一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础及施工方法技术

本申请涉及一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础及施工方法,属于海洋深水基础技术领域，该深水基础为底部封闭的空心结构，包括：钢护筒，其底端位于海床面以下，为管身混凝土灌注提供外模板；钢骨架，其设置在钢护筒和钻孔内，与二者形成双壁管柱，为管身混凝土灌注提供内模板；混凝土管身，其混凝土灌注在管柱双壁之间；封底段，封底段位于基础下端且密封连接在钢骨架内部，用于提高基础竖向承载力。施工方法为：施沉钢护筒→钻孔施工→整体下放钢骨架→灌注封底段混凝土→灌注管身混凝土→抽干深水基础内部海水。本深水基础采用空心结构节约了混凝土用量，减轻了自重，降低了基底的地基应力，提高了深水基础的有效竖向承载力。

【技术实现步骤摘要】
一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础及施工方法
本申请涉及海洋深水基础
，特别涉及一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础及施工方法。
技术介绍
海洋工程如跨海桥梁、海上风电、海洋钻井平台等大型工程的建设逐渐由海岸向深海推进。恶劣的深海环境给海洋工程的建设带来巨大的挑战，尤其体现在深水基础的设计与施工方面。飓风、急流、深水、强浪及高低起伏的海床地形等都是海洋工程深水基础向前发展所必须克服的难题。海洋工程深水基础的最显著特点就是需要承受巨大的水平力，包括上部结构的横风荷载、波流力、船撞力以及地震力等。而这些水平力往往都是影响深水基础设计的控制荷载。为了满足深水基础的水平承载力和水平刚度要求，采用钻孔桩基础方案时所需单桩桩径将远大于常用桩径。深水情况下，桩基竖向承载力很大一部分会被用来平衡桩身自重，使得基础有效承载力低，基础规模增大，工程造价增加；超大直径钻孔桩由于单桩面积较大，桩身混凝土质量受水化热影响较大；同时由于桩长较大，桩身钢筋笼需在现场多次接长，费时费力。
技术实现思路
本申请实施例提供一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础及施工方法，以解决现有技术中深水基础有效承载力低，基础规模大，工程造价高的不足。本申请实施例第一方面提供了一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础,所述深水基础为底部封闭的空心结构，包括：钢护筒，所述钢护筒的底端位于海床面以下，其为混凝土管身灌注施工提供外模板，为钻孔施工提供护壁作用，防止孔顶塌陷，并作为永久构件为深水基础提供外壁保护；钢骨架，所述钢骨架同轴设置在钢护筒和钻孔内，所述钢骨架为环形空心结构，与所述钢护筒和所述钻孔形成双壁管柱，为混凝土管身灌注施工提供内模板，并承担深水基础的抗拉能力；混凝土管身，所述混凝土管身灌注在由钢骨架与钢护筒和钻孔形成的双壁管柱的双壁之间，其承担深水基础的抗压能力，并为钢骨架提供防腐保护；封底段，所述封底段位于深水基础下端，且密封连接在钢骨架的内部，其用于封堵深水基础的底部，提高深水基础的竖向承载力。在一些实施例中：所述深水基础的外径d1≥5m，深水基础的外径d1与深水基础的壁厚t之比为5～6。在一些实施例中：所述钢骨架由内钢管、钢筋笼、内撑单元和加劲环单元组成，所述内钢管位于钢筋笼内且与钢筋笼同轴间隔设置，所述内撑单元和加劲环单元设有多组，多组内撑单元和加劲环单元沿钢筋笼和内钢管的轴线方向间隔设置，所述加劲环单元与内撑单元位于钢筋笼和内钢管之间，所述内钢管与钢筋笼之间通过内撑单元和加劲环单元焊接成整体。在一些实施例中：所述内撑单元包括横撑和斜撑，所述横撑水平设置在加劲环单元和内钢管之间，横撑的两端分别与加劲环单元和内钢管焊接连接，所述斜撑倾斜设置在相邻的加劲环单元和横撑之间，斜撑的两端分别与间隔设置的加劲环单元和横撑、内钢管外壁焊接连接。在一些实施例中：所述横撑和斜撑均为工字钢，所述横撑和斜撑不少于四道，且沿钢筋笼和内钢管的圆周方向均匀布置。在一些实施例中：所述加劲环单元包括加劲环、水平盖板和竖隔板，所述加劲环为工字钢首尾连接组成的圆环形结构，所述加劲环的外壁与钢筋笼焊接连接，所述加劲环的内壁与内撑单元焊接连接，所述水平盖板和竖隔板设置在内撑单元与加劲环的连接部位处，且所述水平盖板水平焊接在加劲环的两翼缘板之间，所述竖隔板焊接在水平盖板和加劲环的腹板之间，竖隔板与横撑和斜撑的腹板保持在同一平面内，所述水平盖板和竖隔板在加劲环腹板的两侧均进行设置。在一些实施例中：所述封底段的厚度h与深水基础的内径d2之比大于等于1。本申请实施例第二方面提供了一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础的施工方法,所述方法包括以下步骤：在设定桩位处施沉钢护筒，并在工厂内制作钢骨架；钢护筒施沉到设定深度后，进行钻孔施工；钻孔施工到设定深度后，钢骨架运输至现场并下放至钻孔内；在钻孔下端钢骨架内钢管的内部灌注混凝土，混凝土硬化后形成封底段；在由钢骨架与钢护筒和钻孔形成的双壁管柱的双壁之间灌注混凝土，混凝土硬化后形成混凝土管身；抽干深水基础内部的海水，施工上部结构。本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请实施例提供了一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础及施工方法，由于本深水基础为底部封闭的空心结构，该深水基础由外向内依次设有钢护筒、混凝土管身、钢骨架及封底段。其中钢护筒的底端位于海床面以下，其为混凝土管身灌注施工提供外模板，为钻孔施工提供护壁作用，防止孔顶塌陷，并作为永久构件为深水基础提供外壁保护；钢骨架同轴设置在钢护筒和钻孔内，其为混凝土管身灌注施工提供内模板，并承担深水基础的抗拉能力；混凝土管身灌注在由钢骨架与钢护筒和钻孔形成的双壁管柱的双壁之间，其承担深水基础的抗压能力，并为钢骨架提供防腐保护；封底段位于深水基础下端，且密封连接在钢骨架的内部，其用于封堵深水基础的底部，提高深水基础的竖向承载力。因此，本深水基础采用空心结构节约了混凝土用量，减轻了自重，降低了基底的地基应力，提高深水基础的有效竖向承载力。本深水基础采用空心结构，可避免水化热对管身混凝土质量的影响。本深水基础的底部采用封底段封堵，使基础底面积增大，可减小基底地基应力，使得空心深水基础具有相同直径实心截面桩的桩端承载力；封底段可有效阻止混凝土管身灌注施工时混凝土浆体向深水基础内渗漏，保证混凝土管身质量；封底段可阻止海水从基底渗入深水基础内，确保深水基础内抽水后为无水环境，提高钢骨架的内钢管的耐久性。附图说明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。图1为本申请实施例的深水基础的立剖面结构示意图；图2为图1中沿B-B方向的剖视图；图3为图1中沿C-C方向的剖视图；图4为本申请实施例的钢骨架的立剖面结构示意图；图5为图4中沿D-D方向的剖视图；图6为图4中A处的局部放大图；图7为图5中B处的局部放大图；图8为本申请实施例的步骤1的完成钢护筒施沉示意图；图9为本申请实施例的步骤2的完成钻孔施工示意图；图10为本申请实施例的步骤3的下放钢骨架示意图；图11为本申请实施例的步骤4的灌注封底段混凝土示意图；图12为本申请实施例的步骤5的灌注管身混凝土示意图；图13为本申请实施例的步骤6的深水基础内部抽水施工示意图。附图标记：1-钢护筒，2-钢骨架，2a-内钢管,2b-钢筋笼,2b1-主筋，2b2-箍筋，2c-内撑单元,2c1-横撑，2c2-斜撑，2d-加劲环单元,2d1-加劲环，2d2-水平盖板,2d3-竖隔板,3-封底段，4-混凝土管身，5-钻孔。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础,其特征在于，所述深水基础为底部封闭的空心结构，包括：/n钢护筒(1)，所述钢护筒(1)的底端位于海床面以下，其为混凝土管身(4)灌注施工提供外模板，为钻孔施工提供护壁作用，防止孔顶塌陷，并作为永久构件为深水基础提供外壁保护；/n钢骨架(2)，所述钢骨架(2)同轴设置在钢护筒(1)和钻孔(5)内，所述钢骨架(2)为环形空心结构，与所述钢护筒(1)和所述钻孔(5)形成双壁管柱，为混凝土管身(4)灌注施工提供内模板，并承担深水基础的抗拉能力；/n混凝土管身(4)，所述混凝土管身(4)灌注在由所述钢骨架(2)与所述钢护筒(1)和所述钻孔(5)形成的双壁管柱的双壁之间，其承担深水基础的抗压能力，并为钢骨架(2)提供防腐保护；/n封底段(3)，所述封底段(3)位于深水基础下端，且密封连接在钢骨架(2)的内部，其用于封堵深水基础的底部，提高深水基础的竖向承载力。/n

【技术特征摘要】
1.一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础,其特征在于，所述深水基础为底部封闭的空心结构，包括：
钢护筒(1)，所述钢护筒(1)的底端位于海床面以下，其为混凝土管身(4)灌注施工提供外模板，为钻孔施工提供护壁作用，防止孔顶塌陷，并作为永久构件为深水基础提供外壁保护；
钢骨架(2)，所述钢骨架(2)同轴设置在钢护筒(1)和钻孔(5)内，所述钢骨架(2)为环形空心结构，与所述钢护筒(1)和所述钻孔(5)形成双壁管柱，为混凝土管身(4)灌注施工提供内模板，并承担深水基础的抗拉能力；
混凝土管身(4)，所述混凝土管身(4)灌注在由所述钢骨架(2)与所述钢护筒(1)和所述钻孔(5)形成的双壁管柱的双壁之间，其承担深水基础的抗压能力，并为钢骨架(2)提供防腐保护；
封底段(3)，所述封底段(3)位于深水基础下端，且密封连接在钢骨架(2)的内部，其用于封堵深水基础的底部，提高深水基础的竖向承载力。


2.如权利要求1所述的一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础,其特征在于：
所述深水基础的外径d1≥5m，深水基础的外径d1与深水基础的管柱壁厚t之比为5～6。


3.如权利要求1所述的一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础,其特征在于：
所述钢骨架(2)由内钢管(2a)、钢筋笼(2b)、内撑单元(2c)和加劲环单元(2d)组成，所述内钢管(2a)位于钢筋笼(2b)内且与钢筋笼(2b)同轴间隔设置，所述内撑单元(2c)和加劲环单元(2d)设有多组，多组内撑单元(2c)和加劲环单元(2d)沿钢筋笼(2b)和内钢管(2a)的轴线方向间隔设置，所述内撑单元(2c)和加劲环单元(2d)位于钢筋笼(2b)和内钢管(2a)之间，所述内钢管(2a)与钢筋笼(2b)之间通过内撑单元(2c)和加劲环单元(2d)焊接成整体。


4.如权利要求3所述的一种超大直径钢骨架混凝土管桩深水基础,其特征在于：
所述内撑单元(2c)包括横撑(2c1)和斜撑(2c2)，所述横撑(2c1)水平设置在加劲环单元(2d)和内钢管(2a)之间，横撑(2c1)的两端分别与加劲环单元(2d)和内钢管(2a)焊接连接，所述斜撑(2c2)倾斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖海珠，邱远喜，何东升，高宗余，刘俊锋，傅战工，谭国宏，李松林，唐超，李华云，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42