一种海上裸露基岩斜桩嵌岩方法与流程

本发明涉及一种海上裸露基岩斜桩嵌岩方法。

背景技术：

1、桩基作为建筑物的一种基础形式，在海上建筑(构筑)物中广泛应用。目前我国基础建设速度进入快车道，适合打入桩施工的优质海岸线已基本利用殆尽。作为拉动经济持续发展的三驾马车，就需要继续开发我国的基础建设，充分利用我国的海岸线，研究在水文、地质恶劣的环境下建造建筑(构筑)物的可行性，以便利民众，为我国的经济健康发展持续发力。为此嵌岩灌注桩基础将显得尤为重要。

2、由于受海底地形影响，基岩埋藏深度较浅或者基本无覆盖层，不足以形成桩基本身的地质条件，特别是一些建筑(构筑)物桩基不但要承受轴向压力，还需要克服上拔力和水平力或力矩的作用，桩基通常设计成一定斜率的斜桩，因此斜嵌岩施工技术也应运而生。在上述裸露基岩进行斜桩嵌岩施工时，必须采取稳桩措施，确保桩基(桩基或套管)的自身稳定，为后续施工创造条件。

3、在基岩上安装钢筋混凝土套箱，在套箱内填充中粗砂并振冲密实，通过钢筋混凝土套箱作为嵌岩桩的施工平台，桩基嵌岩在套箱内为传统施工工艺。虽然该工艺比较成熟，且有成功的实例，但该工艺存在以下缺陷：⑴施工工序繁多，工艺复杂；⑵需要先对基岩整平处理，潜水作业量大；⑶安全风险高；⑷安装大型钢筋混凝土套箱需要依赖大型设备；⑸施工工期较长；⑹施工成本较高。

4、针对传统施工工艺的不足和技术缺陷，提供一种海上裸露基岩斜桩嵌岩方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种海上裸露基岩斜桩嵌岩方法，通过抛填袋装碎石、袋装砂形成人造基床，达到桩基的稳桩措施，同时缩短施工工期，节约施工成本。

2、实现上述目的的技术方案是：

3、一种海上裸露基岩斜桩嵌岩方法，包括：

4、步骤s1，研究地质资料，根据地质资料现场验证，并钻孔验证；

5、步骤s2，根据地质、水文资料计算人造基床抛填厚度x及范围；

6、步骤s3，根据人造基床抛填厚度x及抛填范围进行抛填袋装碎石和袋装砂，形成人造基床；

7、步骤s4，打设斜桩桩基；

8、步骤s5，搭设钢平台，对斜桩桩基进行加固，完成稳桩；

9、步骤s6，基岩钻孔；

10、步骤s7，嵌岩灌注桩施工。

11、优选的，所述步骤s2中，所述人造基床抛填厚度x大于斜桩桩基最小入土深度h；所述斜桩桩基最小入土深度h受水流力fw、波浪力pw、主动土压力ea、被动土压力ep、斜桩桩基自重g1、斜桩桩基内水自重g2的影响。

12、优选的，所述水流力fw的计算公式为，

13、

14、式中，fw为水流力标准值，cω为水流阻力系数，ρ为水密度,淡水取1.0，海水取1.025，v为水流设计流速，结合施工所在地水文资料取值，a为计算构件在与流向垂直平面上的投影面积。

15、优选的，作用于整个所述斜桩桩基高度上的最大速度分力和最大惯性分力，分下述情况考虑：

16、当h/d≤0.2且d/l≥0.2或h/d>0.2且d/l≥0.35时，考虑整个所述斜桩桩基沿高度断面相同，计算所述斜桩桩基的pdmax及其对水底面的力矩mdmax时，取z1＝0和z1＝d+ηmax，计算所述斜桩桩基的pimax及其对水底面的力矩mimax时，取z1＝0和z1＝d+ηmax-h/2，其计算公式为，

17、

18、

19、

20、

21、式中，cd为速度力系数，对圆形断面取1.2，cm为惯性力系数，对圆形断面取2.0，γ为水的重度，d为桩基的直径，h为施工区域进行波波高，k1、k2为计算系数，a为桩基断面面积，z1、z2为计算点在水底面以上的高度，l为波长，d为施工点水深，ηmax为波峰在静水面以上的高度；

22、当h/d≤0.2且d/l<0.2或h/d>0.2且d/l<0.35时，按上述计算作用于整个斜桩桩基上的正向波浪力，并对pdmax乘以系数α，对mdmax乘以系数β；

23、当0.04≤d/l≤0.2时，对pimax乘以系数α再乘以系数γp，对mimax乘以系数β再系数γm；

24、其中，作用于整个所述斜桩桩基高度上的最大总波浪力按下述方法确定：

25、当pdmax≤0.5pimax时，正向水平最大总波浪力按下式计算：

26、pmax＝pimax；

27、当pdmax>0.5pimax时，正向水平最大总波浪力按下式计算：

28、

29、pw＝pmax；

30、式中：pdmax为作用于整个桩基高度上的最大速度力，pimax为作用于整个桩基高度上的最大惯性力，pmax为作用于整个桩基高度上的正向水平最大总波浪力。

31、优选的，根据朗肯土压力理论，所述斜桩桩基所受的所述主动土压力ea为：

32、

33、式中，ea为主动土压力，γ′为抛填土的浮重度，h1为假设桩基位移零点c为桩底，桩基入土深度，ka为朗肯主动土压力系数，ka＝tan2(45°-φ/2)，φ为填土的内摩擦角；

34、所述斜桩桩基所受的所述被动土压力ep为：

35、

36、式中，ep为被动土压力，kp为朗肯被动土压力系数，kp＝tan2(45°+φ/2)；

37、根据主动土压力及被动土压力公式，可得所述斜桩桩基所受土压力合力e为：

38、

39、kp-ka＝tan2(45°+φ/2)-tan2(45°-φ/2)。

40、优选的，所述斜桩桩基自重g1分水面以上ga和水面以下gb两段，其计算公式为：

41、g1＝ga+gb；

42、ga＝γ1h0s1/sinα；

43、gb＝γ′1(h′+h1)s1/sinα；

44、式中，γ′1为桩基水面以下浮重度，γ1为桩基水面以上重度，h′为施工点水深，h1为假设桩基位移零点c为桩底，桩基入土深度，h0为水面至桩顶高度，s1为桩基有效截面积，α为桩基与基床平面夹角；

45、所述斜桩桩基内水自重g2，其计算公式为：

46、g2＝γs2h1/sinα；

47、式中，γ为水的重度，s2为桩内水截面面积，h1为桩内水面标高至桩外水面标高之间的距离。

48、优选的，建立力矩平衡方程，其计算公式如下：

49、(fw+pw)(2h′/3+h1)/sinα+g1l1+g2l2＝e(h1/3)/sinα；

50、g1l1＝ga(h0/2+h′+h1)+gb(h′+h1)/2；

51、g2l2＝g2(h0/2+h′+h1)；

52、式中，l1为桩基重心到位移零点c的水平距离，l2为桩内水重心到位移零点c的水平距离，平衡方程唯一变量为h1，对力矩平衡方程进行单变量求解，可得到斜桩桩基入土深度h1的值；

53、斜桩桩基实际位移零点c在桩端以上一段距离，根据受力平衡关系，位移零点c以下受力，可得到：

54、fp＝e-fw-pw-g1/cosα-g2/cosα；

55、fp为均布荷载，fp＝2h2γ′h1(kp-ka)，可得到补偿深度h2；

56、即所述斜桩桩基最小入土深度h为h＝h1+h2。

57、优选的，所述步骤s3中，所述人造基床底层和顶层及边坡采用袋装碎石，所述人造基床中间层采用袋装砂。

58、优选的，所述人造基床底层和顶层袋装碎石厚度为2米，所述人造基床边坡度为1：3。

59、本发明的有益效果是：本发明通过在人造基床的底层和顶层及边坡采用袋装碎石，避免了水流冲刷，在中间层采用袋装砂，为斜桩桩基提供更好稳桩效果，替代原有的混凝土套箱稳桩技术，解决了在海上裸露基岩或覆盖层较薄的地基上进行斜桩嵌岩施工技术难题，同时缩短了施工工期，节约了施工成本，人造基床厚度根据施工点水文地质情况，并通过公式进行计算，使得人造基床厚度得到了技术保障，有效保证施工安全性。