一种气浮式深水设置基础的制作方法

本申请涉及桥梁深水基础技术领域，特别涉及一种气浮式深水设置基础。

背景技术：

随着我国跨海桥梁工程不断由近海向深海推进，深水基础的设计与施工成为控制整个桥梁工程建设工期、成本和风险的关键因素。

跨海桥梁深水基础在建设过程中，不仅需要承受由外部环境(水文、气象、船撞等)产生的的巨大水平力，同时还需要克服基础施工条件恶劣和海上有效作业时间短的困难。因此，为了解决以上问题，一种结构整体化、工厂预制化、现场施工机械化的深水设置基础应运而生，其可有效减少在恶劣海洋环境中的水上施工作业、降低施工风险、提高工程质量并缩短工期。

相关技术中，设置沉井基础作为常用的设置基础结构形式，适用于岩石地基，其是一种井内无底板的筒式结构，在船坞内完成基础钢壳制造后，浮运至墩位现场，定位、下沉、着床，抛石防护，然后浇筑封底混凝土和井壁混凝土而形成结构。

但是，为了保证设置沉井基础的封底和井壁混凝土的浇筑可行性，通常需将设置沉井基础设计为等截面的筒状结构，这样会使得整个基础规模过于庞大。而过大规模的设置基础不仅存在废工废料、自重大和阻水面积大的缺陷，且由于基础阻水面积大，基础钢壳在浮运、定位、下沉、着床过程中，受风、浪、流作用力较大，导致施工难度和风险增加，同时成桥阶段基础所受波流力增大；由于基础结构自重大、刚度高，使得地震发生时，结构会产生巨大的地震力，进而导致地基承载力不足；此外，该设置沉井基础结构的所有混凝土工程均为海上施工，不仅存在施工难度大和风险高的问题，而且其施工质量和工期还受外界环境因素的影响较大。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种气浮式深水设置基础，以解决相关技术中由于基础规模过大和需在海上完成所有混凝土工程而导致的施工难度增大、风险增高、工期增长、成本增多等问题。

第一方面，提供了一种气浮式深水设置基础，包括多个井室，所述井室包括由侧墙围成的横截面为正多边形或圆形的空心柱体以及固定于所述侧墙顶部的盖板，所述盖板上设有开口，多个所述井室构成横截面为多边形的井座；

多根管柱，所述管柱横截面为圆环，其上部为双壁钢壳混凝土结构，下部为钢筋混凝土结构并穿过盖板的开口且伸入井室内，所述管柱下部的外壁与所述盖板紧密连接；

多根支承肋，多根所述支承肋设于井室内并沿所述管柱外周均匀布置，所述支承肋一端与管柱的下部的外壁连接，另一端与所述侧墙连接；两相邻支承肋之间的管柱壁上设有后浇带和排水孔；

封底段，所述封底段填充于所述井室内；

承台，所述承台位于所述井座上方，所述承台的底面与多根所述管柱的上部顶面连接。

一些实施例中，所述盖板包括倾斜段和水平段，所述倾斜段和所述水平段之间的夹角大于130°且小于135°，所述水平段的长度大于或等于1倍的盖板厚度，所述盖板通过所述倾斜段与所述侧墙连接，所述盖板通过所述水平段与所述管柱连接。

所述支承肋顶面包括倾斜部和水平部，所述倾斜部与所述水平部之间的夹角等于所述盖板上倾斜段与水平段之间的夹角，所述水平部的长度等于所述盖板的水平段的长度。

所述管柱在顺桥向设有向设置基础中心方向的倾斜。

所述管柱的上部和下部的分界面位于盖板的上方。

所述管柱的下部伸入井室内的长度大于或等于1倍的管柱外径。

所述后浇带的底面与所述管柱底面位于同一平面上，顶面位于所述侧墙顶面下方1倍的管柱壁厚处；所述排水孔位于所述后浇带的上方，所述排水孔的顶面与所述盖板水平段的底面位于同一水平面上。

所述封底段的顶面位于所述管柱的上部与下部分界面上方1倍的管柱壁厚处。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：不仅可降低设置基础的规模与自重，使所受波流力和地震力大幅减小，还可降低施工风险、难度、成本和缩短工期。

本申请实施例提供了一种气浮式深水设置基础，由于设置基础的底部是一个由多个横截面为正多边形或圆形的井室构成的横截面为多边形的井座，且每个井室穿设有横截面为圆环的管柱，井室与管柱之间通过支承肋连接，井室内填充满封底混凝土，承台与井座之间通过多根管柱连接成整体，最终形成整个设置基础，其相比于等截面的筒状结构具有材料用量少、基础自重小、阻水面积小等优势；井室、管柱的下部和支承肋等钢筋混凝土结构均在船坞内预制完成，施工质量可靠，减少了需在海上施工的混凝土工程，从而降低了施工风险以及缩短了施工工期；管柱的上部采用双壁钢壳混凝土结构且双壁钢壳内的混凝土为现场后浇，整个设置基础下部为混凝土结构，上部为空心钢壳结构，重量主要集中在基础下部，有利于提高设置基础浮运时的稳定性并减小基础吃水深度；在管柱下部的管柱壁上设有后浇带和排水孔，确保了封底段混凝土浇注时，能够填充满整个井室空间；而基础结构施工完成后，其自重主要集中在设置基础底部，基础的重心较低，稳定性更好，有利于提高设置基础的抗震能力。因此，在满足相同结构功能的条件下，本申请的设置基础规模更小、施工难度和风险更低、施工质量更为可靠、工期更短、结构受力更为合理、经济性更好，是一种较好的跨海桥梁深水基础的结构型式。

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为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础的横桥向立剖面结构示意图；

图2为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础的顺桥向立剖面结构示意图；

图3为图1中第一种b-b断面示意图；

图4为图1中第二种b-b断面示意图；

图5为图1中第一种c-c断面示意图；

图6为图1中第二种c-c断面示意图；

图7为本申请实施例提供的管柱下部立面结构示意图；

图8为本申请实施例提供的管柱下部横断面结构示意图；

图9为图1中第一种d-d断面示意图；

图10为图1中第二种d-d断面示意图；

图11为图1中a-a断面示意图；

图12为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工方法的流程示意图；

图13为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工步骤一中基础开挖的示意图；

图14为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工步骤二中的基础浮运的示意图；

图15为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工步骤二中的基础定位、下沉、着床的示意图；

图16为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工步骤三的示意图；

图17为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工步骤四的示意图；

图18为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工步骤五的示意图；

图19为本申请实施例提供的气浮式深水设置基础施工步骤六的示意图。

图中：1-井室，1a-侧墙，1b-盖板，2-管柱，2a-上部，2b-下部，2b1-后浇带，2b2-排水孔，3-支承肋，4-封底段，5-承台，6-基坑，7-挖泥船，8-拖船，9-抛石船，10-临时施工平台。

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，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。

本申请实施例提供了一种气浮式深水设置基础，其能解决相关技术中由于基础规模过大和需在海上完成所有混凝土工程而导致的施工难度增大、风险增高、工期增长、成本增多等问题。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供的一种气浮式深水设置基础，包括多个井室1、多根管柱2、多根支承肋3、封底段4和承台5，井室1包括由侧墙1a围成的横截面为正多边形(参见图3所示)或圆形(参见图4所示)的空心柱体以及固定于侧墙1a顶部的盖板1b，盖板1b上设有开口，以便供管柱2穿设进入井室1内，其固定于侧墙1a上，多个带盖板1b的井室1通过共侧墙1a的方式进行排列布置并构成了横截面为多边形的整体式井座，井座为钢筋混凝土结构，在船坞内预制完成，优选的，井室1的横截面为圆形和正六边形，其可使多个井室1紧凑的排列组合在一起形成整体式井座，减小井座混凝土用量，降低基础浮运时的吃水深度，同时可使支承肋3的布置形式简单，传力较好。

多根管柱2与多个井室1一一对应，即一根管柱2对应一个井室1，其中，管柱2的横截面为圆环，内部为空心圆柱，其分为上部2a和下部2b两部分，优选的，上部2a和下部2b的分界面位于盖板1b以上的1倍管柱2的壁厚处；上部2a为双壁钢壳混凝土结构，其中双壁钢壳在船坞内完成制造，双壁钢壳内的混凝土在墩位现场进行浇注；下部2b为钢筋混凝土结构，在船坞内预制完成，其穿过井室1的盖板1b的开口且伸入井室1内，优选的，盖板1b包括倾斜段和水平段，倾斜段和水平段之间的夹角大于130°且小于135°，水平段的长度大于或等于1倍的盖板1b厚度，盖板1b通过倾斜段与侧墙1a连接，盖板1b通过水平段与管柱2连接，可使管柱2与井室1的之间传力更加匀顺，降低连接处的应力集中程度；优选的，下部2b伸入井室1内的长度大于或等于1倍的管柱2外径，可确保管柱2的下部2b可靠地锚固在井室内及封底混凝土中。

参见图3～图6所示，支承肋3为钢筋混凝土结构，在船坞内预制完成，多根支承肋3沿管柱2外周均匀布置，其一端与管柱2的下部2b外壁连接，另一端与井室1内角处的侧墙1a连接；优选的，支承肋3顶面包括倾斜部和水平部，倾斜部与水平部之间的夹角等于盖板1b上倾斜段与水平段之间的夹角，水平部的长度等于盖板1b的水平段，可使管柱2与井室1的之间传力更加匀顺，降低连接处的应力集中程度。

参见图7和图8所示，在管柱2的下部2b上，两相邻支承肋3之间的管柱壁上设有一道后浇带2b1和一个排水孔2b2；后浇带2b1处的管柱2钢筋笼连续，其在船坞内预制时，暂不进行混凝土的浇筑，与现场封底段4的混凝土浇筑同时进行；后浇带2b1的高度范围为：其底面与管柱2的底面位于同一平面上，顶面位于低于侧墙1a顶面下方1倍的管柱2壁厚处；排水孔2b2位于后浇带2b1的上方，排水孔2b2的顶面与盖板1b水平段的底面位于同一水平面上，该排水孔2b2的直径为20cm～30cm；浇注封底段4混凝土时，待混凝土顶面高于管柱下部2b底面时，管柱下部2b与侧墙1a及盖板1b之间形成封闭的空间，后浇带2b1和排水孔2b2的设置，可确保该区域能够被混凝土充满填实。

参见图9和图10所示，封底段4由在井室1内灌注混凝土形成，即在墩位现场进行混凝土浇筑形成的，优选的，其顶面位于管柱2的上部2a和下部2b分界面上方1倍的管柱2壁厚处，避免对分界面处管柱2的受力产生不利影响。

参见图11和图2所示，承台5位于井座的上方，其底面与多根管柱2的上部2a顶面连接。优选的，管柱2在顺桥向设有向设置基础中心方向的倾斜，且倾斜角度控制在10°以内较好，可以减小承台5底面的管柱2间距，进而降低承台5所需的厚度和顺桥向所需的宽度，使得承台5所受的波流力和自重大幅减小。

由于本申请中的基础下部由正多边形或圆形的井室1通过共隔墙的方式排列形成整体式井座，其整体性好，结构更为稳定和牢固；且由于井座、管柱2的下部2b、支承肋3均为船坞内预制的钢筋混凝土结构，不仅质量可靠、整体性好，还减少了需在海上施工的混凝土工程，从而降低了施工风险和难度以及缩短了工期。因此，与设置沉井基础相比，在满足相同结构功能的条件下，本申请的设置基础规模更小、施工难度和风险更低、施工质量更为可靠、工期更短、结构受力更为合理、经济性更好，是一种较好的跨海桥梁深水基础结构型式。

参见图12所示，一种气浮式深水设置基础的施工方法包括以下步骤：

s1：参见图13所示，预制包括多个井室1、多根管柱2和多根支承肋3在内的设置基础，同时在墩位处进行基坑6开挖。

s1中，在船坞内事先预制好包括多个井室1、多根管柱2和多根支承肋3在内的设置基础，且在管柱2的顶面设置封盖板和临时施工平台10；同时利用挖泥船7在墩位处进行基坑6的开挖。

s2：参见图14和图15所示，将设置基础浮运至墩位处，并对其进行定位、下沉、着床的施工，使其准确进入基坑6内。

s2中，由于管柱2的顶部设有封盖板，单个井室1和对应的管柱2可形成一个封闭的气室，优选的，可通过对管柱2进行充气的方式并利用拖船8将设置基础浮运至墩位处，并通过对管柱2进行放气实现设置基础的下沉和着床，且在设置基础准确进入基坑6内后，撤除封盖板。

s3：参见图16所示，在设置基础的底部周边进行抛石防护的操作。

s3中，通过抛石船9对设置基础的底部周边进行抛石防护的操作。

s4：参见图17所示，往井室1内灌注混凝土，形成封底段4。

s4中，在临时施工平台10上，往井室1内灌注混凝土，直至混凝土的顶面位于管柱2的上部2a和下部2b分界面上方1倍的管柱2壁厚处，即可停止混凝土的灌注，形成封底段4。

s5：参见图18所示，往管柱2的上部2a的双壁钢壳内浇注混凝土；

s6：参见图19所示，对管柱2进行抽水操作，抽水完毕后，在管柱2的顶面进行承台5的施工。

s6中，优选的，在临时施工平台10上，对管柱2进行抽水操作可降低设置基础的自重并提高管柱2内的耐久性；抽水完毕后，在管柱2的顶面进行承台5的施工，承台5施工完成后，撤除临时施工平台10。

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。

需要说明的是，在本申请中，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。

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。

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