一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的制作方法

本发明涉及一种水中设置基础形式，属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种主要应用于江、湖、海等要修建水中基础的浅覆盖层或者裸岩地区的环状嵌入式设置基础。

背景技术：

随着国民经济的快速发展，交通建设需求猛增，国内外正在修建和准备修建的大型桥梁越来越多，且随着跨海大桥的出现，桥梁跨径越来越大。这些长、大桥梁多数修建在水深、流急的大江河上或环境恶劣的海上，往往遇到岩层埋置较深、基岩裸露、地质条件复杂等难题，非常不利于桥梁施工，基础兴建的难度也更大。故一般采用水中基础形式来实现长、大桥梁在水深、流急的大江河上或环境恶劣的海上的施工。

目前常用的水中基础形式主要有大直径深钻孔集群桩基础和沉井基础，但是其在浅覆盖层地区以及裸岩地区应用面临以下问题：

1、大直径深钻孔集群桩基础，基础尺寸庞大，结构对河床的变化、冲刷等条件的改变，适应性较差；群桩效应明显，桩基准确计算难度较大。施工时需另设置施工平台、导向架、钢围堰等诸多复杂工艺，水上作业工序繁琐、作业时间长。

2、常规设置沉井基础，首先需要在水底进行水下爆破、清渣，用大型机械将水底开挖到持力层，形成锥台形岩石基坑，开挖工作量大，找平困难。

3、对于风大浪急地区，沉井下放精确定位困难；沉井下放到位后，沉井周围防冲刷(护底)层施工困难且施工工作量大。

例如在中国发明专利cn102644293b中公开了一种桩基桶形基础的施工方法。该基础由桶体和桩基组成，桶体包括上壁体、下壁体、盖板、上隔板、下隔板。下壁体上部设置盖板，内部设置下隔板，形成下壁体空腔。盖板上设置上壁体，内部设有上隔板，形成上壁体空腔。盖板上设置连通上壁体空腔和下壁体空腔的水气阀和混凝土灌注阀。桶体在粧基施工完成后进行沉放，依靠上壁体空腔内注水和下壁体空腔内吸水为主要下沉手段，当桶体达到设计贯入深度后在下壁体空腔内浇筑封底混凝土和桶内混凝土，实现桩和桶体连接。虽然该发明可以用于施工深水桥梁基础，但是，其沉井基础挖掘工作量大、安装沉井时水上作业工序繁琐、作业时间长。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础，其强度高、刚度大、设计及施工方便。

本发明公开了一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础，包括位于水底基岩上的基槽、预制沉井和嵌岩混凝土，预制沉井的底端位于基槽内，预制沉井与基槽之间填充有嵌岩混凝土；基槽为竖直向下延伸的环形凹槽；环形凹槽沿水平横截面截得的形状与预制沉井沿水平横截面截得的形状相匹配。

在本发明的一种优选实施方案中，环形凹槽包括竖直内壁、竖直外壁和水平底面；竖直内壁和竖直外壁均相对于水平底面垂直布置。

在本发明的一种优选实施方案中，环形凹槽沿水平横截面截得的形状为圆环状、椭圆环状或者多边环状。

在本发明的一种优选实施方案中，预制沉井包括相互平行的沉井内壁和沉井外壁；沉井内壁和沉井外壁之间设置有加强筋。

在本发明的一种优选实施方案中，预制沉井的顶部还设置有顶部水平撑架；顶部水平撑架包括相互垂直布置的第一撑架组和第二撑架组；第一撑架组的两端和第二撑架组的两端均与沉井内壁固接。

在本发明的一种优选实施方案中，加强筋包括水平径向支撑和水平支撑斜杆；水平径向支撑沿预制沉井的周向布置；水平径向支撑之间固接有水平支撑斜杆。

在本发明的一种优选实施方案中，竖直内壁与预制沉井的沉井内壁之间填充有嵌岩混凝土；竖直沉井外壁与预制沉井的沉井外壁之间填充有嵌岩混凝土。

在本发明的一种优选实施方案中，环形凹槽与预制沉井同轴布置。

在本发明的一种优选实施方案中，预制沉井沿水平横截面截得的形状为圆环状、椭圆环状或者多边环状。

在本发明的一种优选实施方案中，竖直内壁和竖直外壁之间的间距大于预制沉井的壁厚。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、操作使用方便，其充分吸收了传统水中基础的优缺点，通过在水底基岩上设置环形凹槽、采用预制双壁钢沉井和后浇嵌岩混凝土技术措施，解决了大直径深钻孔集群桩基础和沉井基础在浅覆盖层地区和裸岩地区应用面临的一系列问题，其优势主要体现在以下几方面：

1、本发明通过采用预制双壁钢沉井，使得沉井结构紧凑、整体性和稳定性好，受力明确，方便结构设计；通过设计双壁钢沉井横断面的形状圆形、多边形、椭圆形等形式实现了各种施工环境下设置基础的稳定施工。

2、本发明的水下施工工序少、施工工艺简单，施工风险低，只需要在水中浅覆盖层或裸岩地区的基岩上挖掘一定形状的环状凹槽，即可实现沉井的迅速定位下沉，同时设置沉井可采用陆上预制，浮运至施工现场，一次性下沉到设计指定位置，将大量现场水上工作改在岸上工厂预制。

3、水底开挖工作量小、建设材料用量少，建设成本低。仅需要采用挖槽机在基岩石开挖环形基槽，不需要大面积开挖岩石基坑，水底开挖工作量小，建设成本低。

4、沉井下沉定位精度高。本发明通过设计环形凹槽沿水平横截面截得的形状与预制沉井沿水平横截面截得的形状相匹配，使得海底设置的环形基槽可辅助沉井精确定位(环形凹槽在下沉过程中可以起到限位导向作用，环形凹槽下方到底后只需微调使得环形凹槽与预制沉井同轴布置，然后后续浇筑完成后即可快速高效地实现设置基础的施工)。

5、沉井周围防冲刷(护底)层施工方便，工作量小。沉井精确下放至环形基槽底部后，在预制双壁钢沉井和环状基槽间浇筑嵌岩混凝土，不需要额外设置防冲刷(护底)工程。。

附图说明

图1是本发明实施例一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的结构示意图；

图2是本发明实施例一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的剖视图；

图3是本发明实施例一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的基槽结构示意图；

图4是本发明实施例一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的基槽结构示意图(俯视)；

图5是本发明实施例一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的预制沉井(位于基槽内)断面示意图；

图6是本发明实施例一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的预制沉井(顶部)断面示意图；

图中：1-基槽，2-预制沉井，3-嵌岩混凝土，1.1-竖直内壁，1.2-竖直外壁，1.3-水平底面，2.1-沉井内壁，2.2-沉井外壁，2.3-加强筋，2.4-顶部水平撑架，2.4-1-第一撑架组，2.4-2-第二撑架组，2.3-1-水平径向支撑，2.3-2-水平支撑斜杆，a-基岩。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由本发明说明书附图所示的一种用于水中浅覆盖层或裸岩地区的环状嵌入式设置基础的结构示意图可知，本发明为一种水中设置基础形式，主要应用于江、湖、海等要修建深水基础的浅覆盖层(裸岩)地区，其包括位于水底基岩上的基槽1(附图中显示的为环状基槽，但是实际施工时可根据不同水域以及地理环境的更改基槽的水平横截面形状)，环状基槽是通过挖槽机在岩层上开挖出满足设计深度的环状基坑；预制沉井2(可以为现有技术中的双壁钢沉井)和嵌岩混凝土3，预制沉井2的底端安装于基槽1内，预制沉井2与基槽1之间填充有嵌岩混凝土3；基槽1为竖直向下延伸的环形凹槽；环形凹槽沿水平横截面截得的形状与预制沉井2沿水平横截面截得的形状相匹配，(本发明中的环形凹槽并非特指说明书附图中的圆环形凹槽，只要该凹槽沿垂直于其轴线的水平截面形状为环形即可)；本发明通过环形凹槽与预制沉井2的形状匹配实现了预制沉井2的快速定位和下沉，同时利用环形凹槽形状的合理设计，使得本发明的设置基础可以适用于各种工况。环形凹槽包括竖直内壁1.1、竖直外壁1.2和水平底面1.3，竖直内壁1.1和竖直外壁1.2同轴且相互平行布置；竖直内壁1.1和竖直外壁1.2均相对于水平底面1.3垂直布置，竖直内壁1.1和竖直外壁1.2以及水平底面1.3围成了用于安装预制沉井2的环状基槽；环形凹槽沿水平横截面截得的形状为圆环状、椭圆环状或者多边环状。预制沉井2包括相互平行的沉井内壁2.1和沉井外壁2.2；沉井内壁2.1和沉井外壁2.2之间设置有加强筋2.3；预制沉井2的顶部还设置有顶部水平撑架2.4；顶部水平撑架2.4包括相互垂直布置的第一撑架组2.4-1和第二撑架组2.4-2；第一撑架组2.4-1的两端和第二撑架组2.4-2的两端均与沉井内壁2.1固接(图中呈“#”形状)。加强筋2.3包括水平径向支撑2.3-1和水平支撑斜杆2.3-2；水平径向支撑2.3-1沿预制沉井2的周向布置；水平径向支撑2.3-1之间固接有水平支撑斜杆2.3-2；竖直内壁1.1与预制沉井2的沉井内壁2.1之间填充有嵌岩混凝土3；竖直沉井外壁1.2与预制沉井2的沉井外壁2.2之间填充有嵌岩混凝土3。预制沉井2沿水平横截面截得的形状为圆环状、椭圆环状或者多边环状；竖直内壁1.1和竖直外壁1.2之间的间距大于预制沉井2的壁厚。

使用本发明时，首先在岸上船坞制造组装，制造方法同常规钢结构沉井基础，各部分之间通过焊接组装；；其次，通过大型挖槽船在岩层上开挖出满足设计深度的环状基坑；然后沉井制造完成后通过大型船舶浮运至环状基槽上方；最后当沉井精确下放至岩石基槽底部后，在预制沉井和环状基槽间浇筑嵌岩混凝土，形成环状嵌入式设置基础；以上步骤施工完成后再进行封底混凝土、沉井内混凝土、沉井盖板施工,施工方法同常规沉井基础。

本发明尽可能减少了跨大江大河及海湾海峡的大桥施工时的不利因素(如桥址处水深、潮急、航运频繁)对施工作业的干扰，采用陆上预制基础部件、然后在水中直接设置施工，将大量现场水上工作改在岸上工厂预制，不仅大大减小施工困难且加快了施工进度。

本发明可应用于江、湖、海等要修建水中基础的浅覆盖层或裸岩地区，不仅可满足桥梁基础结构受力、耐久性的需求，其经济性和可实施性也优于目前常用的基础形式。

应当理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。