组合式海上基础及其施工方法与流程

本发明涉及建筑工程、桥梁工程和海洋风电工程等工程领域，更具体地说是涉及应用于海洋工程中的海上基础及其施工方法。

背景技术：

随着桥梁上部结构荷载的增大以及海洋风电基础的承载力与抗拔性能需求的提高，传统的基础结构需要较长的桩长和较大的桩径，这类基础结构的运输和安装均需要较高要求的施工装备，并要求紧凑的作业工期。但是，针对海洋工程中恶劣的作业环境，为满足相关要求，需要付出很高费用。

技术实现要素：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种组合式海上基础及其施工方法，以解决传统桩基较长的问题，同时增大基础结构的承载力和抗拔性能。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明组合式海上基础的结构特点是：由支架对主桩柱下沉导向，并利用框架式的支架将四根分处在四角位置上的主桩柱在上半段进行横向联系，形成刚度满足要求的呈整体的基础结构；所述主桩柱在下段设置有根键，利用所述根键获得满足要求的基础结构的承载力及抗拔性能。

本发明组合式海上基础的结构特点也在于：

所述支架具有上层平联层和下层平联层，在所述上层平联层和下层平联层之间，由短桩柱和斜撑进行连接形成矩形框架，在所述矩形框架的四个转角位置上，位于上层平联层的各角部分别设置有导向环，位于下层平联层的各角部分别设置有锚固环；

所述主桩柱在导向环中利用设置在主桩柱与导向环之间的竖向导向肋获得下沉导向；所述主桩柱在锚固环中利用设置在主桩柱与锚固环之间的承插式隼肋获得竖向锚固；

所述竖向导向肋是指：在主桩柱的外侧壁上设置竖向锁定肋板，在导向环的内侧壁上设置竖向导向肋板，下沉的主桩柱在相邻的竖向锁定肋板和竖向导向肋板之间获得竖导向，完成主桩柱下沉后，利用螺栓在相邻的竖向锁定肋板和竖向导向肋板之间进行锁定；

所述承插式榫肋是指：在主桩柱上沿主桩柱的轴线方向设置竖向榫板，在所述锚固环的内侧壁上对应设置竖向榫槽，下沉的主桩柱利用承插式榫肋的榫卯咬合结构实现锚固。

本发明组合式海上基础的结构特点也在于：在所述主桩柱的外侧壁上，对应于根键所在位置设置梳齿肋，所述根键利用梳齿肋在主桩柱的外侧壁上得到导向和锚固。

本发明组合式海上基础的结构特点也在于：所述梳齿肋是指：

在主桩柱的外侧壁上，对应于根键孔所在位置、沿主桩柱的轴线方向平行设置一组条形肋板；所述条形肋板在根键孔所在的孔位处断开为上段肋和下段肋，所述上段肋和下段肋沿主桩柱的轴线方向朝向根键孔内凸伸，在所述根键孔的边缘形成上下两组竖向梳齿；

在根键的根部设置有台体，在所述台体的外周设置有齿槽，所述齿槽与条形肋板形成的上下两组竖向梳齿形成凹凸配合，使台体在沿根键顶推的方向上获得竖向梳齿的导向，并在沿主桩柱的轴向上获得限位。

本发明组合式海上基础的结构特点也在于：将所述竖向梳齿的齿顶面与台体外周齿槽的槽底面设置为具有相同坡度的斜面，使所述台体在上下两组竖向梳齿之间形成楔面配合实现锚固。

本发明组合式海上基础的结构特点也在于：所述根键以并列的两只根键为一组，两只根键利用同一台体连接为一整体，台体上两只根键之间设有一竖向通槽，并有固定焊接在主桩柱外侧壁相应位置上的竖向通长肋与所述通槽相配合。

本发明中组合式海上基础的施工方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、采用海上浮吊设置吊放支架，通过预压重使支架下沉至：支架的下层平联层及锚固环位于海床面上，支架的上层平联层及导向环位于水中；

步骤2、启动打桩船分别施打各根主桩柱至：主桩柱与锚固孔之间利用承插式榫肋的榫卯咬合实现锚固；在主桩柱和导向环之间，利用螺栓锁紧竖向导向肋实现锁定；

步骤3、以支架中的上层平联层为作业平台，向主桩柱中吊放根键顶进设备进行根键找孔顶进，根键利用主桩柱上梳齿肋实现根键锁定。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明中各部件受力明确。其支架为主桩柱下沉导向、保证结构整体刚度，以主桩柱为基础结构中主要受力构件，能保证结构的承载力；

2、本发明中根键的设置为基础结构大大增强了承载力，并增强了基础结构的抗拔性能；

3、本发明有效减短桩长，节省材料费用；

4、本发明中主桩柱、支架以及根键为独立制作，组合安装；分体设置的各部件结构轻盈，无需大吨位的浮吊设备和打桩设备，从而使得施工操作简单，大大节省造价。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中支架结构示意图；

图3为本发明中主桩柱与导向环配合结构示意图；

图4为本发明中导向环结构示意图；

图5为本发明中设置在主桩柱外侧壁上的部分竖向导向肋结构示意图；

图6为本发明中主桩柱与锚固环配合结构示意图；

图7为本发明中锚固环示意图；

图8为本发明中设置在主桩柱外侧壁上的竖向榫板结构示意图；

图9为本发明中主桩柱与根键连接示意图；

图10为本发明中设置在主桩柱外侧壁上的根键孔及条形肋板示意图；

图11为本发明中根键结构示意图；

图中标号：1主桩柱，1a根键孔,2支架，2a上层平联层，2b下层平联层，2c短桩柱，2d斜撑，3导向环，3a竖向锁定肋板，3b竖向导向肋板，4锚固环，4a竖向榫板，4b竖向榫槽，5根键，5a台体，5b齿槽，5c竖向通槽，6条形肋板，6a上段肋，6b下段肋，7竖向通长肋。

具体实施方式

参见图1本实施例中组合式海上基础是由支架2对主桩柱1下沉导向，并利用框架式的支架2将四根分处在四角位置上的主桩柱1在上半段进行横向联系，形成刚度满足要求的呈整体的基础结构；如图1和图9所示，主桩柱1在下段设置有根键5，利用根键5获得满足要求的基础结构的承载力及抗拔性能。

具体实施中，相应的技术措施也包括：

如图1和图2所示，支架2具有上层平联层2a和下层平联层2b，在上层平联层2a和下层平联层2b之间，由短桩柱2c和斜撑2d进行连接形成矩形框架，在矩形框架的四个转角位置上，位于上层平联层2a的各角部分别设置有导向环3，位于下层平联层2b的各角部分别设置有锚固环4。

本实施例中，如图1所示，主桩柱1在导向环3中利用设置在主桩柱1与导向环3之间的竖向导向肋获得下沉导向；主桩柱1在锚固环4中利用设置在主桩柱1与锚固环4之间的承插式隼肋获得竖向锚固，竖向导向肋和承插式榫肋以及根键在主桩柱的外圆周上均匀分布。

如图3、图4和图5所示，竖向导向肋是指：在主桩柱1的外侧壁上利用三角形支撑板固定焊接凸伸在主桩柱径向上的竖向锁定肋板3a，在导向环3的内侧壁上同样利用三角形支撑板固定焊接凸伸在导向环径向上的竖向导向肋板3b，下沉的主桩柱1在相邻的竖向锁定肋板3a和竖向导向肋板3b之间获得竖向导向，完成主桩柱下沉后，利用螺栓在相邻的竖向锁定肋板3a和竖向导向肋板3b之间进行锁定。

如图6、图7和图8所示，承插式榫肋是指：在主桩柱1上沿主桩柱1的轴线方向设置竖向榫板4a，在锚固环4的内侧壁上对应设置竖向榫槽4b，下沉的主桩柱1利用承插式榫肋的榫卯咬合结构实现锚固。

如图9、图10和图11所示，本实施例中在主桩柱1的外侧壁上，对应于根键5所在位置设置梳齿肋，根键5利用梳齿肋在主桩柱1的外侧壁上得到导向和锚固。

梳齿肋是指：在主桩柱1的外侧壁上，对应于根键孔1a所在位置、沿主桩柱1的轴线方向平行设置一组条形肋板6；条形肋板6在根键孔1a所在的孔位处断开为上段肋6a和下段肋6b，上段肋6a和下段肋6b沿主桩柱1的轴线方向朝向根键孔1a内凸伸，在根键孔的边缘形成上下两组竖向梳齿；在根键5的根部设置有台体5a，在台体5a的外周设置有齿槽5b，齿槽与条形肋板形成的上下两组竖向梳齿形成凹凸配合，使台体5a在沿根键5顶推的方向上获得竖向梳齿的导向，并在沿主桩柱1的轴向上获得限位。

将竖向梳齿的齿顶面与台体外周齿槽的槽底面设置为具有相同坡度的斜面，形成斜面坡口，使台体5a在上下两组竖向梳齿之间形成楔面配合实现锚固。

为了牢固结构，减小主桩柱上开孔部位的应力集中，根键5以并列的两只根键为一组，两只根键利用同一台体连接为一整体，台体5a上两只根键之间设有一竖向通槽5c，并有固定焊接在主桩柱1的外侧壁相应位置上的竖向通长肋7与所述竖向通槽5c相配合。

具体实施中，条形肋板6和竖向通长肋7固定焊接在主桩柱1的外侧壁上，与主桩柱1制造成型为整体，在主桩柱1上对应于根键的顶进位置开设根键孔1a，根键的根部台体5a为变截面台体，前端小后端大，根键孔1a的外径尺寸大于台体5a的前端面尺寸，且小于台体后端面尺寸，使根键5的根部台体能够穿入根键孔并锚固在根键孔中。为了有利于根键找孔顶进，将根键的外悬臂端部制成圆隼型，使根键的外悬臂端的外径小于根键的根部外径。

本实施例中组合式海上基础的施工方法按如下步骤进行：

步骤1、采用海上浮吊设置吊放支架，通过预压重使支架下沉至：支架的下层平联层及锚固环位于海床面上，支架的上层平联层及导向环位于水中；

步骤2、启动打桩船分别施打各根主桩柱至：主桩柱与锚固孔之间利用承插式榫肋的榫卯咬合实现锚固；在主桩柱和导向环之间，利用螺栓锁紧竖向导向肋实现锁定；

步骤3、以支架中的上层平联层为作业平台，向主桩柱中吊放根键顶进设备进行根键找孔顶进，根键利用主桩柱上梳齿肋实现根键锁定。

步骤4、在所有根键顶进完成后，在主桩柱内抛灌细粒砂石至其覆盖最上一层根键孔，使得根键具有更牢靠的锚固性能。