CN114086513A - 一种河道抢险吸力式组合桩坝结构 - Google Patents

Abstract

一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，包括一系列构造相同的吸力式桩坝单元；多个吸力式桩坝单元按照坝轴线进行河底拼装连接，构成一整套吸力式组合桩坝；每个吸力式桩坝单元均包括负压抽吸管路和整体呈矩形且水平设置的盖板，盖板长度方向为左右方向，盖板顶面垂直设有若干根管桩，所有管桩沿盖板长度方向的中心线间隔布置，盖板底面中部沿长度方向设有底部敞口的承载筒，负压抽吸管路沿管桩内部向下延伸并穿过盖板与承载筒内部连通。本发明同时具有吸力式基础、重力式基础、浮式基础、透水桩坝的优点，地质适用范围广、可陆上整体模块预制、河道整体浮运、吸力安装、模块拼装、可拆卸重复利用，使建造、安装、拆除施工成本大大降低。

Description

一种河道抢险吸力式组合桩坝结构

技术领域

本发明属于河道整治用桩坝技术领域，具体涉及一种河道抢险吸力式组合桩坝结构。

背景技术

国内外河道整治工程调查表明，丁坝是河道整治工程中广泛采用的工程形式，具有控导水流、稳定河势的作用。这些丁坝大多利用土石或混凝土材料修建，如木桩式丁坝、土丁坝、抛石坝。不同类型的防护工程具有不同的适用条件。

抛石结构是最常用的防护结构，裹护体为分散结构，能够很好的适应河床变化。石笼结构具有较大的体积、重量、抗冲性、柔韧性好，内装卵石、块石等，适应河床变化。模袋混凝土结构将混凝土或砂浆泵入合成纤维制成的模袋内，固化为混凝土护面，可铺设到岸坡上，具有很好的抗风浪冲击性能，在抢险工程中发挥了重要作用。钢混灌注桩坝使用组合钻机按照一定的设计深度、间距、倾斜度等预设槽孔，再向内部灌注混凝土桩，形成封闭的混凝土连续墙。该坝型充分利用桩坝的导流作用及透水落淤造滩作用，使坝前冲刷、坝后落淤，冲淤相结合，从而达到归顺水流、控导河势的目的。该桩坝在黄河下游游荡性河段河道整治中得到了较为广泛的应用。水力插板桩坝采用预制混凝土空心方桩、钢管桩或管桩，利用桩的空腔形成高压射流通道。其施工工艺的主要技术特点是水力切割(内冲外排)、导向定位和整体联结。多适用于软土地层上抢修工程的应急施工。组装式导流桩坝以预应力钢筋混凝土管桩为主要构件的透水桩坝结构，通过吊车、高压射水等进行插（拔）桩，实现了组装式导流桩坝的重复利用。

以上已有的河道整治工程，很难适应黄河目前小洪水河势游荡的随机性、突发性、临时性，导致不利河势时有发生。且已有的导流护岸工程建设周期长、建设费用高，导致很多小水畸形河势不能进行及时处理，给黄河防汛带来很大被动。因此，针对小洪水过程畸形河势问题，研究开发一种建造方便、施工快速、可拆卸重复利用的新型导流桩坝是十分急迫和必要的。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种建造方便、施工快速、稳定可靠性强、可拆卸重复利用的河道抢险吸力式组合桩坝结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，包括一系列构造相同的吸力式桩坝单元；多个吸力式桩坝单元按照坝轴线进行河底拼装连接，构成一整套吸力式组合桩坝；

每个吸力式桩坝单元均包括负压抽吸管路和整体呈矩形且水平设置的盖板，盖板长度方向为左右方向，盖板顶面垂直设有若干根管桩，所有管桩沿盖板长度方向的中心线间隔布置，盖板底面中部沿长度方向设有底部敞口的承载筒，负压抽吸管路沿管桩内部向下延伸并穿过盖板与承载筒内部连通。

盖板上表面在管桩下端前后侧浇筑有混凝土加固结构，盖板上表面固定连接有预埋在混凝土加固结构内部的铆钉。

盖板下表面设有位于承载筒前侧和后侧的防冲筒，防冲筒底部敞口，防冲筒高度低于承载筒高度，防冲筒内部设有若干块纵横交错的分隔加固板。

承载筒内部设有若干块纵横交错的分舱板，分舱板将承载筒内部空间分隔为若干个底部敞口的舱室，前后对应的两个舱室的顶部均与一根管桩内的负压抽吸管路下端口连通，负压抽吸管路下端口设有气阀。

盖板上在最左侧一根管桩的左侧和最右侧一根管桩的右侧均设有一个上下通透的导桩管，导桩管为上粗下细的喇叭口结构，导桩管内设置固定单桩，固定单桩下端伸入到河底土体内部。

承载筒和分舱板为钢筋混凝土结构时，在承载筒和分舱板的底部设有射流管路，射流管路上开设有向下喷射的高压射流孔。

承载筒上侧边向上延伸凸出盖板上表面作为混凝土加固结构在浇筑时的挡沿，混凝土加固结构上表面在管桩前侧和后侧均逐渐变薄形成斜坡，斜坡最薄处与承载筒上侧边齐平。

采用上述技术方案，本发明中的承载筒沿左右方向的中心线位于坝轴线上，作为坝体的主要承载结构，承载筒内均匀布置的分舱板将承载筒分为若干个舱室的组合，各舱室最上方的盖板上气孔，并设置气阀与负压抽吸管路，负压抽吸管路连接的气泵设置在岸边。

分舱板及承载筒可为混凝土结构或钢结构，若采用钢板，由于钢板较薄，不用设置射流管路，若采用钢筋混凝土板制成，厚度较厚，可在承载筒和分舱板的底部设有射流管路，可作为射流开沟辅助下沉装备，整个沉桩过程中可通过射流管路上的射流孔向下喷射高压水进行土体切割，加速下沉。

盖板底面在承载筒前侧、后侧设置防冲筒，同样为矩形筒结构，底面开口，其筒壁高度小于承载筒（核心筒）的筒壁高度，承载筒内部均匀布置纵横设置若干分隔加固板，分隔加固板与防冲筒壁高度一致，分隔加固板的分布密度可略大于承载筒的分舱板的分布密度。

承载筒的筒壁向上延伸超过盖板一定高度，整个盖板上部区域可进行二次混凝土浇筑，或抛石压载。

混凝土加固结构布置在桩坝轴线上，混凝土加固结构底部与盖板上表面浇筑连接，混凝土加固结构内部与管桩下端浇筑连接，将管桩与盖板固定连接后，后浇筑形成混凝土加固结构，其中盖板浇筑区域预埋置铆钉增加浇筑强度，进一步增加盖板与上部管桩的连接强度。

管桩为空心混凝土预制管，管桩底部均匀布置在盖板长度方向的轴线上，将盖板上开设有与管桩内部开设通孔，负压抽吸管路穿过通孔与舱室内部连通，并从管桩中心位置引出到管桩顶面，并于岸边气泵连接。

在盖板左右两侧设置连接固定结构，连接固定结构由导桩管和固定单桩组成，导桩管位于盖板左右两侧，贯穿盖板，上部延伸出一定高度。固定单桩穿过导桩管打入土体内部，将整个吸力式桩坝单元固定进一步固定在安装位置。

本发明的施工方法按照如下步骤进行：

（1）在岸边或钢结构加工厂焊接下端敞口的筒型结构，筒型结构包含盖板、承载筒、防冲筒、分舱板、分隔固定板和导桩管，在混凝土加固结构底部的盖板上表面区域内焊接铆钉；

（2）在岸边或混凝土管桩预制场进行管桩预制，管桩一端预留钢筋连接头；

（3）将筒型结构和管桩运输到施工场地，进行混凝土加固结构区域的支模，并将各管桩沿左右方向均匀间隔定位固定安装在筒型结构的盖板上，预留钢筋连接头的一端朝下与盖板焊接，在盖板及预制管桩内部布置负压抽吸管路，然后完成进行混凝土加固结构的混凝土浇筑，完成整个吸力式桩坝单元的制作；

（4）将吸力式桩坝单元吊至岸边水面上检查气密性，承载筒下端口被水面封闭，负压抽吸管路连接气泵，启动气泵向承载筒内部的若干舱室内部打气，产生气浮力使整个吸力式桩坝单元漂浮在水面上，达到气密性测试要求；

（5）通过岸边设置的锚绳或者拖船将整体吸力式桩坝单元拖移至指定安装位置，打开负压抽吸管路上的气阀进行放气，使吸力式桩坝单元缓慢沉没，并通过自重落到河床一定深度；

（6）负压抽吸管路连接真空泵，通过真空泵对舱室进行抽气，使舱室形成内外压力差，通过压力差使得整个吸力式桩坝单元缓慢沉入河床泥面，直至盖板接触泥面；

（7）下沉完毕后，使用定位单桩向盖板左右两侧的导桩管内打桩，定位单桩下端沉入河床底部的土层内，进一步固定整个吸力式桩坝单元，之后拆除预制管桩内部的负压抽吸管路，完成一个吸力式桩坝单元的安装；

（8）重复步骤（1）-（7）即可完成所有吸力式桩坝单元在左右方向的依次安装，形成组合桩坝整体结构；

（9）需要移动或拆除组合桩坝整体结构时，首先连接吸力式桩坝单元内部的负压抽吸管路，通过拔桩设备拔除左右两侧的定位单桩，然后向负压抽吸管路内打入高压水，高压水通过舱室向下喷射，将筒型结构下部缓慢顶出河床，再向负压抽吸管路内打气，在舱室内形成气浮力，使筒型结构缓慢漂浮到水面，通过缆绳或拖船将吸力式桩坝单元移动到其他位置，从而完成一个吸力式桩坝单元的移动或拆除，重复这一步骤，直至完成其他吸力式桩坝单元的移动或拆除。

综上所述，本发明结合吸力式基础可整体浮运拖航、吸力下沉安装（不打桩）、适应软黏土地基、具有一定防冲能力等优势，以及透水管桩施工构造简单、导流能力强、透水落淤等特点，设计出了一种新型河道抢险吸力式组合桩坝结构，该结构同时具有吸力式基础、重力式基础、浮式基础、透水桩坝的优点，地质适用范围广、可陆上整体模块预制、河道整体浮运、吸力安装、模块拼装、可拆卸重复利用，使建造、安装、拆除施工成本大大降低。

附图说明

图1是本发明中一个吸力式桩坝单元的结构示意图；

图2是图1的侧视结构示意图；

图3是图1的俯视结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

如图1-图3所示，本发明的一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，包括一系列构造相同的吸力式桩坝单元；多个吸力式桩坝单元按照坝轴线进行河底拼装连接，构成一整套吸力式组合桩坝；

每个吸力式桩坝单元均包括负压抽吸管路1和整体呈矩形且水平设置的盖板2，盖板2长度方向为左右方向，盖板2顶面垂直设有若干根管桩3，所有管桩3沿盖板2长度方向的中心线间隔布置，盖板2底面中部沿长度方向设有底部敞口的承载筒4，负压抽吸管路1沿管桩3内部向下延伸并穿过盖板2与承载筒4内部连通。

盖板2上表面在管桩3下端前后侧浇筑有混凝土加固结构5，盖板2上表面固定连接有预埋在混凝土加固结构5内部的铆钉6。

盖板2下表面设有位于承载筒4前侧和后侧的防冲筒7，防冲筒7底部敞口，防冲筒7高度低于承载筒4高度，防冲筒7内部设有若干块纵横交错的分隔加固板。

承载筒4内部设有若干块纵横交错的分舱板8，分舱板8将承载筒4内部空间分隔为若干个底部敞口的舱室，前后对应的两个舱室的顶部均与一根管桩3内的负压抽吸管路1下端口连通，负压抽吸管路1下端口设有气阀12。

盖板2上在最左侧一根管桩3的左侧和最右侧一根管桩3的右侧均设有一个上下通透的导桩管9，导桩管9为上粗下细的喇叭口结构，导桩管9内设置固定单桩10，固定单桩10下端伸入到河底土体内部。

承载筒4和分舱板8为钢筋混凝土结构时，在承载筒4和分舱板8的底部设有射流管路，射流管路上开设有向下喷射的高压射流孔。

承载筒4上侧边向上延伸凸出盖板2上表面作为混凝土加固结构5在浇筑时的挡沿11，混凝土加固结构5上表面在管桩3前侧和后侧均逐渐变薄形成斜坡，斜坡最薄处与承载筒4上侧边齐平。

本发明中的承载筒4沿左右方向的中心线位于坝轴线上，作为坝体的主要承载结构，承载筒4内均匀布置的分舱板8将承载筒4分为若干个舱室的组合，各舱室最上方的盖板2上气孔，并设置气阀12与负压抽吸管路1，负压抽吸管路1连接的气泵设置在岸边。

分舱板8及承载筒4可为混凝土结构或钢结构，若采用钢板，由于钢板较薄，不用设置射流管路，若采用钢筋混凝土板制成，厚度较厚，可在承载筒4和分舱板8的底部设有射流管路，可作为射流开沟辅助下沉装备，整个沉桩过程中可通过射流管路上的射流孔向下喷射高压水进行土体切割，加速下沉。

盖板2底面在承载筒4前侧、后侧设置防冲筒7，同样为矩形筒结构，底面开口，其筒壁高度小于承载筒4（核心筒）的筒壁高度，承载筒4内部均匀布置纵横设置若干分隔加固板，分隔加固板与防冲筒7壁高度一致，分隔加固板的分布密度可略大于承载筒4的分舱板8的分布密度。

承载筒4的筒壁向上延伸超过盖板2一定高度，整个盖板2上部区域可进行二次混凝土浇筑，或抛石压载。

混凝土加固结构5布置在桩坝轴线上，混凝土加固结构5底部与盖板2上表面浇筑连接，混凝土加固结构5内部与管桩3下端浇筑连接，将管桩3与盖板2固定连接后，后浇筑形成混凝土加固结构5，其中盖板2浇筑区域预埋置铆钉6增加浇筑强度，进一步增加盖板2与上部管桩3的连接强度。

管桩3为空心混凝土预制管，管桩3底部均匀布置在盖板2长度方向的轴线上，将盖板2上开设有与管桩3内部开设通孔，负压抽吸管路1穿过通孔与舱室内部连通，并从管桩3中心位置引出到管桩3顶面，并于岸边气泵连接。

在盖板2左右两侧设置连接固定结构，连接固定结构由导桩管9和固定单桩10组成，导桩管9位于盖板2左右两侧，贯穿盖板2，上部延伸出一定高度。固定单桩10穿过导桩管9打入土体内部，将整个吸力式桩坝单元固定进一步固定在安装位置。

本发明的施工方法按照如下步骤进行：

（1）在岸边或钢结构加工厂焊接下端敞口的筒型结构，筒型结构包含盖板2、承载筒4、防冲筒7、分舱板8、分隔固定板和导桩管9，在混凝土加固结构5底部的盖板2上表面区域内焊接铆钉6；

（2）在岸边或混凝土管桩3预制场进行管桩3预制，管桩3一端预留钢筋连接头；

（3）将筒型结构和管桩3运输到施工场地，进行混凝土加固结构5区域的支模，并将各管桩3沿左右方向均匀间隔定位安装在筒型结构的盖板2上，预留钢筋连接头的一端朝下与盖板2焊接，在盖板2及预制管桩3内部布置负压抽吸管路1，然后完成进行混凝土加固结构5的混凝土浇筑，完成整个吸力式桩坝单元的制作；

（4）将吸力式桩坝单元吊至岸边水面上检查气密性，承载筒4下端口被水面封闭，负压抽吸管路1连接气泵，启动气泵向承载筒4内部的若干舱室内部打气，产生气浮力使整个吸力式桩坝单元漂浮在水面上，达到气密性测试要求；

（5）通过岸边设置的锚绳或者拖船将整体吸力式桩坝单元拖移至指定安装位置，打开负压抽吸管路1上的气阀12进行放气，使吸力式桩坝单元缓慢沉没，并通过自重落到河床一定深度；

（6）负压抽吸管路1连接真空泵，通过真空泵对舱室进行抽气，使舱室形成内外压力差，通过压力差使得整个吸力式桩坝单元缓慢沉入河床泥面，直至盖板2接触泥面；

（7）下沉完毕后，使用定位单桩向盖板2左右两侧的导桩管9内打桩，定位单桩下端沉入河床底部的土层内，进一步固定整个吸力式桩坝单元，之后拆除预制管桩3内部的负压抽吸管路1，完成一个吸力式桩坝单元的安装；

（8）重复步骤（1）-（7）即可完成所有吸力式桩坝单元在左右方向的依次安装，形成组合桩坝整体结构；

（9）需要移动或拆除组合桩坝整体结构时，首先连接吸力式桩坝单元内部的负压抽吸管路1，通过拔桩设备拔除左右两侧的定位单桩，然后向负压抽吸管路1内打入高压水，高压水通过舱室向下喷射，将筒型结构下部缓慢顶出河床，再向负压抽吸管路1内打气，在舱室内形成气浮力，使筒型结构缓慢漂浮到水面，通过缆绳或拖船将吸力式桩坝单元移动到其他位置，从而完成一个吸力式桩坝单元的移动或拆除，重复这一步骤，直至完成其他吸力式桩坝单元的移动或拆除。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，其特征在于：包括一系列构造相同的吸力式桩坝单元；多个吸力式桩坝单元按照坝轴线进行河底拼装连接，构成一整套吸力式组合桩坝；

每个吸力式桩坝单元均包括负压抽吸管路和整体呈矩形且水平设置的盖板，盖板长度方向为左右方向，盖板顶面垂直设有若干根管桩，所有管桩沿盖板长度方向的中心线间隔布置，盖板底面中部沿长度方向设有底部敞口的承载筒，负压抽吸管路沿管桩内部向下延伸并穿过盖板与承载筒内部连通。

2.根据权利要求1的一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，其特征在于：盖板上表面在管桩下端前后侧浇筑有混凝土加固结构，盖板上表面固定连接有预埋在混凝土加固结构内部的铆钉。

3.根据权利要求2的一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，其特征在于：盖板下表面设有位于承载筒前侧和后侧的防冲筒，防冲筒底部敞口，防冲筒高度低于承载筒高度，防冲筒内部设有若干块纵横交错的分隔加固板。

4.根据权利要求2或3的一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，其特征在于：承载筒内部设有若干块纵横交错的分舱板，分舱板将承载筒内部空间分隔为若干个底部敞口的舱室，前后对应的两个舱室的顶部均与一根管桩内的负压抽吸管路下端口连通，负压抽吸管路下端口设有气阀。

5.根据权利要求4的一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，其特征在于：盖板上在最左侧一根管桩的左侧和最右侧一根管桩的右侧均设有一个上下通透的导桩管，导桩管为上粗下细的喇叭口结构，导桩管内设置固定单桩，固定单桩下端伸入到河底土体内部。

6.根据权利要求5的一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，其特征在于：承载筒和分舱板为钢筋混凝土结构时，在承载筒和分舱板的底部设有射流管路，射流管路上开设有向下喷射的高压射流孔。

7.根据权利要求2的一种河道抢险吸力式组合桩坝结构，其特征在于：承载筒上侧边向上延伸凸出盖板上表面作为混凝土加固结构在浇筑时的挡沿，混凝土加固结构上表面在管桩前侧和后侧均逐渐变薄形成斜坡，斜坡最薄处与承载筒上侧边齐平。

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