本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)及施工領(lǐng)域，適用于水上，特別是在惡劣海況條件下的海上引橋高樁承臺現(xiàn)澆施工。

背景技術(shù)：

目前，跨海大橋海上的高樁承臺采用吊箱施工，承臺澆筑施工前需要澆筑封底混凝土，從而變水中施工為干施工，由于受到海上潮汐、風(fēng)浪及臺風(fēng)等影響，海上鋼吊箱的受力情況較為復(fù)雜，封底混凝土的厚度需要根據(jù)承臺設(shè)計高度及厚度、水位、潮差、吊箱抗浮及承臺施工等綜合因素來確定，由于設(shè)計及施工邊界條件的限制，封底混凝土的厚度往往達(dá)不到強(qiáng)度和握裹力的要求。為了滿足封底混凝土的強(qiáng)度及握裹力的要求，對傳統(tǒng)工藝進(jìn)行如下介紹：

1)傳統(tǒng)工藝采用的方法(或臨時結(jié)構(gòu))：

第一種是通過增加封底混凝土的厚度來提高封底混凝土與鋼護(hù)筒的接觸面積，進(jìn)而提高封底混凝土的強(qiáng)度和握裹力。

第二種是采用剪力鍵。當(dāng)海上最低潮位低于封底混凝土的底標(biāo)高時，可以通過在鋼吊箱底板和封底混凝土之間的鋼護(hù)筒上焊接剪力鍵來提高封底混凝土的強(qiáng)度和握裹力。

第三種方法是將承臺分兩層澆筑。為了減小封底混凝土的受力，將承臺分兩層，分兩次次進(jìn)行澆筑，在封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，澆筑第一層承臺，第一層承臺達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，對承臺進(jìn)行鑿毛，依靠封底混凝土和第一層承臺的承載力來澆筑第二層承臺。

2)傳統(tǒng)方法的局限性：

經(jīng)過有限元軟件對吊箱的抽水工況和澆筑承臺工況進(jìn)行分析(見圖1、2)可知，對于封底混凝土底板而言，在高水位抽水時抗浮和低水位澆筑承臺過程中，底板的應(yīng)力較大的部位往往集中于鋼護(hù)筒位置附近，通過增加封底混凝土的厚度的方法，雖然可以提高混凝土的強(qiáng)度和握裹力，但是大部分封底混凝土沒有參與結(jié)構(gòu)受力，更重要的是這些封底混凝土還增加的結(jié)構(gòu)的重量，在承臺底標(biāo)高確定的情況下，增加了封底混凝土的底標(biāo)高，從而增加的吊箱的重量和封底混凝土的用量，影響的吊箱的施工安全，也增加了施工費用。

采用常規(guī)剪力鍵的方法雖然能直接針對封底混凝土應(yīng)力較大的部位進(jìn)行強(qiáng)度加強(qiáng)從而使得封底混凝土強(qiáng)度和握裹力滿足要求，但是這種方法只適用于海水低潮位低于封底混凝土底標(biāo)高的情況，如果在施工過程中沒有這個時間窗口，剪力鍵在水下無法焊接，從而使得這種方法不可行。因此采用這種方法只有在低潮位低于封底混凝土底板的情況才可行，這對于海上承臺的施工來說適用性是非常苛刻的。

采用承臺分層分次澆筑的方法雖然能解決封底混凝土的強(qiáng)度和握裹力的問題，但是分層澆筑需要等第一層承臺達(dá)到強(qiáng)度后才能施工第二層承臺，期間還要對第一層承臺進(jìn)行鑿毛，對于中小型的承臺而言影響了施工工期；而且還影響了承臺的外觀質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提出一種可以提高封底混凝土承載力的裝置及施工方法，在能克服外海惡劣的海況下，充分利用封底混凝土的自身強(qiáng)度和握裹力，極大程度的節(jié)約封底混凝土的用量和鋼吊箱的用鋼量；克服常規(guī)剪力鍵只能在低潮位低于封底混凝土底板的情況設(shè)置，在任何海況的高樁承臺施工都能滿足使用。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種可以提高封底混凝土承載力的裝置，包括鋼吊箱、鋼筋籠、拉壓桿以及導(dǎo)向裝置，鋼吊箱環(huán)繞各鋼護(hù)筒布置，鋼吊箱包括側(cè)壁和底板，側(cè)壁結(jié)構(gòu)采用環(huán)向次梁以及第二環(huán)向主梁與縱梁交叉焊接于壁板上作為內(nèi)模板，采用第一環(huán)向主梁與縱梁焊接于內(nèi)模板外側(cè)作為主要支撐梁系，內(nèi)模板內(nèi)側(cè)采用交叉的鋼管作為內(nèi)支撐，底板結(jié)構(gòu)采用箱型次梁和主梁交叉焊接于底板上作為底模支撐系統(tǒng)，底板內(nèi)側(cè)設(shè)置拉壓桿連接到鋼護(hù)筒上，外側(cè)通過對拉鋼筋將側(cè)壁與底板拉緊，每一鋼護(hù)筒在靠近頂部位置的側(cè)壁都設(shè)有用以鋼吊箱下放導(dǎo)向的導(dǎo)向裝置，每一鋼護(hù)筒在底板上方設(shè)置有環(huán)繞該鋼護(hù)筒的鋼筋籠，鋼筋籠由封底混凝土澆筑固定。

作為選擇，導(dǎo)向裝置垂直鋼護(hù)筒外壁固定，且其朝向鋼吊箱四角。

作為選擇，還包括懸挑梁和吊桿，懸挑梁固定于鋼護(hù)筒頂面，吊桿連接懸挑梁和鋼吊箱底板。

作為進(jìn)一步選擇，懸挑梁包括下挑梁和上挑梁，下挑梁固定于鋼護(hù)筒頂面，上挑梁由千斤頂支撐于下跳梁上方，吊桿連接上、下挑梁和鋼吊箱底板。

采用前述裝置進(jìn)行承臺施工的方法，步驟依次為：

步驟一：施工墩位處的鋼護(hù)筒內(nèi)混凝土樁灌注完成；

步驟二：依托鋼護(hù)筒在設(shè)計標(biāo)高位置安裝牛腿，牛腿用以在鋼吊箱底板下方支撐鋼吊箱；

步驟三：依次完成鋼吊箱底板、鋼筋籠及下挑梁的安裝；

步驟四：鋼護(hù)筒上安裝鋼吊箱下放時的導(dǎo)向裝置，并將鋼筋籠臨時懸掛在導(dǎo)向裝置上；

步驟五：安裝鋼吊箱下放時的吊桿、千斤頂及上挑梁，鋼吊箱底板焊接拉壓桿；

步驟六：安裝鋼吊箱側(cè)壁及其內(nèi)支撐，利用對拉鋼筋將側(cè)壁與底板進(jìn)行連接；

步驟七：通過千斤頂頂升上挑梁，上挑梁通過吊桿將鋼吊箱提升一定距離，然后割除鋼吊箱下方的牛腿，通過吊桿下放鋼吊箱至設(shè)計標(biāo)高；

步驟八：下放鋼筋籠到底板位置，在鋼護(hù)筒上安裝拉壓桿，拉壓桿連接鋼護(hù)筒和鋼吊箱底板，拉壓桿安裝完畢以后拆除吊桿、上挑梁和千斤頂；

步驟九：澆筑封底混凝土，鋼筋籠由封底混凝土澆筑固定；

步驟十：封底混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后抽水，割除封底混凝土以上的鋼護(hù)筒、拉壓桿，拆除下挑梁；

步驟十一：將鋼筋籠露出封底混凝土上表的部分彎折放入鋼護(hù)筒里面的樁內(nèi)；

步驟十二：完成承臺一次性澆筑。

前述本發(fā)明主方案及其各進(jìn)一步選擇方案可以自由組合以形成多個方案，均為本發(fā)明可采用并要求保護(hù)的方案；且本發(fā)明，(各非沖突選擇)選擇之間以及和其他選擇之間也可以自由組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明方案后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和公知常識可明了有多種組合，均為本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案，在此不做窮舉。

本發(fā)明的有益效果：克服了常規(guī)剪力鍵的使用局限，同時又克服了需要增加封底混凝土厚度來滿足封底混凝土強(qiáng)度和握裹力的要求的缺點，對于橋墩數(shù)量較多的海上引橋，采用該新型結(jié)構(gòu)及其施工工藝，能有效地節(jié)約工程造價，提高施工效率，確保了海上高樁承臺的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

①結(jié)構(gòu)自重輕、造價低：

通過這種裝置及施工工藝，避免了承臺一次澆筑的情況下需要增加封底混凝土厚度來滿足封底混凝土強(qiáng)度和握裹力的要求，減少了封底混凝土的用量和鋼吊箱的高度。

②結(jié)構(gòu)安裝方便快捷，提高了施工功效，降低了施工風(fēng)險：

在鋼吊箱下放前期，鋼筋籠已經(jīng)完成了加工和布置，鋼吊箱下放到位后對鋼吊箱底板與鋼護(hù)筒接口封堵以后，鋼筋籠也隨之下放到位，無需現(xiàn)場焊接加工，提高了施工功效，整個施工都在水上施工，降低了施工風(fēng)險。

③結(jié)構(gòu)受力可靠，最大限度地利用現(xiàn)有材料的承載能力：

通過大型有限元計算，全面分析了在鋼護(hù)筒周圍的封底混凝土內(nèi)設(shè)置鋼筋籠的情況下，能夠通過提高該位置的混凝土強(qiáng)度來提高封底混凝土的握裹力和承載力確保了結(jié)構(gòu)的安全性和可行性。整個體系受力明確，傳力可靠、便于施工。

④克服了常規(guī)剪力鍵的使用局限，具有廣泛的適用性：

常規(guī)剪力鍵只能在低潮位低于封底混凝土底板的情況設(shè)置，采用這種鋼筋籠裝置及改進(jìn)后的施工工藝在任何海況的高樁承臺施工都能滿足使用。

附圖說明

圖1是封底混凝土應(yīng)力分布圖；

圖2是封底混凝土應(yīng)力分布圖；

圖3是本專利鋼吊箱平面圖；

圖4是本專利鋼吊箱剖面圖；

圖5是本專利鋼護(hù)筒上牛腿布置平面圖；

圖6是本專利鋼護(hù)筒上牛腿布置立面圖；

圖7是本專利鋼護(hù)筒下挑梁布置平面圖；

圖8是本專利鋼護(hù)筒下挑梁、吊箱底板及鋼筋籠布置立面圖；

圖9是本專利鋼吊箱導(dǎo)向裝置布置平面圖；

圖10是本專利鋼吊箱導(dǎo)向裝置布置立面圖；

圖11是本專利吊桿、千斤頂及上挑梁立面布置圖；

圖12是本專利鋼吊箱吊裝吊桿平面布置圖；

圖13是本專利割除吊箱下部的牛腿后的立面圖；

圖14是本專利吊箱下放到位后的立面圖；

圖15是本專利鋼精籠下放到位、拉壓桿安裝完成后的立面圖；

圖16是本專利鋼精籠下放到位、拉壓桿安裝完成后的鋼吊箱平面圖；

圖17是本專利封底混凝土澆筑后的立面圖；

圖18是本專利割除多余鋼護(hù)筒、拉壓桿和下放裝置后的立面圖；

圖19是本專利鋼吊箱完成抽水鋼筋籠頂部鋼筋彎折進(jìn)入樁基后的立面圖；

圖20是本專利鋼吊箱完成承臺澆筑后的立面圖；

其中1為鋼吊箱、2為鋼筋籠、21為鋼筋籠出露部分、3為拉壓桿、4為導(dǎo)向裝置、5為吊桿、6為鋼護(hù)筒、7為對拉鋼筋、8為封底混凝土、9為下挑梁、10為上挑梁、11為千斤頂、12為牛腿、13為承臺、110為側(cè)壁、120為底板、130為鋼管、101為環(huán)向次梁、102為第二環(huán)向主梁、103為縱梁、104為壁板、105為第一環(huán)向主梁、106為箱型次梁、107為主梁。

具體實施方式

下列非限制性實施例用于說明本發(fā)明。

參考圖3、4和17所示，一種可以提高封底混凝土承載力的裝置，包括鋼吊箱1、鋼筋籠2、拉壓桿3以及導(dǎo)向裝置4，還包括懸挑梁和吊桿5，鋼吊箱環(huán)繞各鋼護(hù)筒6布置(如圖所示，鋼吊箱環(huán)繞兩組4個鋼護(hù)筒共8個鋼護(hù)筒進(jìn)行布置)，鋼吊箱包括側(cè)壁110和底板120，側(cè)壁結(jié)構(gòu)采用環(huán)向次梁101以及第二環(huán)向主梁102與縱梁103交叉焊接于壁板104上作為內(nèi)模板，采用第一環(huán)向主梁105與縱梁103焊接于內(nèi)模板外側(cè)作為主要支撐梁系，內(nèi)模板內(nèi)側(cè)采用十字交叉的鋼管130作為內(nèi)支撐，底板結(jié)構(gòu)采用箱型次梁106和主梁107交叉焊接于底板上作為底模支撐系統(tǒng)，底板內(nèi)側(cè)設(shè)置拉壓桿3連接到鋼護(hù)筒6上，外側(cè)通過對拉鋼筋7將側(cè)壁110與底板120拉緊，對拉鋼筋7連接第二環(huán)向主梁102和底板120，每一鋼護(hù)筒6在靠近頂部位置的側(cè)壁都設(shè)有用以鋼吊箱1下放導(dǎo)向的導(dǎo)向裝置4，導(dǎo)向裝置4垂直鋼護(hù)筒6外壁固定，且其朝向鋼吊箱1四角；如圖所示，兩組鋼護(hù)筒上的導(dǎo)向裝置對稱設(shè)置，且各組靠內(nèi)側(cè)的鋼護(hù)筒上設(shè)置一個導(dǎo)向裝置，靠外側(cè)的鋼護(hù)筒上設(shè)置兩個導(dǎo)向裝置。每一鋼護(hù)筒6在底板120上方設(shè)置有環(huán)繞該鋼護(hù)筒6的鋼筋籠2，鋼筋籠2在之后由封底混凝土8澆筑固定，鋼筋籠2用以增加鋼護(hù)筒6附近的封底混凝土8強(qiáng)度和握裹力。懸挑梁水平設(shè)置并固定于鋼護(hù)筒6頂面，懸挑梁包括上下平行設(shè)置的下挑梁9和上挑梁10，下挑梁10固定于鋼護(hù)筒6頂面，上挑梁9由千斤頂11支撐于下跳梁10上方，吊桿5連接上、下挑梁9、10和鋼吊箱底板120，通過吊桿5完成鋼吊箱1沿鋼護(hù)筒6的下放，導(dǎo)向裝置4在下放過程中對鋼吊箱1進(jìn)行導(dǎo)向，防止鋼吊箱1下放過程中發(fā)生偏位和傾斜。

以平面尺寸為11m×26m，承臺厚度為3.5m的引橋承臺為例，結(jié)構(gòu)組成介紹如下：

側(cè)壁結(jié)構(gòu)采用I14的環(huán)向次梁101以及HN400x150x8/13的第二環(huán)向主梁102與HN350x175x7/11的縱梁103交叉焊接于8mm壁板104上作為內(nèi)模板，采用HM588X300X8/12的第一環(huán)向主梁105與縱梁103焊接于內(nèi)模板外側(cè)作為主要支撐梁系，內(nèi)模板內(nèi)側(cè)采用交叉的φ630×8鋼管130作為內(nèi)支撐。

底板結(jié)構(gòu)采用B 200x100x6的箱型次梁106和2HN 400x150x8/13的主梁107交叉焊接于6mm底板上作為底模支撐系統(tǒng)。底板120內(nèi)側(cè)設(shè)置拉壓桿3連接到鋼護(hù)筒6上，外側(cè)通過對拉鋼筋7將側(cè)壁110與底板120拉緊。底板120上方布置有鋼筋籠2，之后由封底混凝土8(C25封底混凝土1.5m)澆注固定。鋼護(hù)筒6上布置有導(dǎo)向裝置4。

參考圖3-20所示，采用前述裝置進(jìn)行承臺施工的方法，步驟依次為：

步驟一：施工墩位處的鋼護(hù)筒6內(nèi)混凝土樁灌注完成；

步驟二：依托鋼護(hù)筒6在鋼護(hù)筒6上設(shè)計標(biāo)高位置安裝牛腿12，牛腿12用以在鋼吊箱1底板120下方支撐鋼吊箱1；如圖所示，每個鋼護(hù)筒上設(shè)置2個八字形布置的牛腿，同組鋼護(hù)筒上的牛腿朝向一致，不同組的鋼護(hù)筒上的牛腿相向設(shè)置(見附圖5、6)。

步驟三：依次完成鋼吊箱底板120、鋼筋籠2及下挑梁9的安裝，各下挑梁9水平平行設(shè)置，且與鋼護(hù)筒6垂直，其兩端伸出鋼護(hù)筒6外形成懸挑梁(見附圖7、8)；

步驟四：鋼護(hù)筒6上安裝鋼吊箱1下放時的導(dǎo)向裝置4，并將鋼筋籠2臨時懸掛在導(dǎo)向裝置4上(見附圖9、10)；

步驟五：安裝鋼吊箱1下放時的吊桿5、千斤頂11及上挑梁10，每一鋼護(hù)筒6相對兩側(cè)均設(shè)置一吊桿5，鋼吊箱1底板120焊接拉壓桿3(見附圖11、12)；

步驟六：安裝鋼吊箱側(cè)壁110及其內(nèi)支撐鋼管130，利用對拉鋼筋7將側(cè)壁110與底板120進(jìn)行連接；

步驟七：通過千斤頂11頂升上挑梁10，上挑梁10通過吊桿5將鋼吊箱1提升一定距離，然后割除鋼吊箱1下方的牛腿12，通過吊桿5下放鋼吊箱1至設(shè)計標(biāo)高，下放時導(dǎo)向裝置4予以導(dǎo)向(見附圖13、14)；

步驟八：下放鋼筋籠2到底板120位置，在鋼護(hù)筒6上安裝拉壓桿3，拉壓桿3連接鋼護(hù)筒6和鋼吊箱底板120，拉壓桿3安裝完畢以后拆除吊桿5、上挑梁10和千斤頂11(見附圖15、16)；

步驟九：澆筑封底混凝土8，鋼筋籠2由封底混凝土澆筑固定(見附圖17)；

步驟十：封底混凝土8達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后抽水，割除封底混凝土以上的鋼護(hù)筒6、拉壓桿3，拆除下挑梁9(見附圖18)；

步驟十一：將鋼筋籠2露出封底混凝土8上表的出露部分21彎折放入鋼護(hù)筒6里面的樁內(nèi)(見附圖19)；

步驟十二：完成承臺13一次性澆筑(見附圖20。)

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。