CN113700033B - 一种深水群桩基础 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水群桩基础，其包括：多根钻孔桩，钻孔桩的桩顶横截面形状为带圆弧倒角的正方形，桩顶内部设有第一钢筋笼，第一钢筋笼的横截面形状与桩顶的横截面形状相同，第一钢筋笼包括均匀间隔设置的多根第一竖直主筋；承台，承台固定于钻孔桩上方，承台底部设有多根水平钢筋，第一竖直主筋上端垂直插入承台内，第一钢筋笼范围内的水平钢筋分别从相邻两根第一竖直主筋之间的间隙穿过；封底混凝土，封底混凝土位于承台下方的桩顶高度范围内。因此，承台内的水平钢筋可顺利穿过钢筋笼范围，钢筋笼范围不存在不能让水平钢筋穿过的盲区，且水平钢筋的纵、横向间距均匀，疏密适当，承台混凝土浇筑质量有保障。

Description

一种深水群桩基础

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种深水群桩基础。

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，工程项目越来越多，工程规模越来越大，建设环境越来越复杂多样。飓风、深水、急流、强涌浪等恶劣的海洋环境都将给桥梁工程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建造技术方面。

高承台群桩基础作为深水基础一种常用的基础形式，因其技术成熟、施工经验丰富、施工风险相对较小，在我国跨海桥梁工程中被广泛应用。与内河桥梁相比，跨海桥梁深水基础的主要区别在于其所处的水文环境、气象条件更为恶劣，基础必须能够承受由台风、巨浪和大潮所产生的巨大水平力，且能抵抗巨型海轮的撞击力。因海上气候多变、风大、水深、浪高，致使跨海桥梁基础容许在水上施工作业的持续时间较短。对于高承台群桩基础，在水平荷载作用下，桩基弯矩最大的部位往往出现在桩顶，结构强度由抗弯控制，桩顶需配置大量的钢筋。为减小桩基所受波流的影响、减小墩位处冲刷、以及满足钻孔施工和成孔稳定的要求，桥梁桩基通常采用圆形截面。桩基钢筋笼主筋相应地按圆形环向均匀布置，并锚固在承台之中，而承台底部的纵、横向水平钢筋布置时需要穿过桩基钢筋笼。

由于桩基的钢筋笼主筋为圆环向均匀布置，同一桩基的相邻主筋之间的间距在纵、横方向的投影宽度由中间向两侧不断变小，当投影宽度小于承台底部的水平钢筋的直径时，承台底部的水平钢筋便难以顺利穿过钢筋笼。尤其当桩基钢筋笼因受力要求配置两圈主筋时，承台底部的水平钢筋难以穿过桩基钢筋笼的盲区范围更大。

在波流条件恶劣的海洋环境中，为降低基础所受波流力，减小基础规模，通常将承台设计为尖端型或圆端型等流线外型，桩基相应地按梅花形布置，而梅花形的桩基布置将进一步增大整个承台范围水平钢筋难以穿过桩基钢筋笼的盲区宽度。承台底部的水平钢筋在盲区宽度范围通常被截断，无法保持通长，对结构受力不利。且整个承台范围底面水平钢筋间距疏密不均，对混凝土浇筑质量存在一定的不利影响。

同时，跨海桥梁的腐蚀环境更为恶劣，为确保桥梁结构的耐久性，承台钢筋常采用环氧钢筋。而环氧钢筋施工要求较高，为避免环氧钢筋涂层被破坏，承台底部的主筋布置时禁止与桩基钢筋笼发生刮擦。这无疑大幅增加了承台底部的水平钢筋的施工难度，还会增加施工工期，并且承台施工质量难以保证。大型跨海桥梁群桩基础承台底部的水平钢筋的施工一直是困扰施工单位的难题，其中特别是承台底部的水平钢筋难以顺利穿过桩基钢筋笼的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种深水群桩基础，以解决相关技术中跨海桥梁群桩基础的承台底部的水平钢筋难以顺利穿过桩基钢筋笼，桩基钢筋笼范围存在不能让承台底部的的水平钢筋穿过的盲区的问题。

第一方面，提供了一种深水群桩基础其包括：多根钻孔桩，所述钻孔桩具有桩顶，所述桩顶的横截面形状为带圆弧倒角的正方形，且正方形的四条直边分别与整个深水群桩基础的纵、横向平行，所述桩顶内部预埋有第一钢筋笼，所述第一钢筋笼的横截面形状与所述桩顶的横截面形状相同，所述第一钢筋笼包括均匀间隔设置的多根第一竖直主筋；承台，所述承台固定于所述钻孔桩上方，所述承台底部内设有多根水平钢筋，所述第一竖直主筋的上端垂直插入所述承台内，且所述第一钢筋笼宽度范围内的所述水平钢筋分别从相邻两根所述第一竖直主筋之间的间隙穿过；封底混凝土，所述封底混凝土位于所述承台下方的桩顶高度范围内。

一些实施例中，所述钻孔桩还包括：桩身，所述桩身位于所述桩顶下方，所述桩身的横截面形状为圆形，所述桩身内部设有第二钢筋笼，所述第二钢筋笼的横截面形状与所述桩身的横截面形状相同，所述第二钢筋笼包括均匀间隔设置的多根第二竖直主筋；过渡段，所述过渡段连接所述桩顶与所述桩身，所述过渡段的横截面形状为带圆弧倒角的方形，且所述过渡段横截面的圆弧倒角的半径大小沿所述过渡段的高度方向从所述过渡段的顶部到所述过渡段的底部逐渐变大，所述过渡段内部预埋有多根第三主筋，所述第三主筋将所述第一竖直主筋与所述第二竖直主筋一一对应线性连接。

一些实施例中，所述桩顶的横截面为带圆弧倒角的正方形，所述桩顶正方形横截面的宽度与所述桩身圆形横截面的直径相等。

一些实施例中，所述过渡段的高度H₂大于或者等于所述桩身的直径D。

一些实施例中，所述过渡段任一高度处横截面的圆弧倒角的半径r_z为：

r_z＝r₁+(D/2-r₁)×z/H₂，

式中，z为所述过渡段中任一横截面处距离所述桩顶底面的高度，H₂为所述过渡段的高度，D为所述桩身的直径，r₁为所述桩顶横截面的圆弧倒角的半径。

一些实施例中，所述钻孔桩还包括套设于所述第二钢筋笼外的第二钢护筒，所述第二竖直主筋的根数n₂为：

n₂＝4*Int([π*(D-2*(t₂+δ_均))]/[4*(80+d₂+△s)])，

式中，π为圆周率，D为所述桩身的直径，t₂为所述第二钢护筒的壁厚，δ_均为所述第二竖直主筋的平面布置的环向中心线与所述第二钢护筒内表面的平均距离，d₂为所述第二竖直主筋的直径，_△s为所述第二竖直主筋间距调整量，_△s的取值满足：5≤_△s≤120-d₂，式中各项参数的单位均采用毫米。

一些实施例中，所述桩顶的高度H₁的取值范围为：

H₁＞γ_wH₄[A_c+0.86nr₁^²-nB^²]/[4n(B-0.43r₁)[τ]+γ_c(A_c+0.86nr₁^²-nB^²)+W]，

式中，γ_w为水的重度，γ_c为混凝土的重度，H₄为所述桩顶的底面距施工高水位的高度，A_c为所述承台的底面积，B为所述桩顶的横截面的宽度，r₁为所述桩顶横截面的圆弧倒角的半径，n为所述钻孔桩的根数，[τ]为混凝土与钢材表面的容许粘结强度，W为所述承台施工围堰的重量。

一些实施例中，所述钻孔桩还包括套设于所述第一钢筋笼外的第一钢护筒，部分所述第一竖直主筋沿所述桩顶的横截面四边直线段为等间距布置，其中，间距s为：

s＝[4(B-2r₁)+2π(r₁-(t₁+f_均))]/n₁，

式中，B为所述桩顶的横截面的宽度，r₁为所述桩顶横截面的圆弧倒角的半径，π为圆周率，t₁为所述第一钢护筒的壁厚，f_均为所述第一竖直主筋的平面布置的环向中心线与所述第一钢护筒内表面的平均距离，n₁为单圈所述第一竖直主筋的根数；

部分所述第一竖直主筋沿所述桩顶的横截面的圆弧倒角段为等偏转角布置，其中，偏转角α的大小为：

α＝s/(r₁-(t₁+f_均))，

式中，s为所述第一竖直主筋沿所述桩顶的横截面的四边直线段布置的间距，r₁为所述桩顶横截面的圆弧倒角的半径，t₁为所述第一钢护筒的壁厚，f_均为所述第一竖直主筋的平面布置的环向中心线与所述第一钢护筒内表面的平均距离。

一些实施例中，所述钻孔桩还包括套设于所述第一钢筋笼外的第一钢护筒，当所述第一钢筋笼内布置2圈所述第一竖直主筋时，所述桩顶横截面的圆弧倒角的半径r₁的取值范围为：

((340+4d₁)/π+t₁+f₂)≤r₁≤(1400/π+t₁+f₁)，

式中，d₁为所述第一竖直主筋的直径，π为圆周率，t₁为所述第一钢护筒的壁厚，f₁、f₂分别表示第1圈、第2圈第一竖直主筋的平面布置的环向中心线与第一钢护筒内表面的距离，式中各项参数的单位均采用毫米。

一些实施例中，所述承台厚度H₃与所述桩身直径D之比的取值范围为：

H₃/D≥1.2。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种深水群桩基础，由于钻孔桩具有桩顶，桩顶的横截面为带圆弧倒角的正方形，正方形的四条直边分别与整个基础的纵、横向平行，并且钻孔桩的内部预埋有第一钢筋笼，第一钢筋笼的横截面形状与桩顶的横截面形状相同，第一钢筋笼包括多根第一竖直主筋，且第一竖直主筋为均匀间隔设置；承台固定于桩顶的上方，第一竖直主筋的上端垂直插入承台内，承台底设有多根水平钢筋，水平钢筋分别从相邻的两根第一竖直主筋之间的间隙穿过；封底混凝土位于承台下方的桩顶高度范围内。因此，承台底部的水平钢筋可以顺利穿过第一钢筋笼宽度范围，第一钢筋笼宽度范围内不存在不能让水平钢筋穿过的盲区。承台内所有的水平钢筋无需截断，均保持通长，且钢筋间距均匀统一，疏密合适。承台内的水平钢筋的施工难度降低，承台混凝土浇筑质量有保证，受力更好，承台施工工期缩短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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为本发明实施例提供的深水群桩基础的结构示意图；

图2为图1中A-A的断面示意图；

图3为本发明实施例提供的深水群桩基础中承台内的水平钢筋从相邻第一竖直主筋之间的间隙穿过的示意图；

图4为本发明实施例提供的深水群桩基础中钻孔桩单桩的正面示意图；

图5为本发明实施例提供的深水群桩基础中钻孔桩单桩的立体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的深水群桩基础中钻孔桩单桩的剖面示意图；

图7为图4中B-B的截面示意图；

图8为本发明实施例提供的深水群桩基础中单桩的过渡段第一种角度的立体结构示意图；

图9为本发明实施例提供的深水群桩基础中单桩的过渡段第二种角度的立体结构示意图；

图10为图6中C-C的断面示意图；

图11为本发明实施例提供的深水群桩基础中第二钢筋笼的结构示意图；

图12为图6中D-D的断面示意图；

图13为本发明实施例提供的深水群桩基础中过渡段内的钢筋笼的结构示意图；

图14为图6中E-E的断面示意图；

图15为本发明实施例提供的深水群桩基础中第一钢筋笼的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的深水群桩基础中承台的1/4底部的纵、横向水平钢筋布置示意图。

图中：

100、钻孔桩；100a、桩顶；100b、过渡段；100c、桩身；101、钢护筒；101a、第一钢护筒；101c、第二钢护筒；102、混凝土桩体；103、第一钢筋笼；103a、第一竖直主筋；103b、第三主筋；104、第二钢筋笼；104a、第二竖直主筋；105、水平钢筋；200、承台；300、封底混凝土。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

本发明实施例提供了一种深水群桩基础，其能解决跨海桥梁群桩基础的承台底部的水平钢筋难以顺利穿过桩基钢筋笼盲区的问题。

参见图1至图4、图15和图16所示，为本发明实施例提供的一种深水群桩基础，其可以包括：多根钻孔桩100，钻孔桩100可以具有桩顶100a，桩顶100a的横截面可以为带圆弧倒角的正方形，本实施例中，桩顶100a的正方形横截面的四个角均为圆弧倒角，正方形截面的四条直边分别与整个深水群桩基础的纵、横向平行，并且钻孔桩100的内部可以预埋有第一钢筋笼103，本实施例中，第一钢筋笼103由多根第一竖直主筋103a和箍筋焊接固定而成，第一竖直主筋103a垂直于钻孔桩100的横截面，第一钢筋笼103的横截面形状可以与桩顶100a的横截面形状相同，并且第一竖直主筋103a可以是均匀间隔设置，即一部分第一竖直主筋103a可以沿桩顶100a的横截面的四边直线段均匀间隔设置，另一部分第一竖直主筋103a分别可以沿桩顶100a的横截面的四个圆弧倒角段等偏转角设置，且第一竖直主筋103a可以以桩基截面纵、横向中心线为对称轴进行布置，整个基础范围内各桩顶100a的第一竖直主筋103a的平面布置均相互平行；承台200，承台200可以固定于桩顶100a的上方，第一竖直主筋103a的上端可以垂直插入承台200内，本实施例中，整个承台200范围内的各钻孔桩100的第一竖直主筋103a均相互平行的布置，承台200底部可以设有多根水平钢筋105，第一钢筋笼103宽度范围内的水平钢筋105可以分别从相邻的两根第一竖直主筋103a之间的间隙穿过；封底混凝土300，封底混凝土300位于承台200下方的桩顶100a的高度范围内。当第一竖直主筋103a位于第一钢筋笼103的横截面的四边直线段范围内时，第一竖直主筋103a的平面布置平行于整个基础的纵、横向，且因承台底部的水平钢筋105的布置也是平行于整个基础的纵、横向，故只需将相邻的两根第一竖直主筋103a之间的净距设置成大于承台底部水平钢筋105的直径，水平钢筋105就可以顺利的从第一钢筋笼103的横截面的直线段范围内相邻的两根第一竖直主筋103a之间的间隙穿过，平均每根钻孔桩100内有2或4根第一竖直主筋103a位于第一钢筋笼103的横截面的圆弧倒角段范围内，水平钢筋105通过局部弯折亦可顺利的从位于第一钢筋笼103的横截面的圆弧倒角段范围内相邻的两根第一竖直主筋103a之间的间隙穿过，因此，承台200底部水平钢筋105可以顺利穿过第一钢筋笼103的宽度范围，第一钢筋笼103的宽度范围内不存在不能让水平钢筋105穿过的盲区，承台200底部所有的水平钢筋105无需截断，均可以保持通长，且相邻的水平钢筋105之间的间距均匀统一，疏密合适，承台200底部的水平钢筋105的施工难度降低，承台200混凝土浇筑质量有保证，受力更好，承台200施工工期缩短。

参见图4至图11和图13所示，在一些实施例中，钻孔桩100还可以包括：桩身100c和过渡段100b，桩身100c可以位于桩顶100a的下方，桩身100c的横截面可以为圆形，桩身100c内部可以预埋有第二钢筋笼104，第二钢筋笼104的横截面形状可以与桩身100c的横截面形状相同都是圆形，第二钢筋笼104可以包括均匀间隔设置的多根第二竖直主筋104a，即多根第二竖直主筋104a可以分别沿第二钢筋笼104的横截面的圆环均匀间隔布置；过渡段100b可以位于桩顶100a与桩身100c之间，可以通过过渡段100b将桩顶100a与桩身100c连接到一起，过渡段100b的横截面形状为带圆弧倒角的方形，且过渡段100b横截面的圆弧倒角的半径沿过渡段100b的高度方向不断变化，本实施例中，过渡段100b横截面的圆弧倒角半径大小沿过渡段100b的高度方向，从过渡段100b顶面到过渡段100b底面逐渐变大，过渡段100b内部可以预埋有多根第三主筋103b，可以通过第三主筋103b将第一竖直主筋103a与第二竖直主筋104a一一对应线性连接。因此，可以将钻孔桩100的桩顶100a横截面设计成带圆弧倒角的正方形，将钻孔桩100的桩身100c设计成圆形，带圆弧倒角的方形桩顶100a可以使承台200底部的水平钢筋105顺利穿过第一钢筋笼103的宽度范围，圆形的桩身100c可以减小钻孔桩100所受海水波流的影响、减小墩位处受到的冲刷、以及满足钻孔施工和成孔稳定的要求。

参见图8和图9所示，在一些实施例中，过渡段100b可以由桩顶100a的圆弧倒角的半径向靠近桩身100c的方向逐渐变大形成，使过渡段100b具有倾斜的侧面，过渡段100b的横截面的面积大小由从桩顶100a底面到桩身100c顶面的方向逐渐变小，通过这种方式的设置，可以使第三主筋103b不用过渡弯折就能将第一竖直主筋103a与第二竖直主筋104a一一对应线性连接。

参见图7所示，在一些实施例中，桩顶100a的横截面可以为带圆弧倒角的正方形，桩顶100a的横截面的宽度B可以与桩身100c的横截面的直径D相等，桩顶100a的横截面的宽度B与桩身100c的横截面的直径D之比可以满足：B/D＝1，即桩顶100a的横截面为桩身100c的横截面的外切正方形，桩顶100a的横截面的面积为桩身100c的横截面的面积的1.2倍，桩顶100a的横截面抗弯抵抗矩为桩身100c的横截面抗弯抵抗矩的1.7倍，故在承受相同荷载的情况下，可以有效降低钻孔桩100内钢筋笼的主筋用量。

参见图4、图5和图7所示，在一些实施例中，过渡段100b的高度H₂可以大于或者等于桩身100c的直径D，确保了荷载在桩顶100a与桩身100c之间的传递更为匀顺，避免桩基截面突变引起应力集中。

参见图7至图9、图12和图14所示，在一些实施例中，过渡段100b的任一高度处横截面的圆弧倒角的半径r_z可以为：

r_z＝r₁+(D/2-r₁)×z/H₂，

式中，z可以为过渡段100b中任一横截面处距离桩顶100a底面的高度，r_z可以为距离桩顶100a底面高度z处的过渡段100b的横截面的圆弧倒角的半径，H₂可以为过渡段100b的高度，D可以为桩身100c的直径，r₁可以为桩顶100a横截面的圆弧倒角的半径。

参见图6所示，在一些实施例中，钻孔桩100可以由将水下混凝土浇筑到预埋有钢筋笼的钢护筒101内和钻孔内，本实施例中，钢护筒101是方顶圆身的形状，水下混凝土凝固成混凝土桩体102，混凝土桩体102与钢护筒101结合在一起形成了钻孔桩100。

参见图10和图11所示，在一些实施例中，钻孔桩100还可以包括套设于第二钢筋笼104外的第二钢护筒101c，第二钢筋笼104可以有1圈或者2圈第二竖直主筋104a，第二钢筋笼104的圈数可以与第一钢筋笼103的圈数相等，单圈第二竖直主筋104a的根数可以与单圈第一竖直主筋103a的根数相等，各单圈第二竖直主筋104a的根数可以相等，且单圈第二竖直主筋104a的根数n₂可以为：

n₂＝4*Int([π*(D-2*(t₂+δ_均))]/[4*(80+d₂+△s)])，

式中，π可以为圆周率，D可以为桩身100c的直径，t₂可以为第二钢护筒101c的壁厚，δ_均为第二竖直主筋104a的平面布置的环向中心线与第二钢护筒101c内表面的平均距离，当只布置一圈第二竖直主筋104a时δ_均＝δ₁，当布置两圈第二竖直主筋104a时δ_均＝(δ₁+δ₂)/2，δ₁、δ₂分别表示第1圈、第2圈第二竖直主筋104a的平面布置的环向中心线与第二钢护筒101c内表面的距离，d₂可以为第二竖直主筋104a的直径，当第二钢筋笼104布置两圈第二竖直主筋104a，并且第二竖直主筋104a直径不等时，d₂可以取其中最大值，_△s可以为第二竖直主筋104a间距调整量，_△s的取值范围满足：5≤_△s≤120-d₂，式中各项参数的单位均采用毫米。

参见图1和图2所示，在一些实施例中，桩顶100a的高度H₁的取值范围可以为：

H₁＞γ_wH₄[A_c+0.86nr₁^²-nB^²]/[4n(B-0.43r₁)[τ]+γ_c(A_c+0.86nr₁^²-nB^²)+W]，

式中，γ_w可以为水的重度，γ_c可以为混凝土的重度，H₄可以为桩顶100a的底面距施工高水位的高度，A_c可以为承台200的底面积，B可以为桩顶100a的横截面的宽度，r₁可以为桩顶100a横截面的圆弧倒角的半径，n可以为钻孔桩100的根数，[τ]可以为混凝土与钢材表面的容许粘结强度，W可以为承台200施工围堰的重量。

参见图14和图15所示，在一些实施例中，钻孔桩100还可以包括套设于第一钢筋笼103外的第一钢护筒101a，可以在钻孔桩100的横截面上以横截面中心点为原点O建立平面直角坐标系，其中X轴可以平行于基础横向，Y轴可以平行于基础纵向，可以将钻孔桩100的横截面划分为4个象限，各象限中的第一竖直主筋103a均分别以X轴和Y轴为对称轴进行布置，整个承台范围内各钻孔桩100的桩顶100a内的第一竖直主筋103a均相互平行的布置，在桩顶100a内一部分第一竖直主筋103a可以沿桩顶100a的横截面的四边直线段等间距布置，间距s的可以为：

s＝[4(B-2r₁)+2π(r₁-(t₁+f_均))]/n₁，

式中，B可以为桩顶100a的横截面的宽度，r₁可以为桩顶100a的圆弧倒角的半径，π可以为圆周率，t₁可以为第一钢护筒101a的壁厚，f_均可以为第一竖直主筋103a的平面布置的环向中心线与第一钢护筒101a内表面的平均距离，当只布置一圈第一竖直主筋103a时f_均＝f₁，当布置两圈第一竖直主筋103a时f_均＝(f₁+f₂)/2，f₁、f₂分别表示第1圈、第2圈第一竖直主筋103a的平面布置的环向中心线与第一钢护筒101a内表面的距离，n₁可以为单圈第一竖直主筋103a的根数，其中，n₁可以等于n₂；

另一部分第一竖直主筋103a可以沿桩顶100a的横截面的圆弧倒角段等偏转角布置，偏转角α的大小可以为：

α＝s/(r₁-(t₁+f_均))，

式中，s可以为第一竖直主筋103a沿桩顶100a的横截面的四边直线段布置的间距，r₁可以为桩顶100a的圆弧倒角的半径，t₁可以为第一钢护筒101a的壁厚，f_均可以为第一竖直主筋103a的平面布置的环向中心线与第一钢护筒101a内表面的平均距离，当只布置一圈第一竖直主筋103a时f_均＝f₁，当布置两圈第一竖直主筋103a时f_均＝(f₁+f₂)/2，f₁、f₂分别表示第1圈、第2圈第一竖直主筋103a的平面布置的环向中心线与第一钢护筒101a内表面的距离。

参见图14和图15所示，在一些实施例中，钻孔桩100还可以包括套设于第一钢筋笼103外的第一钢护筒101a，当第一钢筋笼103内布置2圈第一竖直主筋103a时，桩顶100a横截面的圆弧倒角的半径r₁的取值范围可以为：

((340+4d₁)/π+t₁+f₂)≤r₁≤(1400/π+t₁+f₁)，

式中，d₁可以为第一竖直主筋103a的直径，当两圈第一竖直主筋103a的直径不等时，d₁可以取其中最大值，π可以为圆周率，t₁可以为第一钢护筒101a的壁厚，f₁、f₂可以分别表示第1圈、第2圈第一竖直主筋103a的平面布置的环向中心线与第一钢护筒101a内表面的距离，式中各项参数的单位均采用毫米。

参见图1和图7所示，在一些实施例中，承台200的厚度H₃与桩身100c直径D之比可以为：H₃/D≥1.2，确保承台200的受力安全，减小承台200底部水平钢筋的用量。

参见图1所示，在一些实施例中，封底混凝土300的厚度可以与桩顶100a的高度相等，由于桩顶100a横截面可以为带圆弧倒角的方形截面，承台200施工下放钢吊箱围堰时，吊箱围堰的内支撑与桩顶100a表面为平面支撑，相比圆形桩顶的曲面支撑更加稳定，传力更为可靠，整体性更好，施工更为方便，封底混凝土300浇筑时受波流扰动影响更小，封底质量更好。

本发明实施例提供的一种深水群桩基础的原理为：

由于一种深水群桩基础可以包括：多根钻孔桩100，钻孔桩100可以具有桩顶100a，桩顶100a的横截面可以为带圆弧倒角的正方形，正方形的四条直边分别与整个深水群桩基础的纵、横向平行，并且钻孔桩100的内部可以预埋有第一钢筋笼103，第一钢筋笼103的横截面形状可以与桩顶100a的横截面形状相同，第一钢筋笼103可以包括多根第一竖直主筋103a，并且第一竖直主筋103a可以是均匀间隔设置，即一部分的第一竖直主筋103a分别可以沿桩顶100a的横截面的四边直线段以相等的间隔设置，另一部分的第一竖直主筋103a分别可以沿桩顶100a的横截面的四个圆弧倒角段等偏转角设置；承台200，承台200可以固定于桩顶100a的上方，第一竖直主筋103a的上端可以垂直插入承台200内，承台200底部可以设有多根水平钢筋105，水平钢筋105可以分别从相邻的两根第一竖直主筋103a之间的间隙穿过；封底混凝土300，封底混凝土300位于承台200下方的桩顶100a高度范围内，当第一竖直主筋103a位于第一钢筋笼103的横截面的四边直线段范围内时，第一竖直主筋103a的平面布置平行于整个基础的纵、横向，且因承台200底部的水平钢筋105的布置也是平行于整个基础的纵、横向，故只需将相邻的两根第一竖直主筋103a之间的净距设置成大于承台200底部水平钢筋105的直径，水平钢筋105就可以顺利的从第一钢筋笼103的横截面的直线段范围内相邻的两根第一竖直主筋103a之间的间隙穿过，平均每根钻孔桩100内有2或4根第一竖直主筋103a位于第一钢筋笼103的横截面的圆弧倒角段范围内，水平钢筋105通过局部弯折亦可顺利的从位于第一钢筋笼103的横截面的圆弧倒角段范围内相邻的两根第一竖直主筋103a之间的间隙穿过，因此，承台200底部的水平钢筋105可以顺利穿过第一钢筋笼103宽度范围，第一钢筋笼103宽度范围内不存在不能让水平钢筋105穿过的盲区。承台200底部所有的水平钢筋105无需截断，均保持通长，且钢筋间距均匀统一，疏密合适。承台200底部的水平钢筋105的施工难度降低，承台200的混凝土浇筑质量有保证，受力更好，承台200施工工期缩短。

由于桩顶100a的横截面可以为带圆弧倒角的方形截面，且方形截面的四边可以平行于基础的纵、横向。对于基础来说，纵、横向往往是结构受力最不利的方向，方形截面平行于基础的纵、横向布置时，其最大截面抗弯抵抗矩对应的轴线方向与弯矩方向相同，故承受相同弯矩作用时，截面应力最小，从力学角度来说最为合理。

由于桩顶100a的横截面的宽度B可以与桩身100c的横截面的直径D相等，即桩顶100a的横截面为桩身100c的横截面的外切正方形，桩顶100a的横截面的周长为桩身100c的横截面的周长的1.2倍，承台200进行抗冲切计算时，桩顶100a产生的计算冲切锥体的等效抗冲切面积较圆形桩顶的大，故在承受相同荷载的情况下，方形桩顶可以有效降低承台所需厚度，约为圆形桩顶所需厚度的0.8倍，减小了基础的工程量。

由于封底混凝土300位于承台200下方的桩顶100a高度范围内，桩顶100a的横截面为带圆弧倒角的方形截面，桩顶100a横截面的周长比桩身100c圆形截面的周长大，约为桩身100c的横截面周长的1.2倍，因单位高度内桩顶100a与封底混凝土300的粘结面积与桩顶100a截面的周长成正比，故在提供相同抗浮粘结力的情况下，所需封底混凝土300厚度较小，约为相同宽度的圆形桩顶所需厚度的0.8倍，减小了基础的工程量。

由于桩顶100a的横截面可以为带圆弧倒角的正方形截面，且桩顶100a的正方形截面可以为桩身100c的圆形截面的外切正方形，故可有效减小群桩基础的承台200和封底混凝土300的厚度，从而可降低基础自重，对于摩擦桩基础，能够缩短基础所需桩长，降低工程造价。

由于桩顶100a的横截面可以为带圆弧倒角的方形截面，承台200施工下放钢吊箱围堰时，吊箱围堰的内支撑与桩顶100a表面为平面支撑，相比圆形桩顶的曲面支撑更加稳定，传力更为可靠，整体性更好，施工更为方便，封底混凝土300浇筑时受波流扰动影响更小，封底质量更好。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (7)

1.一种深水群桩基础，其特征在于，其包括：

多根钻孔桩（100），所述钻孔桩（100）具有桩顶（100a），所述桩顶（100a）的横截面形状为带圆弧倒角的正方形，且正方形的四条直边分别与整个深水群桩基础的纵、横向平行，所述桩顶（100a）内部预埋有第一钢筋笼（103），所述第一钢筋笼（103）的横截面形状与所述桩顶（100a）的横截面形状相同，所述第一钢筋笼（103）包括均匀间隔设置的多根第一竖直主筋（103a）；

承台（200），所述承台（200）固定于所述钻孔桩（100）上方，所述承台（200）底部内设有多根水平钢筋（105），所述第一竖直主筋（103a）的上端垂直插入所述承台（200）内，且所述第一钢筋笼（103）宽度范围内的所述水平钢筋（105）分别从相邻两根所述第一竖直主筋（103a）之间的间隙穿过；

封底混凝土（300），所述封底混凝土（300）位于所述承台（200）下方的桩顶（100a）高度范围内；

所述钻孔桩（100）还包括：

桩身（100c），所述桩身（100c）位于所述桩顶（100a）下方，所述桩身（100c）的横截面形状为圆形，所述桩身（100c）内部设有第二钢筋笼（104），所述第二钢筋笼（104）的横截面形状与所述桩身（100c）的横截面形状相同，所述第二钢筋笼（104）包括均匀间隔设置的多根第二竖直主筋（104a）；

过渡段（100b），所述过渡段（100b）连接所述桩顶（100a）与所述桩身（100c），所述过渡段（100b）的横截面形状为带圆弧倒角的方形，且所述过渡段（100b）横截面的圆弧倒角的半径大小沿所述过渡段（100b）的高度方向从所述过渡段（100b）的顶部到所述过渡段（100b）的底部逐渐变大，所述过渡段（100b）内部预埋有多根第三主筋（103b），所述第三主筋（103b）将所述第一竖直主筋（103a）与所述第二竖直主筋（104a）一一对应线性连接；

所述钻孔桩（100）还包括套设于所述第二钢筋笼（104）外的第二钢护筒（101c），所述第二竖直主筋（104a）的根数n₂为：

n₂=4_*Int([π_*(D-2_*(t₂+δ_均))]/[4_*(80+d₂+_△s)])，

式中，π为圆周率，D为所述桩身（100c）的直径，t₂为所述第二钢护筒（101c）的壁厚，δ_均为所述第二竖直主筋（104a）的平面布置的环向中心线与所述第二钢护筒（101c）内表面的平均距离，d₂为所述第二竖直主筋（104a）的直径，_△s为所述第二竖直主筋（104a）间距调整量，_△s的取值满足：5≤_△s≤120-d₂，式中各项参数的单位均采用毫米；所述钻孔桩（100）还包括套设于所述第一钢筋笼（103）外的第一钢护筒（101a），部分所述第一竖直主筋（103a）沿所述桩顶（100a）的横截面四边直线段为等间距布置，其中，间距s为：

s=[4(B-2r₁)+2π(r₁-(t₁+f_均))]/n₁，

式中，B为所述桩顶（100a）的横截面的宽度，r₁为所述桩顶（100a）横截面的圆弧倒角的半径，π为圆周率，t₁为所述第一钢护筒（101a）的壁厚，f_均为所述第一竖直主筋（103a）的平面布置的环向中心线与所述第一钢护筒（101a）内表面的平均距离，n₁为单圈所述第一竖直主筋（103a）的根数；

部分所述第一竖直主筋（103a）沿所述桩顶（100a）的横截面的圆弧倒角段为等偏转角布置，其中，偏转角α的大小为：

α=s/(r₁-(t₁+f_均))，

式中，s为所述第一竖直主筋（103a）沿所述桩顶（100a）的横截面的四边直线段布置的间距，r₁为所述桩顶（100a）横截面的圆弧倒角的半径，t₁为所述第一钢护筒（101a）的壁厚，f_均为所述第一竖直主筋（103a）的平面布置的环向中心线与所述第一钢护筒（101a）内表面的平均距离。

2.如权利要求1所述的深水群桩基础，其特征在于：

所述桩顶（100a）的横截面为带圆弧倒角的正方形，所述桩顶（100a）正方形横截面的宽度与所述桩身（100c）圆形横截面的直径相等。

3.如权利要求1所述的深水群桩基础，其特征在于：

所述过渡段（100b）的高度H₂大于或者等于所述桩身（100c）的直径D。

4.如权利要求1所述的深水群桩基础，其特征在于，所述过渡段（100b）任一高度处横截面的圆弧倒角的半径r_z为：

，

式中，z为所述过渡段（100b）中任一横截面处距离所述桩顶（100a）底面的高度，H₂为所述过渡段（100b）的高度，D为所述桩身（100c）的直径，r₁为所述桩顶（100a）横截面的圆弧倒角的半径。

5.如权利要求1所述的深水群桩基础，其特征在于，所述桩顶（100a）的高度H₁的取值范围为：

H₁＞γ_wH₄[A_c+0.86nr₁ ^{^2}-nB^{^2}]/[4n(B-0.43r₁)[τ]+γ_c(A_c+0.86nr₁ ^{^2}-nB^{^2})+W]，

式中，γ_w为水的重度，γ_c为混凝土的重度，H₄为所述桩顶（100a）的底面距施工高水位的高度，A_c为所述承台（200）的底面积，B为所述桩顶（100a）的横截面的宽度，r₁为所述桩顶（100a）横截面的圆弧倒角的半径，n为所述钻孔桩（100）的根数，[τ]为混凝土与钢材表面的容许粘结强度，W为所述承台（200）施工围堰的重量。

6.如权利要求1所述的深水群桩基础，其特征在于，所述钻孔桩（100）还包括套设于所述第一钢筋笼（103）外的第一钢护筒（101a），当所述第一钢筋笼（103）内布置2圈所述第一竖直主筋（103a）时，所述桩顶（100a）横截面的圆弧倒角的半径r₁的取值范围为：

((340+4d₁)/π+t₁+f₂)≤r₁≤(1400/π+t₁+f₁)，

式中，d₁为所述第一竖直主筋（103a）的直径，π为圆周率，t₁为所述第一钢护筒（101a）的壁厚，f₁、f₂分别表示第1圈、第2圈第一竖直主筋（103a）的平面布置的环向中心线与第一钢护筒（101a）内表面的距离，式中各项参数的单位均采用毫米。

7.如权利要求1所述的深水群桩基础，其特征在于，所述承台（200）厚度H₃与所述桩身（100c）直径D之比的取值范围为：

H₃/D≥1.2。

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