专利名称：一种沉管隧道带帽钢管减沉桩结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于海底深水沉管隧道地基处理技术领域，具体地涉及一种沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，特别是一种带帽钢管桩-桩间土 -垫层减沉结构。
技术背景常规的刚性桩复合地基一般用于陆地建筑工程及公路路堤工程中，其桩通常以水泥或混凝土与其他掺合料为主要胶结材料。包括CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩复合地基)和低强度混凝土桩复合地基等。而钢管桩一般很少作为刚性桩复合地基的桩体。这主要是由于陆上建筑设计使用寿命一般几十年，耐久性要求低，而钢管桩造价高造成的。但对深水外海跨海通道工程，由于水深大、耐久性一般要求大于100年，常规CFG和混凝土刚性桩复合地基施工难度大，质量不易保证。因此带帽钢管减沉桩结构即体现出其优势。通过岸上预制、打桩船深水插打，可保证质量和工期，通过预留腐蚀厚度保证了耐久性。目前国内外的沉管隧道均有采用桩基础的例子，如日本的东京港沉管隧道，采用了带桩帽的钢管桩基础。但该隧道的带帽钢管桩与沉管隧道通过预留孔注入砂浆，实现了钢管桩与沉管隧道的刚性连接，因此荷载主要由桩体承担。我国宁波常洪隧道采用了预应力混凝土方桩作为沉管隧道基础，应对强回淤河床。桩与沉管隧道的连接方式上采用了囊袋法(专利号03116675. X)，通过压浆管向压浆囊袋注浆，实现沉管底与桩顶的密贴。因此其受力模式与东京港隧道桩基础类似，是不考虑桩间土承担荷载的桩基受力模式。发明专利申请(201010295438. 9) “一种带桩帽大直径薄壁筒桩网结构及施工方法”，提出了一种由大直径薄壁筒桩、土工格栅、填土路堤和桩帽组成的带桩帽大直径薄壁筒桩网复合结构，用于减小高速公路路堤的差异沉降。对于水深大于40m的海底隧道，在天然地基承载力满足要求，但沉降过大的情况下，采用带帽钢管减沉桩结构，可充分发挥土体的承载能力(土体分担10% 40%的荷载)，降低造价，又发挥桩帽减小刺入的优势，有效控制沉降。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，采用带帽钢管桩-桩间土与垫层共同作用的模式。为实现上述目的，本实用新型提供的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其主要结构为多根钢管桩，每根钢管桩顶部设有钢桩帽；多根钢管桩和钢桩帽之间填充有桩间土，在桩间土和钢桩帽形成的平面上铺设有碎石垫层，碎石垫层上方设置有沉管隧道，沉管隧道两侧及顶面设有回填层。所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，多根钢管桩设置在海底开挖形成的基槽中。所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢管桩的直径为0. 5m-l. 2m。[0012]所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢桩帽的结构是在内壁板的顶部与内壁板相垂直地设有一顶板，该顶板的直径大于内壁板直径，在顶板的边缘处垂直地设有外壁板，该外壁板与设在内壁板底部的环板通过多条肋板连接组成。所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢桩帽的顶板、外壁板和环板为圆形、方形或多边形。所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢桩帽的内壁板的中间位置开有排水排气孔。所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，排水排气孔的直径为30mm。所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，碎石垫层的厚度为钢桩帽直径的 0. 4-0. 8 倍。本实用新型具有以下优点I、钢管桩-桩间土 -垫层形成共同作用受力结构，共同承担上部荷载，能够充分发挥桩间土的承载性能。与不考虑桩间土受力的桩基础相比，桩长和桩数可减少，且沉管底的应力集中度降低，对沉管结构受力有利。2、在相同的垫层厚度条件下，通过钢桩帽的设置，能显著减小桩顶向垫层中的刺入量，减小整个结构的沉降。因此与无帽钢管桩相比，可以增大桩间距，从而节省造价。3、与公路路堤中柔性填土下的桩网复合地基相比，本实用新型的沉管隧道减沉桩结构由于沉管刚度的作用，不需要在碎石垫层中设置土工格栅，即可保证桩与桩间土的共同受力。因此节省了施工工序和工期。4、与桩帽和桩身一体施工的方法相比，本实用新型采用桩帽后安装方法，实现了桩帽顶标高的精确控制，同时降低了打桩精度要求，方便了打桩施工。
图I为本实用新型的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构总体构成示意图。图2为本实用新型的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构中关于钢管桩、钢桩帽、桩间土、碎石垫层和沉管隧道之间的细部放大示意图。图3为本实用新型的钢桩帽立面图。图4为本实用新型的钢桩帽俯视平面图。附图中主要组件符号说明钢管桩1，桩间土 2，碎石垫层3，钢桩帽4，沉管隧道5，回填层6，基槽7，顶板8，外壁板9,内壁板10,竖向肋板11,环向肋板12,排气排水孔13。
具体实施方式
本实用新型的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构由带帽钢管桩-桩间土和碎石垫层组成。钢管桩与沉管隧道所代表的刚性基础并不直接连接，而是通过垫层连接。本实用新型是一种在天然地基承载力满足要求，但沉降过大的地基中修建沉管隧道的地基处理解决方案。通过在铺有既定厚度碎石垫层的天然地基中打入适量的带帽钢管桩，形成钢管桩-桩间土 -垫层的共同作用结构，通过桩帽减小桩顶刺入实现桩数优化、有效控制工后沉降的目的。[0030]本实用新型的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，用于天然地基承载力满足要求但沉降过大的海底沉管隧道地基处理中。包括钢管桩、桩间土、垫层和钢桩帽等。钢管桩直径0. 5m I. 2m ;钢桩帽由顶板、多道竖向肋板、内壁板和外壁板等组成，钢桩帽的内壁板直径可以和钢管桩直径相同，而钢桩帽顶板直径是钢管桩直径的I. 5 3倍；碎石垫层位于钢桩帽上面，碎石垫层上面为沉管隧道及回填层。
以下结合附图对本实用新型作详细说明。本实用新型的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构如图I和图2所示，主要结构为多根钢管桩1，其直径为0.5m_l. 2m，每根钢管桩的顶部固定(如焊接)有钢桩帽
4。各钢管桩I插设安装在海底开挖的基槽7中，在各钢管桩I和钢桩帽4之间填充有桩间土 2，在桩间土 2和钢桩帽4形成的平面上铺设有碎石垫层3，碎石垫层3上方设置有沉管 隧道5，沉管隧道5两侧及顶面设有回填层6。钢桩帽4的结构请参阅图3和图4所示，是在内壁板10的顶部固定连接(如焊接)有一顶板8，该顶板8与内壁板10是相垂直地连接，并且该顶板8直径是内壁板10直径的I. 5-3倍(内壁板和钢管桩的直径可以相同)。在顶板8的边缘处垂直地设有外壁板9，该外壁板与设在内壁板10底部的环板12通过肋板11连接组成，肋板11是多条设置，以增加承重量。需要说明的是，本实用新型的钢桩帽的顶板8、外壁板9和环板12可以是圆形、方形或多边形。在钢桩帽4的内壁板10中间位置开有若干个排水排气孔13，该些排水排气孔13的直径为30mm。本实用新型的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构形成方法如下I)首先在岸上预制钢管桩I和钢桩帽4，预制过程中要求钢桩帽各壁板间的焊缝需满足后期打桩动力冲击作用；2)通过挖泥船在海底放坡开挖，开挖基槽7底标高要求精度为0至-50cm ；3)采用打桩船插打钢管桩1，水下切割钢管桩1，水下安装预制钢桩帽4，并调整到设计标高，钢管桩I的底端设置在砂层或具有一定承载能力的地层中，清除施工过程中钢桩帽顶面形成的浮泥；4)利用碎石整平船铺设碎石垫层3 ；5)在碎石垫层3上放置沉管隧道5，进行沉管隧道5两侧及顶面的回填层6施工。回填层6施工需尽量保证对称平衡施工。本实用新型的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构通过碎石垫层3调节钢管桩I与桩间土 2间的荷载分担，使得二者协调工作，共同承担沉管隧道5和回填层6传递的荷载，保证管底沉降的均匀。通过钢桩帽4的设置可减小钢管桩顶向碎石垫层3的刺入量，充分发挥钢管桩I的承载性能，减小垫层顶面的应力集中，有效控制工后沉降。同时钢桩帽水下后安装，有利于桩顶标高的控制和调平。在相同沉降控制要求下，带帽钢管桩的间距可比无帽钢管桩的间距大，从而可减少20% 30%桩数。通过垫层厚度、桩帽尺寸、桩长等参数的综合调节，能发挥桩间土和带帽桩的承载特性，使得土体承担20% 40%的荷载，减小沉降30% 50%，在深海(水)软土沉管隧道地基处理中具有良好的应用前景。
权利要求1.一种沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其特征在于，主要结构为 多根钢管桩，每根钢管桩顶部设有钢桩帽； 多根钢管桩和钢桩帽之间填充有桩间土，在桩间土和钢桩帽形成的平面上铺设有碎石垫层，碎石垫层上方设置有沉管隧道，沉管隧道两侧及顶面设有回填层。
2.根据权利要求I所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，多根钢管桩设置在海底开挖形成的基槽中。
3.根据权利要求I或2所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢管桩的直径为0.5m-1. 2m。
4.根据权利要求I所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢桩帽的结构是在内壁板的顶部与内壁板相垂直地设有一顶板，该顶板的直径大于内壁板直径，在顶板的边缘处垂直地设有外壁板，该外壁板与设在内壁板底部的环板通过多条肋板连接组成。
5.根据权利要求I或4所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢桩帽的顶板、夕卜壁板和环板为圆形、方形或多边形。
6.根据权利要求5所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，钢桩帽的内壁板的中间位置开有排水排气孔。
7.根据权利要求6所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，排水排气孔的直径为30mmo
8.根据权利要求I所述的沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，其中，碎石垫层的厚度为钢桩帽直径的0. 4-0. 8倍。
专利摘要一种沉管隧道带帽钢管减沉桩结构，主要结构为多根钢管桩，每根钢管桩顶部设有钢桩帽；多根钢管桩和钢桩帽之间填充有桩间土，在桩间土和钢桩帽形成的平面上铺设有碎石垫层，碎石垫层上方设置有沉管隧道，沉管隧道两侧及顶面设有回填层。本实用新型通过碎石垫层调节钢管桩与桩间土间的荷载分担，保证管底沉降的均匀。通过钢桩帽的设置可减小桩顶向碎石垫层的刺入量，减小垫层顶面的应力集中，有效控制工后沉降，发挥桩间土和带帽桩的承载特性，使得土体承担20％～40％的荷载，减小沉降30％～50％，在深海(水)软土沉管隧道地基处理中具有良好的应用前景。
文档编号E02D27/16GK202559368SQ20122022466
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者徐国平, 刘晓东, 陈鸿, 张志刚, 刘洪洲, 曾毅, 王勇, 林巍, 陈虎成, 付佰勇, 熊旺, 姜岩, 过超, 李贞新 申请人:中交公路规划设计院有限公司, 上海市隧道工程轨道交通设计研究院