CN114908706B - 水下装配式预制导流墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下装配式预制导流墩，所述导流墩由墩头到墩尾的多个拼装单元依次组合而成，每一所述拼装单元均由第一预制件和依次设置在其上方的多个第二预制件叠合而成，所述第一预制件为带有底板的薄壁空腔结构，所述底板上设置有荷载均匀传递结构，所述第二预制件为与第一预制件相适配的薄壁空腔结构；相邻拼装单元的第一预制件之间、同层第二预制件之间均采用螺栓止水结构相连。本发明结构简单，安装方便，能够使预制件在安装下沉与原建筑物底板的接触过程中，以面荷载的形式作用于原建筑物底板，改变传统新增建筑物产生竖向荷载造成原建筑物底板受力不均的状况，确保原建筑物底板抗压和抗裂性能满足要求。

Description

水下装配式预制导流墩

技术领域

本发明涉及水下安装技术领域，尤其是涉及一种水下装配式预制导流墩。

背景技术

大型引调水工程在加大流量输水时，部分桥梁墩柱、渡槽、倒虹吸等建筑物下游会出现明显的卡门涡街现象，甚至形成紊乱流态，制约加大调水能力。因此，需要对上述建筑物进行优化改造，通过在其上游增加导流结构等方式，消除卡门涡街现象，提高输水能力。由于引调水工程规模较大，停水改造投资费用高、经济损失大，因此只能在正常输水的情况下进行施工改造。新增导流建筑物体积大、重量大，为了降低施工难度、缩短施工周期、节省施工费用、确保施工安全，经研究可采用工厂化预制构件，在水面完成拼装再下沉就位的方案。受动水条件的影响，导流建筑物在进行装配时，往往存在装配精度不高、止水效果不佳等缺陷。更重要的是，当工程运行多年后，原建筑物底板会发生不均匀沉降，表面变得凸凹不平，如果新增导流建筑物下沉后直接就位安装在原建筑物底板上，其产生的竖向荷载将形成点荷载或线荷载作用于原建筑物底板，此时，不能保证原建筑物底板的抗压或抗裂能够满足要求，使改造工程存在安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水下装配式预制导流墩，具体可采取如下技术方案：

本发明所述的水下装配式预制导流墩，所述导流墩由墩头到墩尾的多个拼装单元依次组合而成，每一所述拼装单元均由第一预制件和依次设置在其上方的多个第二预制件叠合而成，所述第一预制件为带有底板的薄壁空腔结构，所述底板上设置有荷载均匀传递结构，所述第二预制件为与第一预制件相适配的薄壁空腔结构；相邻拼装单元的第一预制件之间、同层第二预制件之间均采用螺栓止水结构相连。

所述荷载均匀传递结构包括

密封部，呈封闭环状设置在第一预制件的底板上，用于与原有建筑物的底板相接形成填充腔；

灌浆部，设置在第一预制件的底板上，具有连通所述填充腔和第一预制件底板上部空间的第一状态，和阻断填充腔和第一预制件底板上部空间的第二状态。

所述密封部包括止水埋件和止水带，所述止水埋件沿周向设置在第一预制件的底板边缘处，所述止水带采用热胶结或冷胶结的接头构成环状后与止水埋件相连。

所述止水带为外侧面依次设置有未硫化橡胶层和遇水膨胀橡胶层的橡胶止水带。

所述灌浆部为设置在第一预制件底板上的多个灌浆管，所述灌浆管的顶部延伸至第一预制件底板的上部空间内，其中一个灌浆管上设置有操作阀，其余灌浆管上设置有盲板或堵头。

所述螺栓止水结构包括

导向通道，具有贯穿设置在所述薄壁空腔结构相邻侧壁之间的第一段和第二段，所述第一段和第二段同轴等径设置；

端密封件，分别设置在所述导向通道的两端；

中间密封件，设置在导向通道内，分别位于第一段和第二段的中部；

紧固件，包括设置在导向通道内的螺杆和与其相适配的端螺母，所述螺杆具有用于刺破所述端密封件和中间密封件的穿刺端。

所述第一段和第二段均为预埋钢管，且第一段和中间密封件、第二段和中间密封件均采用法兰连接结构。

所述中间密封件为橡皮板；所述端密封件为带有端盖的遇水膨胀橡皮塞，所述遇水膨胀橡皮塞与导向通道的内径相适配，所述端盖的直径大于导向通道的外径；所述螺杆为一端设置有刃口的双头螺杆，所述刃口为直径小于导向通道内径的环形刃口。

所述第一预制件和第二预制件、相邻第二预制件的叠合面之间设置有榫卯定位止水结构。

本发明提供的水下装配式预制导流墩，由多个预制件分层分段拼装而成，其结构简单，安装方便，通过在预制件的底板上设置荷载均匀传递结构，使预制件在安装下沉与原建筑物底板的接触过程中，避免以点荷载或线荷载的形式作用于原建筑物底板，而是以面荷载的形式作用于原建筑物底板，改变传统新增建筑物产生竖向荷载造成原建筑物底板受力不均的状况，确保原建筑物底板抗压和抗裂性能满足要求；同一拼装单元的相邻预制件之间采用榫卯定位止水结构，能够提高装配件的竖向安装精度，产生有效的止水功能，快速完成装配任务；而相邻拼装单元之间的螺栓止水结构能够确保螺杆在穿入导向通道前、穿入导向通道的过程中、穿入导向通道并用螺母拧紧后的全过程中均不出现螺栓孔（即导向通道）渗漏的情况，从而保证施工安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明第二拼装单元中第一预制件的结构示意图。

图3是图2的剖面图。

图4是图3中第一预制件与原有建筑物底板的安装结构示意图。

图5是图3中密封部的结构示意图。

图6是实施例中采用矩形灌浆口式第一预制件的剖面结构示意图。

图7是图6中第一预制件与原有建筑物底板的安装结构示意图。

图8是本发明中螺栓止水结构的结构示意图。

图9是图8中的A部放大图。

图10是图9中预埋钢管和中间密封件的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的施工过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本发明所述的水下装配式预制导流墩，包括由墩头到墩尾的多个拼装单元依次组合而成，每一拼装单元均由第一预制件和依次设置在其上方的多个第二预制件叠合而成，第一预制件为带有底板的薄壁空腔结构，底板上设置有荷载均匀传递结构，第二预制件为与第一预制件相适配的薄壁空腔结构；相邻拼装单元的第一预制件之间、同层第二预制件之间均采用螺栓止水结构相连。

具体地，如图1所示，本实施例中从墩头到墩尾共有四个拼装单元，即第一拼装单元Ⅰ、第二拼装单元Ⅱ、第三拼装单元Ⅲ和第四单元Ⅳ。第一拼装单元Ⅰ为单腔室的三角形结构，第二拼装单元Ⅱ和第三拼装单元Ⅲ均为两腔室的梯形结构，第四单元Ⅳ则为两腔室的类梯形结构。上述每一拼装单元均由一个第一预制件M和三个第二预制件N竖向叠合而成，且第一预制件M为带有底板的薄壁空腔结构，第二预制件N为与第一预制件M相适配的薄壁空腔结构，两者围成的空腔可以作为提供干燥工作环境的操作腔。

为了避免各拼装单元就位后原建筑物Y底板受力不均产生安全隐患，在每一第一预制件M的底板M1上均设置有荷载均匀传递结构。荷载均匀传递结构由密封部和灌浆部组成。其中，密封部呈封闭环状设置在第一预制件的底板上，用于与原有建筑物的底板相接形成填充腔；灌浆部设置在第一预制件的底板上，具有连通填充腔和第一预制件底板上部空间的第一状态，和阻断填充腔和第一预制件底板上部空间的第二状态。以下以第二拼装单元Ⅱ的第一预制件M为例对荷载均匀传递结构进行具体说明。

如图2-5所示，第二拼装单元Ⅱ中第一预制件M具有两个操作腔M1，其共用一个底板M2，该底板M2的下表面设置有止水埋件M3和止水带M4构成的密封部。其中，止水埋件M3沿周向埋设在第一预制件M底板M2的边缘处，外轮廓不大于底板M2，其结构应满足安装固定止水带M4的需要，且止水埋件M3顶部设置有第一截水环M5，从而使其与连接部之间形成密闭不渗透的结构。止水带M4采用水利工程常用的橡胶材料，首先计算新增建筑物在原有建筑物M底板上就位时重力与浮力的合力，再根据合力计算结果和止水带M4的安装长度设计止水带M4的具体结构，使其满足压缩变形的高度需要。进一步地，橡胶止水带M4的外侧面上还会先粘贴一层未硫化橡胶层M41，再粘结一层遇水膨胀橡胶层M42。上述未硫化橡胶层M41采用未硫化橡胶等胶质粘接材料，其可以将遇水膨胀橡胶层M42（由遇水膨胀橡皮材料制成）与橡胶止水带M4粘接成一个整体，使橡胶止水带M4具有不均匀压缩变形性和遇水膨胀性，从而能够与原有建筑物M的底板相接形成密封止水效果良好的填充腔M6。在实际安装时，先将橡胶止水带M4的接头采用热胶结或冷胶结方式构成环状，然后压入止水埋件M3内。

灌浆部为埋设在每个操作腔M1底板M2上的多个灌浆管M7，其顶部位于操作腔M1内，底部与操作腔M1底板M2的下表面平齐。通常情况下，每一操作腔M1内的其中一个灌浆管M7顶部安装有操作阀M8，其余灌浆管M7上设置有盲板或堵头M9。当操作阀M8、盲板或堵头M9中的任一个或全部打开时，灌浆部处于连通填充腔M6和操作腔M1的第一状态；当操作阀M8和盲板/堵头M9全部关闭时，灌浆部处于阻断填充腔M6和操作腔M1的第二状态。为了提高阻水效果，每一灌浆管M7上均安装有埋设在操作腔M1底板M2内的第二截水环M10。

对于设置有本发明所述的下沉式安装座的改扩建水工建筑物，其安装方法如下：首先，关闭操作阀M8和所有盲板/堵头M9，使安装座的灌浆部处于第二状态，之后下沉新增建筑物，下沉过程中，新增建筑物的安装座能够产生一定的浮力，避免新增建筑物过快下沉与原有建筑物M底板产生碰撞；第二步，新增建筑物就位后，安装座的橡胶止水带M4与原有建筑物M底板相接形成密封填充腔M6，此时，打开操作阀M8，拆掉盲板/堵头M9，即调整灌浆部使其处于第一状态，之后抽掉填充腔M6内的水；第三步，向填充腔M6内灌注水泥浆等填充料，形成连接安装座底板和原有建筑物M底板的填充层M11，从而将新增建筑物竖向荷载转化成面荷载，使原有建筑物M的底板满足抗压和抗裂要求。进一步地，当水泥浆等填充料凝固后，在灌浆管M7处取芯，然后钻孔植钢筋（即锚筋M12），再将灌浆管M7内灌满水泥浆。上述锚筋M12能够将安装座底板和原有建筑物M底板锚固成整体，防止滑动。

如图6、7所示，灌浆部除采用上述结构外，还可以为开设在每个操作腔M1底板M2中心处的矩形灌浆口M13，矩形灌浆口M13周围的底板M2上安装有L形的预埋螺栓M14，用于连接固定挡水盖板M15。进一步地，矩形灌浆口M13周围的底板M2上还预埋有定位钢板M16，且定位钢板M16表面设置有止水橡皮板M17。

使用时，首先将挡水盖板M15安装在矩形灌浆口M13上，使安装座的灌浆部处于第二状态，之后下沉新增建筑物；当新增建筑物就位后，去除挡水盖板M15，抽掉填充腔M6内的水；最后，向填充腔M6内灌注水泥浆等填充料，形成连接安装座底板和原有建筑物M底板的填充层M11，从而将新增建筑物竖向荷载转化成面荷载，使原有建筑物M的底板满足抗压和抗裂要求。上述填充层M11内还安装有锚筋M12。

为了提高各拼装单元的竖向安装精度，并使连接面不渗水，保证操作腔内的干燥环境，在进行竖向拼装的各预制件之间（即第一预制件M和第二预制件N之间、以及相邻第二预制件N之间）均设置有榫卯定位止水结构。具体地，对于每一预制件（包括第一预制件M和第二预制件N），如图2所示，其环形侧壁的顶面上均设置有一环形的定位槽A1，该定位槽A1位于预制件侧壁的周缘处，且为靠近空腔设置的L型凹槽结构；在每一定位槽A1的外侧均开设有一环形止水槽A2，上述环形止水槽A2的横截面为半圆形结构，其内安装有空心橡胶棒，且空心橡胶棒头尾相接构成环形的止水带。通常情况下，空心橡胶棒的外径为止水槽A2内径的0.6-0.7倍，且空心橡胶棒的内径为其与止水槽A2内径差值的1.1-1.2倍，从而保证空心橡胶棒受压变形后能够填充在止水槽A2内形成密封止水结构。其次，每一筒状结构的预制件（即第二预制件N）侧壁底面边缘处设置有与定位槽A1相适配的插装榫，进行安装时，定位槽A1承托插装榫，并进行装配定位。每一第二预制件N的侧壁底面上与止水槽3相对的位置处为平面结构，从而能够使空心橡胶棒能够得到充分的挤压，从而保证止水效果。

本发明中相邻拼装单元的第一预制件M之间、同层第二预制件N之间均采用螺栓止水结构相连。上述螺栓止水结构包括：导向通道，具有贯穿设置在所述薄壁空腔结构相邻侧壁之间的第一段和第二段，所述第一段和第二段同轴等径设置；端密封件，分别设置在所述导向通道的两端；中间密封件，设置在导向通道内，分别位于第一段和第二段的中部；紧固件，包括设置在导向通道内的螺杆和与其相适配的端螺母，所述螺杆具有用于刺破所述端密封件和中间密封件的穿刺端。

具体地，如图8-10所示，以两相邻第一预制件M的连接结构为例对其进行说明。上述导向通道和中间密封件通常在构件预制过程中一起制作。对于左侧的第一预制件M，首先选取两根预埋钢管B11，在每根预埋钢管B11的一端焊接一连接法兰B12，将两连接法兰B12对置，并放置一橡皮板B13作为中间密封件，然后采用螺栓B14连接固定。将上述组合件预埋在左侧第一预制件M的预设连接位，预埋钢管B11的开口端分别与第一预制件M的外表面平齐，即两预埋钢管B11构成贯穿第一预制件M设置的第一段；同样地，在右侧的第一预制件M内安装同样结构的组合件，构成贯穿设置的第二段。装配时，第一段和第二段同轴等径设置，构成用于安装紧固件的导向通道。

上述紧固件包括设置在导向通道内的螺杆B21和与其相适配的端螺母B22，其中，螺杆B21为一端设置有刃口B23（即穿刺端）的双头螺杆，该刃口B23为直径小于导向通道内径的环形刃口。

安装时，首先将螺杆B21穿入导向通道，刃口B23依次穿过两道橡皮板B13（即中间密封件），然后从另一端穿出，接着，在螺杆B21的两端分别套接一端密封件，该端密封件为带有端盖B24的遇水膨胀橡皮塞B25，上述遇水膨胀橡皮塞B25为与导向通道的内径相适配的锥形塞，端盖B24的直径则大于导向通道的外径。最后，在螺杆B21上穿设垫片，并用端螺母B22旋紧固定，完成本发明止水结构的安装。

本发明中，螺杆B21的刃口B23在穿过两第一预制件M内的两道橡皮板B13后形成第一道止水，之后，又通过位于螺杆B21两端的端螺母B22压紧端密封件的端盖B24和遇水膨胀橡皮塞B25后形成第二道止水，整体形成效果良好的止水结构，能够有效防止预制构件的操作腔M1内进水，保持干燥的工作环境，保证施工安全性，提高工作效率。

上述导流墩在进行水下拼装时，采用带有纵向轨道的专用吊装设备，该轨道上安装有多组电动葫芦和手拉葫芦，并按照以下步骤进行：

S1：施工第一拼装单元Ⅰ，首先完成第一预制件M底板M2的止水带M4安装、内部灌浆管M7端部操作阀M8、盲板/堵头M9的安装、顶部环形止水槽A2内空心橡胶棒安放并检查无误后，采用专用吊装设备的电动葫芦，利用第一预制件M顶部四角的吊环起重，将第一预制件M运送到该预制件下沉就位处的正上方；

S2：采用专用吊装设备上的手拉葫芦，利用第一预制件M外侧的4个吊环，将第一预制件M的重量从电动葫芦转移到手拉葫芦后，拆卸顶部4个吊环的吊具，使电动葫芦返回，并参照第一步的方法转运一块第二预制件N；

S3：下降起重第一预制件M的四个手拉葫芦，使第一预制件M缓慢入水，到顶部露出水面约0.4m，顶部基本水平后停止下沉。此时第一预制件M入水，排开一定体积的水，产生一定的浮力，减轻了起重重量；

S4：使第二预制件N移动到第一预制件M正上方，然后缓慢下降电动葫芦，与第一预制件M相距2cm时，进行微调，并观察第二预制件N与第一预制件M的前后位置，前后、左右四个方向基本对齐后再缓慢下降一次电动葫芦，使第二预制件N与第一预制件M顶部的空心橡胶棒刚刚接触，之后，利用千斤顶等调整装置从内侧调整，确保前后、左右四个方向满足安装精度要求后，完全放松顶部的电动葫芦，使第二预制件N完全叠加在第一预制件M上方；

S5：在第二预制件N和第一预制件M之间穿入竖向螺栓，通过手孔按设计要求预紧力拧紧竖向螺母；

S6：在电动葫芦的保护下，下降4个手拉葫芦，使上述第二预制件N下沉到顶部露出水面0.4m。

S7：按照S4-S6的方法，完成第一拼装单元Ⅰ中其它第二预制件N的安装；

S8：顶层第二预制件N安装完成后，在电动葫芦的保护下，下降4个手拉葫芦，当底部的第一预制件M与原渠道底板相距约10cm时停止下降，通过固定在岸边的牵引装置调整已经安装好的导流墩姿态，达到设计要求的精度后，再次下沉到距离渠道底板约3cm后复测，确认无误后将第一拼装单元Ⅰ下沉就位到原渠道底板；

S9：按照S1-S8的方法，完成第二拼装单元Ⅱ的安装；

S10：按照从上到下的顺序将螺杆B21依次穿入每个导向通道内，并用端螺母B22旋紧，完成每组螺栓止水结构的安装，将第一拼装单元Ⅰ和第二拼装单元Ⅱ连接成整体；

S11：按照S9、S10的方法，完成第三拼装单元Ⅲ和第四单元Ⅳ的安装。

S12：混凝土预制件安装下沉就位到原渠道底板后，止水带M4与原渠道底板、预制导流墩底板M2形成一个密封的空腔结构（即填充腔M6），依次打开每个操作腔M1底部的灌浆管M7端部操作阀M8或盲板，抽掉填充腔M6内的水，利用灌浆管M7向填充腔M6内注入水泥浆，将预制装配式导流墩的荷载均匀的传递到原渠道底板。浆液凝固后，利用灌浆管M7植筋，将预制墩与原渠道连接成整体；

S13：向竖向预留灌浆孔内放入钢筋笼，然后向空腔内注入与导流墩同强度的灌浆料，将导流墩沿竖向每段浇筑成整体；

S14：顶部现浇层绑扎钢筋，在顶部浇筑混凝土，将各段的顶部通过现浇层形成等同圈梁的整体结构，完成施工。

需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是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。

Claims (2)

1.一种水下装配式预制导流墩，其特征在于：所述导流墩由墩头到墩尾的多个拼装单元依次组合而成，每一所述拼装单元均由第一预制件和依次设置在其上方的多个第二预制件叠合而成，所述第一预制件为带有底板的薄壁空腔结构，所述底板上设置有荷载均匀传递结构，所述第二预制件为与第一预制件相适配的薄壁空腔结构；相邻拼装单元的第一预制件之间、同层第二预制件之间均采用螺栓止水结构相连；

所述荷载均匀传递结构包括

密封部，呈封闭环状设置在第一预制件的底板上，用于与原有建筑物的底板相接形成填充腔；

灌浆部，设置在第一预制件的底板上，具有连通所述填充腔和第一预制件底板上部空间的第一状态，和阻断填充腔和第一预制件底板上部空间的第二状态；

所述密封部包括止水埋件和止水带，所述止水埋件沿周向设置在第一预制件的底板边缘处，所述止水带采用热胶结或冷胶结的接头构成环状后与止水埋件相连；

所述止水带为外侧面依次设置有未硫化橡胶层和遇水膨胀橡胶层的橡胶止水带；

所述灌浆部为设置在第一预制件底板上的多个灌浆管，所述灌浆管的顶部延伸至第一预制件底板的上部空间内，其中一个灌浆管上设置有操作阀，其余灌浆管上设置有盲板或堵头；

所述螺栓止水结构包括

导向通道，具有贯穿设置在所述薄壁空腔结构相邻侧壁之间的第一段和第二段，所述第一段和第二段同轴等径设置；

端密封件，分别设置在所述导向通道的两端；

中间密封件，设置在导向通道内，分别位于第一段和第二段的中部；

紧固件，包括设置在导向通道内的螺杆和与其相适配的端螺母，所述螺杆具有用于刺破所述端密封件和中间密封件的穿刺端；

所述第一段和第二段均为预埋钢管，且第一段和中间密封件、第二段和中间密封件均采用法兰连接结构；

所述第一预制件和第二预制件、相邻第二预制件的叠合面之间设置有榫卯定位止水结构。

2.根据权利要求1所述的水下装配式预制导流墩，其特征在于：所述中间密封件为橡皮板；所述端密封件为带有端盖的遇水膨胀橡皮塞，所述遇水膨胀橡皮塞与导向通道的内径相适配，所述端盖的直径大于导向通道的外径；所述螺杆为一端设置有刃口的双头螺杆，所述刃口为直径小于导向通道内径的环形刃口。