適用于深水以及珊瑚礁地質(zhì)的鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)的制作方法

本發(fā)明涉及橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種適合深水、珊瑚礁地質(zhì)條件的鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)。

背景技術(shù)：

在國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略背景下，連島橋梁工程將成為海上絲綢之路沿線國(guó)家?guī)?dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要契機(jī)。然而在這類國(guó)家和地區(qū)修建橋梁，將面臨國(guó)內(nèi)橋梁建設(shè)所未曾面對(duì)過的難題。外海島礁建橋環(huán)境普遍存在以下特點(diǎn)，深水(大于50m)、長(zhǎng)周期涌浪(大于14s)、珊瑚礁地質(zhì)幾個(gè)主要的特點(diǎn)，給橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了難題。

深水意味著基礎(chǔ)在水中的自由高度大，對(duì)基礎(chǔ)的剛度和強(qiáng)度要求更高。同樣的水流條件下，深水將增加作用在基礎(chǔ)上的水流力，因此基礎(chǔ)需有強(qiáng)大的抵抗水平荷載能力。

珊瑚礁是發(fā)育于熱帶海洋環(huán)境中由生物作用和地質(zhì)作用共同形成的地質(zhì)體，是一種特殊的巖土介質(zhì)類型，有著獨(dú)特的工程環(huán)境特性和工程地質(zhì)性質(zhì)。珊瑚礁地質(zhì)呈現(xiàn)出準(zhǔn)礁灰?guī)r、礁灰?guī)r均具有密度低、孔隙大、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、脆性大、強(qiáng)度各向異性顯著的特點(diǎn)。

目前尚無在珊瑚礁地質(zhì)條件下使用樁基礎(chǔ)的橋梁工程先例，尤其是深水、珊瑚礁地質(zhì)條件，如采用鋼管樁，珊瑚礁地質(zhì)條件下側(cè)摩阻力小，難以滿足承載力要求。如采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，則水中部分樁基的自重大大增加了對(duì)基礎(chǔ)的承載要求，效率很低。同時(shí)，由于水深大，基礎(chǔ)所需承受的水平荷載非常大，因此樁基水平承載要求高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種水平承載力更高的適應(yīng)于深水、珊瑚礁地質(zhì)條件的鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種適用于深水以及珊瑚礁地質(zhì)的鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)，包括承臺(tái)以及支承所述承臺(tái)的樁基，所述樁基包括鋼筋混凝土樁體以及圍護(hù)在所述鋼筋混凝土樁體外部的鋼護(hù)筒；

其中，所述鋼護(hù)筒和所述鋼筋混凝土樁體的上端嵌入至所述承臺(tái)；

其中，所述鋼護(hù)筒的嵌入至所述承臺(tái)的部分包括環(huán)形鋼圈以及均勻環(huán)設(shè)在所述環(huán)形鋼圈上的鋼板條，所述鋼板條與所述鋼筋混凝土樁體的橫截面的夾角為90-110°，且相鄰兩根鋼板條的間距為鋼板條寬度的0.8-1.2倍。

優(yōu)選地，所述鋼護(hù)筒和所述鋼筋混凝土樁體嵌入所述承臺(tái)的長(zhǎng)度為所述承臺(tái)高度的0.4-0.6倍。

優(yōu)選地，所述鋼護(hù)筒自下而上的占總長(zhǎng)度0.05-0.3的范圍的厚度為所述鋼護(hù)筒的其余部位的厚度的1.5-2倍。

優(yōu)選地，所述鋼護(hù)筒的底部設(shè)置切角。

優(yōu)選地，所述切角的斷面滿足：

e3＝t×(e1+e2)；并且t∈(0.8-1.5)；

其中，所述e1為所述鋼護(hù)筒的其余部位的厚度，e2為所述鋼護(hù)筒自下而上的占總長(zhǎng)度0.05-0.3的范圍的厚度與e1的差值，e3為所述切角的斷面高度，t為參數(shù)。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

鋼護(hù)筒參與樁基的受力，增加了樁基承載能力，可減小樁基礎(chǔ)鋼筋籠的鋼筋用量，大大降低了基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)和造價(jià)，同時(shí)鋼護(hù)筒作為樁基的外部結(jié)構(gòu)一方面保護(hù)了混凝土受海水腐蝕，以腐蝕自身的方式保證了混凝土免受海水腐蝕的影響。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述鋼護(hù)筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中所述鋼護(hù)筒嵌入承臺(tái)部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中傾角的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

需要說明的是，下述實(shí)施方案中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法，所述 試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得；在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供一種適用于深水以及珊瑚礁地質(zhì)的鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)，包括承臺(tái)以及支承所述承臺(tái)的樁基，所述樁基包括鋼筋混凝土樁體以及圍護(hù)在所述鋼筋混凝土樁體外部的鋼護(hù)筒；

其中，所述鋼護(hù)筒和所述鋼筋混凝土樁體的上端嵌入至所述承臺(tái)；

其中，所述鋼護(hù)筒的嵌入至所述承臺(tái)的部分包括環(huán)形鋼圈以及均勻環(huán)設(shè)在所述環(huán)形鋼圈上的鋼板條，所述鋼板條與所述鋼筋混凝土樁體的橫截面的夾角為90-110°，且相鄰兩根鋼板條的間距為鋼板條寬度的0.8-1.2倍。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述鋼護(hù)筒和所述鋼筋混凝土樁體嵌入所述承臺(tái)的長(zhǎng)度為所述承臺(tái)高度的0.4-0.6倍。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述鋼護(hù)筒自下而上的占總長(zhǎng)度0.05-0.3的范圍的厚度為所述鋼護(hù)筒的其余部位的厚度的1.5-2倍。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述鋼護(hù)筒的底部設(shè)置切角。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述切角的斷面滿足：

e3＝t×(e1+e2)；并且t∈(0.8-1.5)；

其中，所述e1為所述鋼護(hù)筒的其余部位的厚度，e2為所述鋼護(hù)筒自下而上的占總長(zhǎng)度0.05-0.3的范圍的厚度與e1的差值，e3為所述切角的斷面高度，t為參數(shù)。

實(shí)施例1

一種適應(yīng)于深水、珊瑚礁地質(zhì)條件的鋼管復(fù)合樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示，其組成包括三個(gè)部分：鋼護(hù)筒1、承臺(tái)2以及鋼筋混凝土樁體3，其特點(diǎn)為鋼護(hù)筒1參與樁基水平承載，豎向承載鋼護(hù)筒和鉆孔灌注樁部分共同承擔(dān)，最主要的還是鋼護(hù)筒內(nèi)的混凝土樁來承擔(dān)。

為確保鋼護(hù)筒1與鋼筋砼部分協(xié)同受力，位于外部的鋼護(hù)筒1和鋼筋混凝土樁體3的 上端深入到承臺(tái)2，其深入長(zhǎng)度為a，a的值大小一般為承臺(tái)2高度的一半，以確保上端嵌固。鋼護(hù)筒1的長(zhǎng)度比鋼筋混凝土的長(zhǎng)度要小，鋼護(hù)筒1的深入巖面內(nèi)部的長(zhǎng)度b按照兩點(diǎn)來確定，一是鋼護(hù)筒1在樁基的施工階段可以自穩(wěn)并滿足施工期臨時(shí)荷載作用，如鉆機(jī)、吊車等臨時(shí)荷載的作用等，二是鋼護(hù)筒1參與樁基的受力，深入長(zhǎng)度要滿足一定的要求，鋼護(hù)筒1的入巖深度需超過樁基嵌固點(diǎn)，嵌固點(diǎn)深度需根據(jù)地層參數(shù)及相關(guān)規(guī)范要求確定。

鋼筋混凝土段的長(zhǎng)度要根據(jù)樁基的受力情況來確定長(zhǎng)度。鋼護(hù)筒1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，鋼護(hù)筒1的底部d長(zhǎng)度的區(qū)域內(nèi)需要加強(qiáng)，即鋼護(hù)筒1的厚度增加，以滿足鋼護(hù)筒1在施打的過程中可以順利進(jìn)入巖層內(nèi)部為宜，同時(shí)在鋼護(hù)筒1的底部，需要設(shè)置切角如圖4所示，以利于鋼護(hù)筒1進(jìn)入巖層。d的取值大小與鋼護(hù)筒1的厚度呈一定關(guān)系：e3＝t×(e1+e2)；并且t∈(0.8-1.5)；

其中，所述e1為所述鋼護(hù)筒的其余部位的厚度，e2為所述鋼護(hù)筒自下而上的占總長(zhǎng)度0.05-0.3的范圍的厚度與e1的差值，e3為所述切角的斷面高度，t為參數(shù)。

進(jìn)入承臺(tái)2內(nèi)部的鋼護(hù)筒1結(jié)構(gòu)形式如圖2和圖3所示，上部結(jié)構(gòu)的鋼護(hù)筒1需要切割成鋼板條101形式。其中承臺(tái)2內(nèi)部鋼筋與深入承臺(tái)2內(nèi)的鋼板條101位置相互沖突時(shí)可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的情況，改變鋼板條101的位置，以適應(yīng)承臺(tái)2內(nèi)通長(zhǎng)鋼筋布置的需要，如剩余鋼板條101受力不足以滿足受力要求，可通過在板條外貼鋼筋的方式補(bǔ)足，以滿足鋼護(hù)筒1與承臺(tái)2的結(jié)合共同受力的需要。鋼護(hù)筒1深入承臺(tái)2部分分為兩個(gè)部分，a1和a2部分。a1部分是未作處理的鋼護(hù)筒1樁基，主要是連接形式上的過渡作用，同時(shí)也是考慮到承臺(tái)2施工是需要施工封底混凝土，在封底混凝土部分的鋼護(hù)筒1部分不易做施工上的處理。a2部分就是細(xì)部圖3展示的內(nèi)容。鋼板條101有一定的傾角c，傾角需要根據(jù)承臺(tái)2的高低，從設(shè)計(jì)的角度予以考慮，一般取值為10度。上述結(jié)構(gòu)的說明，一方面要求鋼護(hù)筒1深入礁灰?guī)r巖層一定的深度，滿足樁基的嵌固需要，二是鋼護(hù)筒1需要與承臺(tái)2很好的連接，保證鋼護(hù)筒1與承臺(tái)2之間的受力需要，這兩點(diǎn)從整體上可以保證鋼護(hù)筒1參與整個(gè)樁基的受力，對(duì)于提高整個(gè)樁基的受力性能是有利的，在樁基的整體受力計(jì)算時(shí)，把鋼護(hù)筒1等效成鋼筋來進(jìn)行樁基的受力計(jì)算。

海洋環(huán)境中，鋼護(hù)筒1的防腐影響結(jié)構(gòu)安全，本發(fā)明對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)鋼護(hù)筒1由于參與結(jié)構(gòu)受力，其防腐采用腐蝕裕量方式，鋼護(hù)筒1的厚度除了考慮施工過程中滿足樁基承載能力的需求外，還應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)壽命年限內(nèi)海洋環(huán)境腐蝕的厚度，即鋼護(hù)筒1的厚度等于鋼 管樁樁基承載力的需要厚度和腐蝕厚度之和。

設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際的珊瑚礁地質(zhì)環(huán)境來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。首先確定樁基直徑和數(shù)量、分布形式；然后根據(jù)樁基結(jié)構(gòu)的受到的荷載作用、珊瑚礁地質(zhì)環(huán)境區(qū)域的海水深度等因素來確定樁基的長(zhǎng)度；再次確定樁基的鋼護(hù)筒深入樁基承臺(tái)長(zhǎng)度和深入承臺(tái)內(nèi)部鋼護(hù)筒切割成鋼板條形式布置、鋼護(hù)筒的入巖深度、鋼護(hù)筒底部加強(qiáng)區(qū)域長(zhǎng)度和鋼護(hù)筒底部為便于入巖所形成的切角尺寸，樁基礎(chǔ)受力分析確定配筋及護(hù)筒參與受力厚度，考慮腐蝕裕量得到護(hù)筒最終采用厚度，最后鋼護(hù)筒內(nèi)部的混凝土樁基承載力和樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

1、確定樁基承臺(tái)的尺寸和樁基的根數(shù)、分布形式和樁基的直徑尺寸：樁基承臺(tái)的尺寸和樁基的根數(shù)、分布形式和樁基的直徑尺寸。這些尺寸的確定需要根據(jù)樁基結(jié)構(gòu)所承受的荷載的作用，結(jié)構(gòu)美學(xué)，海洋環(huán)境等復(fù)雜的因素來確定。

2、樁基的長(zhǎng)度：根據(jù)樁基結(jié)構(gòu)的受到的荷載作用、珊瑚礁地質(zhì)環(huán)境區(qū)域的海水深度等因素來確定樁基的長(zhǎng)度。

3、鋼護(hù)筒深入承臺(tái)內(nèi)部的長(zhǎng)度：確定深入承臺(tái)內(nèi)部的長(zhǎng)度是基于鋼護(hù)筒和樁基的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)共同承受樁基荷載的作用考慮的，保證鋼護(hù)筒進(jìn)入承臺(tái)后嵌固穩(wěn)定。

4、鋼護(hù)筒的入巖深度：入巖深度的大小一方面滿足鋼護(hù)筒和樁基共同承受樁基的荷載作用下需要的嵌固長(zhǎng)度，同時(shí)，入巖深度的大小還需要滿足鋼護(hù)筒在施工階段穩(wěn)定和承受臨時(shí)荷載作用，可以根據(jù)珊瑚礁地質(zhì)的樁端承載力和側(cè)摩阻力計(jì)算得到。

5、鋼護(hù)筒底部加強(qiáng)區(qū)域長(zhǎng)度和鋼護(hù)筒底部為便于入巖所形成的切角尺寸：鋼護(hù)筒在樁基的施工階段，在打樁錘的作用下進(jìn)入巖層，為了保證鋼護(hù)筒的安全和穩(wěn)定，需要在鋼護(hù)筒的底部進(jìn)行加強(qiáng)，即是增加鋼護(hù)筒的厚度，厚度增加的大小需要根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告中的內(nèi)容來確定。切角的大小以滿足切角的形式可以在打樁錘的作用下易于進(jìn)入巖面為宜。

6、樁基礎(chǔ)受力分析確定配筋及護(hù)筒參與受力厚度：根據(jù)樁基礎(chǔ)所需承擔(dān)的豎向及水平向荷載，護(hù)筒參與受力部分等效為樁基礎(chǔ)配筋進(jìn)行計(jì)算。

7、腐蝕裕量計(jì)算：按照規(guī)范根據(jù)護(hù)筒所處腐蝕環(huán)境計(jì)算。

8、混凝土樁基的承載力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：鋼筋混凝土設(shè)計(jì)是常規(guī)項(xiàng)目，按照規(guī)范中相應(yīng)的樁基設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的工業(yè)實(shí)用性

鋼護(hù)筒參與樁基的受力，增加了樁基承載能力，可減小樁基礎(chǔ)鋼筋籠的鋼筋用量，大 大降低了基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)和造價(jià)，同時(shí)鋼護(hù)筒作為樁基的外部結(jié)構(gòu)一方面保護(hù)了混凝土受海水腐蝕，以腐蝕自身的方式保證了混凝土免受海水腐蝕的影響。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。