一种桩基与水下系梁的连接结构、桩基施工连接方法与流程

本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种桩基与水下系梁的连接结构、桩基施工连接方法。

背景技术：

近年来国内的桥梁、风电、码头等工程建设进一步向海洋、江河及水库等深水区发展。深水基础造价高昂，其工程方案选择对整个工程的总造价有着举足轻重的影响。在30m以内水深范围内、非特殊水文地质条件下，高桩承台群桩基础在工程经济性、施工便利性等方面相对于沉箱、沉井、导管架等其他基础形式有一定的优势，因此应用广泛。

深水区高桩承台群桩基础中，桩基的无侧向支撑长度较长，在风、波浪等水平力及上部结构水平力的作用下，桩身弯矩与桩顶位移较大，通常采用增加桩径的方式来满足受力要求。根据结构力学原理，若在群桩之间增加一层或多层水下水平固结联系系统，将可大幅减小桩身内力并增加基础的整体抗推刚度，从而降低对桩径的需求，提升高桩承台群桩基础的工程经济性。

早期国内某长江大桥采用了双层承台技术，其利用水下的下层承台作为群桩间的水平固结联系系统。但该技术围堰等临时工程费用较高，在大直径超长桩基技术已经成熟的今天，已经不具备技术经济优势；同时其采用的大型无底钢围堰受水流的作用力较大，也很难适应风浪较大的海洋环境。

为推动深水区高桩承台群桩基础技术的进一步发展，需开发一种成本较低、对恶劣施工环境适应性较强、对桩基施工误差具有一定容忍度的桩基与水下系梁的连接结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种桩基与水下系梁的连接结构、桩基施工连接方法，解决现有高桩承台深水基础技术造价高昂、难以适应更深的水深条件等问题，且施工难度较低。

为了实现上述目的，本发明提供一种桩基与水下系梁的连接结构，包括：

多个连接接头及多个系梁，两个连接接头之间通过系梁连接；所述连接接头包括：

第一剪力键，与第一钢连接结构连接；

第二剪力键，与第二钢连接结构连接，且所述第二钢连接结构的尺寸大于所述第一钢连接结构的尺寸，所述系梁与所述第二钢连接结构连接；

所述第二钢连接结构的第一端呈喇叭状，所述第二钢连接结构的第二端设置保护罩，所述保护罩内设置有堵漏气囊，所述堵漏气囊在充气时受所述保护罩阻挡而向所述第一钢连接结构方向延伸；

所述第一钢连接结构和所述第二钢连接结构之间形成有第一混凝土区、第二混凝土区；所述第一混凝土区位于所述第二混凝土区的底部，所述堵漏气囊位于所述第一混凝土区的底部，且所述第一混凝土区的高度小于所述第二混凝土区的高度。

优选的，所述保护罩包括：第一连接板、第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板呈90度连接；

所述第一连接板的第一端连接在所述第二钢连接结构上，所述第一连接板的第二端连接在所述第二连接板的第一端，所述第二连接板的第二端与所述第二钢连接结构的第二端延伸方向相同；

所述堵漏气囊在充气时受所述第二连接板阻挡而向所述第一钢连接结构方向延伸。

一种实现方式中，所述系梁为钢管，且所述钢管内灌注有微膨胀混凝土。

一种实现方式中，所述第二剪力键和/或所述第一剪力键为多个环状钢板带组成。

优选的，所述第一混凝土区灌封底混凝土、所述第二混凝土区内灌注固结混凝土。

一种桩基施工连接方法，所述方法包括：

浇筑桩基，确定所述桩基数目、所述桩基尺寸和所述桩基间距；

根据所述桩基尺寸选择连接接头，并根据所述桩基数目确定连接接头的数量，以及根据所述桩基间距确定系梁的尺寸；

将所述系梁与所述连接接头进行焊接形成桩基与水下系梁的连接结构，并根据所述桩基的位置进行所述桩基与水下系梁的连接结构的定位和下方；

确定所述桩基与水下系梁的连接结构下方的高度就位后，对所述连接接头中的堵漏气囊进行充气，以达到预设气压值；

逐根对每个连接接头中的第一混凝土区进行混凝土浇筑；并在所述第一混凝土区的混凝土强度达到第一预设强度后，对每个连接接头中的第二混凝土区进行混凝土浇筑，在第二混凝土区的混凝土达到第二预设强度后施工完毕。

应用本发明实施例提供的桩基与水下系梁的连接结构、桩基施工连接方法，具备的有益效果如下：

(1)通过连接接头套在桩基上，两个相邻的连接接头又通过系梁进行连接，从而形成了整体，这样提高了深水高桩承台基础的整体受力性能，降低了整个基础的工程造价；得益于基础整体受力性能的提升，高桩承台基础在50m水深条件下依然可行且具备经济优势。

(2)采用气囊堵漏技术，对桩基的定位精度等施工误差容忍度较高，同时具备自适应调整位置的能力；气囊充气可采用电控电磁阀遥控实施，水下混凝土浇筑可采用预设导管从水面以上灌送，因此施工难度较低；气囊堵漏与封底混凝土双重固定措施，充分保证了固结混凝土的施工质量。

(3)本发明提供的桩基与水下系梁的连接结构体积小，在水下受水流的作用力小，适用于水文条件复杂的海洋环境。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一道系梁与一根桩基连接接头构造立剖面图。

图2是本发明实施例提供的一道系梁与一根桩基连接接头构造平剖面图。

图3是本发明实施例提供的多道系梁与群桩基础连接接头构造立剖面示意图。

图4是本发明实施例提供的多道系梁与群桩基础连接接头构造平剖面示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1-4本发明提供一种桩基与水下系梁的连接结构，包括：多个连接接头及多个系梁，两个连接接头之间通过系梁连接；所述连接接头包括：

第一剪力键9，与第一钢连接结构10连接；

第二剪力键8，与第二钢连接结构3连接，且第二钢连接结构3的尺寸大于第一钢连接结构10的尺寸，系梁2与第二钢连接结构3连接；

第二钢连接结构3的第一端呈喇叭状，第二钢连接结构3的第二端设置保护罩5，保护罩5内设置有堵漏气囊4，堵漏气囊4在充气时受所述保护罩5阻挡而向所述第一钢连接结构10方向延伸；

第一钢连接结构10和第二钢连接结构3之间形成有第一混凝土区6、第二混凝土区7；第一混凝土区6位于第二混凝土区7的底部，堵漏气囊4位于第一混凝土区6的底部，第一混凝土区6的高度小于第二混凝土区7的高度。

可以理解的是，第一剪力键9与第一钢连接结构10连接，第一剪力键9为多个沿第一钢连接结构10成环状钢板带，第二剪力键8与第一剪力键9结构相同，第一剪力键9，第二剪力键8断面形状为等腰梯形且下底为焊接侧。第二钢连接结构3的尺寸大于所述第一钢连接结构10的尺寸，这样在第二钢连接结构3、第一钢连接结构10之间会形成环形空间区域。同时设置第二钢连接结构3的第一端呈喇叭状，这样混凝土浇筑可以从第二钢连接结构3的第一端、第一钢连接结构10的第一端灌送，方便施工。

本发明实施例中设置的堵漏气囊4位于保护罩5内，通过保护罩5一方面起到对气囊的保护，防止堵漏气囊4损坏，另一方面在保护堵漏气囊4的同时对其充气过程起到阻力，从而使得堵漏气囊4向第一钢连接结构10方向延伸，增大堵漏气囊4与第一钢连接结构之间的压力，提高连接接头与其内部的桩基连接稳定性。

需要说明的是，第一钢连接结构10和第二钢连接结构3之间形成的环状空间可以分为第一混凝土区6、第二混凝土区7，第一混凝土区6位于第二混凝土区7的底部，并且第一混凝土区6的高度小于第二混凝土区7的高度，示例性的，第一混凝土区6的高度是第二混凝土区7高度的一半，或者，第一混凝土区6的高度是第二混凝土区7高度的1/3，等等，本发明实施例在此不做具体限定。

具体实现过程中，在进行连接接头连接后，需要在第一混凝土区6、第二混凝土区7灌注为小粒径骨料并具有快速凝固性能的混凝土。第一混凝土区6在堵漏气囊4充气完毕后浇筑，目的是将系梁2与群桩初步固定，减小水流作用导致的桩基1与第一钢连接结构10、第二钢连接结构3间的晃动位移，从而保证第二混凝土区7的施工质量；因此施工难度较低；在施工区域为静水环境时，第一混凝土区6可以不予实施，可以适应不同的使用环境。

优选的，所述保护罩5包括：第一连接板51、第二连接板52，第一连接板51和第二连接板52呈90度连接；第一连接板51的第一端连接在第二钢连接结构3上，第一连接板51的第二端连接在第二连接板52的第一端，第二连接板52的第二端与第二钢连接结构3的第二端延伸方向相同；所述堵漏气囊4在充气时受所述第二连接板52阻挡而向所述第一钢连接结构10方向延伸。

需要说明的是，所述堵漏气囊4充气前隐藏于保护罩5中，位于所述第一混凝土区6的底部，避免损坏；所述堵漏气囊4充气后在保护罩5的所述第一连接板51、所述第二连接板52的作用下，向下向内侧膨胀并能够将第一钢连接结构10、第二钢连接结构3的底部与桩基1间的间隙完全封闭。采用气囊堵漏技术，对桩基1的定位精度等施工误差容忍度较高。具体实现方式中，气囊充气可采用电控电磁阀遥控实施，操作性强。

需要说明的是，在实际使用中，针对第一钢连接结构，以深水区桩基为例，在深水区桩基通常有两种形式，一是钢管打入桩，其桩基结构就是空心钢管，作为第一钢连接结构，另一种是钻孔灌注桩，其外部是桩基钢护筒，即第一钢连接结构，内部是实心的，为钢筋结构。

本发明的一种实现方式中，所述系梁2为钢管，且所述钢管内灌注有微膨胀混凝土。

优选的，所述第二剪力键8和/或所述第一剪力键9为多个环状钢板带组成。第一剪力键9，第二剪力键8断面形状为等腰梯形且下底为焊接侧。

本发明的另一种实现方式中，所述第一混凝土区6灌封底混凝土、所述第二混凝土区7内灌注固结混凝土。需要说明的是，所述第一混凝土区6、所述第二混凝土区7为小粒径骨料并具有快速凝固性能的混凝土。

本发明实施例还公开了一种桩基施工连接方法，首先进行浇筑桩基，如图3、图4所示，确定所述桩基数目、所述桩基尺寸和所述桩基间距；根据所述桩基尺寸选择连接接头，并根据所述桩基数目确定连接接头的数量，以及根据所述桩基间距确定系梁的尺寸；将所述系梁与所述连接接头进行焊接形成连接装置桩基与水下系梁的连接结构，焊接在一起形成格构系统；系梁钢管内注满微膨胀混凝土形成钢管混凝土组合构件；对系梁及连接接头进行妥善的防腐处理。

根据所述桩基的位置进行所述桩基与水下系梁的连接结构的定位和下方；利用大型浮吊，整体吊装系梁及连接接头格构系统；利用桩基施工平台，安装相关辅助定位设施，辅助系梁及连接接头格构系统精确定位与下放。

然后在确定所述桩基与水下系梁的连接结构下方的高度就位后，对所述连接接头中的堵漏气囊进行充气，以达到预设气压值；逐根对每个连接接头中的第一混凝土区进行混凝土浇筑；并在所述第一混凝土区的混凝土强度达到第一预设强度后，对每个连接接头中的第二混凝土区进行混凝土浇筑，在第二混凝土区的混凝土达到第二预设强度后施工完毕。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。