一种带有护壁的水下浇筑式管柱及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种带有护壁的水下浇筑式管柱及其施工方法，其特征是在成孔中自下而上沿成孔内壁以水下快凝材料浇筑护壁层形成护壁孔，向护壁孔中下放筒形钢筋笼；在钢筋笼的筒中下放钢结构锥形底节模板，并自下而上逐节组装并下放各节段预制内模板形成内模；在护壁孔中浇筑封底混凝土形成混凝土底板，使成护壁孔形成为封底的环形筒体；在封底的环形筒体中，以护壁层为外模，在外模和内模之间进行管身混凝土的浇筑，在管身混凝土达到强度要求后，自上而下取出各节段预制内模板，完成带有护壁的水下浇筑式管柱的施工。本发明可有效应用于土木工程、桥梁房建、水工结构，且提高施工效率。
【专利说明】一种带有护壁的水下浇筑式管柱及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程、桥梁房建、水工结构中基础现浇施工方法。
【背景技术】
[0002]现有的沉井及沉管基础施工采用分节预制构件后依靠自重或辅助措施接高下沉然后进行压浆处理的方法进行施工。对于该工艺，除存在施工场预制件运输困难、吊装设备大、预制件下沉困难等问题外，还有以下几点难以控制:下沉后由于底部有残渣易整体倾斜；分节预制，各节接口处拼接施工难度大；压浆工艺复杂，压浆质量难以控制，工期长造价高。预制法施工的以上问题已成为行业内公认的难题。
【发明内容】
[0003]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种带有护壁的水下浇筑式管柱及其施工方法，以方便施工、提高施工效率。
[0004]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]本发明带有护壁的水下浇筑式管柱的结构特点是:所述管柱是在现浇加筋混凝土管柱与成孔内壁之间采用水下快凝材料浇筑形成有护壁层，所述管柱以现浇混凝土底板形成混凝土封底。
[0006]本发明带有护壁的水下浇筑式管柱的施工方法的特点是按如下步骤进行:
[0007]a、在设定的管柱所在位置处，以钻机施工成孔；
[0008]b、在所述成孔中利用环形滑模装置自下而上沿成孔内壁以水下快凝材料浇筑护壁层，形成护壁孔，向所述护壁孔中下放筒形钢筋笼；
[0009]C、在所述钢筋笼的筒中下放底节模板，在所述底节模板上、自下而上逐节组装并通过外挂配重下放各节段预制内模板形成内模，锁定内模后在护壁孔中浇筑底板混凝土形成混凝土封底，底节模板浇筑在管柱孔的混凝土封底中进行定位，使成护壁孔形成为封底的环形筒体；
[0010]d、在所述封底的环形筒体中，以所述护壁层为外模，在所述外模和内模之间浇筑管身混凝土，在所述管身混凝土达到强度要求后，解除对内模的锁定，自上而下取出各节段预制内模板，完成带有护壁的水下浇筑式管柱的施工；
[0011]e、在所述带有护壁的水下浇筑式管柱的顶面浇注顶盖完成基础承台的施工。
[0012]本发明施工方法的特点也在于:
[0013]设置所述各节段预制内模板为空心浮筒结构，在释放对内模的锁定之后，各节段内模板可依靠浮力上浮实现回收。
[0014]所述底节模板的上段为圆柱形筒体，下段为圆锥形筒体，所述底节模板是以其圆锥形筒底浇筑在管柱孔的混凝土封底中进行定位。
[0015]所述各节段预制内模板是由瓦片模板拼装而成；在所述各节段预制内模板中，呈水平设置的“十”字支撑架在其呈“十”字的四个支撑位上支撑有定位立柱，各瓦片模板与相邻位置上定位立柱相互卡嵌，并能够以所述定位立柱为导向柱竖向滑动；相邻节段的预制内模板之间，对应位置上的定位立柱相互螺纹连接；处在与所述底节模板相邻接位置上的第一节段预制内模板中的定位立柱是螺纹连接在所述底节模板的顶面上，在所述各节段预制内模板之间贯穿用于张拉的锁紧钢铰线；所述锁紧钢铰线在孔顶限位平台上利用千斤顶进行张拉。
[0016]在各道“十”字支撑架的中心分别设置有钢绞线拴结点，并有回收钢绞线在各钢绞线拴结点之间串联连接并延伸至管柱孔的孔口，用于回收“十”字支撑架。
[0017]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0018]1、本发明中护壁层具有较高的强度质量比、刚度质量比和良好的耐腐蚀性能，防渗性能好，以其作为混凝土的保护外壳可以对混凝土结构实施全寿命保护；
[0019]2、本发明中护壁层可较好地约束管柱的纵向及环向应变，钢筋骨架可按照最小配筋率配置，与普通钢筋混凝土沉管配筋率大为减小，各节段内模板重复使用，从而节省造价，用量也减轻了钢筋骨架吊装重量。
[0020]3、与混凝土预制沉管相比，本发明中护壁层与内模的配搭实现管柱现浇，解决了场地预制大直径沉管运输困难的问题，可大大提高施工效率，缩短工期；
[0021]4、已有技术中预制件接高在连接处处理困难，质量不易控制，本发明实现管柱基础一次性浇筑完成，基础为完整整体，可有效提高基础力学性能，基础质量可靠；
[0022]5、已有技术中预制下沉工法在预制件下沉完成后需要进行压浆处理，而压浆工艺复杂，特别对于管柱基础底部压浆质量难以控制，造成基础底部周边松散，使得基础承载力降低，本发明实现一次性现浇，不需要压浆处理。且本发明采用钢结构锥形底节模板，可伸入至较深处，然后完成浇筑，由于浇筑的混凝土流动性强可经挤压渗入各个空间，不会出现传统施工方法可能造成的底部周边松散问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明自浮式内模系统立面图；
[0024]图2为本发明自浮式内模系统平面图；
[0025]图3为本发明中底节定位模板安装示意图；
[0026]图4为本发明中第二节立柱及十字支撑架安装示意图；
[0027]图5为本发明中自浮模板与定位立柱连接示意图；
[0028]图6为本发明中十字支撑架与定位立柱连接示意图；
[0029]图7为本发明管柱立面示意图；
[0030]图8为本发明管柱平面示意图；
[0031]图9为本发明管柱浇筑完成后结构示意图。
[0032]图中标号:I护壁层，2钢筋笼，3内模板，3a加劲板，4底节模板，5为“十”字支撑架，5a锥形销，6定位立柱，6a支撑牛腿，7锁紧钢铰线，8孔顶限位平台，9千斤顶，10钢绞线拴结点，11混凝土封底，12回收用钢绞线，13穿线孔，14管身混凝土。
【具体实施方式】
[0033]参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，本实施例中设置用于施工带有护壁的水下浇筑式管柱的内模系统的结构形式是:
[0034]如图1所示，包括一钢结构底节模板4，在底节模板4上、自下而上逐节组装各节段预制内模板3 ;各节段预制内模板3为可在水中获得浮力的全封闭钢结构空心浮筒结构，在释放对内模的锁定之后，各节段内模板3可依靠浮力上浮实现回收；底节模板4浇筑在管柱孔的混凝土封底11中进行定位。
[0035]如图2和图5所示，各节段预制内模板3是由瓦片模板拼装而成；在各节段预制内模板3中，呈水平设置的“十”字支撑架5在其呈“十”字的四个支撑位上支撑有定位立柱6，各瓦片模板与相邻位置上定位立柱6相互卡嵌，并能够以定位立柱6为导向柱竖向滑动；各瓦片模板为空心全封闭浮式模板，其内设置有各道加劲板3a ;各节段预制内模板3根据实际施工条件可以为6-15m。
[0036]如图3、图4和图5所示，相邻节段的预制内模板3之间，对应位置上的定位立柱6相互螺纹连接；处在与底节模板4相邻接位置上的第一节段预制内模板中的定位立柱是螺纹连接在底节模板4的顶面上，在各节段预制内模板3之间通过设置在预制内模板3中的穿线孔13贯穿用于张拉的锁紧钢铰线7 ;锁紧钢铰线7在孔顶限位平台8上利用千斤顶9进行张拉。
[0037]具体实施中，底节模板4的上段为圆柱形筒体，下段为圆锥形筒体，底节模板4是以其圆锥形筒底浇筑在管柱孔的混凝土封底11中进行定位；
[0038]如图6所示，“十”字支撑架5根据受力情况进行设置，每节定位立柱6至少设置两道“十”字支撑架5，在各道“十”字支撑架5的中心分别设置有钢绞线拴结点10，并有回收用钢绞线12在各钢绞线拴结点10之间串联连接并延伸至孔口，用于回收“十”字支撑架5，在定位立柱6的内侧壁上设置支撑牛腿6a，“十”字支撑架5通过锥形销5a连接在支撑牛腿6a。
[0039]参见图7、图8和图9，本实施例中带有护壁的水下浇筑式管柱的结构形式是在现浇加筋混凝土管柱与成孔内壁之间采用水下快凝材料浇筑形成有护壁层1，管柱以现浇混凝土底板形成混凝土封底11。
[0040]本实施例中带有护壁的水下浇筑式管柱的施工方法按如下步骤进行:
[0041]1、在设定的管柱所在位置处，以钻机施工成孔；
[0042]2、在所述成孔中利用环形滑模装置自下而上沿成孔内壁以水下快凝材料浇筑护壁层(I)，形成护壁孔，向所述护壁孔中下放筒形钢筋笼(2);
[0043]3、在所述钢筋笼⑵的筒中下放底节模板(4)，在所述底节模板(4)上、自下而上逐节组装并通过外挂配重下放各节段预制内模板(3)形成内模，锁定内模后在护壁孔中浇筑底板混凝土形成混凝土封底(11)，底节模板(4)浇筑在管柱孔的混凝土封底(11)中进行定位，使成护壁孔形成为封底的环形筒体；具体实施是在下方底节模板4至其顶面处在孔口位置时，在底节模板4的顶面安装第一节段预制模板中的定位立柱和“十”字支撑架；再次下放至第一节段预制模板中的定位立柱的顶端处在孔口位置时，以螺纹连接上一节段预制模板中的定位立柱和“十”字支撑架；继续下放各节段预内模板中定位立柱和“十”字支撑架，当利用外挂配重将各节段预制模板中各瓦片模板自孔口处依次沿定位立柱6下沉在指定位置上，在孔顶限位平台8上利用千斤顶9张拉贯穿在各节段预制内模板3上穿线孔13中的锁紧钢绞线7进行压实并锁定，完成内模安装。[0044]4、在封底的环形筒体中，以所述护壁层I为外模，在外模和内模之间浇筑管身混凝土 14，在管身混凝土 14达到强度要求后，解除对内模的锁定，自上而下取出各节段预制内模板3，完成带有护壁的水下浇筑式管柱的施工；
[0045]5、在带有护壁的水下浇筑式管柱的顶面浇注顶盖完成基础承台的施工。
[0046]具体实施中，水下快凝材料是以水泥、石膏、HPMC材料及水按1:1: 0.01: 0.5的质量配合比混合而成，可根据浇筑高度等实际工况进行适当调整，快凝材料凝固时间为I小时，强度为2MPa，浇筑形成的护壁层I的厚度为5到20cm。
[0047]环形滑模装置的浇筑过程是在初始位置浇筑材料强度达到允许值后，移动活动模板至下一位置继续浇筑，实现连续浇筑，环形滑模装置中的滑移式活动模板为环形，这一施工工艺目前已经在工程建设中得到广泛使用。
[0048]单节内模板3的长度为6?15米，各节段预制内模板3设置为空心浮筒结构，在释放对内模板的锁定之后，各节段内模板3可依靠浮力上浮实现回收，其重复使用，节省造价，节约工期；以钢结构锥形底节模板4压入成孔底部较深位置，能有效地起到固定和定位内模板的作用。
[0049]本发明管柱直径在3至6m，可广泛用于桥梁房建、水工结构等工程建设领域，可适用于陆上常规基础的施工，如沉井、管柱等；尤其适于水中基础的施工，如桥梁的塔柱基础、水中锚碇基础、群井基础等。也可在该结构的基础上实施增加摩擦力的措施，如顶入根键形成根式基础等。
【权利要求】
1.一种带有护壁的水下浇筑式管柱，其特征是:所述管柱是在现浇加筋混凝土管柱与成孔内壁之间采用水下快凝材料浇筑形成有护壁层(I)，所述管柱以现浇混凝土底板形成混凝土封底(11)。
2.—种权利要求1所述的带有护壁的水下浇筑式管柱的施工方法，其特征是按如下步骤进行: a、在设定的管柱所在位置处，以钻机施工成孔； b、在所述成孔中利用环形滑模装置自下而上沿成孔内壁以水下快凝材料浇筑护壁层(I)，形成护壁孔，向所述护壁孔中下放筒形钢筋笼(2); C、在所述钢筋笼(2)的筒中下放底节模板(4)，在所述底节模板(4)上、自下而上逐节组装并通过外挂配重下放各节段预制内模板(3)形成内模，锁定内模后在护壁孔中浇筑底板混凝土形成混凝土封底(11)，底节模板(4)浇筑在管柱孔的混凝土封底(11)中进行定位，使成护壁孔形成为封底的环形筒体； d、在所述封底的环形筒体中，以所述护壁层(I)为外模，在所述外模和内模之间浇筑管身混凝土(14)，在所述管身混凝土(14)达到强度要求后，解除对内模的锁定，自上而下取出各节段预制内模板(3)，完成带有护壁的水下浇筑式管柱的施工； e、在所述带有护壁的水下浇筑式管柱的顶面浇注顶盖完成基础承台的施工。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征是:设置所述各节段预制内模板(3)为空心浮筒结构，在释放对 内模的锁定之后，各节段内模板(3)可依靠浮力上浮实现回收。
4.根据权利要求2所述的施工方法，其特征是:所述底节模板(4)的上段为圆柱形筒体，下段为圆锥形筒体，所述底节模板(4)是以其圆锥形筒底浇筑在管柱孔的混凝土封底(II)中进行定位。
5.根据权利要求2所述的施工方法，其特征是:所述各节段预制内模板(3)是由瓦片模板拼装而成；在所述各节段预制内模板(3)中，呈水平设置的“十”字支撑架(5)在其呈“十”字的四个支撑位上支撑有定位立柱(6)，各瓦片模板与相邻位置上定位立柱(6)相互卡嵌，并能够以所述定位立柱(6)为导向柱竖向滑动；相邻节段的预制内模板(3)之间，对应位置上的定位立柱(6)相互螺纹连接；处在与所述底节模板(4)相邻接位置上的第一节段预制内模板中的定位立柱是螺纹连接在所述底节模板(4)的顶面上，在所述各节段预制内模板⑶之间贯穿用于张拉的锁紧钢铰线(7);所述锁紧钢铰线(7)在孔顶限位平台(8)上利用千斤顶(9)进行张拉。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征是:在各道“十”字支撑架(5)的中心分别设置有钢绞线拴结点(10)，并有回收用钢绞线(12)在各钢绞线拴结点(10)之间串联连接并延伸至管柱孔的孔口，用于回收“十”字支撑架(5)。
【文档编号】E02D5/40GK103911990SQ201410172024
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】殷永高, 孙敦华, 张立奎, 吕奖国, 赵先民, 赵公明, 郑伟峰, 朱星虎, 明昕, 葛德宏 申请人:安徽省高速公路控股集团有限公司