专利名称：一种沉井和钢管桩的水中组合基础及其施工方法
技术领域：
本发明属于土建工程建造技术领域，具体涉及一种跨海(河)桥梁的基础，特别涉及一种适用于具有深厚覆盖层的沉井和钢管桩的水中组合基础及其施工方法。
背景技术：
根据施工和地质条件不同，桥梁深水基础有沉井、沉箱、钢管桩和钻孔灌注桩等形式，一般分开使用。沉井是一种将上部荷载传至地基的深基础，是一个无底无盖的井筒，一般由刃脚、井壁、隔墙等部分组成。水中沉井一般采用在岸边陆地先制造底节，然后浮运就位，再接筑上部，浇筑一节，下沉一节，达到设计标高后，进行混凝土封底、填心、修建顶盖， 构成沉井基础。钢管桩广泛地应用于跨海桥梁，一般采用大型打桩船施工。跨海桥梁的防船舶撞击要求高，因此需要其基础具有较大的抗弯能力。斜拉桥的辅助墩、过渡墩和大跨径连续梁桥的过渡墩由于上部传递的竖向荷载特别小，抗船舶撞击能量特别弱，需要数量较多的钢管桩和钻孔灌注桩，造价高，因此采用一种新型的基础有重要意义。沉井基础刚度大，抗船舶撞击能量强，但在深水软土地质条件上，施工困难，成本高，风险大。常规做法是先在场地预制底部沉井，利用拖船运输到桥址，利用定位船舶定位， 并不断接高下沉。在整个施工过程，需要大量船舶用于定位和固定沉井位置，因而造价高， 风险大。下沉过程中，由于地质条件差，容易下沉过快，并因此容易失控偏向，而沉井纠偏是很困难的。
发明内容
本发明提供了一种沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法，该方法施工方便， 不需要大型定位和固定船舶，不会发生偏向。本发明提供了由上述施工方法制作的沉井和钢管桩的水中组合基础，该基础能有效提高水中桥梁基础的承载力，抗船舶撞击作用强。一种沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法，包括(i)在预定施工位置，打入若干钢管桩，并利用钢桁架将钢管桩连成整体，形成沉井内侧的定位支撑；同时在钢桁架上均勻设置两个以上的千斤顶，通过电脑同步系统控制该千斤顶的运行；(ii)将沉井的底节的钢壳浮运到钢管桩(1)外侧，然后组装成整体，并通过吊杆与钢桁架上的千斤顶固定连接，同时将沉井导向圈套设在外围钢管桩上；浇筑沉井混凝土；(iii)浇筑完设计高度的沉井后，利用千斤顶控制沉井稳步勻速下沉；下沉到设计标高后，拆除钢管桩的连接钢桁架，利用沉井做工作平台，振动下沉钢管桩至预制高度， 此时钢管桩顶端高于沉井底端高度；(iv)利用水下混凝土浇筑沉井封底混凝土，使钢管桩和沉井共同作用，形成整体； 架设沉井顶板，并对沉井底部土层进行注水泥浆加固。为保证沉井混凝土浇筑过程中，沉井的稳定性，优选的技术方案中，可选择在所述的浇筑沉井过程中，在沉井周围设置空气箱，控制沉井下沉深度和钢桁架受力大小；在沉井浇筑完成后，释放空气箱使沉井下沉。所述的沉井下沉过程中受阻时，可采用吸泥或冲高压水等方法辅助沉井下沉。保证沉井下沉的顺利完成。具体采用何种方式进行辅助作业，可根据实际施工条件决定。所述的钢管桩的数量为3 9个，且均勻分布。钢管桩的数量根据实际沉井的大小也可进行调整。所述的千斤顶的数量为2 8个，且沿沉井四周均勻设置。所述的沉井导向圈平行设置2 4排，保证沉井能竖向下沉而不发生偏向。所述的沉井下沉速度可利用千斤顶控制。一种由上述施工方法加工得到的沉井和钢管桩的水中组合基础，包括沉井，所述的沉井内腔下方设有若干顶端高于沉井底端的钢管桩，两者通过沉井封底混凝土相互固定。上述组合基础中，所述的钢管桩的数量为3 9个，且均勻分布在沉井结构内腔水平投影空间内。本发明的沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法，施工方便，不需要大型定位和固定船舶，不会发生偏向，施工成本低；同时由该施工方法制作的沉井和钢管桩的水中组合基础，能有效提高水中桥梁基础的承载力，抗船舶撞击作用强。
图1为本发明的施工方法的设备设置结构示意图；图2为本发明的沉井和钢管桩的水中组合基础的结构示意图；图3为图2内部的俯视结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，一种沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法，包括(i)在预定施工位置，打入五个钢管桩1，并利用钢桁架2将五个钢管桩1连成整体，形成沉井内侧的定位支撑；同时在钢桁架2上对称设置两个千斤顶4，通过电脑同步系统控制该千斤顶4的运行，有效保证沉井3的同步下沉；(ii)将沉井3的底节的钢壳分段浮运到钢管桩(1)外侧，然后组装成整体，并通过吊杆5与钢桁架2上的千斤顶4固定连接，同时将上下两排沉井导向圈6套设在外围钢管桩上；浇筑沉井底节混凝土 ；然后逐节浇筑沉井混凝土 ；下沉利用钢桁架2的千斤顶4控制沉井3下沉，根据需要，沉井3周围设置空气箱以控制沉井下沉深度和钢桁架受力；(iii)浇筑完设计高度的沉井3后，释放空气箱使沉井3下沉，利用千斤顶4控制沉井稳步勻速下沉；下沉受阻后，可以采用吸泥、冲高压水等措施辅助下沉，但仍利用钢桁架控制沉井稳步、均勻下沉；下沉到设计标高后，拆除钢管桩1的连接钢桁架2，利用沉井3 做工作平台，振动下沉钢管桩1至高于沉井底端合适连接的高度，此时钢管桩1顶端高于沉井3底端高度，便于利用水下混凝土对两者进行固定；(iv)利用水下混凝土浇筑沉井封底混凝土 7，使钢管桩1和沉井3共同作用，形成整体；架设沉井顶板8，并对沉井底部土层进行注水泥浆加固。沉井的下沉施工应安排在平潮期，在大潮期和恶劣天气时可以在上下游采用地锚加强沉井的横向稳定。
钢管桩1的数量可根据实际需要确定，一般为3 9个，且均勻分布。千斤顶3的数量也可根据实际需要确定，一般为2 8个，且沿沉井四周均勻设置。沉井导向圈6的数量也可根据实际需要确定，一般平行设置2 4排。沉井下沉速度可利用千斤顶进行控制。如图2和图3所示，由上述方法制备得到的沉井和钢管桩的水中组合基础，包括沉井3，沉井3内腔下方设有五个顶端高于沉井3底端的钢管桩1，两者通过沉井封底混凝土 7相互固定。上述组合基础中，钢管桩1的数量也可根据实际需要调整，一般为3 9个，且均勻分布在沉井结构3内腔在水平面投影空间内。上述的沉井3结构中还包括刃脚9、井壁11、沉静顶板8和凹槽10等，凹槽10设置在刃脚9上方井壁11内侧，其作用时使封底混凝土 7和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力。
权利要求
1.一种沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法，包括(i)在预定施工位置，打入若干钢管桩(1)，并利用钢桁架(2)将钢管桩(1)连成整体， 形成沉井内侧的定位支撑；同时在钢桁架( 上均勻设置两个以上的千斤顶G)，通过电脑同步系统控制该千斤顶的运行；( )将沉井(3)的底节的钢壳浮运到钢管桩(1)外侧，然后组装成整体，并通过吊杆 (5)与钢桁架上的千斤顶固定连接，同时将沉井导向圈(6)套设在外围钢管桩上；浇筑沉井混凝土；(iii)浇筑完设计高度的沉井C3)后，利用千斤顶(4)控制沉井稳步勻速下沉；下沉到设计标高后，拆除钢管桩(1)的链接钢桁架O)，利用沉井(3)做工作平台，振动下沉钢管桩 (1)至预制高度，此时钢管桩(1)顶端高于沉井(3)底端高度；(iv)利用水下混凝土浇筑沉井封底混凝土(7)，使钢管桩(1)和沉井C3)共同作用，形成整体；架设沉井顶板(8)，并对沉井底部土层进行注水泥浆加固。
2.根据权利要求1所述的沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法其特征在于，所述的浇筑沉井过程中，在沉井周围设置空气箱，控制沉井下沉深度和钢桁架受力；在沉井浇筑完成后，释放空气箱使沉井下沉。
3.根据权利要求1所述的沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法其特征在于，所述的沉井下沉过程中受阻时，采用吸泥或冲高压水方法辅助沉井下沉。
4.根据权利要求1所述的沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法其特征在于，所述的钢管桩⑴的数量为3 9个，且均勻分布。
5.根据权利要求1所述的沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法其特征在于，所述的千斤顶(3)的数量为2 8个，且沿沉井四周均勻设置。
6.根据权利要求1所述的沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法其特征在于，所述的沉井导向圈(6)平行设置2 4排。
7.一种由权利要求1所述施工方法加工得到的沉井和钢管桩的水中组合基础，包括沉井(3)，其特征在于，所述的沉井(3)内腔下方设有若干顶端高于沉井C3)底端的钢管桩 (1)，两者通过沉井封底混凝土(7)相互固定。
8.根据权利要求7所述的沉井和钢管桩的水中组合基础，其特征在于，所述的钢管桩 (1)的数量为3 9个，且均勻分布在沉井结构(3)内腔水平投影空间内。
全文摘要
本发明公开了一种沉井和钢管桩的水中组合基础的施工方法，包括(i)打入钢管桩，利用钢桁架将钢管桩连成整体；在钢桁架上设置千斤顶；(ii)将沉井的底节的钢壳浮运到钢管桩外侧，组装成整体，通过吊杆与千斤顶固定连接；浇筑沉井混凝土；(iii)利用千斤顶控制沉井下沉；下沉到设计标高后拆除钢桁架，利用沉井做工作平台，振动下沉钢管桩至预制高度；(iv)浇筑沉井封底混凝土；架设沉井顶板并对沉井底部土层进行加固。本发明的施工方法，施工方便，不需要大型定位和固定船舶，不发生偏向，施工成本低；由该施工方法制作的沉井和钢管桩的水中组合基础，能有效提高水中桥梁基础的承载力，抗船舶撞击作用强。
文档编号E02D27/20GK102322069SQ20111018600
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者陈向阳 申请人:浙江省交通规划设计研究院