固地基的沉箱与桩组合基础。参照图7，加固地基的沉箱与桩组合基础的施工方法包括以下步骤：

S1：基槽开挖；利用挖泥船在河床处开挖出预定标高的基槽。

S2：地基加固；将在定位筒12下放到基槽的预定位置，利用打桩船将定位筒12打入基槽内，使定位筒12和基槽固定。利用打桩船将钢管桩8打基槽内，钢管桩8呈等边三角形分别，使钢管桩8在基槽上形成桩基1础，利用桩基1础对基槽进行地基加固。通过抛石的方式在桩基1础的顶面铺设碎石垫层13，并利用打夯船对碎石垫层13进行夯实。

S3：沉箱2预制；在船坞中预制无顶沉箱2，沉箱2为混凝土结构的构件。底板21四周的边缘开有预留孔23，箱身22内通过混凝土隔墙分隔成第一格舱25和第二格舱26，第二格舱26的内壁上预留有螺杆，第二格舱26的底部留有轴套27。

S4：连接块4和桩预制；根据设计要求在地面预制连接块4和桩。

S5：沉箱2浮运；在连接轴5的通孔52内安装好钢丝刷7，并将连接头74安装在进油槽72上，然后将堵头钢管桩8安装在通孔52内。连接块4的连接轴5穿过轴套27，扇形齿轮51焊接固定在连接块4上，使连接块4转动安装在底板21上，接着在第二格舱26内安装齿条62和液压缸6。

船坞灌水、沉箱2起浮，利用拖轮拖运沉箱2，拖运过程中，通过液压缸6的伸缩，改变连接块4的朝向，利用连接块4辅助转向使沉箱2顺利浮运至基槽上方。

S6：沉箱2下沉；向第一格舱25内灌水，利用自重沉箱2下沉到碎石垫层13上，连接块4插接在定位筒12上，拆除齿条62和液压缸6，利用钢筋将扇形齿轮51和第二格舱26预留的螺杆焊接固定。

S7：桩施工；在连接轴5的通孔52位置进行钢管桩8施工，将油管接在连接头74上，打开阀门75。在堵头钢管桩8上焊接下一段钢管桩8，利用打桩船振打使钢管桩8下沉，该钢管桩8的顶端下沉到连接轴5位置，振动锤脱离，再焊接下一段钢管桩8，再次振打钢管桩8下沉，直到钢管桩8打至设计标高。在振打下沉钢管桩8时，同时在密封槽71内补充压注密封油脂。

在预留孔23位置进支护桩3施工，安装打桩用的定位护笼；支护桩3通过预留孔23进行水下沉桩，利用振动锤打桩使支护桩3插入河床内。打桩完毕后，拿开油管，在预留孔23和第二格舱26的底部上浇筑混凝土层24，使钢管桩8、支护桩3和底板21进行连接。

S8：浇注顶板；在第一格舱25和第二格舱26处回填砂，填砂时均匀抛填,各格舱壁两侧的高差控制在 1m以内。在箱身22的顶部搭建模板，浇注沉箱2的顶板。

本申请实施例一种加固地基的沉箱与桩组合基础的施工方法的实施原理为：通过桩基1对河床的地基进行加固，可提高河床地基的承载力，在同等级的承载需求下，能缩小沉箱2的规模。支护桩3与桩基1共同承担荷载，能够有效提高沉箱2的竖向和水平向承载能力，可有效控制沉箱2的倾斜和水平位移。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加固地基的沉箱与桩组合基础，其特征在于：包括桩基(1)、沉箱(2)和支护桩(3)，所述沉箱(2)放置在桩基(1)上，沉箱(2)包括底板(21)和箱身(22)，所述底板(21)的边缘设有预留孔(23)，所述支护桩(3)穿过预留孔(23)并插入河床内，支护桩(3)围绕桩基(1)设置，底板(21)的底部设有连接块(4)，所述桩基(1)上设有定位槽(11)，所述连接块(4)和定位槽(11)插接。

2.根据权利要求1所述的一种加固地基的沉箱与桩组合基础，其特征在于：所述底板(21)和桩基(1)之间设有碎石垫层(13)。

3.根据权利要求2所述的一种加固地基的沉箱与桩组合基础，其特征在于：所述定位槽(11)内设置有定位筒(12)，所述连接块(4)和定位筒(12)插接。

4.根据权利要求2所述的一种加固地基的沉箱与桩组合基础，其特征在于：所述连接块(4)呈水滴型，连接块(4)上设有连接轴(5)，所述连接轴(5)通过轴套(27)和底板(21)转动连接，所述箱身(22)内设有驱动连接轴(5)转动的驱动机构。

5.根据权利要求4所述的一种加固地基的沉箱与桩组合基础，其特征在于：所述驱动机构包括液压缸(6)，所述液压缸(6)和箱身(22)可拆卸固定连接，液压缸(6)的活塞杆上设有齿条(62)，所述连接轴(5)上设有扇形齿轮(51)，所述齿条(62)和扇形齿轮(51)啮合连接。

6.根据权利要求4所述的一种加固地基的沉箱与桩组合基础，其特征在于：所述连接轴(5)上设有通孔(52)，所述通孔(52)贯穿连接块(4)，通孔(52)内设有钢管桩(8)，所述钢管桩(8)和连接轴(5)之间设有密封防水装置。

7.根据权利要求4所述的一种加固地基的沉箱与桩组合基础，其特征在于：所述箱身(22)上设有第一格舱(25)和第二格舱(26)，所述驱动机构位于第二格舱(26)内。

8.一种加固地基的沉箱与桩组合基础的施工方法，其特征在于：适用于权利要求1-7任一所述的加固地基的沉箱与桩组合基础，包括以下步骤：

S1：基槽开挖，利用挖泥船在河床处开挖出预定标高的基槽；

S2：地基加固，在基槽的预定位置固定好定位筒(12)，在基槽上形成桩基(1)础，利用桩基(1)础对基槽进行地基加固，并在桩基(1)础的顶面铺设碎石垫层(13)；

S3：沉箱(2)预制，在船坞中预制无顶沉箱(2)，底板(21)的边缘开有预留孔(23)，第二格舱(26)的底部留有轴套(27)；

S4：连接块(4)和桩预制，根据设计要求在地面预制连接块(4)和桩；

S5：沉箱(2)浮运，在连接轴(5)上安装密封防水装置和堵头钢管桩(8)，然后将连接块(4)安装在底板(21)上，安装驱动机构，船坞灌水、沉箱(2)起浮，利用拖轮拖运沉箱(2)，拖运过程中利用连接块(4)辅助转向使沉箱(2)顺利浮运至基槽上方；

S6：沉箱(2)下沉，向第一格舱(25)内灌水，利用自重沉箱(2)下沉到碎石垫层(13)上，连接块(4)插接在定位筒(12)上，拆除驱动机构；

S7：桩施工，在连接轴(5)的通孔(52)位置进行钢管桩(8)施工，在预留孔(23)位置进支护桩(3)施工，在预留孔(23)和第二格舱(26)的底部上浇筑混凝土层(24)，使钢管桩(8)、支护桩(3)和底板(21)进行连接；

S8：浇注顶板，在第一格舱(25)和第二格舱(26)处回填砂，搭建模板，浇注沉箱(2)的顶板。

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