CN114892699A - 一种设置式深水沉井基础及自适应支承转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设置式深水沉井基础及自适应支承转换方法，涉及桥梁施工方法技术领域，一种设置式深水沉井基础，包括井壁，还包括支承转换机构，所述支承转换机构包括柔性灌注模具和注浆组件，所述井壁的底部设有支承部，所述柔性灌注模具固设于支承部的底部，所述注浆组件与柔性灌注模具内部相连通。一种基于所述的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法，包括以下步骤：通过注浆组件向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，灌注有高强灌浆料的柔性灌注模具自适应填充于支承部与基坑岩面间的间隙，待高强灌浆料凝固后设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承。

Description

一种设置式深水沉井基础及自适应支承转换方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工方法技术领域，尤其涉及一种设置式深水沉井基础及自适应支承转换方法。

背景技术

将预制好的桥梁基础通过浮运的方式放置在已经处理好的水下基床上，称为设置基础，也可以理解为设置在深水中的预处理地基上的扩大基础。设置基础一般具有自浮的能力，其核心是将基础的部分或整体在岸上或船坞内预制，现场的主要前置工作则是基床处理。

设置式沉井基础是设置基础的一种形式，设置式沉井基础通过浮运或船运的方式运至墩位，精确定位后逐步下沉于已经处理好的地基上，形成基础。由于其可以在岸上或船坞内整体制造或分节制造，可与墩位处基床处理平行作业，因而既能保证质量，又可节省工期，特别适用于施工环境条件恶劣的深水桥梁，尤其是跨海桥梁工程。

设置式沉井基础运输至墩位，待平面、高程精确调整后，如何实现由浮态向河(海)床面稳定刚性支承转换，是设置式沉井基础施工成败的关键。

既有案例一：中国发明专利说明书CN201510915457.X中公开了一种适用于深水裸岩的设置式沉井基础施工方法，该施工方法中：支撑转换结构为设于设置式基础上的多个钢管支撑，通过钢管支撑协同操作进行沉井竖直度的调整。调整完成后在基础底部设置有活动挡板，活动挡板自动上、下伸缩，适应岩石基坑底部的不平整度，再浇筑封底混凝土完成基础支承转换。

既有案例二：中国发明专利说明书CN109797759B中公开了一种海上岩面仿生套箱围堰及其施工方法，该方法中：首先扫测河(海)床断面，将围堰侧板体分块制造，并根据扫测的河(海)床岩面标高及起伏情况，对单块侧板的高度及侧板底部护裙进行精细化设计。侧板下放完成后在外侧堆码吨袋，然后浇筑封底混凝土完成围堰的支承体系转换。

既有案例一主要适用于水深较浅的内河设置式沉井基础，水深超过一定程度后，支承结构强度和刚度要求高。既有案例一钢管支撑抗弯刚度较小，竖向承载能力受河(海)床整平质量影响存在不确定性，难以满足恶劣海况条件下设置式沉井基础刚性支承要求；其次案例一对岩石基坑整平精度要求高，虽已设置活动挡板，因活动挡板调节范围有限，仍需要大量的深潜水堵漏作业；第三是多个钢管支撑协同调整工作量大，时间长达4-5天。支撑调整完成后才能进行封底混凝土施工，施工时间长45-60天，封底混凝土达到强度后，钢管临时支承体系才能完全退出工作。

既有案例二在封底混凝土灌注前，仅理论上可以实现基础底面与河(海)床的贴合，但受水深、流速、冲刷和既有测量技术的影响较大，基底测量结果与实际河(海)床高程存在偏差在所难免，导致套箱围堰无法完全密贴支承于河(海)床，支承缝隙较大时，同样需大量深潜水堵漏作业。其次，套箱围堰规模不大，支承反力很小，其技术指标和支承结构形式难以满足设置式基础刚性支承要求。

既有案例一、二利用支撑钢管桩或侧板支承于河床上，实现设置式沉井基础(套箱围堰)由浮态向临时固定支承转换，然而上述既有案例所采用的浮态向临时固定支承转换方法存在以下主要弊端：姿态调整复杂，临时支承转换所需时间长；临时支承对河(海)床平整度要求高，处置不好时可导致支承失效引发安全事故；临时支承刚度小，环境适应性差，复杂海况使用可行性很低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种设置式深水沉井基础及自适应支承转换方法，以解决现有技术中的浮态向临时固定支承转换方法临时支承转换所需时间长，对河(海)床平整度要求高，以及临时支承刚度小，环境适应性差的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种设置式深水沉井基础，包括井壁，所述井壁围合形成封闭框型结构，还包括支承转换机构，所述支承转换机构包括柔性灌注模具和注浆组件，所述井壁的底部设有支承部，所述柔性灌注模具固设于支承部的底部，所述注浆组件与柔性灌注模具内部相连通，所述注浆组件用于向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，供高强灌浆料在柔性灌注模具内凝固后自适应填充于支承部与河床或海床岩面间的间隙以形成刚性支承。

在其中一个实施例中，所述柔性灌注模具为上端开口的柔性袋状结构，所述柔性灌注模具上端的开口经由密封连接件密封固设于支承部的底部，以封闭柔性灌注模具上端的开口，供高强灌浆料无泄漏灌注于柔性灌注模具内。

在其中一个实施例中，所述注浆组件包括注浆管和排浆管，所述注浆管和排浆管分别与柔性灌注模具内部相连通，所述注浆管用于向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，所述排浆管用于柔性灌注模具内充满高强灌浆料后向外排料，供高强灌浆料在柔性灌注模具内形成密实填充。

在其中一个实施例中，所述密封连接件包括反压件和密封垫，所述支承部的底壁设有连接部，所述反压件经由紧固件与连接部固接，所述柔性灌注模具的上边缘与密封垫固定压合于反压件与连接部之间，供柔性灌注模具与支承部密封固定连接。

在其中一个实施例中，所述柔性灌注模具为碳纤维罩布。

在其中一个实施例中，所述井壁为下端封闭上端开口的中空结构，所述井壁围合形成的封闭框型结构内设有横纵交错的底隔舱。

一种基于所述的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法，包括以下步骤：

步骤1：对河床或海床进行水下爆破、清渣，形成岩石基坑，对基坑岩面进行初步整平，预制设置式深水沉井基础，将预制后的设置式深水沉井基础整体浮运至基坑墩位；

步骤2：调整设置式深水沉井基础的浮力，将设置式深水沉井基础下沉至井壁底面与基坑岩面留有间隙且不接触后稳定漂浮；

步骤3：通过注浆组件向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，灌注有高强灌浆料的柔性灌注模具自适应填充于支承部与基坑岩面间的间隙，待高强灌浆料凝固后设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

步骤4：设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承后，在设置式深水沉井基础的井壁底口外侧抛填碎石进行堵漏，底口堵漏完成后向井壁围合形成的封闭框型结构内灌注封底混凝土。

在其中一个实施例中，在所述步骤3中，所述设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承后，对设置式深水沉井基础进行适当压重，使设置式深水沉井基础具备足够抗风浪能力。

在其中一个实施例中，在所述步骤2中，所述设置式深水沉井基础的井壁底面与基坑岩面之间的间隙的最大距离小于柔性灌注模具充满高强灌浆料后的垂直高度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的设置式深水沉井基础进行水下自适应支承转换时，对河(海)床整平度要求低，在河(海)床整平精度较低的情况下，通过支承部、柔性灌注模具和注浆组件等较简单结构和措施，即可自适应初步整平后的河(海)床高差及残留物，工程量较小，经济性较高。

2.本发明的基于设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法的施工时间短，仅需通过注浆组件向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，较短时间内即可实现刚性支承转换，降低了设置式深水沉井基础支承失效和平面偏位风险，降低了设置式深水沉井基础的施工难度。

3.本发明的基于设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法自适应支承转换安全风险低，全程均为水上操作，无传统水下深潜水施工，施工工效高，有利于工期控制。

附图说明

图1至图4为本发明的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法的示意图；

图5为图2中A处的局部放大示意图；

图6为图3中B处的局部放大示意图；

图7为图4中C处的局部放大示意图；

图8为图6的D-D剖视图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图8所示，本发明提供了一种设置式深水沉井基础包括井壁10和支承转换机构20，所述井壁10围合形成封闭框型结构，所述支承转换机构20包括柔性灌注模具21和注浆组件22，所述井壁10的底部设有支承部11，所述柔性灌注模具21固设于支承部11的底部，所述注浆组件22与柔性灌注模具21内部相连通，所述注浆组件22用于向柔性灌注模具21内灌注高强灌浆料23，供高强灌浆料23在柔性灌注模具21内凝固后自适应填充于支承部11与河床或海床岩面31间的间隙以形成刚性支承。

本发明的设置式深水沉井基础在施工时，将设置式深水沉井基础下沉至井壁10底面与河床或海床岩面31留有间隙且不接触后稳定漂浮，通过注浆组件22向柔性灌注模具21内灌注高强灌浆料23，由于柔性灌注模具21可任意变形，因此灌注高强灌浆料23的柔性灌注模具21可根据井壁10底面与河床或海床岩面31间的间隙自适应调整填充，并且高强灌浆料23可在短时间内凝固，当高强灌浆料23在柔性灌注模具21内凝固后即可在支承部11与河床或海床岩面31之间形成刚性支承，将设置式深水沉井基础支承于河床或海床岩面31。

在其中一个实施例中，所述井壁10为下端封闭上端开口的中空结构，所述井壁10围合形成的封闭框型结构内设有横纵交错的底隔舱12，所述井壁10围合形成的封闭框型结构为上下两端开口，且横截面为圆形或矩形等封闭形状的筒状结构，底隔舱12横纵交错可将井壁10围合形成的空间分隔为若干腔室，该若干腔室用于灌注封底混凝土60。

在本实施例中，可根据支承需要沿设置式深水沉井基础的井壁10底口周向布设若干数量的支承转换机构20，需要说明的是，为了便于观察，本发明附图中除设置式深水沉井基础的井壁10底口两侧的支承转换机构20外，其余支承转换机构20均省略。

在其中一个实施例中，所述柔性灌注模具21为上端开口的柔性袋状结构，所述柔性灌注模具21上端的开口经由密封连接件24密封固设于支承部11的底部，以封闭柔性灌注模具21上端的开口，供高强灌浆料23无泄漏灌注于柔性灌注模具21内。

在本实施例中，所述柔性灌注模具21采用碳纤维罩布，碳纤维罩布可采用窄口的柔性袋状结构，使得高强灌浆料23灌入柔性灌注模具21内将柔性灌注模具21撑开扩展后得到与河床或海床岩面31更大的接触面积，以提高支承强度和稳定性。

碳纤维罩布作为高强灌浆料23的柔性灌注模具21可很好地适应河床或海床岩面31清基后的局部高差和残留物，使高强灌浆料23注入柔性灌注模具21后集中于支承部11正下方；支承部11用于连接高强灌浆料23和井壁10，将设置式深水沉井基础的竖向荷载传递至达到强度后的高强灌浆料23，由此设置式深水沉井基础可稳定刚性支承于河床或海床岩面31上。

所述密封连接件24的具体结构，以及柔性灌注模具21和支承部11与密封连接件24的具体连接关系如下：所述密封连接件24包括反压件241和密封垫242，所述支承部11的底壁设有连接部111，所述反压件241经由紧固件243(在本实施例中紧固件243采用沉头螺栓)与连接部111固接，所述柔性灌注模具21的上边缘与密封垫242固定压合于反压件241与连接部111之间，供柔性灌注模具21与支承部11密封固定连接。

在其中一个实施例中，所述注浆组件22包括注浆管221和排浆管222，所述注浆管221和排浆管222分别与柔性灌注模具21内部相连通，更具体地，所述注浆管221和排浆管222经由支架223固设于井壁10，所述支承部11为封闭箱型结构，所述注浆管221和排浆管222竖向穿设于支承部11，所述注浆管221和排浆管222的出料端经由柔性灌注模具21上端的开口穿入柔性灌注模具21内，所述排浆管222下端的出料端与箱型结构的支承部11的底壁平齐，所述注浆管221用于向柔性灌注模具21内灌注高强灌浆料23，所述排浆管222用于柔性灌注模具21内充满高强灌浆料23后向外排料，供高强灌浆料23在柔性灌注模具21内形成密实填充，所述排浆管222的顶口高于水面，供工作人员能够在水面90上观察排浆管222顶口的高强灌浆料23外溢情况。

一种基于所述的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法，包括以下步骤：

步骤1：如图1所示，对河床或海床进行水下爆破、清渣，形成岩石基坑30，对基坑30岩面31进行初步整平，预制设置式深水沉井基础，将预制后的设置式深水沉井基础整体浮运至基坑30墩位，通过锚碇系统40定位其水平位置，所述锚碇系统40为本领域的现有技术，其具体结构为本领域的公知常识，在此无需详述，本发明附图中所标示的部分为锚碇系统40的锚绳部分；

步骤2：如图2所示，调整设置式深水沉井基础的浮力，将设置式深水沉井基础下沉至井壁10底面与基坑30岩面31留有间隙且不接触后稳定漂浮，在本实施例中，井壁10底面与基坑30岩面31之间的间隙距离设置为0.2～1.0m，所述设置式深水沉井基础的井壁10底面与基坑30岩面31之间的间隙的最大距离小于柔性灌注模具21充满高强灌浆料23后的垂直高度，以使得柔性灌注模具21内灌入高强灌浆料23后能与基坑30岩面31接触，接着通过锚碇系统40调整设置式深水沉井基础的垂直度；在本实施例中，可向所述设置式深水沉井基础的中空结构井壁10内注水80以调整设置式深水沉井基础的浮力，以实现设置式深水沉井基础的下沉和稳定漂浮；

步骤3：如图3所示，通过注浆组件22向柔性灌注模具21内灌注高强灌浆料23，灌注有高强灌浆料23的柔性灌注模具21自适应填充于支承部11与基坑30岩面31间的间隙，待高强灌浆料23凝固后设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承，所述高强灌浆料23的成分配比为本领域的现有技术，可由本领域的普通技术人员制备得到，更具体地，所述高强灌浆料23是以高强度材料为骨料，以水泥作为结合剂，辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成，在施工现场加入一定量的水，搅拌均匀后即可使用，2小时可快速初凝，8小时内可达到支承所需强度，且8小时内强度可达10～15MPa，24小时强度可达60MPa以上，满足自适应快速支承转换的要求；所述设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承后，对设置式深水沉井基础进行适当压重，使设置式深水沉井基础具备足够抗风浪能力，在本实施例中，可向所述设置式深水沉井基础的中空结构井壁内注水80以实现设置式深水沉井基础的压重；

步骤4：如图4所示，设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承后，在设置式深水沉井基础的井壁10底口外侧抛填碎石50进行堵漏，底口堵漏完成后向井壁10围合形成的封闭框型结构内灌注封底混凝土60，封底混凝土60的高度与底隔舱12的高度平齐，封底混凝土60达到强度后，解除锚碇系统40，向设置式深水沉井基础的井壁10内灌注井壁混凝土70，将井壁10围合形成的封闭框型结构内封底混凝土60上方的水抽干，水下部分结构施工完成，接着即可在无水环境下在封底混凝土60上方浇筑沉井盖板及桥墩。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种设置式深水沉井基础，包括井壁，所述井壁围合形成封闭框型结构，其特征在于，还包括支承转换机构，所述支承转换机构包括柔性灌注模具和注浆组件，所述井壁的底部设有支承部，所述柔性灌注模具固设于支承部的底部，所述注浆组件与柔性灌注模具内部相连通，所述注浆组件用于向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，供高强灌浆料在柔性灌注模具内凝固后自适应填充于支承部与河床或海床岩面间的间隙以形成刚性支承。

2.根据权利要求1所述的一种设置式深水沉井基础，其特征在于，所述柔性灌注模具为上端开口的柔性袋状结构，所述柔性灌注模具上端的开口经由密封连接件密封固设于支承部的底部，以封闭柔性灌注模具上端的开口，供高强灌浆料无泄漏灌注于柔性灌注模具内。

3.根据权利要求1所述的一种设置式深水沉井基础，其特征在于，所述注浆组件包括注浆管和排浆管，所述注浆管和排浆管分别与柔性灌注模具内部相连通，所述注浆管用于向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，所述排浆管用于柔性灌注模具内充满高强灌浆料后向外排料，供高强灌浆料在柔性灌注模具内形成密实填充。

4.根据权利要求2所述的一种设置式深水沉井基础，其特征在于，所述密封连接件包括反压件和密封垫，所述支承部的底壁设有连接部，所述反压件经由紧固件与连接部固接，所述柔性灌注模具的上边缘与密封垫固定压合于反压件与连接部之间，供柔性灌注模具与支承部密封固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种设置式深水沉井基础，其特征在于，所述柔性灌注模具为碳纤维罩布。

6.根据权利要求1所述的一种设置式深水沉井基础，其特征在于，所述井壁为下端封闭上端开口的中空结构，所述井壁围合形成的封闭框型结构内设有横纵交错的底隔舱。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对河床或海床进行水下爆破、清渣，形成岩石基坑，对基坑岩面进行初步整平，预制设置式深水沉井基础，将预制后的设置式深水沉井基础整体浮运至基坑墩位；

步骤2：调整设置式深水沉井基础的浮力，将设置式深水沉井基础下沉至井壁底面与基坑岩面留有间隙且不接触后稳定漂浮；

步骤3：通过注浆组件向柔性灌注模具内灌注高强灌浆料，灌注有高强灌浆料的柔性灌注模具自适应填充于支承部与基坑岩面间的间隙，待高强灌浆料凝固后设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承。

8.根据权利要求7所述的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤4：设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承后，在设置式深水沉井基础的井壁底口外侧抛填碎石进行堵漏，底口堵漏完成后向井壁围合形成的封闭框型结构内灌注封底混凝土。

9.根据权利要求7所述的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述设置式深水沉井基础由浮态转换为刚性支承后，对设置式深水沉井基础进行适当压重，使设置式深水沉井基础具备足够抗风浪能力。

10.根据权利要求7所述的设置式深水沉井基础的自适应支承转换方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述设置式深水沉井基础的井壁底面与基坑岩面之间的间隙的最大距离小于柔性灌注模具充满高强灌浆料后的垂直高度。

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