专利名称：用于埋床法预制基础施工的柔性止水装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种柔性止水装置，尤其是一种用于在埋床法预制基础施工的过程中在预制承台与钢管复合桩之间实现封堵止水的柔性止水装置。本发明还涉及一种使用这种柔性止水装置来在预制承台与钢管复合桩之间实现封堵止水的方法。
背景技术：
埋床法预制基础施工是一种新型的跨海(或江、河)大桥施工工艺。在该方法中，首先将钢管插打入海(或江、河)床中，然后往钢管内灌注水下混凝土。在混凝土凝固之后，再按照设计要求将预制的承台沉入海(或江、河)床中，并穿过钢管桩基来实现定位。埋床法预制基础施工能够降低桥梁阻水率和缩短施工工期，工程造价低，并且相比于传统的施工工艺提高了桥梁基础的耐久性。因此，埋床法预制基础施工已经在业界得到了广泛的应用。 埋床法预制基础施工的关键点在于，在沉入海(或江、河)底之后如何实现预制承台与钢管复合桩之间的封堵止水，以确保沉入海(或江、河)床的承台可以进行短期的海(或江、河)底人工施工。由于海(或江、河)底会不定时、不定向地频繁出现暗流冲击预制承台，因此预制承台在冲击力的作用下会撞向钢管复合桩。如果没有任何保护装置，则会形成二者之间的刚性碰撞，这通常会在很短时间内就对预制承台或钢管桩造成破坏。目前，已经尝试过将钢管复合桩与预制承台完全固结在一起，即采用刚性密封止水。然而，这种方法最终在海底暗流的作用下会出现崩裂，需要进行多次固结止水才能实现其功能。因此，希望能够提供一种用于埋床法预制基础施工的有效的止水装置，以便避免预制承台和钢管桩之间的刚性碰撞，并且能够稳定地封堵止水，从而为承台内提供一个安全稳定的施工环境。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明的目的是提供一种用于埋床法预制基础施工的形式简单、可靠度高的封堵止水装置。根据本发明的第一方面，提供了一种用于在埋床法预制基础施工中在预制承台和复合桩之间形成密封的柔性止水装置，包括环形的橡胶带体以及嵌入在带体内的至少一层增强帘布层。其中，带体具有沿横向为波形起伏的结构，在带体的内表面上设有处于波峰区域内的第一密封筋，并且带体的两个横向侧部固定在预制承台的内表面上，从而在带体和预制承台之间形成了密封腔。带体能够在引入到密封腔内的流体压力的作用下膨胀，从而使第一密封筋与复合桩的外周面相贴合而形成密封。通过将带体构造为具有波形起伏的结构，并且在波峰区域内设置第一密封筋，从而减小了柔性止水装置和复合桩之间的接触面积。由此，在波形起伏的带体于引入到密封腔内的流体压力作用下朝向复合桩膨胀时，能够增大和增强柔性止水装置和复合桩之间的接触应力，从而在引入到所述作用下达到良好的止水效果。
此外有利的是，由于在柔性止水装置与预制承台之间的密封腔内存在着一定的内部压力，因此可以克服海底暗流对预制承台的冲击力。这样，能够有效地避免预制承台与钢管复合桩之间出现刚性碰撞，从而极大地提高了预制承台和钢管复合桩的使用寿命和稳定性。在一个实施例中，柔性止水装置还包括环形压板，其用于将带体的横向侧部固定在预制承台上，尤其是固定在预制承台的凹腔内。这样，带体的横向侧部通过环形压板而被压紧在预制承台的凹腔之间，从而在带体和预制承台之间形成了密封腔。在一个具体的实施例中，设置了固定件来将环形压板、带体和预制承台上固定在一起，并且通过该固定件来调节柔性止水装置的安装预紧力。由此可以实现特别紧凑以及稳定的构造。在一个优选的实施例中，带体的横向侧部均设有朝向外侧伸出的第二密封筋。该第二密封筋用于与预制承台的内表面、尤其是预制承台的凹腔形成密封。在另一个优选的实施例中，带体的横向侧部设有朝向内侧伸出的第三密封筋。该第三密封筋用于与环形压板形成密封。特别是，第三密封筋设于第二密封筋的外侧，尤其是 设于带体的横向末端处。这样，在装配后第三密封筋可在横向上将环形压板围住，从而有利地实现针对环形压板的定位。此外，所述第一、第二和第三密封筋的横截面为梯形或弧形的结构。根据本发明的第二方面，提供了一种利用根据本发明的第一方面所述的柔性止水装置来在埋床法预制基础施工中在预制承台和复合桩之间形成密封的方法，包括将带体置于预制承台的内表面上，并利用环形压板将带体的两个横向侧部固定住，从而在带体和预制承台之间形成密封腔；以及通过预制承台上的流体通道来将流体压力引入到密封腔内，使得带体在流体压力的作用下膨胀，从而使第一密封筋与复合桩的外周面相贴合而形成密封。在一个实施例中，通过环形压板将带体的两个横向侧部固定在预制承台的凹腔内。
下面结合附图和实施例来对本发明的技术方案做进一步详细说明。容易理解，这些附图仅出于方便理解本发明而提供，并不限定本发明的范围。图I示意性显示了埋床法预制施工中的应用环境；图2显示了预制承台的平面剖视图。图3示意性显示了根据本发明的柔性止水装置的结构；图4是图I中部位I的旋转了 90度的放大视图；图5示意性显示了根据本发明的柔性止水装置在安装好后但未充气之前的状态。图6示意性显示了根据本发明的柔性止水装置在完成充气且形成密封后的状态。
具体实施例方式以下结合附图来对本发明进行详细说明。图I示意性显示了埋床法预制施工中的应用环境。如图所示，在埋床法预制施工中，首先将若干钢管复合桩40插打入到海床50中。然后，在钢管复合桩40内灌注水下混凝土。在混凝土凝固后，按照设计要求将预制承台30沉入海床50中，并穿过桩基来定位。在图2中示意出了预制承台30的平面剖视图。预制承台30在周向上具有凹部32。在埋床法预制施工中，必须保证预制承台30和钢管复合桩40之间的密封止水性能。因此，根据本发明，在预制承台30和钢管复合桩40之间设置了柔性止水装置10。图3和4显示了根据本发明的柔性止水装置10的结构，其中图4为图3中部位I的放大视图。柔性止水装置10包括大致环形的带体1，其用于环绕式地包围在钢管复合桩40的外周侧上以实现密封止水。如图4更清楚地示出，柔性止水装置10包括带体I和嵌入在带体I内的增强帘布层2。带体I可由橡胶材料、例如高强度橡胶复合材料制成。在一个实施例中，带体I例如可由天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶等材料制成，而增强帘布层2例如可采用锦纶66、PA6、PA66等材料制成。在带体I上设置有若干安装孔3。根据本发明，柔性止水装置10设置成具有沿横向上的波形起伏的形状。在本发明 中，柔性止水装置10的带体I的周长方向也称为纵向(即图3中的水平方向)，而宽度方向也称为横向(即图3中的垂直方向)。也就是说，柔性止水装置10的带体I在横向上由交替布置的波峰部分13A和波谷部分13B形成。为了保证预制承台30和钢管复合桩40之间的密封止水性能，柔性止水装置10包括设置在内表面、即将与钢管复合桩40相接触的表面上的第一密封筋6。第一密封筋6设于带体I的波峰部分13A内，并沿着带体I的整个周向延伸。通过这种设计，减小了柔性止水装置10和钢管复合桩40之间的接触面积，从而能够增大和增强这两者之间的接触应力，以达到实现良好的止水性能的目的。第一密封筋6可设计成具有梯形的截面。然而容易理解，其它截面形状例如弧形也可采用。此外，尽管在图3和4的实施例中显示了三条第一密封筋6，然而第一密封筋6的数量可根据具体情况的需要而适当改变。根据本发明，除了第一密封筋6之外，在柔性止水装置10的两个横向上的侧部14A和14B处均额外地设置有第二密封筋7和第三密封筋8。如图4所示，在侧部14A处，第二密封筋7设置成朝向外侧凸出，而第三密封筋8设置成朝向内侧凸出。在本文中，用语“朝向外侧”指朝向环形带体的径向上的外侧，即在安装状态下朝向预制承台的方向，而用语“朝向内侧”指朝向环形带体的径向上的内侧，即在安装状态下朝向钢管复合桩的方向。优选地，朝向内侧凸出的第三密封筋8设置在朝向外侧凸出的第二密封筋7的外侧。尤其是，第三密封筋8设置在柔性止水装置10的带体I的横向末端处。在这种情况下，在第三密封筋8和带体I的最接近横向末端的波峰部分或波谷部分之间具有一段平坦部分。该平坦部分用于设置第二密封筋7以及安装环形压板45 (如下文所述)。在侧部14B处设有类似的第二密封筋7和第三密封筋8。第二密封筋7和第三密封筋8的具体功能将在下文中介绍。同样，第二密封筋7和第三密封筋8的数据可根据具体情况的需要而适当改变。图5显示了柔性止水装置10安装到预制承台30和钢管复合桩40之间的状态。在安装时，首先将柔性止水装置10放置于预制承台30的周向凹部32内，并使柔性止水装置10上的安装孔3与预制承台上的预留安装孔(未示出)对齐。然后，将两个环形的压板45插入到预制承台30的周向凹部32内，分别贴紧柔性止水装置10的两个横向侧部14A、14B的平坦部分，并且使环形压板45上的螺纹孔(未示出)与柔性止水装置10的安装孔3以及预制承台上的预留安装孔对齐。之后，通过预制承台30的预留安装孔和柔性止水装置10的安装孔3来将紧固件22拧入到环形压板45的螺纹孔中，以达到设计所要求的压紧力。这样，在柔性止水装置10和预制承台30的凹部32之间便形成了一个密封腔28。最后，将预制承台30沉入海床，并套在钢管复合桩40的外周，如图5所示。在一个优选的实施例中，周向凹部32的纵向宽度大致等于柔性止水装置10的带体I的横向宽度。这样，两个环形压板45可沿着周向凹部32的纵向上的两端来定位。然而可以理解，预制承台30的内表面上也可以不设置周向凹部32，在这种情况下，通过环形压板45将带体I的两个横向侧部14A、14B直接压在预制承台30的内表面上。此外容易理解，环形压板45的内径应选择为与待密封的钢管复合桩40的外径大致相等。根据本发明，在安装状态下，柔性止水装置10的第一密封筋6朝向钢管复合桩40的外周侧。紧固件22例如可为螺栓，通过其可调节柔性止水装置10的安装预紧力，以至实现初始密封为止。此时，柔性止水装置10的朝向外侧伸出的第二密封筋7利用紧固件22的压紧力而在压板45和预制承台30的底面之间实现了有效的密封。另外，柔性止水装置10的朝向内侧伸出的第三密封筋8在压板45和预制承台30的侧面之间也形成了有效的密封，同时对压板45施加了限位作用。此外，由于第三密封筋8设于第二密封筋7之外，因此 可实现尤其紧密的密封，并且实现了简便的安装。另外，当第三密封筋8设于带体I的横向末端处时，第三密封筋8可在横向上将环形压板围住，从而额外地实现了针对环形压板的定位。图6显示了对柔性止水装置10进行充气之后的状态。如图所示，可通过外接流体泵(未示出)经与预制承台30相连的流体管道35来将气体或液体送到密封腔28内，以在密封腔28内形成压力积聚。当在密封腔28内达到一定的内部压力时，柔性止水装置10的波形部分受压变形而向外撑出，导致波峰部分13A处的第一密封筋6紧密地贴靠在钢管复合桩40上。该内压还进一步增强了第二密封筋7或第三密封筋8的密封作用。同时，第一密封筋6与钢管桩的摩擦力能够克服深海中向上的水压(由箭头52示出)。因此，通过根据本发明的柔性止水装置10实现了稳定的封堵止水功能。此外，由于在柔性止水装置10与预制承台30之间的密封腔28内存在着一定的内部压力，因此可以克服海底暗流对预制承台30的冲击力，从而可有效地避免预制承台30与钢管复合桩40之间出现刚性碰撞。这便极大地提高了预制承台30和钢管复合桩40的使用寿命和稳定性。也就是说，通过根据本发明的柔性止水装置，不仅可以实现有效的止水密封性能，还可以避免预制承台与钢管复合桩之间的刚性碰撞。容易理解，虽然在上文中针对的是在海床处进行的埋床法预制基础施工，然而本发明同样可适用于针对在江床、河床等处的埋床法预制基础施工。虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
权利要求
1.一种用于在埋床法预制基础施工中在预制承台和复合桩之间形成密封的柔性止水装置，包括环形的橡胶带体以及嵌入在带体内的至少一层增强帘布层， 其中，所述带体具有沿横向为波形起伏的结构，在所述带体的内表面上设有处于波峰区域内的第一密封筋， 所述带体的两个横向侧部固定在所述预制承台的内表面上，从而在所述带体和所述预制承台之间形成了密封腔，以及 所述带体能够在引入到所述密封腔内的流体压力的作用下膨胀，从而使所述第一密封筋与所述复合桩的外周面相贴合而形成密封。
2.根据权利要求1所述的柔性止水装置，其特征在于，所述柔性止水装置还包括环形压板，用于将所述带体的横向侧部固定在所述预制承台上。
3.根据权利要求2所述的柔性止水装置，其特征在于，通过固定件将所述环形压板、带体和预制承台上固定在一起，并调节所述柔性止水装置的安装预紧力。
4.根据上述权利要求中任一项所述的柔性止水装置，其特征在于，所述带体的横向侧部均设有朝向外侧伸出的第二密封筋，用于与所述预制承台的内表面形成密封。
5.根据上述权利要求中任一项所述的柔性止水装置，其特征在于，所述带体的横向侧部均设有朝向内侧伸出的第三密封筋，用于实现针对压板的定位及密封。
6.根据权利要求5所述的柔性止水装置，其特征在于，所述第三密封筋设于所述第二密封筋的外侧，尤其是设于所述带体的横向末端处。
7.根据上述权利要求中任一项所述的柔性止水装置，其特征在于，所述带体的两个横向侧部固定在所述预制承台的凹腔内。
8.根据上述权利要求中任一项所述的柔性止水装置，其特征在于，所述第一、第二和第三密封筋的横截面为梯形或弧形的结构。
9.一种利用根据权利要求I到8中任一项所述的柔性止水装置来在埋床法预制基础施工中在预制承台和复合桩之间形成密封的方法，包括 将所述带体置于所述预制承台的内表面上，并利用环形压板将所述带体的两个横向侧部固定住，从而在所述带体和预制承台之间形成密封腔， 通过所述预制承台上的流体通道来将流体压力引入到所述密封腔内，使得所述带体在所述流体压力的作用下膨胀，从而使所述第一密封筋与所述复合桩的外周面相贴合而形成密封。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过环形压板将所述带体的两个横向侧部固定在所述预制承台的凹腔内。
全文摘要
本发明提供了一种用于在埋床法预制基础施工中在预制承台和复合桩之间形成密封的柔性止水装置，包括环形的橡胶带体以及嵌入在带体内的至少一层增强帘布层。其中，带体具有沿横向为波形起伏的结构，在带体的内表面上设有处于波峰区域内的第一密封筋，并且带体的两个横向侧部固定在预制承台的内表面上，从而在带体和预制承台之间形成了密封腔。带体能够在引入到密封腔内的流体压力的作用下膨胀，从而使第一密封筋与复合桩的外周面相贴合而形成密封。
文档编号E02D27/52GK102888863SQ201210349340
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者周函宇, 庾光忠, 郭红锋, 宁响亮, 刘清亭, 陈国平, 胡腾严, 晏红卫 申请人:株洲时代新材料科技股份有限公司