大直径钢混组合圆筒分散式多沉井基础及其施工方法与流程

本发明属于桥梁基础工程领域，更具体地，涉及大直径钢混组合圆筒分散式多沉井基础及其施工方法。

背景技术：

随着国民经济的快速发展，交通建设需求猛增，国内外正在修建和准备修建的大型桥梁越来越多，且随着跨海大桥的出现，桥梁跨径越来越大。桥梁下部基础结构的建造成本一般占整座桥梁30％的投资，是影响桥梁经济性的重要因素。

现在很多长、大桥梁修建在水深、流急的大江河上或环境恶劣的海上，往往遇到水深较深、冲刷很大、覆盖层很厚等难题，非常不利于桥梁施工，基础兴建的难度也更大。目前既有的大直径钻孔桩基础或沉井基础，应用在水深较深、冲刷较大、覆盖层厚的内河、海洋环境中，主要存在以下问题：

1)高桩承台钻孔桩基础，自由长度大，侧向刚度低，以大跨度桥梁在水流力、波浪力、防撞力等水平力作用下，往往需要采用大规模大直径高桩承台基础，这种高桩承台基础规模大，施工周期长，经济效益差。

2)整体沉井基础，整体性好，承载力大，但需钢沉井浮运、精确定位、吸泥下沉等工序，施工工序多，周期长，施工风险高，且在海洋环境中受波流力影响较大。

技术实现要素：

针对现有的大直径钻孔桩基础或沉井基础在水深较深、冲刷较大、覆盖层厚的内河、海洋环境中应用所需面对的一系列问题，本发明提出一种承载力高、经济性好、施工速度快的桥梁深水基础形式，可应用于深水厚覆盖的内河、海洋环境中，不仅可满足桥梁基础结构受力，其经济性和可实施性也优于目前常用的深水基础形式。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了大直径钢混组合圆筒分散式多沉井基础，其特征在于，包括多个沉井单元，每个所述沉井单元均竖直设置并且均包括钢混组合筒、预制盖板和承台，其中，

所述钢混组合筒包括组合圆筒和井壁混凝土，所述组合圆筒包括外筒和内筒，所述外筒与所述内筒之间存在间隙并且在所述间隙处填充所述井壁混凝土，所述内筒的下端朝所述外筒的下端弯折，从而使所述钢混组合筒的下端共同形成沉井刃脚，以便沉井单元下沉至设计标高，所述内筒下部的一圈材料朝着内筒内部凸起从而形成剪力榫；

所述预制盖板搁置在所述钢混组合筒的上部，从而将所述钢混组合筒的上部封住；

所述承台设置在所述预制盖板上，以用于承接上部结构，其中所述上部结构为桥塔或桥墩；

所述内筒的下部通过浇筑混凝土形成封底。

优选地，所述沉井单元的数量为并排设置的两个，每个所述沉井单元的钢混组合筒的侧壁上部通过壁厚变薄的方式在内壁上形成有台阶，以用于承接所述预制盖板。

优选地，所述沉井单元的数量为四个并且它们呈矩形布置，相邻的两个沉井单元之间通过系梁连接在一起，每个所述沉井单元的钢混组合筒的侧壁上部通过壁厚变薄的方式在内壁上形成有台阶，以用于承接所述预制盖板。

优选地，这些沉井单元的位置按以下方式布置：以其中的一个沉井单元作为中心，其它的沉井单元周向均匀布置在中心的沉井单元的四周；此外，这些沉井单元的钢混组合筒共同承接一个所述预制盖板。

优选地，所述内筒的内径为8m～30m。

按照本发明的另一个方面，还提供了所述的大直径钢混组合圆筒分散式多沉井基础的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在船坞内对外筒和内筒进行整体拼装预制形成组合圆筒，然后将组合圆筒浮运至桥址处，并利用起重船对组合圆筒下沉定位，然后采用多台振动锤将组合圆筒振沉至设计标高；

2)通过水上混凝土船舶浇筑组合圆筒的外筒与内筒之间的井壁混凝土；

3)将沉井单元内的土取出至设计标高；

4)对沉井单元井底进行清渣，然后采用垂直导管法浇筑水下混凝土形成所述封底；

5)在钢混组合筒上铺设预制盖板，然后现浇形成承台。

优选地，步骤3)中，根据不同的地质条件可采用水下抓斗抓土、水力机械吸泥挖土、水力冲射吸泥挖土、钻吸法吸泥取土或冲吸法吸泥取土。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明采用多个沉井单元分散组合在一起，整体性好，侧向刚度大，承载力高，根据需要承接的上部结构形式，钢混组合圆筒可采用多种布置方式，布置比较灵活，而且能够适应上部结构形式。

2)本发明的沉井单元采用中孔、无底的组合圆筒结构，根据桥址处水深、地质资料及结构构造要求，可以在船坞内整体拼装预制，然后通过船舶浮运至桥址处，再利用起重船下沉定位，采用多台振动锤将圆筒振沉至设计标高，施工作业机械化、自动化程度高；

3)组合圆筒的内外筒之间填充混凝土形成钢混组合筒，增加沉井单元的整体刚度和局部刚度。

4)本发明在桥梁领域为桥梁设计者提供另一种经济合理的深水基础形式，而且具有承载力高、基础规模小、建设成本低、施工效率高、安全性好、质量容易控制、施工风险低、施工速度快、建设周期短、施工成本低和经济效益好的优点。

5)与桩基础相比，本沉井基础刚度大、混凝土方量省、抗船撞能力强、且不需要大型的导管架等临时的施工辅助设施；与整体大型沉井比，本沉井基础体型小，节省材料，且施工便捷可靠，便于加工、吊装、运输，而且在桥位现场安装施工期受到的波流力影响大大减小(基础尺寸相对减小了，波流力会相对小一点)，减小了施工难度，降低了施工风险。

附图说明

图1是两个沉井单元形成的双筒式沉井基础的主视图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1中沿a-a线的剖视图；

图4是四个沉井单元形成的四筒式沉井基础的主视图；

图5是图4的侧视图；

图6是图4中沿b-b线的剖视图；

图7是多个沉井单元形成的多筒包围式沉井基础的主视图；

图8是多筒的分布示意图；

图9是图7中沿c-c线的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参考各附图，本发明提供了大直径钢混组合圆筒21分散式多沉井基础，包括多个沉井单元1，每个所述沉井单元1均竖直设置并且均包括钢混组合筒2、预制盖板3和承台4，其中，

所述钢混组合筒2包括组合圆筒21和井壁混凝土22，所述组合圆筒21包括外筒211和内筒212，所述外筒211与所述内筒212之间存在间隙并且在所述间隙处填充所述井壁混凝土22，所述内筒212的下端朝所述外筒211的下端弯折，从而使所述钢混组合筒2的下端共同形成沉井刃脚23，以便沉井单元1下沉至设计标高，所述内筒212下部的一圈材料朝着内筒212内部凸起从而形成剪力榫24，剪力榫24可以增加沉井和封底6的混凝土的连接性能，增加其抗剪强度。

所述预制盖板3搁置在所述钢混组合筒2的上部，从而将所述钢混组合筒2的上部封住；

所述承台4设置在所述预制盖板3上，以用于承接上部结构5，其中所述上部结构5为桥塔或桥墩；

所述内筒212的下部通过浇筑混凝土形成封底6。

进一步，所述沉井单元1的数量为并排设置的两个，每个所述沉井单元1的钢混组合筒2的侧壁上部通过壁厚变薄的方式在内壁上形成有台阶25，以用于承接所述预制盖板3。用了两个沉井单元1，可以适用于双柱式的桥塔或者桥墩基础，与墩柱对应设置。

进一步，所述沉井单元1的数量为四个并且它们呈矩形布置，相邻的两个沉井单元1之间通过系梁连接在一起，每个所述沉井单元1的钢混组合筒2的侧壁上部通过壁厚变薄的方式在内壁上形成有台阶25，以用于承接所述预制盖板3。采用矩形的四个，可以适用于四柱式的桥塔基础，与墩柱对应设置。

进一步，这些沉井单元1的位置按以下方式布置：以其中的一个沉井单元1作为中心，其它的沉井单元1周向均匀布置在中心的沉井单元1的四周；此外，这些沉井单元1的钢混组合筒2共同承接一个所述预制盖板3。这样通过一个大的预制盖板3来承接多个桥塔或桥墩，这样布置将四个单独的基础连接在一起，提高基础的整体性能。

进一步，所述内筒212的内径为8m～30m，这样可以形成大直径的沉井。

按照本发明的另一个方面，还提供了所述的大直径钢混组合圆筒21分散式多沉井基础的施工方法，包括以下步骤：

1)在船坞内对外筒211和内筒212进行整体拼装预制形成组合圆筒21，然后将组合圆筒21浮运至桥址处，并利用起重船对组合圆筒21下沉定位，然后采用多台振动锤将组合圆筒21振沉至设计标高；

2)通过水上混凝土船舶浇筑组合圆筒21的外筒211与内筒212之间的井壁混凝土22；

3)将沉井单元1内的土取出至设计标高；

4)对沉井单元1井底进行清渣，然后采用垂直导管法浇筑水下混凝土形成所述封底6；

5)在钢混组合筒2上铺设预制盖板3，然后现浇形成承台4。

进一步，步骤3)中，根据不同的地质条件可采用水下抓斗抓土、水力机械吸泥挖土、水力冲射吸泥挖土、钻吸法吸泥取土或冲吸法吸泥取土。

本发明采用多个沉井单元1分散组合在一起，整体性好，侧向刚度大，承载力高，根据需要承接的上部结构5形式，钢混组合圆筒21可采用多种布置方式。此外，组合圆筒21的内外筒211之间填充混凝土形成钢混组合筒2，增加沉井单元1的整体刚度和局部刚度，这是由于在外筒211与所述内筒212间填充混凝土之后，局部刚度增加了，局部刚度增加了，整个基础的刚度就增大了。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。