一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩的制作方法

本实用新型属于土木工程领域，涉及一种工程桩基础结构，具体说是一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩。

背景技术：

随着深水超大码头建设的发展，随着超大跨径海峡桥梁建设的发展，在深水海域，需要施工大直径超长桩基础。

超大型码头或超大跨径桥梁的竖向荷载巨大，其深海桩基承载力要求高，其桩基变形沉降控制要求严格，大型构筑物深海桩基设计要求为端承桩，要求桩基底部嵌入深层基岩，通常深海区域的基岩埋置较深，基岩入土埋深可达120～200米。

现有的深海桩基施工技术通常是采用钢管护筒钻孔灌注桩，由于打桩钻机的钻头受到深孔泥土巨大扭转阻力，也可能遇到碎石夹层的更加巨大的扭转阻力，导致钻机钻孔成桩困难，目前，钻机成桩孔的极限深度约为80米，并不能满足深海构筑物的120～200米入土深度大直径超长端承桩基础的要求。

目前，军事用途的钻地炸弹对普通混凝土工事的钻深为61米，对坚固岩石的钻深为40米，对松软土地的钻深为200米。

电磁炮是一种利用电磁力沿导轨发射炮弹的武器，与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，与传统的火药推动的大炮，电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。

在深海钢管护筒中，打入电磁炮弹，在海床底部，电磁炮弹桩头钻出桩基孔洞，泥浆护壁钻机扩孔处理后，放入钢筋笼，在桩孔内导管法灌注混凝土，打人中心十字型钢钢桩，挤密桩身混凝土，等待混凝土结硬后，形成一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩，具有成桩深度大，承载力高、施工快捷和造价低等优点，适合超大型码头或超大跨径桥梁的大直径超长端承桩基础。

技术实现要素：

技术问题：本实用新型提供了一种成桩深度大，承载力高、施工快捷和造价低的电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩，利用电磁炮原理，在深海钢管护筒中，发射电磁炮弹桩头，海底钻出桩基孔洞，放入钢筋笼，在桩孔内导管法灌注混凝土，打人中心十字型钢钢桩，形成深海海底的大直径超长端承桩基础。

技术方案：本实用新型的一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩，包括电磁炮弹桩头、桩基孔洞、钢管护筒、桩内钢筋笼、桩身混凝土和桩内十字型钢柱，其特征在于：电磁炮弹桩头位于桩基孔洞的底部，桩基孔洞是由电磁炮发射高速电磁炮弹桩头在海底钻孔形成的，电磁炮弹桩头穿过海底中含有碎石夹层的软土层，电磁炮弹桩头深深地嵌入基岩层之中，钢管护筒穿过海水层插入软土层之中，钢管护筒与桩基孔洞两者中心垂直对齐，在桩基孔洞和钢管护筒之内设置有通长的桩内钢筋笼，在桩基孔洞和钢管护筒之内密实填充通长的桩身混凝土，在桩身混凝土中心设置有通长的桩内十字型钢柱，构成电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩。

所述的电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：确定深海建筑物桩基群的位置，采用打桩船打入钢管护筒3，钢管护筒穿过海水层插入软土层之中，利用钢管护筒群搭建桩基施工操作平台；

步骤二：在桩基施工操作平台之上，安装电磁炮发射架，电磁炮发射架的炮口对准钢管护筒的空腔中心垂直线，发射电磁炮弹桩头，电磁炮弹桩头穿过海底中含有碎石夹层的软土层，电磁炮弹桩头深深地嵌入基岩层之中，形成深海复合桩的桩基孔洞；

步骤三：电磁炮弹桩头钻孔形成桩基孔洞后，进行泥浆护壁钻机扩孔处理，放入桩内钢筋笼，在桩孔内导管法灌注桩身混凝土，在桩身混凝土的中心位置，打入桩内十字型钢柱，等待桩身混凝土结硬后，形成钢管混凝土深海超长复合桩；

步骤四：循环施工，构成钢管混凝土深海超长复合桩桩群，浇筑桩顶钢筋混凝土承台，施工海洋建筑物的上部结构，建造深水码头，建造超大跨径海峡桥梁，运营使用。

深水海域的超大型码头和超大跨径桥梁需要120～200米入土深度大直径超长的嵌岩端承桩基础，桩基钻孔机很难到达如此深度，因而，现有的深海桩基础通常是摩檫桩，其承载力低，基础沉降变形大，严重影响了大型海洋构筑物结构的安全性。

电磁炮技术成熟，电磁炮弹桩头可以轻松穿过海底中含有碎石夹层的软土层，电磁炮弹桩头可深深地嵌入基岩层之中，可以快速形成桩基孔洞，泥浆护壁钻机扩孔处理后，放入桩内钢筋笼，在桩孔内导管法灌注桩身混凝土，在桩身混凝土中心位置，打入桩内十字型钢柱，挤密桩孔内混凝土，等待桩身混凝土结硬后，形成大直径钢管混凝土深海超长复合桩，是大直径超长桩基础施工技术的重大革新，可用于建造深水构筑物超长端承桩基。

有益效果：本实用新型和现有技术相比，具有以下优点：

随着大型深水码头和超大跨径海峡悬索桥桥梁的建设发展，在深水海域，需要大直径超长端承桩基础的施工技术，亟需120～200米入土深度大直径超长端承桩基础的施工技术。

在深海海域，海底淤泥软土层很厚，基岩埋置深度大，海底的地质情况复杂，软土层中碎石夹层分布不均匀。

目前，深海桩基施工技术通常是采用钢管护筒钻孔灌注桩，由于打桩钻机的钻头受到深孔泥土巨大扭转阻力，也可能遇到碎石夹层的更加巨大的扭转阻力，导致钻机钻孔成桩困难，目前，钻机成桩孔的极限深度约为80米，并不能满足深海构筑物的120～200米入土深度大直径超长端承桩基础的要求。

在深海中打入钢管护筒，利用钢管护筒群，可搭建桩基施工操作平台，安装电磁炮发射架，采用电磁炮弹钻孔技术，发射高速电磁炮弹桩头，电磁炮弹桩头穿过海底中含有碎石夹层的软土层和基岩风化层，电磁炮弹桩头深深地嵌入基岩层之中，可以形成深海复合桩的桩基孔洞。

采用泥浆护壁钻机扩孔处理，放入桩内钢筋笼，桩孔内导管法灌注桩身混凝土，在桩身混凝土中心位置，打入桩内十字型钢柱，挤密桩孔内混凝土，等待桩身混凝土结硬后，形成一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩，建造深海区域的超大型码头或超大跨径桥梁的大直径超长端承桩基础。

电磁炮弹速度快，穿透能力强，可快速在深海海底形成120～200米入土深度的桩基空洞，桩基孔洞深度大，电磁炮弹桩头可轻松地穿透海底碎石夹层，电磁炮弹头可以穿破基岩风化层，电磁炮弹头深深地嵌入基岩的内部，形成深海超长端承桩，桩基承载力大，桩基变形小，群桩作用效应小，桩基施工快捷方便。

桩基孔洞形成后，进行泥浆护壁钻机扩孔处理，放入钢筋笼，在桩孔内导管法灌注混凝土，打人中心十字型钢钢桩，挤密孔内混凝土，内部十字型型钢柱和外部圆形混凝土柱协同工作，内部十字型型钢柱设置在桩混凝土的中心，可避免桩内型钢柱腐蚀，可提高桩结构耐久性，提高桩身承载力，电磁炮弹头兼作端承桩桩头，其成桩质量可靠。

在浩瀚的海洋上，打入钢管护筒群，利用钢管护筒群，搭建桩基施工操作平台，安装电磁炮发射架，钢管护筒内发射电磁炮弹桩头，连续电磁炮弹钻孔形成桩孔群，桩孔内放入钢筋笼后灌注混凝土，打入桩内十字型钢柱，挤压孔内混凝土，等待孔内混凝土结硬后，形成大直径超长桩群，其成桩施工技术先进，桩基础施工效率高。

深海区域风高浪大，深海桩基的施工环境恶劣，电磁炮弹钻孔形成桩基孔洞速度快，采用电磁能替代机械能进行桩基钻孔，节约了大量的人力物力，缩短了施工工期，电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩具有良好的经济性能指标。

本实用新型的电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩的施工技术先进，具有成桩深度大，承载力高、施工快捷和造价低等优点，突破了现有的深海超长桩基施工技术的瓶颈，可快速形成120～200米入土深度的海底大直径超长端承桩基础，可用于构建大型深水码头和超大跨径海峡悬索桥梁的桩基础。

附图说明

图1是一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩的示意图；

图2是图1中钢管混凝土深海超长复合桩的剖面示意图；

图3是钢管混凝土深海超长复合桩的群桩施工示意图。

图中有：电磁炮弹桩头1；桩基孔洞2；钢管护筒3；桩内钢筋笼4；桩身混凝土5；桩内十字型钢柱6；基岩层7：软土层8；海水层9；桩基施工操作平台10；电磁炮发射架11。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

本实用新型的一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩，包括电磁炮弹桩头1、桩基孔洞2、钢管护筒3、桩内钢筋笼4、桩身混凝土5和桩内十字型钢柱6，其特征在于：电磁炮弹桩头1位于桩基孔洞2的底部，桩基孔洞2是由电磁炮发射高速电磁炮弹桩头1在海底钻孔形成的，电磁炮弹桩头1穿过海底中含有碎石夹层的软土层8，电磁炮弹桩头1深深地嵌入基岩层7之中，钢管护筒3穿过海水层9插入软土层8之中，钢管护筒3与桩基孔洞2两者中心垂直对齐，在桩基孔洞2和钢管护筒3之内设置有通长的桩内钢筋笼4，在桩基孔洞2和钢管护筒3之内密实填充通长的桩身混凝土5，在桩身混凝土5中心设置有通长的桩内十字型钢柱6，构成电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩。

实施例2

一种电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：确定深海建筑物桩基群的位置，采用打桩船打入钢管护筒3，钢管护筒3穿过海水层9插入软土层8之中，利用钢管护筒3群搭建桩基施工操作平台10；

步骤二：在桩基施工操作平台10之上，安装电磁炮发射架11，电磁炮发射架11的炮口对准钢管护筒3的空腔中心垂直线，发射电磁炮弹桩头1，电磁炮弹桩头1穿过海底中含有碎石夹层的软土层8，电磁炮弹桩头1深深地嵌入基岩层7之中，形成深海复合桩的桩基孔洞2；

步骤三：电磁炮弹桩头1钻孔形成桩基孔洞2后，进行泥浆护壁钻机扩孔处理，放入桩内钢筋笼4，在桩孔内导管法灌注桩身混凝土5，在桩身混凝土5的中心位置，打入桩内十字型钢柱6，等待桩身混凝土5结硬后，形成钢管混凝土深海超长复合桩；

步骤四：循环施工，构成钢管混凝土深海超长复合桩桩群，浇筑桩顶钢筋混凝土承台，施工海洋建筑物的上部结构，建造深水码头，建造超大跨径海峡桥梁，运营使用。

实施例3

某4000米级超大跨径的空间缆索海峡悬索桥，水深是80米，在海床底下，含有碎石夹层的软土层的厚度为150米，基岩表面的风化层厚度为5米，超大跨径海峡悬索桥的桩基础群设计为端承桩，桩基础选用电磁炮弹钻孔的钢管混凝土深海超长复合桩的方案。

桩基直径为5米，桩身总长度为250米，在海水之中的长度为80米，在含有碎石夹层的软土层之中的长度为150米，电磁炮弹桩头穿透基岩风化层5米，嵌入坚硬基岩15米。

本工程钢管护筒的总长度为120米，插入海底软土层40米，钢管护筒内直径5米，钢管壁厚36mm，利用钢管护筒群，可搭建桩基施工操作平台。

在桩基施工操作平台之上，架设电磁炮发射架，电磁炮发射架的炮口对准钢管护筒的空腔中心垂直线，发射电磁炮弹桩头，电磁炮弹桩头穿过海底中含有碎石夹层的软土层和基岩风化层，电磁炮弹桩头深深地嵌入基岩层之中，可以形成深海复合桩的桩基孔洞。

电磁炮弹桩头形状类似炮弹，电磁炮弹桩头由炮管长度为33.5米电磁炮发射，电磁炮弹桩头的发射初速度为2公里/秒。电磁炮弹桩头直径5米，长度为8米，电磁炮弹桩头的合金钢弹壳厚度为0.5米，电磁炮弹桩头由外部合金钢弹壳铸造件和内部高强混凝土核心体两者组成，电磁炮弹桩头的头部尖尖的，电磁炮弹桩头的中部和尾部是圆柱体形状。

采用泥浆护壁钻机扩孔处理后，桩孔内放入钢筋笼，钢筋笼由24根φ28环形排列纵向钢筋和φ14@300双螺旋箍筋组成的，在桩身孔内导管法灌注混凝土采用c40，桩身混凝土的中心插入通长的十字型钢柱，十字型钢柱由两个互相垂直的h型钢焊接而成，h型钢采用1200*600规格。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。