CN116641339A - 一种桩井式沉箱码头结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桩井式沉箱码头结构的施工方法，将预制的重力式沉箱下沉至整平后的基床上后，在重力式沉箱内部设置桩基系统，其包括多根桩基，所述重力式沉箱的每个舱格内均对应设置一根桩基，所述桩基下端向下延伸至持力层内，所述桩基上端位于重力式沉箱内部，然后在所述重力式沉箱舱格内部填充回填料并夯实以将所述桩基位于重力式沉箱内部的部分与所述重力式沉箱连接为一体。本发明的施工方法形成的码头结构提高了对地基的适应性，减少了清淤整平工序，并且还能提高沉箱的竖向承载力、水平抗剪力以及抗倾覆能力，有效防止陆面的坍塌，进一步优化施工工艺和作业环境，推动重力式沉箱码头在港口工程中的质量提升。

Description

一种桩井式沉箱码头结构的施工方法

技术领域

本发明涉及港口工程建造沉箱码头施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种桩井式沉箱码头结构的施工方法。

背景技术

随着国内外经济的快速发展，在水陆交通的运输过程中，船舶呈现大型化的发展趋势。伴随着货物需求量的增加，港口面临的压力也逐渐增大，其建设规模也在不断的扩增。目前码头的结构形式主要分为桩基结构和重力式沉箱结构两大类。重力式沉箱码头适用于地基较好的地区，对码头地面超载和装卸工艺变化适应性强，具有钢材用量少、工程耐久性好等优点，当前沿海地区重力式码头应用较多。

但是，重力式沉箱码头对地基承载力要求比较高，且在施工过程中会出现基槽回淤过快、码头主体沉降等问题，随着码头水深的增加，沉箱码头的造价也急剧上升。目前在施工过程中，也会采取一些相应的对策，例如针对基槽回淤的问题，在制定施工方案时，往往会首先安排疏浚，然后再进行基槽开挖。当表层地基承载力达不到要求时，还会采用换置地基、复合地基等方法来进行处理。

以上仍未从根本上解决持力层地基处理的问题，伴随着基槽开挖、整平等工艺，项目的工期和成本进一步增加，无法取得理想的经济效益。面对工程量大、工期短的工程优势仍然不够显著，难以满足日益增长的工程快节奏建造需求。

中国专利公告号CN202989857U，公开了一种加固型重力式沉箱码头结构，其包括重力式沉箱码头主体结构和若干桩基，所述重力式沉箱码头主体结构中的基床上设置有注浆加固体。其桩基仅植入在沉箱前趾下的部分仓格内，整体的抗倾覆能力较差。

中国专利公告号CN216041271U，公开了一种在地基基础中设抗滑桩的重力式沉箱码头结构，所述沉箱的左右两侧均设置有插板，抗滑桩的数量设置为多个，最外侧的所述抗滑桩之间固定连接有连续墙，虽然该结构通过增加抗滑桩与地基的接触面积提高整体了的稳定性，但是相应的也增加了地基处理工序，导致施工复杂繁琐，且箱体适用于泥沙地质，对地基的适应程度不高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种桩井式沉箱码头结构的施工方法，通过在沉箱内部预设钢护筒，然后打入桩基至持力层，沉箱和下部桩基结构连接在一起，该结构形式提高了对地基的适应性，减少了清淤整平工序，并且还能提高沉箱的竖向承载力、水平抗剪力以及抗倾覆能力，有效防止陆面的坍塌，进一步优化施工工艺和作业环境，推动重力式沉箱码头在港口工程中的质量提升。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种桩井式沉箱码头结构的施工方法，将预制的重力式沉箱下沉至整平后的基床上后，在重力式沉箱内部设置桩基系统，其包括多根桩基，所述重力式沉箱的每个舱格内均对应设置一根桩基，所述桩基下端向下延伸至持力层内，所述桩基上端位于重力式沉箱内部，然后在所述重力式沉箱舱格内部填充回填料并夯实以将所述桩基位于重力式沉箱内部的部分与所述重力式沉箱连接为一体。

优选的是，所述桩基系统还包括辅助机构，其包括钢护筒及其外壁上固定设置的环形固定板，所述环形固定板上环向间隔设置多个肋板，所述肋板分别固定连接钢护筒及环形固定板，重力式沉箱下沉后，先在重力式沉箱舱格内设置辅助机构，然后先填充一部分回填料以将辅助机构与重力式沉箱连接为一体，搭设钻孔施工平台后再在钢护筒内施工桩基，待桩基施工完成后再在重力式沉箱舱格内继续向上填充回填料。

优选的是，所述重力式沉箱外壁底端还设置有刃脚，其内侧面倾角为45°～60°，重力式沉箱下沉后且辅助机构设置完成后，先水下浇筑重力式沉箱底板混凝土形成底板，辅助机构位于底板内，底板将所述重力式沉箱舱格内部形成为密封空间，然后再填充回填料及后续桩基施工。

优选的是，所述辅助机构设置时，钢护筒顶面通过设置密封钢板进行密封，以形成桩基施工的干作业环境。

优选的是，所述重力式沉箱预制时还在其舱壁上设置有预留牛腿，其高于所述钢护筒的高度，所述预留牛腿用于搭设桩基施工的施工平台，回填料最终的填充高度高于预留牛腿的高度。

优选的是，重力式沉箱设置一个或多个，多个重力式沉箱之间连接为一体，多个重力式沉箱底标高差异化设置，顶标高相同；所述桩基在持力层内的深度差异化设置。

优选的是，具体包括如下步骤：

步骤一、在预制场预制重力式沉箱、钢护筒、钢筋笼、预留牛腿，并将预留牛腿根据设计位置要求及数量焊接于重力式沉箱舱壁上，每个重力式沉箱舱壁上的预留牛腿均匀分布设置至少两个，重力式沉箱外壁底端设置有刃脚，钢护筒预制完成后在其外壁固定设置环形固定板，所述环形固定板上环向间隔设置多个肋板，所述肋板分别固定连接钢护筒及环形固定板；

步骤二、重力式沉箱运送至整平后的基床安装位置，并通过挖土结合刃脚辅助下沉的施工工序将重力式沉箱下降至设计的深度后，对重力式沉箱的姿态调整至设计标准；

步骤三、在重力式沉箱的每个舱格的中心均竖直设置一根钢护筒，所述钢护筒的底部与所述重力式沉箱的底端平齐，所述钢护筒设置时顶面设置有密封钢板密封，所述钢护筒顶端高于重力式沉箱的底端不小于3m；

步骤四、水下浇筑重力式沉箱的底板混凝土，形成重力式沉箱的底板，所述底板的底面与所述钢护筒底端平齐，所述钢护筒上的环形固定板以及多个肋板位于底板内并与底板浇筑连接为一体；

步骤五、对重力式沉箱舱格内进行抽水作业，以实现桩基的干施工作业环境；

步骤六、在重力式沉箱舱格内填充回填料至预留牛腿下方，然后在预留牛腿上布设施工平台，并拆除钢护筒上的密封钢板，在钢护筒内施工形成桩基；

步骤七、在重力式沉箱舱格内部继续填充回填料并夯实至高于预留牛腿高度，以增加桩基与重力式沉箱之间的连接强度；

步骤八、重力式沉箱外护面施工；

步骤九、重力式沉箱上部胸墙及护舷构件施工。

优选的是，所述重力式沉箱预制时舱壁内壁上预埋有预埋钢板，通过预埋钢板与预留牛腿焊接。

优选的是，所述桩基施工包括：在施工平台上沿钢护筒向下方持力层内钻孔至桩基设计深度，然后下放钢筋笼至钻孔内，最后在钻孔内浇筑混凝土。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明提供了一种桩井式沉箱码头结构的施工方法，区别于传统的沉箱施工方法，只需在井内挖土进行取土下沉，使沉箱下沉到重力可达到的深度，在前期避免了进行大面积清淤、水下爆破、夯实整平等工序，能有效的保证施工的安全性能，减少了地基处理的工作量和成本，同时利用在预留牛腿上搭设的钻孔平台进行桩基施工，无需采用打桩船，减少了海上作业。

2、本发明提供的桩井式沉箱码头结构，沉箱和桩基系统共同承受载荷的作用，相比于现有技术，使得基础的稳定性和耐久性更好，即使某根桩基与沉箱的底板之间的连接发生了破坏，还有其余的节点共同保证下部基础的连接强度，更好的发挥了桩井式沉箱结构的稳定性和可靠性。

3、本发明的回填料分次浇筑以及辅助机构的设置，可有效防止在注浆过程中桩基的位置发生偏移，增强了下部整体结构的连接强度。

4、本发明的下部结构相比于传统的重力式沉箱结构，可减少沉箱的高度，减少了整个结构受到的倾覆力矩，不仅增强了抗倾覆、抗滑移以及水平抗剪性能，还降低了沉箱的造价，有效提高经济效益，可适用于在淤泥、粘土以及岩石等多种地质上建造大型沉箱码头结构。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明桩井式沉箱码头结构图；

图2为本发明重力式沉箱底板的剖面图；

图3为本发明重力式沉箱底板与钢护筒处连接构件立面图；

图4为本发明桩井式沉箱码头结构施工方法流程图；

图5为本发明桩井式沉箱码头结构钻孔施工平台布设示意图。

附图标记说明：

1、重力式沉箱，2、钢护筒，3、桩基，4、回填料，5、肋板，6、环形固定板，7、基床，8、持力层，9、护舷构件，10、胸墙，11、钢筋笼，12、刃脚，13、预留牛腿，14、施工平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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。

实施例

如图1至5所示，本发明提供一种桩井式沉箱码头结构的施工方法，码头结构包括上部结构和下部结构，码头上部结构包括胸墙10、混凝土面层等，在码头的前端还设有护舷构件9，这些都为常规的结构；码头下部结构区别于常规结构，重力式沉箱1和桩基3系统共同构成码头的下部结构，回填料4填充在重力式沉箱1的舱格内部，夯实后将重力式沉箱1和桩基3系统连接成一个整体，所述桩基3系统包括的桩基3均匀分布在重力式沉箱1舱格内部，该新型结构解决了地基处理难题，同时加强了重力式沉箱1的稳定性，大幅度提升了码头结构的安全性和耐久度。

施工方法具体包括如下步骤：

步骤一、在预制场预制重力式沉箱1、钢护筒2、钢筋笼11、预留牛腿13，预制场的建设需满足预制构件安装或存放的进度需求，沉箱预制时，需要设计合理的进水口、通水孔、拉环等预埋件，对处于水位变化区的混凝土表面做好防腐处理提高混凝土的耐久性。将预留牛腿13根据设计位置及数量要求焊接于重力式沉箱1舱壁上，每个重力式沉箱1舱壁上的预留牛腿13均匀分布设置至少两个，重力式沉箱1外壁底端设置有刃脚12，钢护筒2预制完成后在其外壁固定设置环形固定板6，所述环形固定板6上环向间隔设置多个肋板5，所述肋板5分别固定连接钢护筒2及环形固定板6。

重力式沉箱1包括刃脚12、井壁即外壁、内隔墙将沉箱分割为多个舱格、底板(后期水下浇筑形成)、顶盖、气筒、气闸及人孔等。刃脚12是井壁最下端的尖角部分，刃脚12外侧与沉箱外壁竖直平行，刃脚12内侧为斜面，内侧面的倾角通常为45°～60°，为沉箱结构在复杂地质条件下的下沉提供了保障。钢护筒2及其外设置的环形固定板6和肋板5共同组成为辅助机构，环形固定板6设置为紧贴重力式沉箱1底板，肋板5沿钢护筒2轴向间隔分布，环形固定板6以及肋板5通过焊接或固定螺栓与钢护筒2外壁进行连接，通过设置环形固定板6能够增加沉箱与钢护筒2的接触面积。预留牛腿13设置在沉箱舱壁，均匀分布在钢护筒2两侧，其结构包括牛腿钢壳以及后期浇筑在牛腿钢壳内的混凝土组成，在连接区域通过焊接预留钢板与预制沉箱连接，重力式沉箱1预制时内壁上预埋有预埋钢板，其与预留牛腿13焊接，避免了附加结构及预留牛腿13焊接对沉箱的损坏，同时施工更加方便快捷。抽水形成干施工平台14后也可在预留牛腿13上布设施工平台14，为桩基3施工创造了良好的施工环境，如图5所示。

沉箱的数量根据码头岸线设计为一个或者多个，多个沉箱之间设置连接件进行连接。相连各沉箱的底标高可根据海床基底岩石起伏的情况差异化设置，顶标高设置相同，有效减少水下炸礁。所述桩基3的入土深度可根据沉箱底的地质情况及沉箱的受力情况进行差异化设置。桩基3系统总的竖向承载力占整个码头竖向荷载的50％～60％为宜。

步骤二、重力式沉箱1采用半潜驳出运，并采用浮吊等吊装设备运送至整平后的基床7安装位置，并采用挖泥船进行挖土结合刃脚12辅助下沉的施工工序将重力式沉箱1下降至设计的深度后，利用锚锭系统对重力式沉箱1的姿态调整至设计标准。

步骤三、在重力式沉箱1的每个舱格的中心均竖直设置一根钢护筒2，所述钢护筒2的底部与所述重力式沉箱1的底端平齐，所述钢护筒2向下设置时顶面设置有密封钢板密封，所述钢护筒2向上距离底板具有一定的预设高度，一般顶端高于重力式沉箱1的底板不小于3m。

步骤四、水下浇筑重力式沉箱1的底板混凝土，形成重力式沉箱1的底板，所述底板与底面与所述钢护筒2底端平齐，所述钢护筒2上的环形固定板6以及多个肋板位于底板内并与底板浇筑连接为一体；浇筑混凝土要求较高，必须具有水下不分离性、自密实性、低泌水性和缓凝等特性。

步骤五、对重力式沉箱1内进行抽水作业，以实现桩基3的干施工作业环境。

步骤六、在重力式沉箱1舱格内填充回填料4至预留牛腿13下方，然后在预留牛腿13上布设施工平台14，并拆除钢护筒2上的密封钢板，在钢护筒2内施工形成桩基3；

通过起吊设备，吊入钻机，沿着钢护筒2向下通过机械钻孔至桩基3的设计深度，在持力层8中形成桩孔，根据地质条件的不同确定钻孔深度，并在其内放置钢筋笼11，然后灌注混凝土，等到混凝土强度达到要求后形成下部桩基3系统，实现竖向载荷的传递。所述钢筋笼11包括竖向钢筋和环向钢筋，钢筋笼11植入深度为基床7下方的持力层8预设深度，浇筑混凝土后形成桩基3，增加下部结构的抗滑移和抗倾覆稳定性。

步骤七、在重力式沉箱1内部继续填充回填料4并夯实至高于预留牛腿13高度，以增加桩基3与重力式沉箱1之间的连接强度；

回填料4填充在沉箱各个舱格内部，步骤六中填充时，其厚度大于底板的高度，小于预留牛腿13的高度，优选的是采用浇筑封水混凝土或者固定填料，使沉箱和钢护筒2形成整体结构，形成桩井式沉箱码头结构。步骤七中，桩基3施工完成后，再次填充回填料4至预留牛腿13上方，使得沉箱与桩基3系统形成为整体式结构，回填料4的厚度视预留牛腿13的高度而定，埋设的预留牛腿13同时起到了抗剪的作用。回填料4简单整平后与预埋牛腿能够作为桩基3钻孔施工平台14使用，在施工平台14上面放置钻孔机械后进行桩基3施工，减少了船舶海上作业，在保证成桩质量的同时降低了作业成本。

如图2所示，在沉箱内有数个舱格，每个舱格内部的中心都设置一个桩基3，下部桩基3浇筑完成后，在沉箱的舱格内部填充回填料4，有效防止下部桩基3和沉箱之间的相对位移，更好的发挥了地基自身的承载性能。这种复合结构的优势在于结合了重力式沉箱1和桩基3两种结构，即使某根桩基3与沉箱的底板之间的连接发生了破坏，还有其余的节点共同保证下部基础的连接强度，更好的发挥了桩井式沉箱结构的稳定性和可靠性。

步骤八、如图5所示，重力式沉箱1外护面施工；采用挖泥船清除沉箱周围基床7区域的泥面至设计标高，简单整平后铺设扭王字块或者抛石进行护面施工，实现下部基础的着床固定。

步骤九、解除锚锭系统，重力式沉箱1上部胸墙10、面板及护舷构件9等施工。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，将预制的重力式沉箱下沉至整平后的基床上后，在重力式沉箱内部设置桩基系统，其包括多根桩基，所述重力式沉箱的每个舱格内均对应设置一根桩基，所述桩基下端向下延伸至持力层内，所述桩基上端位于重力式沉箱内部，然后在所述重力式沉箱舱格内部填充回填料并夯实以将所述桩基位于重力式沉箱内部的部分与所述重力式沉箱连接为一体。

2.如权利要求1所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，所述桩基系统还包括辅助机构，其包括钢护筒及其外壁上固定设置的环形固定板，所述环形固定板上环向间隔设置多个肋板，所述肋板分别固定连接钢护筒及环形固定板，重力式沉箱下沉后，先在重力式沉箱舱格内设置辅助机构，然后先填充一部分回填料以将辅助机构与重力式沉箱连接为一体，搭设钻孔施工平台后再在钢护筒内施工桩基，待桩基施工完成后再在重力式沉箱舱格内继续向上填充回填料。

3.如权利要求2所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，所述重力式沉箱外壁底端还设置有刃脚，其内侧面倾角为45°～60°，重力式沉箱下沉后且辅助机构设置完成后，先水下浇筑重力式沉箱底板混凝土形成底板，辅助机构位于底板内，底板将所述重力式沉箱舱格内部形成为密封空间，然后再填充回填料及后续桩基施工。

4.如权利要求3所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，所述辅助机构设置时，钢护筒顶面通过设置密封钢板进行密封，以形成桩基施工的干作业环境。

5.如权利要求3所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，所述重力式沉箱预制时还在其舱壁上设置有预留牛腿，其高于所述钢护筒的高度，所述预留牛腿用于搭设桩基施工的施工平台，回填料最终的填充高度高于预留牛腿的高度。

6.如权利要求1所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，重力式沉箱设置一个或多个，多个重力式沉箱之间连接为一体，多个重力式沉箱底标高差异化设置，顶标高相同；所述桩基在持力层内的深度差异化设置。

7.如权利要求1所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一、在预制场预制重力式沉箱、钢护筒、钢筋笼、预留牛腿，并将预留牛腿根据设计位置要求及数量焊接于重力式沉箱舱壁上，每个重力式沉箱舱壁上的预留牛腿均匀分布设置至少两个，重力式沉箱外壁底端设置有刃脚，钢护筒预制完成后在其外壁固定设置环形固定板，所述环形固定板上环向间隔设置多个肋板，所述肋板分别固定连接钢护筒及环形固定板；

步骤二、重力式沉箱运送至整平后的基床安装位置，并通过挖土结合刃脚辅助下沉的施工工序将重力式沉箱下降至设计的深度后，对重力式沉箱的姿态调整至设计标准；

步骤三、在重力式沉箱的每个舱格的中心均竖直设置一根钢护筒，所述钢护筒的底部与所述重力式沉箱的底端平齐，所述钢护筒设置时顶面设置有密封钢板密封，所述钢护筒顶端高于重力式沉箱的底端不小于3m；

步骤四、水下浇筑重力式沉箱的底板混凝土，形成重力式沉箱的底板，所述底板的底面与所述钢护筒底端平齐，所述钢护筒上的环形固定板以及多个肋板位于底板内并与底板浇筑连接为一体；

步骤五、对重力式沉箱舱格内进行抽水作业，以实现桩基的干施工作业环境；

步骤六、在重力式沉箱舱格内填充回填料至预留牛腿下方，然后在预留牛腿上布设施工平台，并拆除钢护筒上的密封钢板，在钢护筒内施工形成桩基；

步骤七、在重力式沉箱舱格内部继续填充回填料并夯实至高于预留牛腿高度，以增加桩基与重力式沉箱之间的连接强度；

步骤八、重力式沉箱外护面施工；

步骤九、重力式沉箱上部胸墙及护舷构件施工。

8.如权利要求1所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，所述重力式沉箱预制时舱壁内壁上预埋有预埋钢板，通过预埋钢板与预留牛腿焊接。

9.如权利要求1所述的桩井式沉箱码头结构的施工方法，其特征在于，所述桩基施工包括：在施工平台上沿钢护筒向下方持力层内钻孔至桩基设计深度，然后下放钢筋笼至钻孔内，最后在钻孔内浇筑混凝土。