一种浮力补偿式组合基础及施工方法与流程

[0001]
本申请涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种浮力补偿式组合基础及施工方法。


背景技术：

[0002]
随着交通建设的迅猛发展，许多跨越大江大河的超级桥梁工程踊跃而出。桩基础作为桥梁工程中应用范围最广的一种基础形式，具有施工风险可控，适应地质条件能力强等优点。
[0003]
桩基础的设计由地基竖向承载力和桩身截面强度共同决定。在深厚软弱覆盖层，地基竖向承载力为深水桩基设计的控制因素，通常采取增大桩数、增加桩长的方式以满足上部结构对地基竖向承载力的要求，这不仅增加了施工风险，在有的地方甚至导致下部结构造价占比高达65％以上。
[0004]
传统的桩端、桩侧压浆提高地基竖向承载力的方法，受工程地质、施工工艺的影响较大，地基竖向承载力提高幅度有限，大约在15％至30％，其经济效益不太明显。当基础承受较大的水平力，如船撞、地震作用时，过大的局部冲刷深度使得桩身截面强度亦可成为桩基设计的控制因素。地基软弱、局部冲刷深度大这些不利的自然条件无疑限制了桩基础的应用，给基础设计提出了挑战。


技术实现要素：

[0005]
本申请实施例提供一种浮力补偿式组合基础及施工方法，以解决相关技术中在深厚软弱覆盖层、局部冲刷大、风浪影响大的地方修建桥梁桩基础时，桩基规模大、经济性差的问题。
[0006]
第一方面，提供了一种浮力补偿式组合基础，其包括：
[0007]
承台；
[0008]
封底层，其组设于所述承台底部；
[0009]
多个支承桩，所有的支承桩形成群桩，所述群桩的顶端穿入所述封底层并与所述承台连接；
[0010]
主浮箱，其组设于所述承台上；
[0011]
转换层，其组设于所述主浮箱上，并用于承载柱体，以将上部结构荷载传递至所述主浮箱。
[0012]
一些实施例中，所述主浮箱外侧壁上还连接有侧浮箱。
[0013]
一些实施例中，所述侧浮箱至少有两个，且各所述侧浮箱沿所述主浮箱的周向均匀分布。
[0014]
一些实施例中，所述侧浮箱与所述主浮箱连接处设有密封件。
[0015]
一些实施例中，所述主浮箱包括侧围板和底板，所述底板设于所述侧围板内，并将所述侧围板内部空间分成上区域和下区域，所述封底层至少部分位于所述下区域中。
[0016]
一些实施例中，靠近所述承台外边缘的支承桩，其外边缘与所述主浮箱侧壁的净
距d1≥0.3d，其中d为所述支承桩的直径。
[0017]
一些实施例中，所述柱体为墩柱或塔柱。
[0018]
第二方面，提供了一种如上所述的浮力补偿式组合基础的施工方法，其包括如下步骤：
[0019]
施工支承桩，以形成群桩；
[0020]
施沉主浮箱，直至所述主浮箱达到设计标高；
[0021]
浇筑封底层，以使所述封底层与所述主浮箱内侧壁相连；
[0022]
抽去所述主浮箱内的积水，并施工承台，以使所述承台与所述主浮箱内侧壁相连；
[0023]
施工转换层，以密封所述主浮箱顶部。
[0024]
一些实施例中，所述主浮箱包括侧围板和底板；
[0025]
施沉主浮箱，直至所述主浮箱达到设计标高；浇筑封底层，以使所述封底层与所述主浮箱内侧壁相连；抽去所述主浮箱内的积水，并施工承台，以使所述承台与所述主浮箱内侧壁相连，包括如下步骤：
[0026]
施沉侧围板，直至达到设计标高；
[0027]
浇筑封底层，以使所述封底层与所述侧围板内侧壁相连；
[0028]
抽去所述侧围板内的积水，并施工承台，以使所述承台与所述侧围板内侧壁相连；
[0029]
在所述侧围板内安装所述底板，以使所述底板与所述侧围板贴合。
[0030]
一些实施例中，所述底板开设有若干灌浆孔；
[0031]
施工承台，以使所述承台与所述侧围板内侧壁相连，在所述侧围板内安装所述底板，以使所述底板与所述侧围板贴合，包括如下步骤：
[0032]
在所述侧围板内浇筑所述承台的第一层结构，并使所述第一层结构与所述底板的安装位置之间存在预留距离；
[0033]
在所述安装位置处安装所述底板，以使所述底板与所述第一层结构之间形成预留空间；
[0034]
经所述灌浆孔，往所述预留空间中灌浆，以浇筑所述承台的第二层结构，使所述第二层结构与第一层结构形成所述承台。
[0035]
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0036]
本申请实施例提供了一种浮力补偿式组合基础及施工方法，本申请实施例提供的主浮箱为密闭空心结构，所受浮力大，大大减少了传入支承桩的竖向荷载作用，支承桩的设计由桩身截面强度控制，降低了深厚软弱覆盖层对桩基设计的影响，具有桩基规模小，经济指标合理等优点。
[0037]
本申请实施例提供的主浮箱承担上部传递的大部分水平力及弯矩，支承桩形成的群桩主要承担竖向力，主浮箱刚度大，其替代传统桩基础自由桩长部分，提高了基础承受水平荷载(如地震作用、船撞作用)的能力，可减小水深、局部冲刷、风浪对基础受力的影响。
[0038]
本申请还具有构造简单，受力合理，施工风险小等优点。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1为本申请实施例提供的浮力补偿式组合基础示意图；
[0041]
图2为图1中a-a向示意图；
[0042]
图3为本申请实施例提供的完成支承桩施工后的示意图；
[0043]
图4为本申请实施例提供的完成侧围板施工后的示意图；
[0044]
图5为本申请实施例提供的完成封底层施工后的示意图；
[0045]
图6为本申请实施例提供的完成承台和底板施工后的示意图。
[0046]
图中：1、支承桩；2、承台；3、主浮箱；30、侧围板；31、底板；4、转换层；5、柱体；6、侧浮箱；7、封底层。
具体实施方式
[0047]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0048]
本申请实施例提供了一种浮力补偿式组合基础，其能解决相关技术中在深厚软弱覆盖层、局部冲刷大、风浪影响大的地方修建桥梁桩基础时，桩基规模大，经济性差的问题。
[0049]
参见图1所示，本申请实施例提供了一种浮力补偿式组合基础，其包括多个支承桩1、承台2、主浮箱3、转换层4和封底层7，其中，封底层7组设于承台2底部，以便为承台2的施工提供干燥环境，支承桩1可以采用钻孔灌注桩或钢管桩，所有的支承桩1形成群桩，其构造及平面布置应满足相关规范对钻孔灌注桩或钢管桩的要求，群桩的顶端穿入封底层7后，与承台2连接，主浮箱3组设于承台2上，主浮箱3侧壁与承台2、封底层7四周侧壁固接，将主浮箱3所受荷载通过承台2传递到支承桩1上，主浮箱3密闭空心，为确保密闭不渗水，可以采用钢结构或钢壳薄壁混凝土结构，转换层4可以采用钢筋混凝土结构，并且组设于主浮箱3上，转换层4顶部连接柱体5，柱体5为墩柱或塔柱，转换层4起到将上部结构荷载传递至主浮箱3侧壁的作用。
[0050]
本申请实施例提供的主浮箱为密闭空心结构，所受浮力大，大大减少了传入支承桩的竖向荷载作用，支承桩的设计由桩身截面强度控制，降低了深厚软弱覆盖层对桩基设计的影响，具有桩基规模小，经济指标合理等优点。
[0051]
本申请实施例提供的主浮箱承担上部传递的大部分水平力及弯矩，支承桩形成的群桩主要承担竖向力，主浮箱刚度大，其替代传统桩基础自由桩长部分，提高了基础承受水平荷载(如地震作用、船撞作用)的能力，可减小水深、局部冲刷、风浪对基础受力的影响。
[0052]
本申请还具有构造简单，受力合理，施工风险小等优点。
[0053]
参见图1所示，主浮箱3所提供的浮力仍难以满足竖向地基承载力的要求时，可在主浮箱3上外侧壁上设置侧浮箱6，侧浮箱6一般采用钢结构，侧浮箱6应整体位于最低水位线以下，按其可能承受的最大水压力设计。
[0054]
参见图1所示，在一些优选的实施例中，侧浮箱6至少有两个，且各侧浮箱6沿主浮箱3的周向均匀分布。
[0055]
在一些优选的实施例中，侧浮箱6与主浮箱3连接处设有密封件，确保侧浮箱6密闭不渗水。
[0056]
参见图1所示，在一些优选的实施例中，主浮箱3包括侧围板30和底板31，底板31设于侧围板30内，并将侧围板30内部空间分成上区域和下区域，封底层7至少部分位于下区域中，上区域通过转换层4进行封装。
[0057]
参见图2所示，在一些优选的实施例中，靠近承台2外边缘的支承桩1，其外边缘与主浮箱3侧壁的净距d1≥0.3d，其中d为支承桩1的直径。
[0058]
在一些优选的实施例中，主浮箱3部分或整体位于最低水位线以下，以尽可能地提供最大浮力。
[0059]
结合图2所示，利用主浮箱、侧浮箱提供的浮力降低支承桩所受竖向荷载作用，从而使得支承桩的设计由其桩身截面强度控制，单桩竖向力可按如下公式计算：
[0060]
n
i
＝(p
z-f
浮
)/m
±
m
x
y
i
/∑y
i2
±
m
y
x
i
/∑x
i2
[0061]
式中：n
i
为第i根支承桩单桩竖向力，p
z
为承台底以上作用产生的竖向力组合，f
浮
为主浮箱、侧浮箱承受的浮力作用，m为支承桩桩数，m
x
、m
y
分别为承台底以上的作用绕通过桩群形心的x轴、y轴的弯矩组合，y
i
、x
i
分别为第i根支承桩中心至x轴、y轴的净距。
[0062]
本申请实施例还提供了一种浮力补偿式组合基础的施工方法，其包括如下步骤：
[0063]
101：施工支承桩1，以形成群桩，参见图3所示；
[0064]
102：将在工厂预制好的主浮箱3浮运至墩位处，施沉主浮箱3，直至主浮箱3达到设计标高，参见图4所示；
[0065]
103：水下浇筑封底层7，以使封底层7与主浮箱3内侧壁相连，参见图5所示；
[0066]
104：待水下封底层7的混凝土达到强度后，抽去主浮箱3内的积水，在干燥环境下施工承台2，以使承台2与主浮箱3内侧壁相连，参见图6所示；
[0067]
105：施工转换层4，以密封主浮箱3顶部，施工柱体5，参见图1所示。
[0068]
在一些优选的实施例中，参见图1所示，主浮箱3包括侧围板30和底板31；
[0069]
施沉主浮箱3，直至主浮箱3达到设计标高；浇筑封底层7，以使封底层7与主浮箱3内侧壁相连；抽去主浮箱3内的积水，并施工承台2，以使承台2与主浮箱3内侧壁相连，具体包括如下步骤：
[0070]
201：施沉侧围板30，直至达到设计标高，参见图4所示；
[0071]
202：浇筑封底层7，以使封底层7与侧围板30内侧壁相连，参见图5所示；
[0072]
203：抽去侧围板30内的积水，并施工承台2，以使承台2与侧围板30内侧壁相连，参见图6所示；
[0073]
204：在侧围板30内安装底板31，以使底板31与侧围板30贴合，参见图6所示。
[0074]
在一些优选的实施例中，底板31开设有若干灌浆孔；
[0075]
施工承台2，以使承台2与侧围板30内侧壁相连，在侧围板30内安装底板31，以使底板31与侧围板30贴合，具体包括如下步骤：
[0076]
301：在侧围板30内浇筑承台2的第一层结构，并使底板31在侧围板30上的安装位置与第一层结构顶部之间存在预留距离；
[0077]
302：在安装位置处安装底板31，以使底板31与第一层结构之间形成预留空间；
[0078]
303：经灌浆孔，往预留空间中灌浆，以浇筑承台2的第二层结构，使第二层结构与
第一层结构形成承台2，并与底板31粘接。
[0079]
由于承台2以及封底层7为混凝土结构，在后期运营过程中，难免出现微裂缝，仅依靠承台2以及封底层7，主浮箱3很难做到密闭不渗水，故在本实施例中，承台2的浇筑分两步，第一步是浇筑第一层结构，然后施工底板31，并使得第一层结构顶面与底板31之间存在预留空间，再在预留空间中灌浆，完成第二层结构的施工，并使底板31与承台2连接成一个整体，达到主浮箱密闭不渗水的目的。
[0080]
本实施例中，第一层结构顶面与底板31之间的预留距离约2～3cm。
[0081]
主浮箱3的底板31为钢结构，其周边与主浮箱3侧壁焊接成一整体，底板31预留灌浆孔，待灌浆完毕，采用钢板将灌浆孔密封。
[0082]
在一些优选的实施例中，如果主浮箱3所提供的浮力仍难以满足竖向地基承载力的要求时，可在工厂预制时，在主浮箱3四周设置侧浮箱6。
[0083]
此外，施工时，应保证主、侧浮箱的水密性，承台与主浮箱侧壁的连接部位应采取止水措施。在确保结构受力安全的前提下，在施工完主浮箱底板后，可采取在主、侧浮箱内灌水压重，随着上部结构的施工，逐步抽空主、侧浮箱内蓄水，以便减小基础工后沉降。
[0084]
总之，本申请充分利用主、侧浮箱提供的浮力减少桩基承担的竖向力，从而大幅减小桩基数量，主浮箱承担上部传递的大部分水平力及弯矩，桩基主要承担竖向力，可充分利用桩身截面强度，显著减小桩基规模。本发明构造简单，受力合理，工程造价低；特别适用于水深、地基软弱、局部冲刷大、受风浪影响大的建设条件。
[0085]
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0086]
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0087]
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。