一種加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)及其施工方法。該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，包括加固地基、砂石墊層、沉箱、鉆孔樁、樁底注漿、沉箱底注漿、封底混凝土和沖刷防護(hù)。其主要施工方法是：采用水下擠密砂樁或深層水泥土攪拌樁等對(duì)地基進(jìn)行加固，在加固地基上鋪設(shè)砂石墊層，在砂石墊層上沉放設(shè)有裙邊、沉樁導(dǎo)向孔和注漿預(yù)留管的沉箱，在沉箱就位后通過沉樁導(dǎo)向孔施工鉆孔樁，鉆孔樁施工完成后在沉箱內(nèi)底部澆筑封底混凝土，通過箱底注漿預(yù)留管對(duì)沉箱底進(jìn)行注漿，通過樁內(nèi)注漿管進(jìn)行樁底注漿，最后澆注沉箱頂板。上述施工過程中根據(jù)需要在沉箱四周進(jìn)行沖刷防護(hù)。本發(fā)明能夠有效提高沉箱的豎向和水平向承載能力、控制沉箱沉降和水平位移。
【專利說明】一種加固地基的沉箱與粧組合基礎(chǔ)及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種軟土地基橋梁沉箱基礎(chǔ)及其地基處理技術(shù)，特別是一種加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著橋梁建設(shè)從內(nèi)陸走向外海，深水、軟基、強(qiáng)風(fēng)、急流、波浪、強(qiáng)震等建設(shè)條件更加復(fù)雜?？绾蛄夯A(chǔ)往往位于深水區(qū)，存在軟土、砂土、粘性土、碎(卵)石土交替的厚覆蓋層，且覆蓋層中還可能分布有不均的軟(硬)夾層；此外，除了承受巨大的豎向力之外，還承受著波浪力、地震力、船撞力等水平向荷載作用。上述建設(shè)條件對(duì)跨海橋梁深水基礎(chǔ)施工運(yùn)營(yíng)的全過程都提出了極高的要求。
[0003]根據(jù)不同的橋梁上部結(jié)構(gòu)型式和建設(shè)條件，目前橋墩、索塔、錨碇等常用的深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式有群樁基礎(chǔ)、沉箱基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)等。
[0004]群樁基礎(chǔ)利用圍堰作為施工時(shí)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)并搭設(shè)施工平臺(tái)，能夠穿過深厚覆蓋層，將上部荷載傳遞至土層深處較好的持力層，具有較大的豎向承載力和控制工后沉降的能力；但隨著水深的增大，圍堰的施工難度增加，且樁的自由長(zhǎng)度增加導(dǎo)致抵抗水平作用能力下降，尤其是用于錨碇基礎(chǔ)等承受巨大水平力作用的基礎(chǔ)時(shí)，難以滿足水平剛度要求。沉井基礎(chǔ)和沉箱基礎(chǔ)雖然能有利于解決樁基施工平臺(tái)的搭設(shè)、樁的自由長(zhǎng)度過大等難題，但沉井自身能否順利下沉與地質(zhì)條件密切相關(guān)，在場(chǎng)地土局部存在硬夾層或膠結(jié)性較強(qiáng)的地層中難以有效下沉；沉箱基礎(chǔ)具有整體性好，工廠化預(yù)制減少海上作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，但如果持力層存在較厚的軟弱覆蓋層且又無(wú)法有效處理時(shí)，則需要很大的基礎(chǔ)規(guī)模，且在巨大的豎向及水平荷載作用下會(huì)造成較大的基礎(chǔ)變位。因此，當(dāng)遇到深水、厚覆蓋層且不均勻地層的建設(shè)條件時(shí)，以上所述基礎(chǔ)形式難以滿足。
[0005]ZL200710053800.X公開了一種橋梁沉箱復(fù)合樁基礎(chǔ)及其逆作建造工法。該專利是將橋梁沉箱下沉著床后，在沉箱內(nèi)部進(jìn)行樁施工，并將樁的上部與沉箱底部連接成整體形成沉箱復(fù)合樁基礎(chǔ)。打樁的方式是人員從箱頂預(yù)留孔進(jìn)入沉箱內(nèi)部，打設(shè)鋼管樁。該專利存在以下不足之處:1、海底沒有任何處理的軟土地層，沉箱基礎(chǔ)初期沉降很難控制，尤其是采用橋塔與打樁同時(shí)施工的方式，將會(huì)導(dǎo)致過大的施工期沉降及傾斜風(fēng)險(xiǎn)；2、沉箱內(nèi)部鋼管樁的施工空間狹小，鋼管樁施工非常困難；3、該專利并未明確沉箱底部與樁之間的密封防水裝置的具體所指，較為含糊，實(shí)際施工中很難保證完全密水；4、由于海底無(wú)任何處理措施，對(duì)滲透性較差的軟土，該專利所設(shè)想的沉箱底土與樁基共同受力，將較難實(shí)現(xiàn)。
[0006]ZL200810113289.2公開了一種鋼空腔沉箱-樁逆作法復(fù)合基礎(chǔ)的施工方法。給出了采用鋼空腔內(nèi)部注水，對(duì)基床進(jìn)行預(yù)壓固結(jié)，施工完成后通過空腔內(nèi)抽水送氣，利用沉箱浮力的施工方法。該專利的樁基布置在沉箱周圈，沉箱內(nèi)部沒有布置樁基。在滲透性較小的軟土地層中，注水預(yù)壓的效果并不明顯。由于基底軟土承載力有限，為保證橋塔與樁基同步施工，必須有較大的基底面積，從而造成沉箱材料的浪費(fèi)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)及其施工方法，以解決海洋深水環(huán)境下軟土地層條件中的橋梁基礎(chǔ)建設(shè)難題，達(dá)到有效提高沉箱的豎向和水平向承載能力、控制沉箱沉降和水平位移的目的。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)包括:加固地基、砂石墊層、沉箱、鉆孔樁、樁底注漿、沉箱底注漿、封底混凝土和沖刷防護(hù)，其中:加固地基位于基槽底面以下，其上鋪設(shè)砂石墊層，砂石墊層上放置沉箱，沉箱的隔艙內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架形成的沉樁導(dǎo)向孔，通過沉樁導(dǎo)向孔施工鉆孔樁，穿過加固地基到達(dá)地基深部持力層；沉箱內(nèi)底部澆筑封底混凝土實(shí)現(xiàn)沉箱與鉆孔樁的連接；沉箱底面與墊層之間充填箱底注漿，鉆孔樁底灌漿形成樁底注漿，沉箱四周拋填塊石形成沖刷防護(hù)。
[0011]上述方案中，所述加固地基是采用水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的加固方式或這三種加固方式的組合對(duì)河床面或海床面以下淺層地基進(jìn)行加固而形成。所述加固地基的水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的平面布置采用等邊三角形或正方形布置方式，立面布置采用等樁長(zhǎng)或變樁長(zhǎng)布置方式，所述加固地基的平面加固范圍為沉箱底板周圈外延S1 = 5~30m、加固深度hi = 10~30m。
[0012]上述方案中，所述 沉箱為鋼筋混凝土箱體，設(shè)有頂板、底板、外壁板、隔艙、隔艙壁板、裙邊、沉樁導(dǎo)向孔、注漿預(yù)留管和封底混凝土。
[0013]上述方案中，所述封底混凝土采用輕骨料混凝土或常規(guī)混凝土，沉箱底板為鋼殼鋼筋混凝土板或鋼筋混凝土板，所述沉箱的底板周圈帶有鋼殼混凝土裙邊；沉箱頂面、底面的平面形式為圓端形、圓形、倒角矩形或圓端啞鈴型，頂面及底面分別采用不同平面形式；所述沉箱的隔艙內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架形成的沉樁導(dǎo)向孔。
[0014]上述方案中，所述沉箱,頂板厚= 2~6m,底板厚t2 = I~4m,外壁板厚t3 =I~3m,隔艙壁板厚t4 = I~2m。
[0015]上述方案中，所述沉箱底板為外殼包厚t5 = 20~40mm鋼板的鋼殼鋼筋混凝土板，在鋼板與鋼筋混凝土連接側(cè)設(shè)置抗剪連接件，形成鋼板-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)；抗剪連接件選用直徑(I1 = 10~30mm、高112 = 100~300mm的焊釘連接件或厚t6 = 10~30mm、高h(yuǎn)3 = 100~300_的開孔板連接件或焊釘連接件與開孔板連接件組合的復(fù)合連接件。
[0016]上述方案中，所述裙邊為鋼殼混凝土裙邊，該鋼殼混凝土裙邊底部設(shè)有刃腳，裙邊高h(yuǎn)4 = 3~6111、厚t7 = I~3m,外殼包t8 = 20~40mm厚鋼板，鋼板之間設(shè)置鋼祐1架結(jié)構(gòu)；裙邊依靠沉箱自重和沉箱隔艙內(nèi)注水壓入砂石墊層，作為永久結(jié)構(gòu)參與受力；在沉箱底進(jìn)行壓漿時(shí)作為注漿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止?jié){液外流；并作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止沉箱基底土受水流沖刷。
[0017]上述方案中，所述鉆孔樁為上大下小的鋼筋混凝土樁，上部樁的直徑(12 = I~4m，其外部可包有鋼護(hù)筒，其長(zhǎng)度h5 ^ Ill ;下部樁的直徑d3 = I~3m，其長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求確定。所述鉆孔樁的數(shù)量η >2，其布置根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求確定。所述鉆孔樁利用所述沉箱作為施工平臺(tái)，通過所述沉箱內(nèi)部設(shè)置的導(dǎo)向架進(jìn)行施工，避免在水流、波浪環(huán)境下進(jìn)行深水樁基施工，降低施工難度。
[0018]上述方案中，在對(duì)所述鉆孔樁的施工完成后，在所述沉箱內(nèi)底部與所述鉆孔樁之間分兩次澆注封底混凝土，第一次是濕澆注，是在鉆孔樁施工完成后，水下澆注箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架下部與鉆孔樁頂部之間的封底混凝土；第二次是干澆注，是在沉箱隔艙內(nèi)抽水形成干環(huán)境，于沉箱底二次澆注封底混凝土 ；通過上述兩次澆注方式，保證了沉箱與樁的可靠連接。該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)通過沉箱底注漿與樁底注漿措施，保證加固地基、沉箱與鉆孔樁的共同受力。所述樁底注漿和所述沉箱底注漿的注漿管為直徑d4 = 50~200mm的鋼管或PVC管，注漿的漿液為水泥漿或水泥砂漿。
[0019]上述方案中，所述砂石墊層厚度為t9 = 2~6m。
[0020]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于，該施工方法采用水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的加固方式或這三種加固方式的組合對(duì)河床面或海床面以下淺層地基進(jìn)行加固，在加固地基上鋪設(shè)砂石墊層，在砂石墊層上沉放設(shè)有裙邊、沉樁導(dǎo)向孔和注漿預(yù)留管的沉箱，在沉箱就位后通過沉樁導(dǎo)向孔施工鉆孔樁，鉆孔樁施工完成后在沉箱底澆筑封底混凝土，通過箱底注漿預(yù)留管對(duì)沉箱底進(jìn)行注漿，通過樁內(nèi)注漿管進(jìn)行樁底注漿，最后澆注沉箱頂板。
[0021]上述方案中，該施工方法包括如下步驟:
[0022]基槽開挖:采用挖泥船，放坡開挖基槽，開挖深度5~10m，挖槽坡度小于1:5;
[0023]地基加固:采用水下擠密砂樁船、水下深層水泥攪拌船或鋼管樁施工船在開挖后的基槽中進(jìn)行地基加 固，加固深度5~30m ;鉆孔樁樁位區(qū)不加固，加固完成后清除表面隆起;
[0024]鋪設(shè)墊層:在加固地基的頂面鋪設(shè)2~6m厚調(diào)平用砂石墊層；
[0025]沉箱預(yù)制:在干船塢中預(yù)制無(wú)頂沉箱，底板和裙邊采用鋼殼結(jié)構(gòu)，裙邊鋼殼內(nèi)灌注混凝土，沉箱底板設(shè)置有多個(gè)由箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架形成的沉樁導(dǎo)向孔，導(dǎo)向架與底板間通過在船塢中進(jìn)行混凝土澆注，保證緊密連接，使得沉箱的隔艙內(nèi)形成干環(huán)境；沉箱底板埋設(shè)注漿預(yù)留管，注漿前保持密封狀態(tài)；
[0026]沉箱浮運(yùn):船塢灌水、沉箱起浮，采用大馬力拖輪浮運(yùn)至橋位；
[0027]沉箱下沉:沉箱定位、箱內(nèi)隔艙灌水下沉，利用自重將沉箱裙邊貫穿砂石墊層，沉箱外圍進(jìn)行第一次沖刷防護(hù)，保證在施工期內(nèi)沉箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠；
[0028]鉆孔樁施工:利用沉箱隔艙搭設(shè)的施工平臺(tái)和臨時(shí)鋼導(dǎo)向架作為導(dǎo)向，通過沉樁導(dǎo)向孔完成鉆孔樁的施工；
[0029]澆注封底混凝土:采用兩次澆注方式，第一次是濕澆注，是在鉆孔樁施工完成后，水下澆注箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架下部與鉆孔樁頂部之間的封底混凝土 ；第二次是干澆注，是在沉箱隔艙內(nèi)抽水形成干環(huán)境，于沉箱底二次澆注封底混凝土；通過上述兩次澆注方式，保證了沉箱與樁的可靠連接；
[0030]箱底樁底注漿:以裙邊作為注漿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過箱底注漿預(yù)留管，完成箱底注漿，將沉箱底板與砂石墊層間由于鉆孔樁施工產(chǎn)生的空隙填充密實(shí)。同步利用樁內(nèi)注漿管，進(jìn)行粧底注楽 ，提聞粧底承載力；
[0031]頂板施工:拆除箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架，搭設(shè)施工平臺(tái)，澆注沉箱頂板；
[0032]沖刷防護(hù):沉箱周邊二次拋石，形成運(yùn)營(yíng)期沖刷防護(hù)。[0033]上述方案中，該施工方法在施工過程中根據(jù)需要在沉箱四周進(jìn)行沖刷防護(hù)。
[0034](三)有益效果
[0035]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0036]1、本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)及其施工方法，沉箱可采用輕骨料混凝土以減輕自重；沉箱底板外殼包20?40mm厚鋼板，防止底板混凝土受拉開裂；利用鋼殼混凝土裙邊作為永久結(jié)構(gòu)參與受力，在沉箱底進(jìn)行壓漿時(shí)作為注漿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止?jié){液外流，并作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止沉箱基底土受水流沖刷。所以解決了海洋深水環(huán)境下軟土地層條件中的橋梁基礎(chǔ)建設(shè)難題。
[0037]2、本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，通過淺層地基加固，可將沉箱底原軟土地基的承載力提高到原來的1.5?3倍，能夠有效縮小沉箱的規(guī)模，降低施工的難度。同時(shí)，加固土體能進(jìn)一步將荷載擴(kuò)散到更寬的深層土體中，減小沉箱底下臥土層的附加荷載。
[0038]3、本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，沉箱可作為樁基施工平臺(tái)以及澆注封底混凝土的側(cè)模和底模，方便鉆孔樁施工，增強(qiáng)了群樁的水平剛度。沉箱在封底混凝土澆注完成后，抽除沉箱隔艙內(nèi)的水，其所受的浮力能夠抵消大部分沉箱自重。
[0039]4、本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，鉆孔樁可與沉箱底加固地基共同承擔(dān)荷載，能夠有效提高沉箱的豎向和水平向承載能力、控制沉箱沉降和水平位移。
[0040]5、本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，沉箱底注漿措施減小了樁基施工對(duì)砂石墊層的影響，保證了沉箱底土體與沉箱的緊密接觸。樁底注漿措施，能夠?qū)⒍俗栌勺{前占總承載力的I?10%提高至20?30%，減少樁的數(shù)量和入土深度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的立面示意圖；
[0042]圖2為本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的頂面、底面的平面形式為圓端形的平面示意圖；
[0043]圖3為本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的頂面、底面的平面形式為圓形的平面示意圖；
[0044]圖4為本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的頂面、底面的平面形式為倒角矩形的平面示意圖；
[0045]圖5為本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的頂面、底面的平面形式為圓端啞鈴型的平面示意圖；
[0046]圖6為本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的頂面、底面的平面形式為圓端啞鈴型的立面示意圖；
[0047]圖7為本發(fā)明提供的沉箱裙邊構(gòu)造示意圖。
[0048]圖8為基槽開挖施工示意圖；
[0049]圖9為地基加固施工不意圖；
[0050]圖10為鋪設(shè)墊層示意圖；
[0051]圖11為沉箱預(yù)制示意圖；
[0052]圖12為沉箱浮運(yùn)示意圖；[0053]圖13為沉箱注水下沉施工示意圖；
[0054]圖14為鉆孔樁施工示意圖；
[0055]圖15為隔艙內(nèi)封底混凝土澆筑施工示意圖；
[0056]圖16為沉箱底及樁底注漿施工示意圖；
[0057]圖17為沉箱頂板澆筑施工示意圖；
[0058]圖18為沉箱周邊沖刷防護(hù)施工示意圖。
[0059]附圖標(biāo)記:沉箱I ;沉箱頂板2 ;沉箱底板3 ;隔艙4 ;隔艙壁板5 ;裙邊6 ;外壁板7 ；箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架8 ;沉粧導(dǎo)向孔9 ;箱底注衆(zhòng)預(yù)留管10 ;加固地基11 ;砂石塾層12 ;鉆孔樁13 ;封底混凝土 14 ;箱底注漿15 ;樁底注漿16 ;沖刷防護(hù)17 ;基槽18 ;抗剪連接件19 ;裙邊刃腳20 ;裙邊外包鋼板21 ;裙邊內(nèi)鋼桁架結(jié)構(gòu)22。
【具體實(shí)施方式】
[0060]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0061]如圖1至圖7所示，本發(fā)明提供了一種用于軟土地基中的橋梁深水基礎(chǔ)的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)包括沉箱1、加固地基11、砂石墊層12、鉆孔樁13、封底混凝土 14、箱底注漿15、樁底注漿16和沖刷防護(hù)17。
[0062]其中，所述加固地基11是采用水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的加固方式或這三種加固方式的組合對(duì)河床(海床)面以下淺層地基進(jìn)行加固形成的，水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的平面布置采用等邊三角形或正方形布置方式，立面布置采用等樁長(zhǎng)或變樁長(zhǎng)布置方式，所述加固地基11的加固平面尺寸為沉箱底板3周圈外延S1 = 5?15m、加固深度Ii1 = 10?30m。在所述加固地基11上鋪設(shè)厚度t9 =2?6m的砂石墊層12。在所述砂石墊層12上放置沉箱1，所述沉箱I為鋼筋混凝土箱體，設(shè)有頂板2、底板3、隔艙4、隔艙壁板5、裙邊6、外壁板7、沉樁導(dǎo)向孔9、注漿預(yù)留管10和封底混凝土 14等。沉箱頂面、底面的平面形式為圓端矩形、圓形、倒角矩形或圓端啞鈴型；所述沉箱的箱體混凝土可采用輕骨料混凝土或常規(guī)混凝土，沉箱底板3為鋼殼鋼筋混凝土板或鋼筋混凝土板，所述沉箱底板3周圈帶有鋼殼混凝土裙邊6 ;所述沉箱的隔艙內(nèi)部設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架8形成的沉樁導(dǎo)向孔9，所述鉆孔樁13利用所述沉箱I作為施工平臺(tái)，通過所述沉箱I內(nèi)部設(shè)置的沉樁導(dǎo)向孔9進(jìn)行施工，穿過加固地基11到達(dá)地基深部持力層，避免在水流、波浪環(huán)境下進(jìn)行深水樁基施工，降低施工難度。
[0063]所述沉箱頂板2厚= 2?6m,底板3厚t2 = I?4m,隔艙壁板厚t4 = I?2m。
[0064]所述沉箱底板3為外殼包厚t5 = 20?40mm鋼板的鋼殼鋼筋混凝土板，在鋼板與鋼筋混凝土連接側(cè)設(shè)置抗剪連接件19，形成鋼板-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)?？辜暨B接件19可選用直徑(I1 = 10?30mm、高h(yuǎn)2 = 100?300mm的焊釘連接件或厚t6 = 10?30mm、高h(yuǎn)3=100?300_的開孔板連接件或焊釘連接件與開孔板連接件組合的復(fù)合連接件。
[0065]所述鋼殼混凝土裙邊6底部設(shè)有裙邊刃腳20,裙邊6高比=3?6m、厚t7 = I?3m，外殼包t8 = 20?40mm厚鋼板21，鋼板21之間設(shè)置鋼桁架結(jié)構(gòu)22。裙邊6依靠沉箱I自重和沉箱隔艙4內(nèi)注水壓入砂石墊層12，作為永久結(jié)構(gòu)參與受力；在沉箱底進(jìn)行壓漿時(shí)作為注漿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止?jié){液外流；并作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止沉箱基底土受水流沖刷。所述的鉆孔樁13為上大下小的鋼筋混凝土樁，上部樁的直徑d2 = I~4m，其外部可包有鋼護(hù)筒，其長(zhǎng)度h5 ^ Ill ;下部樁的直徑d3 = I~3m，其長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求確定；鉆孔樁的根數(shù)n ^ 2，其布置根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求確定。在對(duì)所述鉆孔樁13的施工完成后，在所述沉箱I內(nèi)底部與所述鉆孔樁13之間分兩次澆注封底混凝土 14，第一次是濕澆注，是在鉆孔樁13施工完成后，水下澆注箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架8下部與鉆孔樁13頂部之間的封底混凝土 14 ;第二次是干澆注，是在沉箱隔艙內(nèi)抽水形成干環(huán)境，于沉箱底二次澆注封底混凝土 14 ;通過上述兩次澆注方式，保證了沉箱I與鉆孔樁13的可靠連接。該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)通過沉箱底注漿15與樁底注漿16措施，保證加固地基11、沉箱I與鉆孔樁13的共同受力。所述樁底注漿16和所述沉箱底注漿15的預(yù)留注漿管10為直徑d4 = 50~200mm的鋼管或PVC管，注漿的漿液為水泥漿或水泥砂漿。
[0066]基于圖1至圖7所示的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，本發(fā)明還提供了該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的施工方法，該施工方法包括:采用水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的加固方式或這三種加固方式的組合對(duì)河床(海床)面以下淺層地基進(jìn)行加固，在加固地基上鋪設(shè)砂石墊層，在砂石墊層上沉放設(shè)有裙邊、沉樁導(dǎo)向孔和注漿預(yù)留管的沉箱，在沉箱就位后通過沉樁導(dǎo)向孔施工鉆孔樁，鉆孔樁施工完成后在沉箱內(nèi)底部澆筑封底混凝土，通過箱底注漿預(yù)留管對(duì)沉箱底進(jìn)行注漿，通過樁內(nèi)注漿管進(jìn)行樁底注漿，最后澆注沉箱頂板。在上述施工過程中根據(jù)需要在沉箱四周進(jìn)行沖刷防護(hù)。本發(fā)明能夠有效提高沉箱的豎向和水平向承載能力、控制沉箱沉降和水平位移。
[0067]如圖8至圖18所示，圖8至圖18為本發(fā)明提供的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的施工方法示意圖，該施工方法包括如下步驟:
[0068](I)基槽開挖:如 圖8所示，采用挖泥船，放坡開挖基槽18，開挖深度5~10m，挖槽坡度小于1:5;
[0069](2)地基加固:如圖9所示，采用水下擠密砂樁船、水下深層水泥攪拌船或鋼管樁施工船在開挖后的基槽18中進(jìn)行地基加固，加固深度10~30m，形成加固地基11。鉆孔樁13位區(qū)不加固，加固完成后清除表面隆起；
[0070](3)鋪設(shè)墊層:如圖10所示，在加固地基11的頂面鋪設(shè)2~6m厚調(diào)平用砂石墊層12 ；
[0071](4)沉箱預(yù)制:如圖11所示，在干船塢中預(yù)制無(wú)頂沉箱1，底板3采用鋼殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板外殼包20~40mm厚鋼板，在鋼板與鋼筋混凝土連接側(cè)設(shè)置抗剪連接件，形成鋼板-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)。裙邊6采用鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)，外包鋼板厚20~40mm。沉箱底板3設(shè)置有多個(gè)由箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架8形成的沉樁導(dǎo)向孔9,導(dǎo)向架8與底板3間通過在船塢中進(jìn)行混凝土澆注，保證緊密連接，使得沉箱I的隔艙4內(nèi)形成干環(huán)境；沉箱底板3埋設(shè)注漿預(yù)留管10，注漿前保持密封狀態(tài)；
[0072](5)沉箱浮運(yùn):如圖12所示，船塢灌水、沉箱I起浮，采用大馬力拖輪浮運(yùn)至橋位；
[0073](6)沉箱下沉:如圖13所示，沉箱I定位、箱內(nèi)隔艙4灌水下沉，利用自重將沉箱裙邊6貫穿砂石墊層12，沉箱I外圍進(jìn)行第一次沖刷防護(hù)17，保證在施工期內(nèi)沉箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)
定可靠；
[0074](7)鉆孔樁施工:如圖14所示，利用沉箱隔艙4搭設(shè)施工平臺(tái)和箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架8作為導(dǎo)向，通過沉樁導(dǎo)向孔9完成鉆孔樁13的施工；[0075](8)澆注封底混凝土:如圖15所示，采用兩次澆注方式，第一次是濕澆注，在鉆孔樁13施工完成后，在水下澆注箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架8下部與鉆孔樁13頂部之間的封底混凝土 14 ;第二次是干澆注，是在沉箱隔艙4內(nèi)抽水形成干環(huán)境，于沉箱底二次澆注封底混凝土14，保證沉箱I與鉆孔樁13的可靠連接；
[0076](9)箱底樁底注漿:如圖16所示，以裙邊6作為注漿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過箱底注漿預(yù)留管10，完成箱底注漿15，將沉箱底板3與砂石墊層12間由于鉆孔樁13施工產(chǎn)生的空隙填充密實(shí)。同步利用樁內(nèi)注漿管進(jìn)行樁底注漿16，提高樁端承載力；
[0077](10)頂板施工:如圖17所示，拆除箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架8，搭設(shè)施工平臺(tái)，澆注沉箱頂板2 ；
[0078](11)沖刷防護(hù):如圖18所示，沉箱I周邊二次拋石，形成運(yùn)營(yíng)期沖刷防護(hù)17。
[0079]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)包括:加固地基、砂石墊層、沉箱、鉆孔樁、樁底注漿、沉箱底注漿、封底混凝土和沖刷防護(hù)，其中: 加固地基位于基槽底面以下，其上鋪設(shè)砂石墊層，砂石墊層上放置沉箱，沉箱的隔艙內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架形成的沉樁導(dǎo)向孔，通過沉樁導(dǎo)向孔施工鉆孔樁，穿過加固地基到達(dá)地基深部持力層；沉箱內(nèi)底部澆筑封底混凝土實(shí)現(xiàn)沉箱與鉆孔樁的連接；沉箱底面與墊層之間充填箱底注漿，鉆孔樁底灌漿形成樁底注漿，沉箱四周拋填塊石形成沖刷防護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述加固地基是采用水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的加固方式或這三種加固方式的組合對(duì)河床面或海床面以下淺層地基進(jìn)行加固而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述加固地基的水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的平面布置采用等邊三角形或正方形布置方式，立面布置采用等樁長(zhǎng)或變樁長(zhǎng)布置方式，所述加固地基的平面加固范圍為沉箱底板周圈外延S1 = 5~30m、加固深度Ii1 = 10~30m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述沉箱為鋼筋混凝土箱體，設(shè)有頂板、底板、外壁板、隔艙、隔艙壁板、裙邊、沉樁導(dǎo)向孔、注漿預(yù)留管和封底混凝土。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述封底混凝土采用輕骨料混凝土或常規(guī)混凝土，沉箱底板為鋼殼鋼筋混凝土板或鋼筋混凝土板，所述沉箱的底板周圈帶有鋼殼混凝土裙邊；沉箱頂面、底面的平面形式為圓端形、圓形、倒角矩形或圓端啞鈴型，頂面及底面分別采用不同平面形式；所述沉箱的隔艙內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架形成的沉樁導(dǎo)向孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述沉箱，頂板厚h = 2~6m,底板厚t2 = I~4m,外壁板厚t3 = I~3m,隔艙壁板厚t4 = I~2m。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述沉箱底板為外殼包厚t5 = 20~40mm鋼板的鋼殼鋼筋混凝土板，在鋼板與鋼筋混凝土連接側(cè)設(shè)置抗剪連接件，形成鋼板-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)；抗剪連接件選用直徑Cl1 = 10~30mm、高h(yuǎn)2 =100~300mm的焊釘連接件或厚t6 = 10~30mm、高h(yuǎn)3 = 100~300mm的開孔板連接件或焊釘連接件與開孔板連接件組合的復(fù)合連接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述裙邊為鋼殼混凝土裙邊，該鋼殼混凝土裙邊底部設(shè)有刃腳，裙邊高114 = 3~6m、厚t7 = I~3m,外殼包t8 = 20~40mm厚鋼板，鋼板之間設(shè)置鋼桁架結(jié)構(gòu)；裙邊依靠沉箱自重和沉箱隔艙內(nèi)注水壓入砂石墊層，作為永久結(jié)構(gòu)參與受力；在沉箱底進(jìn)行壓漿時(shí)作為注漿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止?jié){液外流；并作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，防止沉箱基底土受水流沖刷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述鉆孔樁為上大下小的鋼筋混凝土樁，上部樁的直徑(12 = I~4m，其外部可包有鋼護(hù)筒，其長(zhǎng)度h5 ^ hi ;下部樁的直徑d3 = I~3m,其長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述鉆孔樁的數(shù)量η > 2，其布置根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求確定。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述鉆孔樁利用所述沉箱作為施工平臺(tái)，通過所述沉箱內(nèi)部設(shè)置的導(dǎo)向架進(jìn)行施工，避免在水流、波浪環(huán)境下進(jìn)行深水樁基施工，降低施工難度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，在對(duì)所述鉆孔樁的施工完成后，在所述沉箱內(nèi)底部與所述鉆孔樁之間分兩次澆注封底混凝土，第一次是濕澆注，是在鉆孔樁施工完成后，水下澆注箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架下部與鉆孔樁頂部之間的封底混凝土 ；第二次是干澆注，是在沉箱隔艙內(nèi)抽水形成干環(huán)境，于沉箱底二次澆注封底混凝土 ；通過上述兩次澆注方式，保證了沉箱與樁的可靠連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，該加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)通過沉箱底注漿與樁底注漿措施，保證加固地基、沉箱與鉆孔樁的共同受力。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述樁底注漿和所述沉箱底注漿的注漿管為直徑d4 = 50~200mm的鋼管或PVC管，注漿的漿液為水泥漿或水泥砂漿。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)，其特征在于，所述砂石墊層厚度為t9 = 2~6m。
16.一種權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的加固地基的沉箱與樁組合基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于，該施工方法采用水下擠密砂樁、水下深層水泥土攪拌樁或鋼管樁的加固方式或這三種加固方式的組合對(duì)河床面或海床面以下淺層地基進(jìn)行加固，在加固地基上鋪設(shè)砂石墊層，在砂石墊層上沉放設(shè)有裙邊、沉樁導(dǎo)向孔和注漿預(yù)留管的沉箱，在沉箱就位后通過沉樁導(dǎo)向孔施工鉆孔樁，鉆孔樁施工完成后在沉箱底澆筑封底混凝土，通過箱底注漿預(yù)留管對(duì)沉箱底進(jìn)行注漿，通過樁內(nèi)注漿管進(jìn)行樁底注漿，最后澆注沉箱頂板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的施工方法，其特征在于，該施工方法包括如下步驟: 基槽開挖:采用挖泥船，放坡開挖基槽，開挖深度5~10m，挖槽坡度小于1: 5; 地基加固:采用水下擠密砂樁船、水下深層水泥攪拌船或鋼管樁施工船在開挖后的基槽中進(jìn)行地基加固，加固深度5~30m ;鉆孔樁樁位區(qū)不加固，加固完成后清除表面隆起；鋪設(shè)墊層:在加固地基的頂面鋪設(shè)2~6m厚調(diào)平用砂石墊層； 沉箱預(yù)制:在干船塢中預(yù)制無(wú)頂沉箱，底板和裙邊采用鋼殼結(jié)構(gòu)，裙邊鋼殼內(nèi)灌注混凝土，沉箱底板設(shè)置有多個(gè)由箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架形成的沉樁導(dǎo)向孔，導(dǎo)向架與底板間通過在船塢中進(jìn)行混凝土澆注，保證緊密連接，使得沉箱的隔艙內(nèi)形成干環(huán)境；沉箱底板埋設(shè)注漿預(yù)留管，注漿前保持密封狀態(tài)； 沉箱浮運(yùn):船塢灌水、沉箱起浮，采用大馬力拖輪浮運(yùn)至橋位； 沉箱下沉:沉箱定位、箱內(nèi)隔艙灌水下沉，利用自重將沉箱裙邊貫穿砂石墊層，沉箱外圍進(jìn)行第一次沖刷防護(hù)，保證在施工期內(nèi)沉箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠； 鉆孔樁施工:利用沉箱隔艙搭設(shè)的施工平臺(tái)和臨時(shí)鋼導(dǎo)向架作為導(dǎo)向，通過沉樁導(dǎo)向孔完成鉆孔粧的施工； 澆注封底混凝土:采用兩次澆注方式，第一次是濕澆注，是在鉆孔樁施工完成后，水下澆注箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架下部與鉆孔樁頂部之間的封底混凝土；第二次是干澆注，是在沉箱隔艙內(nèi)抽水形成干環(huán)境，于沉箱底二次澆注封底混凝土；通過上述兩次澆注方式，保證了沉箱與樁的可靠連接； 箱底樁底注漿:以裙邊作為注漿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過箱底注漿預(yù)留管，完成箱底注漿，將沉箱底板與砂石墊層間由于鉆孔樁施工產(chǎn)生的空隙填充密實(shí)。同步利用樁內(nèi)注漿管，進(jìn)行樁底注漿，提聞粧底承載力； 頂板施工:拆除箱內(nèi)臨時(shí)鋼導(dǎo)向架，搭設(shè)施工平臺(tái)，澆注沉箱頂板； 沖刷防護(hù):沉箱周邊二次拋石，形成運(yùn)營(yíng)期沖刷防護(hù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的施工方法，其特征在于，該施工方法在施工過程中根據(jù)需要在沉箱四周進(jìn)行沖刷防護(hù)。
【文檔編號(hào)】E02D27/20GK103967031SQ201310027369
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】劉高, 張喜剛, 過超, 付佰勇 申請(qǐng)人:中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司, 中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司