适用于深水以及珊瑚礁地质的钢管复合桩基础的制作方法

本发明涉及桥梁设计领域。更具体地说，本发明涉及一种适合深水、珊瑚礁地质条件的钢管复合桩基础。

背景技术：

在国家“一带一路”战略背景下，连岛桥梁工程将成为海上丝绸之路沿线国家带动经济发展的重要契机。然而在这类国家和地区修建桥梁，将面临国内桥梁建设所未曾面对过的难题。外海岛礁建桥环境普遍存在以下特点，深水(大于50m)、长周期涌浪(大于14s)、珊瑚礁地质几个主要的特点，给桥梁基础设计提出了难题。

深水意味着基础在水中的自由高度大，对基础的刚度和强度要求更高。同样的水流条件下，深水将增加作用在基础上的水流力，因此基础需有强大的抵抗水平荷载能力。

珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体，是一种特殊的岩土介质类型，有着独特的工程环境特性和工程地质性质。珊瑚礁地质呈现出准礁灰岩、礁灰岩均具有密度低、孔隙大、结构性强、脆性大、强度各向异性显著的特点。

目前尚无在珊瑚礁地质条件下使用桩基础的桥梁工程先例，尤其是深水、珊瑚礁地质条件，如采用钢管桩，珊瑚礁地质条件下侧摩阻力小，难以满足承载力要求。如采用钻孔灌注桩基础，则水中部分桩基的自重大大增加了对基础的承载要求，效率很低。同时，由于水深大，基础所需承受的水平荷载非常大，因此桩基水平承载要求高。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种水平承载力更高的适应于深水、珊瑚礁地质条件的钢管复合桩基础的结构形式。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种适用于深水以及珊瑚礁地质的钢管复合桩基础，包括承台以及支承所述承台的桩基，所述桩基包括钢筋混凝土桩体以及围护在所述钢筋混凝土桩体外部的钢护筒；

其中，所述钢护筒和所述钢筋混凝土桩体的上端嵌入至所述承台；

其中，所述钢护筒的嵌入至所述承台的部分包括环形钢圈以及均匀环设在所述环形钢圈上的钢板条，所述钢板条与所述钢筋混凝土桩体的横截面的夹角为90-110°，且相邻两根钢板条的间距为钢板条宽度的0.8-1.2倍。

优选地，所述钢护筒和所述钢筋混凝土桩体嵌入所述承台的长度为所述承台高度的0.4-0.6倍。

优选地，所述钢护筒自下而上的占总长度0.05-0.3的范围的厚度为所述钢护筒的其余部位的厚度的1.5-2倍。

优选地，所述钢护筒的底部设置切角。

优选地，所述切角的断面满足：

e3＝t×(e1+e2)；并且t∈(0.8-1.5)；

其中，所述e1为所述钢护筒的其余部位的厚度，e2为所述钢护筒自下而上的占总长度0.05-0.3的范围的厚度与e1的差值，e3为所述切角的断面高度，t为参数。

本发明至少包括以下有益效果：

钢护筒参与桩基的受力，增加了桩基承载能力，可减小桩基础钢筋笼的钢筋用量，大大降低了基础施工风险和造价，同时钢护筒作为桩基的外部结构一方面保护了混凝土受海水腐蚀，以腐蚀自身的方式保证了混凝土免受海水腐蚀的影响。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述钢护筒的结构示意图；

图3为本发明中所述钢护筒嵌入承台部分的结构示意图；

图4为本发明中倾角的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述 试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种适用于深水以及珊瑚礁地质的钢管复合桩基础，包括承台以及支承所述承台的桩基，所述桩基包括钢筋混凝土桩体以及围护在所述钢筋混凝土桩体外部的钢护筒；

其中，所述钢护筒和所述钢筋混凝土桩体的上端嵌入至所述承台；

其中，所述钢护筒的嵌入至所述承台的部分包括环形钢圈以及均匀环设在所述环形钢圈上的钢板条，所述钢板条与所述钢筋混凝土桩体的横截面的夹角为90-110°，且相邻两根钢板条的间距为钢板条宽度的0.8-1.2倍。

在一个实施例中，所述钢护筒和所述钢筋混凝土桩体嵌入所述承台的长度为所述承台高度的0.4-0.6倍。

在一个实施例中，所述钢护筒自下而上的占总长度0.05-0.3的范围的厚度为所述钢护筒的其余部位的厚度的1.5-2倍。

在一个实施例中，所述钢护筒的底部设置切角。

在一个实施例中，所述切角的断面满足：

e3＝t×(e1+e2)；并且t∈(0.8-1.5)；

其中，所述e1为所述钢护筒的其余部位的厚度，e2为所述钢护筒自下而上的占总长度0.05-0.3的范围的厚度与e1的差值，e3为所述切角的断面高度，t为参数。

实施例1

一种适应于深水、珊瑚礁地质条件的钢管复合桩基础的结构形式，如图1所示，其组成包括三个部分：钢护筒1、承台2以及钢筋混凝土桩体3，其特点为钢护筒1参与桩基水平承载，竖向承载钢护筒和钻孔灌注桩部分共同承担，最主要的还是钢护筒内的混凝土桩来承担。

为确保钢护筒1与钢筋砼部分协同受力，位于外部的钢护筒1和钢筋混凝土桩体3的 上端深入到承台2，其深入长度为a，a的值大小一般为承台2高度的一半，以确保上端嵌固。钢护筒1的长度比钢筋混凝土的长度要小，钢护筒1的深入岩面内部的长度b按照两点来确定，一是钢护筒1在桩基的施工阶段可以自稳并满足施工期临时荷载作用，如钻机、吊车等临时荷载的作用等，二是钢护筒1参与桩基的受力，深入长度要满足一定的要求，钢护筒1的入岩深度需超过桩基嵌固点，嵌固点深度需根据地层参数及相关规范要求确定。

钢筋混凝土段的长度要根据桩基的受力情况来确定长度。钢护筒1的结构如图2所示，钢护筒1的底部d长度的区域内需要加强，即钢护筒1的厚度增加，以满足钢护筒1在施打的过程中可以顺利进入岩层内部为宜，同时在钢护筒1的底部，需要设置切角如图4所示，以利于钢护筒1进入岩层。d的取值大小与钢护筒1的厚度呈一定关系：e3＝t×(e1+e2)；并且t∈(0.8-1.5)；

其中，所述e1为所述钢护筒的其余部位的厚度，e2为所述钢护筒自下而上的占总长度0.05-0.3的范围的厚度与e1的差值，e3为所述切角的断面高度，t为参数。

进入承台2内部的钢护筒1结构形式如图2和图3所示，上部结构的钢护筒1需要切割成钢板条101形式。其中承台2内部钢筋与深入承台2内的钢板条101位置相互冲突时可以根据实际设计的情况，改变钢板条101的位置，以适应承台2内通长钢筋布置的需要，如剩余钢板条101受力不足以满足受力要求，可通过在板条外贴钢筋的方式补足，以满足钢护筒1与承台2的结合共同受力的需要。钢护筒1深入承台2部分分为两个部分，a1和a2部分。a1部分是未作处理的钢护筒1桩基，主要是连接形式上的过渡作用，同时也是考虑到承台2施工是需要施工封底混凝土，在封底混凝土部分的钢护筒1部分不易做施工上的处理。a2部分就是细部图3展示的内容。钢板条101有一定的倾角c，倾角需要根据承台2的高低，从设计的角度予以考虑，一般取值为10度。上述结构的说明，一方面要求钢护筒1深入礁灰岩岩层一定的深度，满足桩基的嵌固需要，二是钢护筒1需要与承台2很好的连接，保证钢护筒1与承台2之间的受力需要，这两点从整体上可以保证钢护筒1参与整个桩基的受力，对于提高整个桩基的受力性能是有利的，在桩基的整体受力计算时，把钢护筒1等效成钢筋来进行桩基的受力计算。

海洋环境中，钢护筒1的防腐影响结构安全，本发明对应的基础钢护筒1由于参与结构受力，其防腐采用腐蚀裕量方式，钢护筒1的厚度除了考虑施工过程中满足桩基承载能力的需求外，还应该满足设计寿命年限内海洋环境腐蚀的厚度，即钢护筒1的厚度等于钢 管桩桩基承载力的需要厚度和腐蚀厚度之和。

设计时需要根据实际的珊瑚礁地质环境来进行相应的设计。首先确定桩基直径和数量、分布形式；然后根据桩基结构的受到的荷载作用、珊瑚礁地质环境区域的海水深度等因素来确定桩基的长度；再次确定桩基的钢护筒深入桩基承台长度和深入承台内部钢护筒切割成钢板条形式布置、钢护筒的入岩深度、钢护筒底部加强区域长度和钢护筒底部为便于入岩所形成的切角尺寸，桩基础受力分析确定配筋及护筒参与受力厚度，考虑腐蚀裕量得到护筒最终采用厚度，最后钢护筒内部的混凝土桩基承载力和桩基结构设计：

1、确定桩基承台的尺寸和桩基的根数、分布形式和桩基的直径尺寸：桩基承台的尺寸和桩基的根数、分布形式和桩基的直径尺寸。这些尺寸的确定需要根据桩基结构所承受的荷载的作用，结构美学，海洋环境等复杂的因素来确定。

2、桩基的长度：根据桩基结构的受到的荷载作用、珊瑚礁地质环境区域的海水深度等因素来确定桩基的长度。

3、钢护筒深入承台内部的长度：确定深入承台内部的长度是基于钢护筒和桩基的钢筋混凝土结构共同承受桩基荷载的作用考虑的，保证钢护筒进入承台后嵌固稳定。

4、钢护筒的入岩深度：入岩深度的大小一方面满足钢护筒和桩基共同承受桩基的荷载作用下需要的嵌固长度，同时，入岩深度的大小还需要满足钢护筒在施工阶段稳定和承受临时荷载作用，可以根据珊瑚礁地质的桩端承载力和侧摩阻力计算得到。

5、钢护筒底部加强区域长度和钢护筒底部为便于入岩所形成的切角尺寸：钢护筒在桩基的施工阶段，在打桩锤的作用下进入岩层，为了保证钢护筒的安全和稳定，需要在钢护筒的底部进行加强，即是增加钢护筒的厚度，厚度增加的大小需要根据地质勘测报告中的内容来确定。切角的大小以满足切角的形式可以在打桩锤的作用下易于进入岩面为宜。

6、桩基础受力分析确定配筋及护筒参与受力厚度：根据桩基础所需承担的竖向及水平向荷载，护筒参与受力部分等效为桩基础配筋进行计算。

7、腐蚀裕量计算：按照规范根据护筒所处腐蚀环境计算。

8、混凝土桩基的承载力和结构设计：钢筋混凝土设计是常规项目，按照规范中相应的桩基设计规范进行设计。

本发明的工业实用性

钢护筒参与桩基的受力，增加了桩基承载能力，可减小桩基础钢筋笼的钢筋用量，大 大降低了基础施工风险和造价，同时钢护筒作为桩基的外部结构一方面保护了混凝土受海水腐蚀，以腐蚀自身的方式保证了混凝土免受海水腐蚀的影响。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。