一种桥墩基础及其施工法的制作方法

本发明涉及的是一种桥墩基础及其施工法，属于桥梁工程基础施工技术领域。

背景技术：

现有桥墩基础技术一般采用先围堰再开挖的施工方式，施工周期长，劳动强度大，工作环境安全度差。

现有沉井基础技术，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩擦阻力下沉到设计标高后进行封底而成的基础；其主要缺陷：施工周期长造价高，纠偏难，遇井底孤石等障碍物时，刃脚难于克服易出现突沉，易出事故等。

技术实现要素：

本发明提出的是一种桥墩基础及其施工法，其目的旨在克服现有技术存在的缺陷。

其主要优点：1）桥墩基础1在预制场既可整体又可分段制造，也可以在现场的固定模板中边浇筑边下降，施工方便；2）结构简单；3）在现场整体下沉，施工周期短，成本低。

如应用在沉井基础领域，其主要优点：1）沉井基础在预制场分段制造，也可以在现场的固定模板中边浇筑边下降，施工简单质量好；2）在现场整体下沉，施工周期短，成本低；3）特别适合井底有孤石等障碍物的施工。

本发明的技术解决方案：桥墩基础的底部设有链刀运行的轨道，施工时轨道上安装有挖掘岩土的链刀，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；链式挖掘装置主要由链刀和传动装置等组成，传动装置主要由链轮和驱动装置等组成；驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，桥墩基础底部的刀具挖掘岩土，垂直向上运行的链刀将已挖掘的岩土送至上方，桥墩基础底部的链刀和桥墩基础一起下降。

预制法分如下步骤：

1）在工场分块或整体预制桥墩基础；

2）运至现场拼装桥墩基础并蹲位，并在其底部的轨道上安装链刀；

3）安装链条驱动等装置，连接安装有刀具的链条；

4）驱动链条，链刀挖掘桥墩基础底部的岩土，经垂直向上运行的链刀带至上方，底部的链刀和桥墩基础随之下降；

5）下降至设计深度后灌浆，或拆除链刀后再灌浆 。

现浇法分如下步骤：

1）清理现场，搭建作业平台；

2）组装桥墩基础底部，并在其底部的轨道上安装链刀；

3）组装中间机架、上部机架和浇筑模板；

4）安装链条驱动装置、张紧装置，将桥墩基础底部、中间机架、上部机架的链刀连接成一体，组成链式挖掘装置；

5）制作钢筋笼，在模板中浇筑混凝土；

6）驱动链条，链条带动刀具沿着轨道运行，桥墩基础底部的链刀挖掘岩土，垂直向上运行的链刀将已挖掘的岩土输送至上方，桥墩基础随之下降；

7）随着桥墩基础底部的下降，模板中的桥墩基础边浇筑边下降；

8）下降至设计深度拆除链刀后灌浆，拆除浇筑模板。

本发明的优点：克服了现有技术存在的缺陷，由于桥墩基础自身带有链式挖掘装置，所以不需现场整体开挖可以在工场预制桥墩基础，也可以在现场的固定模板中边浇筑边下降，施工简单，尤其是整体下降防水特别好，施工周期短，成本低。

附图说明

图1是桥墩基础1的结构示意图，也是链式挖掘装置2挖掘桥墩基础底部岩土时的结构示意图，也是桥墩基础1的底部轨道是有高度差的，便于链刀3在相交处的运行的结构示意图；

图2是图1的A向视图，也是组成链式挖掘装置2的驱动装置4、张紧装置5和链轮6的结构示意图；

图3是图1的B-B剖视图，也是链刀3在桥墩基础底部既挖掘岩土又是岩土水平输送机7-1的结构示意图；

图4是图1的C-C剖视图，也是由链刀3和侧面罩1-3组成的垂直岩土输送机7-2的结构示意图；

图5是链刀3的结构示意图，(a)是链条3-1和刀具3-2的结构示意图，也是由A十字节3-1-1和B十字节3-1-2组成的链条3-1的十字节的结构示意图；也是链条3-1实现空间弯曲的结构示意图。(b)是链刀由绳索3-1B和刀具3-2B组成的结构示意图；也是绳索3-1B和刀具3-2B的结构示意图；

图6是桥墩基础1的A法施工示意图；

图7是桥墩基础1的B法施工示意图，也是底部轨道B-1、浇筑模板B-4的结构示意图，也是上部机架B-3固定于作业平台不升降的结构示意图；

图8是A1型桥墩基础8-1的俯视图，其地面以下部分用虚线表示，链刀3可以在作业平台上更换链条上的刀具3-2，以适应不同深度的不同地质条件；

图9是图8的A向视图；

图10是图9的B-B视图,也是A1型桥墩基础8-1地面以上部分结构示意图；

图11是图9的C-C视图,也是A1型桥墩基础8-1地面以下部分结构示意图；

图12是A2型桥墩基础8-2的俯视图，其地面以下部分用虚线表示；

图13是图12的A向视图；

图14是图13的B-B视图,也是A2型桥墩基础8-2地面以上部分结构示意图；

图15是图13的C-C视图,也是A2型桥墩基础8-2地面以下部分结构示意图；

图16是A3型桥墩基础8-3的俯视图，其地面以下部分用虚线表示；

图17是图16的A向视图；

图18是图17的B-B视图,也是A3型桥墩基础8-3地面以上部分结构示意图；

图19是图17的C-C视图,也是A3型桥墩基础8-3地面以下部分结构示意图；

图20是A4型桥墩基础8-4的俯视图，其地面以下部分用虚线表示；

图21是图20的A向视图；

图22是图21的B-B视图,也是A4型桥墩基础8-4地面以上部分结构示意图；

图23是B1型桥墩基础9-1的俯视图，也是由四块板相互嵌入形成的B1型桥墩基础9-1的结构示意图；

图24是图23的A向视图， 也是组成B1型桥墩基础9-1的每一块板按设定的顺序随其底部的链刀3一起依次下沉时的结构示意图；

图25是图23的B向视图，也是由链刀3和侧面罩1-3组成的垂直岩土输送装置7-2的结构示意图；

图26是图23的C-C视图，也是B1型桥墩基础9-1下端开口，在地面高度位置浇筑混凝土封顶增加承载能力的结构示意图；

图27是B2型桥墩基础9-2的结构示意图，是链式挖掘装置2的链轮6及链刀3结构示意图，也是B2型桥墩基础9-2随着底部的链刀3一起整体下沉时的结构示意图， B2型桥墩基础地面以下部分跟地面以上部分的截面形状一致,即墩身截面与基础截面相同；

图28是图27的A向视图，也是B2型桥墩基础9-2顶部架设桥梁的示意图，B2型桥墩基础9-2在地面高度位置内部浇筑混凝土焊接封住，增加轴向承载能力；

图29是图28的B-B视图；

图30是B3型桥墩基础9-3的结构示意图，B3型桥墩基础地面以下部分与地面以上部分的结构不同，即墩身截面与基础截面不相同；

图31是图30的A-A视图；

图32是B4型桥墩基础9-4的结构示意图；

图33是图32的A向视图；

图34是图33的B-B视图；

图35是B5型桥墩基础9-5的结构示意图，B5型桥墩基础主要用于较高的主桥墩基础，采用四个桥墩基础共用一个基础，每个桥墩基础内部预留施工通道进入下部基础进行底部封顶加固，增加桥墩基础的承载能力 ；

图36是图35的A向视图；

图37是图35的B-B视图,也是桥墩基础内部预留施工通道进入下部基础进行底部封顶加固，增加桥墩基础的承载能力的结构示意图；

图38是C型桥墩基础10的结构示意图，C型桥墩基础10主要包括底部基础10-1、沉管10-2和连接梁10-3，适用于深水；

图39是图38的A-A视图；

图40是图38的B-B视图；

图41是图38的Ⅰ处局部放大视图；

图42是沉箱基础11的俯视图；

图43是图42的A-A视图；

图44是桥墩基础1的底部轨道和侧面轨道的结构示意图，轨道的类型包括a、b、c1、c2和d 共5种，其中a是平面型，b是凸型，c是凹型；

图45是桥墩基础1的d型轨道和链刀的结构示意图；

图46是d为纵向多排错开成锥型轨道的结构示意图。

图中的1是底部带有挖掘装置的桥墩基础；1-1是桥墩基础1底部运行链刀3的轨道；1-2是桥墩基础1侧面运行链刀3的轨道；1-3是底部带刃角的桥墩基础1的侧面罩；2是由链刀3、驱动装置4、张紧装置5、链轮6等组成的链式挖掘装置；3是组成链式挖掘装置2的链刀；3-1是组成链刀3的链条，包括履带、绳索和柔性带；3-1-1是组成链条十字节的A十字节；3-1-2是组成链条十字节的B十字节；3-1B是组成链刀3的钢索；3-2是固定在链条3-1上的挖掘岩土的刀具；3-2B是固定在钢索3-1B上的挖掘岩土的刀具；4是链条3-1的驱动装置；5是链条3-1的张紧装置；6是运行链条3-1的链轮；7是岩土输送机；7-1是链式水平岩土输送机；7-2是链式垂直岩土输送机；8是A型桥墩基础；8-1是A1型桥墩基础；8-2是A2型桥墩基础；8-3是A3型桥墩基础；8-4是A4型桥墩基础；9是B型桥墩基础；9-1是B1型桥墩基础；9-2是B2型桥墩基础；9-3是B3型桥墩基础；9-4是B4型桥墩基础；9-5是B5型桥墩基础；10是C型桥墩基础；10-1是C型桥墩基础10的底部基础；10-2是C型桥墩基础10的沉管；10-3是C型桥墩基础10的连接梁；11是桥墩为沉箱基础；B-1是B法中的底部轨道；B-2是B法中的中间机架；B-3是B法中的上部机架；B-4是B法中的浇筑模板。

具体实施方式

一种桥墩基础的底部设有链刀运行的轨道，施工时轨道上安装有挖掘岩土的链刀，链刀由链条和固定于链条上的刀具组成；链式挖掘装置主要由链刀和传动装置等组成，传动装置主要由链轮和驱动装置等组成；驱动装置驱动链刀，链刀沿着轨道运行，桥墩基础底部的刀具挖掘岩土，垂直向上运行的链刀将已挖掘的岩土送至上方，桥墩基础底部的链刀和桥墩基础一起下降。

所述的链刀是在作业平台上或通道内更换链条上的刀具的，以适应不同深度的不同地质条件。

所述的链刀在宽度方向为多排链刀，多排链刀根据需要进行同时挖掘或分别挖掘。

所述的桥墩基础施工法为预制法，分如下步骤：

1）在工场分块或整体预制桥墩基础；

2）运至现场拼装桥墩基础并蹲位，并在其底部的轨道上安装链刀；

3）安装链条驱动等装置，连接安装有刀具的链条；

4）驱动链条，链刀挖掘桥墩基础底部的岩土，经垂直向上运行的链刀带至上方，底部的链刀和桥墩基础随之下降；

5）下降至设计深度后灌浆，或拆除链刀后再灌浆 。

所述的桥墩基础施工法为现浇法，桥墩基础除底部外的混凝土是在现场的固定模板中浇筑的，施工时固定模板不动，随着底部岩土的挖掘桥墩基础边浇筑边下沉；链式挖掘装置安装在机架上，机架由中间机架和上部机架组成，中间机架的底部与桥墩基础的底部相连，中间机架顶部与上部机架相连，中间机架内安装有链刀运行的轨道，中间机架是桥墩基础钢筋笼的组成部分，由底部向上运行的链刀和中间机架的封闭腔组成了链式岩土垂直输送机，随着桥墩基础底部的下沉，中间装置也同步下沉；上部机架固定于作业平台上或固定于中间机架的顶部，上部机架安装有链条驱动装置和张紧装置，桥墩基础底部的链条通过中间机架与上部机架的驱动装置、张紧装置相连；现浇法分如下步骤：

1）清理现场，搭建作业平台；

2）组装桥墩基础底部，并在其底部的轨道上安装链刀；

3）组装中间机架、上部机架和浇筑模板；

4）安装链条驱动装置、张紧装置，将桥墩基础底部、中间机架、上部机架的链刀连接成一体，组成链式挖掘装置；

5）制作钢筋笼，在模板中浇筑混凝土；

6）驱动链条，链条带动刀具沿着轨道运行，桥墩基础底部的链刀挖掘岩土，垂直向上运行的链刀将已挖掘的岩土输送至上方，桥墩基础随之下降；

7）随着桥墩基础底部的下降，模板中的桥墩基础边浇筑边下降；

8）下降至设计深度拆除链刀后灌浆，拆除浇筑模板。

所述的桥墩基础是A型桥墩基础。

所述的桥墩基础是B型桥墩基础。

所述的桥墩基础C型桥墩基础。

所述的桥墩基础是沉井基础。

所述的组成链刀的链条是广义的链条，包括履带、绳索和柔性带。

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：

如图1～图5所示，桥墩上设有链式挖掘装置2运行的轨道1-1和1-2，链式挖掘装置2由链刀3、驱动装置4、张紧装置5和链轮6组成，链刀3由链条3-1和固定于链条上的刀具3-2组成；施工时驱动装置4驱动链条3-1，链条3-1带动刀具3-2沿着轨道运行，桥墩基础底部的刀具3-2挖掘岩土，桥墩基础底部的水平链刀3-2同时是水平岩土输送机7-1，从底部向上运动的链刀3-2和侧面罩1-3组成了链式垂直岩土输送机7-2，从桥墩基础底部挖掘的岩土经水平岩土输送机7-1至链式垂直岩土输送机7-2到达上方，底部链刀3和桥墩基础1一起同步下降，下降至设定深度后断开链条3-1，经驱动装置将链刀3全部抽上回收，再予以灌浆。

如图6所示，桥墩基础采用A法预制法分如下步骤：

1）在工场分块预制桥墩基础1，运至现场拼装桥墩基础1并蹲位，并在其底部的轨道上安装链刀3，安装链条驱动装置4等装置，连接安装有挖掘刀3的链条3-1，如图中的A所示；

2）驱动链条3-1，链刀挖掘底部的岩土，经岩土输送装置7送至上方，桥墩基础随之下降，如图中B所示；

3）下降至一定深度后，在地面拼装桥墩基础1的预制件，也可边下沉边拼装，如图中C所示；

4）下降至设计深度后灌浆，或拆除链刀3后再灌浆，如图中D所示。

如图7所示，桥墩基础采用B法现浇法分如下步骤：

1）清理现场，搭建作业平台；

2）组装底部轨道B-1和浇筑模板B-4，即桥墩基础1的底部蹲位，并在其底部的轨道上安装链刀3；

3）组装中间机架B-2、上部机架B-3；

4）安装链条驱动装置4、张紧装置5，将底部轨道B-1、中间机架B-2、上部机架B-3的链条3-1连接成一体，组成链式挖掘装置2；

5）制作钢筋笼，将中间机架B-2与钢筋笼焊接成一体，中间机架B-2同时也是浇筑模板的组成部分；

6）在模板B-4中浇筑混凝土；

7）驱动链条3-1，链刀3挖掘底部的岩土，并将已挖掘的岩土经中间装置B-2输送至上方，桥墩基础1随之下降；

8）随着桥墩基础1底部的挖掘，模板B-4中的桥墩基础1边浇筑边下降；

9）下降至设计深度拆除链刀3后灌浆；

10）拆除上部机架和中间装置高于桥墩基础1的部分，拆除浇筑模板；

以上对桥墩1进行了的描述，下面桥墩的各种结构可以类似施工的。

如图8～图11所示，桥墩基础1为A1型桥墩基础8-1，地面以下部分为工字型，地面以上为一字型，地面以下桥墩截面面积比地面以上桥墩截面面积大，承载能力强，地面以上桥墩占地面积小。

如图12～图15所示，桥墩基础1为A2型桥墩基础8-2，地面以下部分为工字型，地面以上为两边各一个一字型，地面以下桥墩截面面积比地面以上桥墩截面面积大，承载能力强，地面以上桥墩在两侧成一字型。

如图16～图19所示，桥墩基础1为A3型桥墩基础8-3，地面以下部分为工字型，地面以上为两边各一个十字型，地面以上桥墩截面面积大且刚度较好，适用于地面以上桥墩较高的桥梁。

如图20～图22所示，桥墩基础1为A4型桥墩基础8-4，地面以下部分为工字型，地面以上为两边各一个圆柱型，地面以下桥墩截面面积比地面以上桥墩截面面积大，承载能力强。

如图23～图26所示，桥墩基础1为B1型桥墩基础9-1，地面以下部分为井字型的桥墩，下端开口，在面高度位置浇筑混凝土封顶增加承载能力。

如图27～图29所示，桥墩基础1为B2型桥墩基础9-2，地面以上部分的桥墩截面形状跟地面以下部分的桥墩截面形状相同，都是井字型，桥墩下端开口，在面高度位置浇筑混凝土封顶增加承载能力。

如图30～图31所示，桥墩基础1为B3型桥墩基础9-3，地面以上部分的桥墩截面形状跟地面以下部分的桥墩截面形状不同，地面以下是井字型，地面以上为中空的长方形。

如图32～图34所示，桥墩基础1为B4型桥墩基础9-4，地面以下部分是井字型，地面以上部分是在四个角上各有一个十字形，地面以上桥墩刚度好，承载能力强，适用于做主桥墩。

如图35～图37所示，桥墩基础1为B5型桥墩基础9-5，地面以下部分是井字型桥墩基础，采用四个桥墩共用一个基础，每个桥墩内部预留施工通道进入下部基础进行底部封顶加固，增加桥墩的承载能力，适用于拉索桥的主桥墩。

如图38～图41所示，桥墩基础1为C型桥墩基础10，适用于深水区，利用沉管10-2和连接梁10-3构成一个水底干地施工环境,在沉管底部施工桥墩基础10-1, 桥墩基础10-1是井字型桥墩,底部有链刀,链刀挖掘岩土桥墩跟链刀一下降，到达设定深度后封顶加固，这样桥墩基础10-1、沉管10-2和连接梁10-3构成深水C型桥墩基础10。

如图42和图43所示，桥墩基础1为沉箱基础，适用于深水区，大型桥墩基础。