一种超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁基础结构施工领域。更具体地说，本发明涉及一种超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法。


背景技术：

2.随着全球经济一体化进程的加快，陆地与岛屿间，尤其是向纵深海域发展的海湾和海峡大桥，将成为交通设施中最重要的发展方向，伴随水深越来越大，平均深度达到60m，甚至达到80m以上，桥梁单跨较大，一般不小于500m，桥梁所处的海洋环境也越来越复杂。对海洋桥梁基础结构及其施工技术提出了新挑战。现有深水桥梁基础主要有沉井基础和桩基础两种形式，其中沉井基础的优点是刚度大、抵抗水平荷载能力强、施工不需要防水围堰，但施工费用高，施工周期长，作业条件差，尤其是大型沉井体积庞大，施工操作复杂，技术要求高，作业风险大，对浅覆盖层或无覆盖层海床适用性不强。其中桩基础自身刚度小，为承受着多种腐蚀因素、极端天气的交互作用，群桩基础桩基设置数量大，施工成本高，且采用打桩机施工需要庞大的钢围堰或者修建大平台，施工成本极高，尤其在超深水(＞30m)区域适应性不强，采用打桩船施工容易受水流冲击力的影响产生桩位偏移，施工质量难以保证。因此，常规桥梁基础结构形式尚不能满足桥梁向纵深海域发展的需要。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，包括以下步骤：
5.s1、预制沉井拼装单元；所述沉井拼装单元为回字形钢结构，所述沉井拼装单元的井壁内均匀设置有多个上下贯通的筒体；
6.s2、将多个所述沉井拼接单元组拼形成首节沉井后，将所述首节沉井滑移入水，并浮运至近海拼装码头；
7.s3、将其余所述沉井拼装单元依次与所述首节沉井组拼形成沉井，各所述沉井拼装单元中的各所述筒体一一对应，在所述沉井的井壁内形成多个上下贯通的长筒；
8.s4、在所述沉井的设计位置中心施工先导定位桩，将所述沉井浮运至设计位置附近；
9.s5、吊装下放所述沉井至着床，下放过程中通过所述先导定位桩对所述沉井进行精确定位；
10.s6、向所述沉井的井壁内浇筑水下砼至所述沉井的顶部，此时各所述长筒内不浇筑水下砼；
11.s7、在所述沉井的顶部设置施工平台，向所述沉井的内部浇筑封底砼；
12.s8、在所述施工平台上，在各所述长筒底部的基床上施工各主体桩桩孔；
13.s9、向各主体桩桩孔内下放钢筋笼并浇筑混凝土，混凝土填满对应的所述长筒，形
成各主体桩；
14.s10、分块拆除所述施工平台，对应逐块紧跟施工所述沉井的顶板。
15.优选的是，所述沉井拼装单元的井壁上水平开设有多个内外贯通的承压连通孔，所述承压连通孔上设置有临时封堵装置。
16.优选的是，所述临时封堵装置包括承压管；所述承压管设置在所述沉井拼装单元的井壁内，且两端分别与所述承压连通孔对接；所述承压管的两端通过第一防水膜封堵；所述承压管靠近所述沉井拼装单元外侧的一端内依次设置有多个承压阻水袋、封堵块以及第二防水膜。
17.优选的是，所述第二防水膜粘附于所述承压管的内壁上，且其粘附力与所述沉井拼装单元对应位置的设计承压值相同。
18.优选的是，在步骤s5中，吊装下放所述沉井之前，拆除所述承压管靠近所述沉井外侧的一端的所述第一防水膜以及所述承压阻水袋。
19.优选的是，步骤s5中，所述沉井与所述先导定位桩之间设置有辅助定位装置，所述辅助定位装置包括多组柔性牵引装置，所述柔性牵引装置包括牵引机构以及拉缆，所述拉缆的一端与所述沉井的内壁连接，另一端与所述牵引机构连接，所述牵引机构设置在所述先导定位桩上；多组所述柔性牵引装置的拉缆关于所述沉井的中心对称设置。
20.优选的是，步骤s5中，下放所述沉井至着床的过程中，进行分区清基，并对所述沉井的井壁内分区浇筑水下砼助沉，直至所述沉井达到设计标高。
21.优选的是，所述筒体的直径比所述主体桩的桩径大0.2％h～0.5％h，h为所述沉井的设置位置处的水深。
22.优选的是，在步骤s3中，还包括在所述首节沉井的底部灌注刃脚，所述刃脚为上窄下宽的楔形刃脚。
23.本发明至少包括以下有益效果：
24.1、本发明提供的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，充分利用沉井刚度大、桩基础容易入岩锚固的特点，由沉井、主体桩及定位桩复合一体共同承担上部荷载，并通过钢筋混凝土主体桩锚固于海床、封底砼压重等方式提高了上部弯矩及波浪、水流力的抵抗能力，加强了复合基础结构的整体性能。并且较常规桩基础设计大大降低了桩基础的设置数量，较常规沉井基础也降低了沉井的结构尺寸及入土深度的要求，有效节约了工程造价，同时加快了施工进度；适用于不同水深、不同施工环境(海洋或内河等)中，对地层的适用性广，尤其适用于海洋深水环境下大跨径桥梁基础的建设。
25.2、本发明提供的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，通过在沉井的井壁设置承压连通孔实现了沉井内外压强保持一致，减轻了水压及水流冲击作用力，提升了基础的稳定性。
26.3、本发明提供的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，打桩船施工先导定位桩操作方便，受海况影响小。并且在沉井下放时先导定位桩可作为定位导向机构，在沉井施工结束后可作为竖向受力支撑承担上部荷载。
27.4、本发明提供的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，主体桩在沉井下沉后再采用打桩机施作，桩体质量基本不受海况影响，大大降低了施工难度，且操作简单。
28.5、本发明提供的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，沉井按沉井拼装单元
进行分节预制，可降低吊装要求，提供使用效率。
29.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
30.图1为本发明所述沉井拼装单元的俯视结构示意图；
31.图2为本发明所述临时封堵装置的结构示意图；
32.图3为本发明所述首节沉井陆上拼装状态的示意图；
33.图4为本发明所述首节沉井滑移入水状态的示意图；
34.图5为本发明所述首节沉井浮运状态的示意图；
35.图6为本发明所述沉井拼装状态的示意图；
36.图7为本发明所述沉井吊装下放状态的示意图；
37.图8为本发明所述施工平台的结构示意图；
38.图9为本发明所述主体桩的结构示意图；
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明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。
40.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；在本发明的描述中，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发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.如图1～图9所示，本发明提供一种超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，包括以下步骤：
42.s1、预制沉井拼装单元110；所述沉井拼装单元110为回字形钢结构，所述沉井拼装单元110的井壁内均匀设置有多个上下贯通的筒体111；
43.s2、将多个所述沉井拼接单元110组拼形成首节沉井120后，将所述首节沉井120滑移入水，并浮运至近海拼装码头；
44.s3、将其余所述沉井拼装单元110依次与所述首节沉井120组拼形成沉井100，各所述沉井拼装单元110中的各所述筒体111一一对应，在所述沉井100的井壁内形成多个上下贯通的长筒130；
45.s4、在所述沉井100的设计位置中心施工先导定位桩500，将所述沉井100浮运至设计位置附近；
46.s5、吊装下放所述沉井100至着床，下放过程中通过所述先导定位桩500对所述沉井100进行精确定位；
47.s6、向所述沉井100的井壁内浇筑水下砼至所述沉井100的顶部，此时各所述长筒130内不浇筑水下砼；
48.s7、在所述沉井100的顶部设置施工平台700，向所述沉井100的内部浇筑封底砼140；
49.s8、在所述施工平台700上，在各所述长筒130底部的基床上施工各主体桩桩孔；
50.s9、向各主体桩桩孔内下放钢筋笼并浇筑混凝土，混凝土填满对应的所述长筒130，形成各主体桩800；
51.s10、分块拆除所述施工平台700，对应逐块紧跟施工所述沉井的顶板。
52.在这种技术方案中，所述超深水桩井组合式桥梁基础结构由所述沉井100、所述主体桩800及所述先导定位桩500构成的复合一体结构共同承担上部压力，充分利用所述沉井100刚度大、桩基础容易入岩锚固的特点，通过钢筋混凝土结构的所述主体桩700锚固于海床、封底砼140压重等方式提高了上部弯矩及波浪、水流力的抵抗能力，加强了复合基础结构的整体性能。
53.在步骤s1中，通过展开波浪统计分析及海况调查，按设计要求在后场提前加工制作所述沉井拼装单元110，如图1所示，所述沉井拼装单元110为回字形钢结构，其外侧井壁和内侧井壁共同构成所述沉井拼装单元110的井壁，所述外侧井壁和所述内侧井壁在后场采用型钢联接及加强，并设置竖向肋、水平肋，竖向肋、水平肋及水平桁架根据部位调整设置间距，位于所述沉井100的底部及顶部处的适当加密。当水压较大时，所述沉井100的水平截面形状一般采用圆形结构，即对应的所述沉井拼装单元110的外侧井壁和内侧井壁的水平截面形状均为圆形。所述沉井拼装单元110预制时，在各所述主体桩800设计位置处设置足够大小的筒体111用于主体桩桩孔打设，进一步地，所述筒体111的直径比所述主体桩800的桩径大0.2％h～0.5％h，h为所述沉井100的设置位置处的水深。较优地，各所述筒体111与所述沉井拼装单元110的井壁之间可设置为隔断结构，即通过多个所述筒体111将所述沉井拼接单元110的井壁内部分隔成多个仓格，以使在后期所述沉井100下放以及向其井壁内浇筑水下砼时可以分区浇筑，进而起到调整作用。
54.考虑到在所沉井100下放着床过程中实现井体内外压强平衡，减轻水压及水流冲击对所述沉井100的作用力，进一步地，所述沉井拼装单元110的井壁上水平开设有多个内外贯通的承压连通孔112，所述承压连通孔112上设置有临时封堵装置。参照图1，所述承压连通孔112为对应开设在所述沉井拼装单元110的外侧井壁和内壁井壁上两个通孔。
55.所述临时封堵装置设置为在所述沉井100下放前临时封闭，在所述沉井100下放时在水压达到设计值时自行脱落，实现所述沉井100的内外连通，从而使所述沉井100的内外压强保持一致。具体地，参照图2，所述临时封堵装置包括承压管113；所述承压管113设置在所述沉井拼装单元100的井壁内，且两端分别与所述承压连通孔对接；所述承压管113的两端通过第一防水膜114封堵；所述承压管113靠近所述沉井拼装单元110外侧的一端内依次设置有多个承压阻水袋115、封堵块116以及第二防水膜117。所述封堵块116用于临时封堵以防止所述沉井拼装单元110在浮运时内部进水，使用时，所述封堵块116可设置为与所述承压管113的内径相配合的薄块，放置在所述承压管113内。位于所述沉井拼装单元110外侧的所第一防水膜114与所述封堵块116之间填充多个所述承压阻水袋115，所述承压阻水袋115可选用海砂填充。
56.所述第二防水膜117粘附于所述承压管113的内壁上，且其粘附力与所述沉井拼装单元110对应位置的设计承压值相同，以使所述沉井拼装单元110下放到一定位置时，所述
第二防水膜117在水压作用下可自行脱落。
57.在步骤s2中，如图3～图5所示，在陆上布置拼装平台，包括拼装支墩220，安装底托板230，通过吊机210逐接拼装完成首节沉井120。然后设置后锚250，布置后牵引240、气囊260，拆除支墩220，滑移首节沉井120入水。再通过若干数量拖船300将首节沉井120浮运至近海拼装码头。
58.在步骤s3中，如图6所示，通过汽车吊410配合吊船420将其余所述沉井拼装单元110依次与所述首节沉井120组拼形成沉井100，各所述沉井拼装单元110中的各所述筒体111一一对应，在所述沉井100的井壁内形成多个上下贯通的长筒130。进一步地，步骤s3还包括在所述首节沉井120的底部灌注刃脚，所述刃脚为上窄下宽的楔形刃脚。
59.在步骤s4中，利用打桩船在所述沉井100的设计位置中心施工先导定位桩500，依次完成放样、打设永久钢护筒、成孔、钢筋笼下放、混凝土灌注及养护等工序。较优地，所述先导定位桩500的顶面与所述沉井100的顶板底面平齐，以使其在沉井施工结束后可作为竖向受力支撑承担上部荷载。在本实施例中，所述先导定位桩500设置为两个，两个所述先导定位桩500之间设置横向联系510。然后用拖船将所述沉井100采用浮运方式卧运至设计位置附近。
60.在步骤s5中，如图7所示，采用大型浮吊600整体吊装所述沉井100，进一步地，吊装下放所述沉井100之前，拆除所述承压管113靠近所述沉井100外侧的一端的所述第一防水膜114以及所述承压阻水袋115，进而在所述沉井100下放过程中，在水压作用下，各所述承压管113中所述封堵块116、所述第二防水膜117以及另一侧的所述第一防水膜114相继偏离初始位置，解除对各所述承压连通孔112的封堵。较优地，位于所述承压管113另一侧的所述第一防水膜114可采用与所述第二防水膜117相同的固定方式。
61.在所述沉井100下放过程中，将所述先导定位桩500作为锚墩以对所述沉井100进行导向定位。具体地，所述沉井100与所述先导定位桩500之间设置有辅助定位装置，所述辅助定位装置包括多组柔性牵引装置520，所述柔性牵引装置520包括牵引机构以及拉缆，所述拉缆的一端与所述沉井的内壁连接，另一端与所述牵引机构连接，所述牵引机构设置在所述先导定位桩上；多组所述柔性牵引装置的拉缆关于所述沉井100的中心对称设置。通过各所述牵引机构配合调整所述先导定位桩500与所述沉井100内壁之间的拉缆的长度，达到对所述沉井100的位置的精确调整。参照图7，两个所述先导定位桩500上分别设置三组所述柔性牵引装置520，六组所述柔性牵引装置520的拉缆关于所述沉井100的中心对称设置，以保证从x轴方向及y轴方向均能对所述沉井100的位置进行调整。
62.进一步地，步骤s5中，下放所述沉井100至着床的过程中，进行分区清基，并对所述沉井100的井壁内分区浇筑水下砼助沉，直至所述沉井100达到设计标高。
63.在步骤s6中，继续向所述沉井100的井壁内浇筑水下砼至所述沉井100的顶部，使所述沉井100的井壁为钢裹混凝土结构，此时各所述长筒130内不浇筑水下砼；
64.在步骤s7中，如图8所示，在所述沉井100的顶部设置施工平台700，向所述沉井100的内部浇筑封底砼140；
65.在步骤s8中，在所述施工平台700上布置打桩机，在各所述长筒130底部的基床上施工各主体桩桩孔；
66.在步骤s9中，各主体桩桩孔成孔后，采用驳船运输、浮吊辅助向各主体桩桩孔内下
放钢筋笼并浇筑混凝土，混凝土填满对应的所述长筒130，形成各主体桩800，如图9所示；各所述主体桩800与所述沉井100连接形成整体，共同承受上部荷载。各所述主体桩800锚固长度根据所述沉井100的抗拔要求确定。
67.在步骤s10中，分块拆除所述施工平台700，对应逐块紧跟施工所述沉井100的顶板。后续对所述沉井100的顶板进一步封闭加强后，将其作为底模进行承台施工。
68.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、预制沉井拼装单元；所述沉井拼装单元为回字形钢结构，所述沉井拼装单元的井壁内均匀设置有多个上下贯通的筒体；s2、将多个所述沉井拼接单元组拼形成首节沉井后，将所述首节沉井滑移入水，并浮运至近海拼装码头；s3、将其余所述沉井拼装单元依次与所述首节沉井组拼形成沉井，各所述沉井拼装单元中的各所述筒体一一对应，在所述沉井的井壁内形成多个上下贯通的长筒；s4、在所述沉井的设计位置中心施工先导定位桩，将所述沉井浮运至设计位置附近；s5、吊装下放所述沉井至着床，下放过程中通过所述先导定位桩对所述沉井进行精确定位；s6、向所述沉井的井壁内浇筑水下砼至所述沉井的顶部，此时各所述长筒内不浇筑水下砼；s7、在所述沉井的顶部设置施工平台，向所述沉井的内部浇筑封底砼；s8、在所述施工平台上，在各所述长筒底部的基床上施工各主体桩桩孔；s9、向各主体桩桩孔内下放钢筋笼并浇筑混凝土，混凝土填满对应的所述长筒，形成各主体桩；s10、分块拆除所述施工平台，对应逐块紧跟施工所述沉井的顶板。2.如权利要求1所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，所述沉井拼装单元的井壁上水平开设有多个内外贯通的承压连通孔，所述承压连通孔上设置有临时封堵装置。3.如权利要求2所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，所述临时封堵装置包括承压管；所述承压管设置在所述沉井拼装单元的井壁内，且两端分别与所述承压连通孔对接；所述承压管的两端通过第一防水膜封堵；所述承压管靠近所述沉井拼装单元外侧的一端内依次设置有多个承压阻水袋、封堵块以及第二防水膜。4.如权利要求3所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，所述第二防水膜粘附于所述承压管的内壁上，且其粘附力与所述沉井拼装单元对应位置的设计承压值相同。5.如权利要求4所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，在步骤s5中，吊装下放所述沉井之前，拆除所述承压管靠近所述沉井外侧的一端的所述第一防水膜以及所述承压阻水袋。6.如权利要求1所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，步骤s5中，所述沉井与所述先导定位桩之间设置有辅助定位装置，所述辅助定位装置包括多组柔性牵引装置，所述柔性牵引装置包括牵引机构以及拉缆，所述拉缆的一端与所述沉井的内壁连接，另一端与所述牵引机构连接，所述牵引机构设置在所述先导定位桩上；多组所述柔性牵引装置的拉缆关于所述沉井的中心对称设置。7.如权利要求1所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，步骤s5中，下放所述沉井至着床的过程中，进行分区清基，并对所述沉井的井壁内分区浇筑水下砼助沉，直至所述沉井达到设计标高。8.如权利要求1所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，所述筒
体的直径比所述主体桩的桩径大0.2％h～0.5％h，h为所述沉井的设置位置处的水深。9.如权利要求1所述的超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，其特征在于，在步骤s3中，还包括在所述首节沉井的底部灌注刃脚，所述刃脚为上窄下宽的楔形刃脚。

技术总结
本发明公开了一种超深水桩井组合式桥梁基础结构施工方法，包括以下步骤：S1、预制沉井拼装单元；S2、形成首节沉井后，将所述首节沉井滑移入水，并浮运至近海拼装码头；S3、将其余所述沉井拼装单元依次与所述首节沉井组拼形成沉井；S4、施工先导定位桩，将所述沉井浮运至设计位置附近；S5、吊装下放所述沉井至着床；S6、向所述沉井的井壁内浇筑水下砼；S7、向所述沉井的内部浇筑封底砼；S8、在各所述长筒底部的基床上施工各主体桩桩孔；S9、向各主体桩桩孔内下放钢筋笼并浇筑混凝土，混凝土填满对应的所述长筒，形成各主体桩；S10、分块拆除所述施工平台，对应逐块紧跟施工所述沉井的顶板。本发明的桥梁基础结构的整体性能强，施工效率高。高。高。


技术研发人员：胡义新 周舒 巫兴发 孙仁松 薛超 施少治 林晓宇
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/1