一種具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，該沉箱復合基礎(chǔ)包括沉箱、吸力式裙筒、半剛性墊層和預制樁。吸力式裙筒有多個，其頂部固接于沉箱底部周圈；半剛性墊層形成于沉箱之下并與沉箱底部直接接觸成為一體；預制樁有多根，其頂端固接于半剛性墊層內(nèi)部并與半剛性墊層成為一體，其底端延伸至地基深處。本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其豎向受力主要由群樁承擔，水平受力主要由吸力式裙筒承擔，進而使復合基礎(chǔ)水平、豎向、抗彎及抗扭轉(zhuǎn)受力性能好，防沖刷性能強，經(jīng)濟性優(yōu)。
【專利說明】一種具有吸力式裙筒與半剛性連接粧的沉箱復合基礎(chǔ)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于橋梁【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)。

【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、強風、急流、波浪、強震等建設(shè)條件更加復雜?？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；對大跨徑斜拉橋和懸索橋的主塔基礎(chǔ)，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)條件對跨海橋梁深水基礎(chǔ)施工過程、運營階段的都提出了極高的要求。
[0003]目前常用的深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式有群樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、沉箱基礎(chǔ)和復合基礎(chǔ)等。
[0004]群樁基礎(chǔ)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能力。但隨著水深的增大，群樁基礎(chǔ)圍堰的施工難度增加，且樁的自由長度增加導致抵抗水平作用能力下降，難以滿足水平剛度要求。
[0005]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的搭設(shè)、樁的自由長度過大等難題。但沉井自身能否順利下沉與地質(zhì)條件密切相關(guān)，在場地土局部存在硬夾層或膠結(jié)性較強的地層中難以有效下沉。沉箱基礎(chǔ)整體性好，利于外海施工，但如果持力層為厚軟弱覆蓋層時，則需要很大的基礎(chǔ)規(guī)模，且基礎(chǔ)變位較大，需要采取措施提高地基剛度。
[0006]預制樁加固地基的沉箱復合基礎(chǔ)是一種新型橋梁基礎(chǔ)型式。但加固地基后基礎(chǔ)沉降呈“中心大、邊緣小”的碟形分布，造成沉箱內(nèi)應(yīng)力增加，對于水下混凝土裂縫控制帶來不利影響。而且，通過預制樁加固地基可以提高沉箱的豎向承載能力，但對水平承載能力的提聞有限。
[0007]裙筒式基礎(chǔ)在軟土地基上的海上風電工程、海洋石油平臺工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。依靠群筒內(nèi)的負壓將基礎(chǔ)壓入土中，基礎(chǔ)具有較強的水平及抗彎、抗扭承載能力，但基礎(chǔ)的豎向承載能力有限、豎向變形較大。
[0008]因此，面對外海復雜的建設(shè)條件，迫切需要研究開發(fā)豎向、水平、抗彎及抗扭轉(zhuǎn)受力性能好，防沖刷性能強，經(jīng)濟性優(yōu)的新型橋梁深水基礎(chǔ)。
實用新型內(nèi)容
[0009](一 )要解決的技術(shù)問題
[0010]有鑒于此，本實用新型的主要目的是提供一種具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，以解決深水厚覆蓋層條件下橋梁基礎(chǔ)建設(shè)難題，達到有效提高基礎(chǔ)的豎向和水平向承載能力、控制基礎(chǔ)沉降和水平位移的目的。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為達到上述目的，本實用新型提供了一種具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，該沉箱復合基礎(chǔ)包括沉箱1、吸力式裙筒2、半剛性墊層3和預制樁4，其中:吸力式裙筒2有多個，其頂部固接于沉箱I底部周圈；半剛性墊層3形成于沉箱I之下并與沉箱I底部直接接觸成為一體；預制樁4有多根，其頂端固接于半剛性墊層3內(nèi)部并與半剛性墊層3成為一體，其底端延伸至地基深處。
[0013]上述方案中，所述沉箱I包括頂板5、底板6、外壁板7、內(nèi)壁板8和空腔9，且沉箱I的底板6預留有抽水孔兼注漿孔10，其中，沉箱I的頂板5的尺寸小于底板6的尺寸，其中心線處的縱剖面為上小下大的等腰梯形或倒“T”型結(jié)構(gòu)。所述沉箱I的橫截面為圓形、圓端形或倒角矩形，所述沉箱I的材質(zhì)為鋼筋混凝土、鋼殼混凝土或預應(yīng)力鋼筋混凝土。
[0014]上述方案中，所述吸力式裙筒2由外裙邊11、內(nèi)裙邊12和筒肋13構(gòu)成，其頂面固定在沉箱I底板6下部的周圈，形成頂面封閉、底面開敝、平面閉合的多個裙筒。所述吸力式裙筒2的高度h = 3?12m，外裙邊11的厚度t = 0.2?3m、內(nèi)裙邊12的厚度tl = 0.2?2m及筒肋13的厚度t2 = 0.2?2m ;為便于吸力式裙筒2入土下沉，外裙邊11、內(nèi)裙邊12和筒肋13的底部設(shè)有刃腳；所述吸力式裙筒2的材質(zhì)為鋼、鋼筋混凝土或鋼殼混凝土。
[0015]上述方案中，所述半剛性墊層3包括砂層14和級配碎石層15，且級配碎石層15形成于砂層14之上。半剛性墊層3的形成過程如下:在沉箱I沉放前先鋪設(shè)砂層14，然后用水下液壓錘打設(shè)多根按一定間距布置的預制樁4，在此基礎(chǔ)上鋪設(shè)級配碎石層15，待沉箱I下沉就位后通過沉箱I底板6預留的抽水孔兼注漿孔10將水泥漿注入于沉箱I的底部，水泥漿浸透到級配碎石層15和砂層14中，水泥漿凝固后使級配碎石層15和砂層14形成半剛性墊層3 ;所述預制樁4通過半剛性墊層3與沉箱I形成半剛性連接。
[0016]上述方案中，所述預制樁4的頂部插入級配碎石層15厚度t3的0.5?I倍區(qū)域；級配碎石層15的厚度t3 = I?2m,選用粒徑dl = 0.02?0.1Om的級配碎石；砂層14的厚度t4 = 0.5?lm，選用粒徑d2 = 0.0005?0.005m的粗砂；預制樁4布置在內(nèi)裙邊12圍繞的結(jié)構(gòu)豎向核心受力區(qū)，選用鋼管樁、PHC樁、混凝土樁或鋼殼薄壁筒樁；其中，樁徑Φ=I?3m、樁長L = 20?50m、樁中心距S = 3Φ?6Φ，最外排預制樁4與內(nèi)裙邊12的最小凈距離D = 2m。
[0017]上述方案中，為了更有效地發(fā)揮預制樁4的豎向承載力，增強預制樁4與級配碎石層15的連接，預制樁4的頂部設(shè)有樁帽16，樁帽16頂部設(shè)有便于樁錘夾持打設(shè)的抱打段17，樁帽16的直徑是預制樁4直徑的1.2?1.5倍。
[0018]上述方案中，所述沉箱I的下沉施工采用沉箱I中部空腔9內(nèi)的多區(qū)同步注水壓重和周圈吸力式裙筒2內(nèi)的多區(qū)同步抽水形成負壓的分區(qū)對稱、同步實施的下沉施工控制技術(shù)；所述沉箱I的下沉控制標準為平面位置偏差δ ( 50cm、傾斜度α ( 1/100、扭轉(zhuǎn)角Θ < I。。
[0019](三)有益效果
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本實用新型具有以下有益效果:
[0021]1、本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，通過壓入地基土中的吸力式裙筒，使基礎(chǔ)受水平力作用時，破壞面向深層土體下移，從而能夠有效抵抗施工期及運營期的大風、波浪、海流、船撞等水平作用，可以大幅提高基礎(chǔ)的抗滑移和抗傾覆能力，并且能夠有效提高抗沖刷能力。
[0022]2、本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，通過滲入水泥漿的級配碎石層和砂層形成半剛性墊層，使預制樁與沉箱之間形成半剛性連接，能夠?qū)崿F(xiàn)豎向和水平荷載的有效傳遞，同時避免了強震作用下樁與沉箱連接處易破壞的問題。
[0023]3、本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，通過吸力式裙筒和預制樁對地基的加固，并通過注入水泥漿使級配碎石層和砂層形成的半剛性墊層，能夠有效減小沉箱的不均勻沉降，從而能夠有效解決沉箱底板由于差異沉降引起的受力問題。
[0024]4、本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，采用沉箱中部空腔內(nèi)注水壓重和周圈吸力式裙筒內(nèi)抽水形成負壓的分區(qū)對稱、同步實施的下沉施工控制技術(shù)，實現(xiàn)沉箱平穩(wěn)下沉，能夠保證沉箱下沉的控制精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)的立面示意圖。
[0026]圖2為本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)的沉箱底剖面示意圖。
[0027]圖3為本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)的預制樁與半剛性墊層的連接示意圖。
[0028]圖4a和圖4b為本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)的預制樁的樁頭構(gòu)造示意圖。
[0029]圖5a和圖5b為本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)的下沉控制示意圖。
[0030]附圖標記:沉箱I ;吸力式裙筒2 ;半剛性墊層3 ;預制樁4 ;頂板5 ;底板6 ;外壁板
7;內(nèi)壁板8 ;空腔9 ;抽水孔兼注漿孔10 ;外裙邊11 ;內(nèi)裙邊12 ;筒肋13 ;砂層14 ;級配碎石層15 ;樁帽16 ;抱打段17。

【具體實施方式】
[0031]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。
[0032]如圖1、圖2所示，本實用新型提供了一種用于深水、厚覆蓋層地基中的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，該沉箱復合基礎(chǔ)包括:沉箱1、吸力式裙筒2、半剛性墊層3和預制樁4 ;其中，吸力式裙筒2有多個，其頂部固接于沉箱I底部周圈；半剛性墊層3形成于沉箱I之下并與沉箱I底部直接接觸成為一體；預制樁4有多根，其頂端固接于半剛性墊層3內(nèi)部并與半剛性墊層3成為一體，其底端延伸至地基深處。
[0033]如圖1所示，沉箱I包括頂板5、底板6、外壁板7、內(nèi)壁板8和空腔9，且沉箱的底板6預留有抽水孔兼注漿孔10，其中，沉箱I的橫截面為圓形、圓端形或倒角矩形等形狀。沉箱I的頂板5的尺寸小于底板6的尺寸，其中心線處的縱剖面為上小下大的等腰梯形或倒“T”型結(jié)構(gòu)。沉箱I的材質(zhì)可為鋼筋混凝土、鋼殼混凝土或預應(yīng)力鋼筋混凝土等。
[0034]如圖2所示，吸力式裙筒2由外裙邊11、內(nèi)裙邊12和筒肋13構(gòu)成，其頂面固定在沉箱I底板6下部的周圈，形成頂面封閉、底面開敝、平面閉合的多個裙筒。吸力式裙筒2的高度h = 3?12m,外裙邊11的厚度t = 0.2?3m、內(nèi)裙邊12的厚度tl = 0.2?2m及筒肋13的厚度t2 = 0.2?2m，吸力式裙筒2的尺寸根據(jù)沉箱I預制、浮運、沉放控制、結(jié)構(gòu)受力和沖刷防護等要求確定；為便于吸力式裙筒2入土下沉，外裙邊11、內(nèi)裙邊12和筒肋13的底部設(shè)有刃腳。吸力式裙筒2的材質(zhì)可為鋼、鋼筋混凝土或鋼殼混凝土等。
[0035]如圖3、圖4所示，半剛性墊層3包括砂層14和級配碎石層15，且級配碎石層15形成于砂層14之上。半剛性墊層3的形成過程為:在沉箱I沉放前先鋪設(shè)砂層14，然后用水下液壓錘打設(shè)多根按一定間距布置的預制樁4，在此基礎(chǔ)上鋪設(shè)級配碎石層15，待沉箱I下沉就位后通過沉箱I底板6預留的抽水孔兼注漿孔10將水泥漿注入于沉箱I的底部，水泥漿浸透到級配碎石層15和砂層14中，水泥漿凝固后使級配碎石層15和砂層14形成半剛性墊層3。預制樁4通過半剛性墊層3與沉箱I形成半剛性連接。預制樁4的頂部插入級配碎石層15厚度t3的0.5?I倍區(qū)域。級配碎石層15的厚度t3 = I?2m,可選用粒徑dl = 0.02?0.1Om的級配碎石。砂層14的厚度t4 = 0.5?Im,可選用粒徑d2 =
0.0005?0.005m的粗砂。預制樁4布置在內(nèi)裙邊12圍繞的結(jié)構(gòu)豎向核心受力區(qū)，其可選用鋼管樁、PHC樁、混凝土樁或鋼殼薄壁筒樁；樁徑Φ = I?3m、樁長L = 20?50m、樁中心距S = 3Φ?6Φ，最外排預制樁4與內(nèi)裙邊12的最小凈距離D = 2m。為了更有效地發(fā)揮預制樁4的豎向承載力，增強預制樁4與級配碎石層15的連接，預制樁4的頂部設(shè)有樁帽16，樁帽16頂部設(shè)有便于樁錘夾持打設(shè)的抱打段17，樁帽16的直徑是預制樁4直徑的
1.2?1.5倍，即樁帽16的直徑Φ1 = 1.2Φ?1.5Φ。
[0036]如圖5a和圖5b所示，沉箱I的下沉施工，利用沉箱的自重PO，采用沉箱I中部空腔9內(nèi)的①、②、③、④區(qū)同步注水壓重Pl和P2，以及沉箱I底部周圈吸力式裙筒2內(nèi)的1、I1、III區(qū)同步抽水形成負壓P3的分區(qū)對稱、同步實施的下沉施工控制技術(shù)，實現(xiàn)沉箱I平穩(wěn)下沉，保證沉箱I下沉的控制精度和施工安全。沉箱I的下沉控制標準為平面位置偏差δ ( 50cm、傾斜度α ( 1/100、扭轉(zhuǎn)角Θ彡1°。
[0037]沉箱I下沉就位后，通過抽水孔兼注漿孔10向沉箱I底部注入水泥漿，水泥漿為超高流動性、微膨脹的水泥砂漿，其28d強度達SMPa以上。水泥漿浸透到級配碎石層15、砂層14，水泥漿凝固后使級配碎石層15和砂層14形成半剛性墊層3。預制樁4通過半剛性墊層3與沉箱I形成半剛性連接。
[0038]本實用新型提供的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其豎向受力主要由群樁承擔，水平受力主要由吸力式裙筒承擔，進而使復合基礎(chǔ)水平、豎向、抗彎及抗扭轉(zhuǎn)受力性能好，防沖刷性能強，經(jīng)濟性優(yōu)。
[0039]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，該沉箱復合基礎(chǔ)包括沉箱(I)、吸力式裙筒(2)、半剛性墊層(3)和預制樁(4)，其中: 吸力式裙筒(2)有多個，其頂部固接于沉箱(I)底部周圈； 半剛性墊層(3)形成于沉箱(I)之下并與沉箱(I)底部直接接觸成為一體； 預制樁(4)有多根，其頂端固接于半剛性墊層(3)內(nèi)部并與半剛性墊層(3)成為一體，其底端延伸至地基深處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，所述沉箱(I)包括頂板(5)、底板￠)、外壁板(7)、內(nèi)壁板(8)和空腔(9)，且沉箱(I)的底板(6)預留有抽水孔兼注漿孔(10)，其中，沉箱⑴的頂板(5)的尺寸小于底板(6)的尺寸，其中心線處的縱剖面為上小下大的等腰梯形或倒“T”型結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，所述沉箱⑴的橫截面為圓形、圓端形或倒角矩形，所述沉箱⑴的材質(zhì)為鋼筋混凝土、鋼殼混凝土或預應(yīng)力鋼筋混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，所述吸力式裙筒⑵由外裙邊(11)、內(nèi)裙邊(12)和筒肋(13)構(gòu)成，其頂面固定在沉箱(I)底板(6)下部的周圈，形成頂面封閉、底面開敞、平面閉合的多個裙筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，所述吸力式裙筒(2)的高度h = 3?12m，外裙邊(11)的厚度t = 0.2?3m、內(nèi)裙邊(12)的厚度tl = 0.2?2m及筒肋(13)的厚度t2 = 0.2?2m ;為便于吸力式裙筒⑵入土下沉，外裙邊(11)、內(nèi)裙邊(12)和筒肋(13)的底部設(shè)有刃腳；所述吸力式裙筒(2)的材質(zhì)為鋼、鋼筋混凝土或鋼殼混凝土。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，所述半剛性墊層(3)包括砂層(14)和級配碎石層(15)，且級配碎石層(15)形成于砂層(14)之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，所述預制樁(4)的頂部插入級配碎石層(15)厚度t3的0.5?I倍區(qū)域； 級配碎石層(15)的厚度t3 = I?2m,選用粒徑dl = 0.02?0.1Om的級配碎石； 砂層(14)的厚度t4 = 0.5?Im,選用粒徑d2 = 0.0005?0.005m的粗砂； 預制樁(4)布置在內(nèi)裙邊(12)圍繞的結(jié)構(gòu)豎向核心受力區(qū)，選用鋼管樁、PHC樁、混凝土樁或鋼殼薄壁筒樁；其中，樁徑Φ = I?3m、樁長L = 20?50m、樁中心距S = 3Φ?6Φ，最外排預制樁(4)與內(nèi)裙邊(12)的最小凈距離D = 2m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有吸力式裙筒與半剛性連接樁的沉箱復合基礎(chǔ)，其特征在于，為了更有效地發(fā)揮預制樁(4)的豎向承載力，增強預制樁(4)與級配碎石層(15)的連接，預制樁(4)的頂部設(shè)有樁帽(16)，樁帽(16)頂部設(shè)有便于樁錘夾持打設(shè)的抱打段(17)，樁帽(16)的直徑是預制樁(4)直徑的1.2?1.5倍。
【文檔編號】E02D23/00GK204112355SQ201420412058
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】劉高, 張喜剛, 過超, 付佰勇 申請人:中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司