围水装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及桥梁施工辅助设备领域，尤其涉及一种围水装置。


背景技术：

[0002]
桥梁是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物，它架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行。桥梁一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成，上部结构主要指桥跨结构和支座系统；下部结构包括桥台、桥墩和基础；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。由于下部结构往往具有构造隐蔽、腐蚀环境复杂和运营风险高的特点，因此在桥梁的各个结构中下部结构属于不可替换构件，容易成为管养的盲区。对于下部结构来说，目前除了船舶撞击等外部荷载造成的严重损伤外，还有因腐蚀物侵蚀而导致的损伤。
[0003]
对于涉水的下部结构，针对损伤状况的维护需要借助一定的围水装置才可开展。现有的围水装置主要包括土围堰、钢板桩围堰和钢套箱围堰。其中，土围堰是在局部位置采用土石等材料进行筑岛施工，以隔绝水流。土围堰虽然能充分利用当地材料简化施工工艺，但是土围堰施工过程中会导致水域污染，并且位于深水通航范围的桥墩、水流和通航的需求限制了土围堰的使用。钢板桩围堰是最常用的一种板桩围堰，通过插打异形钢板形成隔水屏障。钢板桩围堰虽然施工简便、造价低廉，但是由于在役桥梁建设和养护历史往往比较复杂，桥墩附近可能仍残留建设期的筑岛材料和后期冲刷防护中的抛填物，因此钢板桩围堰无法打入海床底部。此外，插打钢板桩需要有一定的施工作业空间，受到桥梁净空的限制，钢板桩围堰打桩机工作空间不足。由于桥梁的下部结构已经是既有结构物，因此传统的钢套箱围堰在施工过程中无法采取建设期由下往上的施工作业工序，需要采取搭设临时施工平台分节段下沉钢套箱。对于深水区的高桩承台，要达到底部密水效果，需要足够高度的钢套箱才能实现。此外，受到桩基的干扰，在桩基之间区域范围内封底混凝土浇筑质量难以保证。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种适用范围广、施工工艺简单、环境友好的围水装置。
[0005]
根据本实用新型实施例的围水装置，该围水装置包括套箱、止水组件、多个顶板分块以及设于所述顶板分块下方的底板分块，所述套箱由多个分片模板拼装而成；多个所述底板分块沿所述套箱的周向依次固定在所述套箱底部的内壁上、以形成围绕待维修结构的底板；多个所述顶板分块沿所述套箱的周向依次固定在所述套箱底部的内壁上、以形成与所述底板对应的顶板；所述止水组件设于所述顶板与所述底板之间，所述止水组件包括橡胶带、传力横梁和多个伸缩驱动件，所述橡胶带沿着所述底板的周向延伸、并临近所述底板的内边缘设置；所述伸缩驱动件的一端固定在所述套箱的内壁上，每个所述伸缩驱动件的另一端均通过所述传力横梁与所述橡胶带连接，所述伸缩驱动件用于驱动所述传力横梁朝
向所述待维修结构移动。
[0006]
根据本实用新型实施例的围水装置，不仅施工工艺简单、不会对水域环境造成污染，而且还可重复利用、降低施工成本。此外，由于套箱由分片模板拼装而成，且伸缩驱动件能够驱动橡胶带往复移动，进而能够实现套箱与橡胶带之间间距微调，因此本实用新型适用范围广。
[0007]
另外，根据本实用新型实施例的围水方法，还可以具有如下附加技术特征：
[0008]
根据本实用新型的一个实施例，所述分片模板包括拐角模板，相邻两个所述拐角模板的对应的端部相互连接。
[0009]
根据本实用新型的一个实施例，所述分片模板还包括平面模板，相邻两个所述拐角模板的对应的端部通过至少一个所述平面模板连接。
[0010]
根据本实用新型的一个实施例，所述拐角模板与所述平面模板之间或相邻的两个平面模板之间设有防水橡胶垫层。
[0011]
根据本实用新型的一个实施例，所述拐角模板与所述平面模板之间或相邻的两个平面模板之间通过螺栓连接。
[0012]
根据本实用新型的一个实施例，所述拐角模板在水平面的投影形状为l形、v形或半圆形。
[0013]
根据本实用新型的一个实施例，所述传力横梁朝向所述橡胶带的一侧形成有用于卡设所述橡胶带的卡槽。
[0014]
根据本实用新型的一个实施例，所述传力横梁的顶面和底面设置有不锈钢板。
[0015]
根据本实用新型的一个实施例，所述伸缩驱动件为千斤顶、气缸或液压缸。
[0016]
根据本实用新型的一个实施例，所述顶板与所述底板之间还设有安装支撑框架。
[0017]
本实用新型实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
[0018]
本实用新型通过在顶板与底板之间由外至内依次设置伸缩驱动件、传力横梁和橡胶带，伸缩驱动件就可通过传力横梁挤压橡胶带使其发生变形，进而使橡胶带抵紧顶板、底板和待维修结构的表面，将顶板和底板构成的工作平台与待维修结构之间的间隙密封起来。可见，相比传统的封底混凝土来说，本实用新型不仅施工工艺简单、不会对水域环境造成污染，而且还可重复利用、降低施工成本。此外，由于套箱由分片模板拼装而成，且伸缩驱动件能够驱动橡胶带往复移动，进而能够实现套箱与橡胶带之间间距微调，因此本实用新型适用范围广。
[0019]
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1是本实用新型实施例中围水装置的结构示意图；
[0022]
图2是图1在a处的放大图。
[0023]
图3本实用新型实施例中橡胶带的局部安装俯视示意图；
[0024]
图4本实用新型实施例中套箱的俯视示意图；
[0025]
图5是本实用新型实施例中橡胶带未被挤压时的纵向截面示意图；
[0026]
图6是本实用新型实施例中橡胶带被挤压时的纵向截面示意图；
[0027]
图7是本实用新型实施例中橡胶带的最小弹性压缩量与水头高度的关系回归线；
[0028]
图8是本实用新型实施例中传力横梁的受力示意图。
[0029]
附图标记：
[0030]
1、套箱；1.1、分片模板；1.2、拐角模板；1.3、平面模板；
[0031]
2、底板；3.1、伸缩驱动件；3.2、传力横梁；3.3、橡胶带；
[0032]
4、顶板；5、待维修结构；6、支撑牛腿。
具体实施方式
[0033]
为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。
[0034]
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型实施例和简化描述，而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实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0035]
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
[0036]
在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0037]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的
特征进行结合和组合。
[0038]
结合图1至图8所示，本实用新型实施例提供了一种围水装置，该装置包括套箱1、止水组件、多个顶板分块以及设于顶板分块下方的底板分块，套箱1由多个分片模板1.1拼装而成；多个底板分块沿套箱1的周向依次固定在套箱1底部的内壁上、以形成围绕待维修结构5的底板2；多个顶板分块沿套箱1的周向依次固定在套箱1底部的内壁上、以形与底板2对应的顶板4；止水组件设于顶板4与底板2之间，止水组件包括橡胶带3.3、传力横梁3.2和多个伸缩驱动件3.1，橡胶带3.3沿着底板2的周向延伸、并临近底板2的内边缘设置；伸缩驱动件3.1的一端固定在套箱1的内壁上，每个伸缩驱动件3.1的另一端均通过传力横梁3.2与橡胶带3.3连接，伸缩驱动件3.1用于驱动传力横梁3.2朝向待维修结构5移动。
[0039]
下面介绍基于上述围水装置的围水方法，该方法包括以下步骤：
[0040]
根据待维修结构5的尺寸选取相应数量的分片模板1.1，将分片模板1.1吊装下沉至设计围水所需标高位置、并将分片模板1.1拼装成套箱1；其中，分片模板1.1的材质可以但不限于是钢材，其他高强度、轻质的材料也可以；
[0041]
沿着套箱1的周向将多个底板分块固定在套箱1底部的内壁上，以形成围绕待维修结构5的底板2；当然，为了提高强度，可在底板2的上表面安装支撑框架。
[0042]
在底板2的上方、沿着套箱1的周向将多个伸缩驱动件3.1固定在套箱1底部的内壁上，并将每个伸缩驱动件3.1远离套箱1的一端固定在传力横梁3.2上；其中，伸缩驱动件3.1可以但不限于是千斤顶、气缸或液压缸，其他能够驱动传力横梁3.2在套箱1与待维修结构5之间移动的机械设备均可。
[0043]
在临近底板2的内边缘处、沿着底板2的周向布置橡胶带3.3，并将橡胶带3.3固定在传力横梁3.2远离伸缩驱动件3.1的一端，也就是说，自套箱1至待维修结构5的方向伸缩驱动件3.1、传力横梁3.2和橡胶带3.3依次设置；
[0044]
沿着套箱1的周向将多个顶板分块固定在套箱1底部的内壁上，以形成盖设在伸缩驱动件3.1、传力横梁3.2和橡胶带3.3上方的顶板4；
[0045]
启动伸缩驱动件3.1，以使伸缩驱动件3.1推动传力横梁3.2朝向待维修结构5移动，直至橡胶带3.3抵紧顶板4、底板2和待维修结构5的表面。如图6所示，在此过程中，橡胶带3.3在传力横梁3.2的挤压下发生变形，由顶板4和底板2构成的工作平台与待维修结构5之间的间隙被橡胶带3.3密封起来，套箱1的内壁、待维修结构5的外壁与工作平台共同围设形成一个半封闭空间，由此外部的水便无法进入该半封闭空间。此后，只需将半封闭空间内水排干后，工作人员就能进入该半封闭空间对待维修结构5进行维修施工。
[0046]
施工完成后，启动伸缩驱动件3.1，以使伸缩驱动件3.1通过传力横梁3.2拉动橡胶带3.3朝向套箱1移动，进而便能解除橡胶带3.3对工作平台和待维修结构5的密封作用，实现橡胶带3.3、伸缩驱动件3.1、传力横梁3.2、工作平台和套箱1的重复利用。
[0047]
由上可知，本实用新型实施例提供的围水装置通过在顶板4与底板2之间由外至内依次设置伸缩驱动件3.1、传力横梁3.2和橡胶带3.3，伸缩驱动件3.1就可通过传力横梁3.2挤压橡胶带3.3使其发生变形，进而使橡胶带3.3抵紧顶板4、底板2和待维修结构5的表面，将由顶板4和底板2构成的工作平台与待维修结构5之间的间隙密封起来。可见，相比传统的封底混凝土来说，本实用新型不仅施工工艺简单、不会对水域环境造成污染，而且还可重复利用、降低施工成本。此外，由于套箱1由分片模板1.1拼装而成，且伸缩驱动件3.1能够驱动
橡胶带3.3往复移动，从而能够实现套箱1与橡胶带3.3之间间距微调，因此本实用新型适用范围广。
[0048]
需要说明的是，橡胶带3.3既可以由多段组成，也可以为完整的一整段。橡胶带3.3可以但不限于是止水带，止水带优选采用双波峰式止水带。伸缩驱动件3.1通过传力横梁3.2对橡胶带3.3施加的推力可利用接触应力法计算。具体地，根据《gina joints》等相关技术研究报告可知，如表1所示橡胶带3.3受到的侧向水压力p
w
与水头高度之间存在对应关系，橡胶带3.3受到的初始接触面应力p0与其最小弹性压缩量之间存在对应关系，而橡胶带3.3的最小弹性压缩量与水头高度之间也存在如图7所示的关系，由此可得出橡胶带3.3的侧向水压力p
w
与初始接触面应力p0之间存在对应关系。
[0049]
表1橡胶带3.3受到的侧向水压力与水头高度的对应关系表
[0050][0051]
由于p
w
≥α*p0时，图7中的参数点位于回归曲线下方，此时橡胶带3.3密封失效、发生渗漏现象，因此橡胶带3.3的侧向水压力p
w
与初始接触面应力p0之间存在如下临界关系：
[0052]
p
w
＝α*p0ꢀꢀ
(1)；
[0053]
其中，α为与橡胶带3.3材质相关的常数。例如，橡胶带3.3的材质为非膨胀弹性橡胶时，α为1.3左右。
[0054]
假设最大水头高度为h，那么此时橡胶带3.3的侧向水压力p
w
为：
[0055]
p
w
＝ρ*g*h
ꢀꢀ
(2)；
[0056]
由此，根据公式(1)和公式(2)便可获得橡胶带3.3的最小接触面临界应力f0：
[0057]
f0＝p0*b*1＝p
w
*b/α＝ρ*g*h*b/α
ꢀꢀ
(3)；
[0058]
其中，b为橡胶带3.3的横截面宽度。
[0059]
由此，如图6所示，再根据多点支撑连续梁受力模式，便可计算出伸缩驱动件3.1需对橡胶带3.3施加的推力t
i
，其中i为自然数。
[0060]
下面以深水区的3对桥墩的施工维修需求为例，采用上述围水方法对3对桥墩逐一进行围水施工。以其中一个桥墩为例，根据待维修结构5即桥墩的尺寸选取8片分片模板1.1，先将8片分片模板1.1依次吊装下沉至设计围水所需标高位置，然后将8片分片模板1.1拼装成2层的套箱1；接着，沿着套箱1的周向将4个底板分块固定在套箱1底部的内壁上；接下来，在每个底板分块的上方安装2个伸缩驱动件3.1，具体地，通过螺栓将伸缩驱动件3.1的一端固定在套箱1的内壁上，同时将伸缩驱动件3.1的另一端通过螺栓固定在传力横梁3.2的一侧；接下来，在临近底板2内边缘处、沿着底板2的周向将12.8m的双波峰式橡胶带3.3固定在传力横梁3.2的另一侧；然后，沿着套箱1的周向将4个顶板分块固定在套箱1底部的内壁上；最后，启动8个伸缩驱动件3.1，使其驱动传力横梁3.2朝向桥墩移动，直至橡胶带3.3抵紧顶板4、底板2和桥墩承台的表面。
[0061]
此时，套箱1的内壁、待维修结构5的外壁与工作平台共同围设形成一个半封闭空间。此后，只需将半封闭空间内水排干后，工作人员就能进入该半封闭空间对桥墩进行维修施工。每个桥墩的施工周期为15天，在+0.02m～+6.74m的水位变动区间内，橡胶带3.3的止水效果稳定有效，为维修施工的开展提供了可靠保障，能够实现承台侧面80％以上的范围的检查与修补需要。
[0062]
为了能够适应不同尺寸和形状的待维修结构5，分片模板1.1可采用标准化件，具体地：
[0063]
对于尺寸较小的待维修结构5来说，分片模板1.1为拐角模板1.2。其中，拐角模板1.2在水平面的投影形状可以但不限于是l形、v形或半圆形，也就是说，拐角模板1.2的两个端部呈一定夹角。以l形拐角模板1.2为例，拐角模板1.2的两边等长，不同系列的拐角模板1.2的边长相差0.5m。例如，可在工厂预制边长分别为1m、1.5m、2m、2.5m、3.5m、4m等不同规格的拐角模板1.2。此外，拐角模板1.2既可以为单层钢板，也可以中空的双层钢板。
[0064]
由此，对于根据待维修结构5的尺寸选取相应数量的分片模板1.1，将分片模板1.1吊装下沉至设计围水所需标高位置、并将分片模板1.1拼装成套箱1的步骤，可具体包括：
[0065]
预先在工厂制备多个拐角模板1.2；
[0066]
根据待维修结构5的尺寸选取相应数量的拐角模板1.2；
[0067]
将拐角模板1.2吊装下沉至设计围水所需标高位置；
[0068]
将相邻两个拐角模板1.2的对应的端部连接在一起。
[0069]
对于尺寸较大的维修结构物来说，分片模板1.1包括平面模板1.3和拐角模板1.2。其中，平面模板1.3在竖直面的投影可为正方形、长方形、梯形等多边形，拐角模板1.2在水平面的投影形状可以但不限于是l形、v形或半圆形。以正方形的平面模板1.3为例，不同系列的平面模板1.3的边长相差0.5m。例如，可在工厂预制边长分别为1m、1.5m、2m、2.5m、3.5m、4m等不同规格的平面模板1.3。其中，平面模板1.3的边长优选为1～4m。
[0070]
由此，对于根据待维修结构5的尺寸选取相应数量的分片模板1.1，将分片模板1.1吊装下沉至设计围水所需标高位置、并将分片模板1.1拼装成套箱1的步骤，可具体包括：
[0071]
预先在工厂制备多个平面模板1.3和拐角模板1.2；
[0072]
根据待维修结构5的尺寸选取相应数量的平面模板1.3和拐角模板1.2；
[0073]
将平面模板1.3和拐角模板1.2吊装下沉至设计围水所需标高位置；
[0074]
如图4所示，通过至少一个平面模板1.3将相邻的两个拐角模板1.2的端部进行连接。为了提高套箱1的密封性，拐角模板1.2与平面模板1.3之间或相邻的两个平面模板1.3之间设有防水橡胶垫层。当然，为了便于安装拆卸，拐角模板1.2与平面模板1.3之间或相邻的两个平面模板1.3之间可通过螺栓连接。
[0075]
为了便于安装和拆卸橡胶带3.3，传力横梁3.2朝向橡胶带3.3的一侧形成有用于卡设橡胶带3.3的卡槽。此外，为了减小传力横梁3.2在顶板4与底板2之间移动的阻力，传力横梁3.2的顶面和底面设置有不锈钢板。
[0076]
进一步地，为了提高套箱1在竖直方向的安装稳定性，套箱1的内壁安装有支撑牛腿6，支撑牛腿6用于搭设在桥墩的承台上，以向套箱1提供向上的支持力。
[0077]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离实用新型各实施例技术方案的精神和范围。