桥梁大直径预制混凝土管柱基础及其施工方法技术

本发明专利技术公开了桥梁大直径预制混凝土管柱基础，包括：管柱本体，其包括从下至上依次连接的管柱底段、多节标准管柱段和管柱顶段，所述管柱本体为内部中空的套筒结构且竖直位于土层中，所述管柱本体底部通过封底混凝土密封；连接段，其位于土层上且为实心结构，所述连接段下端连接管柱顶段、上端直接连接墩柱。本发明专利技术还公开了桥梁大直径预制混凝土管柱基础的施工方法，通过预制大直径管柱，现场采用静压法配合小型绞吸式挖泥设备完成桥梁管柱基础的装配式施工。本发明专利技术管柱基础施工完成后不需要承台，降低成本，缩短施工工期，预制装配化程度高，具有广泛的应用前景。

Large Diameter Precast Concrete Pipe Column Foundation of Bridge and Its Construction Method

【技术实现步骤摘要】
桥梁大直径预制混凝土管柱基础及其施工方法
本专利技术涉及桥梁基础施工结构
更具体地说，本专利技术涉及用于陆上桥梁大直径预制混凝土管柱基础及其施工方法。
技术介绍
随着我国经济快速发展，城市交通运输需求迅速增长，市政桥梁由于能够大幅度提高交通能力，缓解城市拥堵，在城市建设中应用越发广泛。市政桥梁的下部结构通常采用“钻孔灌注桩+承台+墩柱”的结构形式，灌注桩具有作业机械化，施工方便；钢筋笼和混凝土可集中加工、配送，作业方便；施工速度快，工艺成熟，施工过程安全可靠等优点，目前在桥梁基础中应用广泛。目前，灌注桩的常用施工工艺主要有两种。第一种方法是泥浆护壁法，通过钻机设备(冲击钻、回旋钻、旋挖钻等)就地成孔灌注混凝土而成桩。钻孔时为防止坍孔用泥浆护壁。通过泥浆循环排除钻渣土屑，达到设计深度后清孔以排孔底沉渣。其施工过程包括平整场地、泥浆制备、埋设护筒、安装钻机并定位、钻进成孔、清孔及检孔、安装钢筋笼、浇筑水下混凝土。目前在高层建筑和桥梁等大型工程中大直径钻孔灌注桩多用此工艺施工，桩径多在2.5m以下。第二种方法是全套管施工法，其主要特点是采用全套管护壁，施工过程无需泥浆和清孔，利用摇动装置的摇动使钢套管与土层间的摩阻力减少，边摇动边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土。一般施工过程是：平整场地、安装钻机、套管施工、钻进成孔、安装钢筋笼、浇筑混凝土、拉拔套管、检查成桩质量。但是，城市桥梁下部结构“钻孔灌注桩+承台+墩柱”的结构形式，地层变形适应性差，路面沉降后外观影响严重，承台结构尺寸大影响桥下通行空间，且基础采用灌注桩存在结构施工材料消耗量大，成孔速度慢，施工工期长，施工质量管控难等问题；钻孔灌注桩的施工工艺也存在一定缺陷，施工泥浆和钻渣对周围的植被土壤、地表水和地下水造成严重污染，施工中存在较大施工噪声，水下混凝土浇筑质量难以保障，预制装配化程度低等。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供桥梁大直径预制混凝土管柱基础及其施工方法，通过预制大直径管柱，现场采用静压法配合小型绞吸式挖泥设备完成桥梁基础的装配式施工，施工后不需要承台，降低成本，缩短施工工期，预制装配化程度高，具有广泛的应用前景。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了桥梁大直径预制混凝土管柱基础，包括：管柱本体，其包括从下至上依次连接的管柱底段、多节标准管柱段和管柱顶段，所述管柱本体为内部中空的套筒结构且竖直位于土层中，所述管柱本体底部通过封底混凝土密封；连接段，其位于土层上且为实心结构，所述连接段下端连接管柱顶段、上端直接连接墩柱。优选的是，所述管柱本体的直径为2～4m，壁厚为25～35cm，所述封底混凝土高度为2～5m。优选的是，所述管柱底段内侧设置有带刃脚踏面的刃脚，所述刃脚外包覆刃脚钢板。优选的是，所述管柱底段、多节标准管柱段和管柱顶段之间的连接采用焊接、法兰螺栓连接或机械接头连接。优选的是，所述管柱本体为混凝土结构且混凝土内部设置双层加强钢筋。本专利技术还提供一种桥梁大直径预制混凝土管柱基础的施工方法，包括如下步骤：S1：采用不排水下沉工艺结合静压法下沉管柱底段；S2：将第一节标准管柱段与管柱底段连接，同样采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第一节标准管柱段；S3：依次在第一节标准管柱段上连接第二节标准管柱段并采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第二节标准管柱段，在第二节标准管柱段上连接第三节标准管柱段并采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第三节标准管柱段......在第N-1节标准管柱段上连接第N节标准管柱段并采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第N节标准管柱段；S4：在第N节标准管柱段上连接管柱顶段并采用不排水下沉工艺结合静压法下沉管柱顶段；S5：在管柱底段进行封底混凝土的施工；S6：施工连接段。优选的是，在步骤S1之前，先对需要施工的管柱本体进行分节，然后在预制厂对分节的管柱底段、多节标准管柱段和管柱顶段进行预制，最后运输至施工现场。优选的是，不排水下沉工艺为通过绞吸式挖泥设备进行施工；静压法为在管柱上表面施加静压荷载；在软弱土层下只施加静压荷载；在基岩层下，在管柱上连接UHPC段，通过重锤锤击UHPC段辅助管柱下沉。优选的是，步骤S6施工连接段具体方法为：在管柱顶段上安装底模板并绑扎连接段钢筋，然后安装连接段模板，最后进行连接段现浇施工。优选的是，不排水下沉工艺中，排渣管竖直位于管柱基础的中心，所述排渣管下端设置有挖泥机构，其包括：固定环，其内环通过多根连接杆连接于排渣管上且所述固定环恰好水平卡合于刃脚内侧的卡槽中；转动套筒，其位于固定环下方且套设于排渣管外，所述转动套筒通过驱动机构驱动绕排渣管的中轴线转动；外挖泥钻头，其为多个且沿排渣管的周向均匀间隔设置，所述外挖泥钻头通过水平固定于转动套筒上部的支撑杆连接，所述外挖泥钻头向下远离排渣管的中心倾斜设置；内挖泥钻头，其为多个且沿排渣管的周向均匀间隔设置，所述内挖泥钻头通过固定于转动套筒下部的套环连接，所述内挖泥钻头也向下远离排渣管的中心倾斜设置。本专利技术至少包括以下有益效果：(1)大直径预制混凝土管柱结构采用无承台形式，直接与墩柱连接，对地层沉降变形适应性强，且桥下通行空间大；(2)预制混凝土管柱基础直径大，增加侧摩阻受力面积，能够充分发挥侧摩阻力和端阻力，提升基础竖向承载能力荷载，同时增加了管柱基础的稳定性；(3)大直径管柱基础布置双层钢筋，提高混凝土强度，水平承载力大，抗弯性能强；(4)管柱采用工厂预制，管柱质量有保障，且基础施工后在现场施工时无养护时间，可缩短建设工期，预制装配化程度高；(5)管柱静压下沉过程种通过加载块重量的直观可控，从而通过施工静压荷载与压桩系数，可初步判断管柱基础竖向承载性能，管柱基础施工质量及承载性能有保障；(6)预制混凝土管柱施工过程无需泥浆护壁，噪声低，施工过程绿色环保；(7)预制混凝土管柱采用空心薄壁结构，节省钢材和水泥，造价较低，经济效益和社会效益明显,具有广泛的应用前景。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术管柱基础的结构示意图；图2为本专利技术管柱底段下沉施工图；图3为本专利技术标准管柱段下沉施工图；图4为本专利技术管柱顶段下沉施工图；图5为本专利技术封底混凝土施工图；图6为本专利技术连接段施工图，图7为本专利技术挖泥机构的结构示意图。附图标记说明：1、管柱底段，2、标准管柱段，3、管柱顶段，4、刃脚钢板，5、封底混凝土，6、连接段，7、墩柱，8、盖梁，9、基岩层，10、砂土层，11、软土层，12、挖泥机构，13、排渣管，121、固定环，122、支撑杆，123、外挖泥钻头，124、内挖泥钻头。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本专利技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.桥梁大直径预制混凝土管柱基础，其特征在于，包括：管柱本体，其包括从下至上依次连接的管柱底段、多节标准管柱段和管柱顶段，所述管柱本体为内部中空的套筒结构且竖直位于土层中，所述管柱本体底部通过封底混凝土密封；连接段，其位于土层上且为实心结构，所述连接段下端连接管柱顶段、上端直接连接墩柱。

【技术特征摘要】
1.桥梁大直径预制混凝土管柱基础，其特征在于，包括：管柱本体，其包括从下至上依次连接的管柱底段、多节标准管柱段和管柱顶段，所述管柱本体为内部中空的套筒结构且竖直位于土层中，所述管柱本体底部通过封底混凝土密封；连接段，其位于土层上且为实心结构，所述连接段下端连接管柱顶段、上端直接连接墩柱。2.如权利要求1所述的桥梁大直径预制混凝土管柱基础，其特征在于，所述管柱本体的直径为2～4m，壁厚为25～35cm，所述封底混凝土高度为2～5m。3.如权利要求1所述的桥梁大直径预制混凝土管柱基础，其特征在于，所述管柱底段内侧设置有带刃脚踏面的刃脚，所述刃脚外包覆刃脚钢板。4.如权利要求1所述的桥梁大直径预制混凝土管柱基础，其特征在于，所述管柱底段、多节标准管柱段和管柱顶段之间的连接采用焊接、法兰螺栓连接或机械接头连接。5.如权利要求1所述的桥梁大直径预制混凝土管柱基础，其特征在于，所述管柱本体为混凝土结构且混凝土内部设置双层加强钢筋。6.桥梁大直径预制混凝土管柱基础的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采用不排水下沉工艺结合静压法下沉管柱底段；S2：将第一节标准管柱段与管柱底段连接，同样采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第一节标准管柱段；S3：依次在第一节标准管柱段上连接第二节标准管柱段并采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第二节标准管柱段，在第二节标准管柱段上连接第三节标准管柱段并采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第三节标准管柱段......在第N-1节标准管柱段上连接第N节标准管柱段并采用不排水下沉工艺结合静压法下沉第N节标准管柱段；S4：在第N节标准管柱段上连接管柱顶段...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟世鸿，吴启和，柯杰，韩鹏鹏，徐杰，邱敏，万猛，张磊，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42