[發(fā)明專利]一種鋼柱砼根深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810709496.8
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN109024578B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖海珠;邱遠喜;劉俊鋒;李華云;潘韜;苑仁安;李松林
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司
• 主分類號: E02D5/48
• 分類號: E02D5/48;E02D5/52;E02D27/52
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務(wù)所(普通合伙) 11221
• 代理人: 王衛(wèi)東

本發(fā)明公開了一種鋼柱砼根深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法，其中鋼柱砼根深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括上鋼柱和下砼根，上鋼柱內(nèi)部中空，直徑為3.2m以上，上鋼柱的底部深入海床的局部沖刷線以下；下砼根至少為3根，實心結(jié)構(gòu)，直徑為0.8m～2.5m，且下砼根置于上鋼柱內(nèi)，且上端通過第一承臺與上鋼柱的內(nèi)壁固接，第一承臺高于海床面，上鋼柱的下端通過封底段與下砼根的外壁固接，封底段由混凝土澆筑而成。本發(fā)明，構(gòu)造簡單、受力合理，既具有優(yōu)異的水平承載能力，又具有可靠的豎向承載能力，且充分發(fā)揮不同材料的力學(xué)性能優(yōu)點，節(jié)省基礎(chǔ)材料用量，降低惡劣深海環(huán)境下深水基礎(chǔ)的建設(shè)成本，適用于水深流急、波長浪高、沖刷嚴(yán)重且覆蓋層深厚的海洋工程深水基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋼柱砼根深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)

應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略之勢，我國海洋工程如跨海橋梁、海上風(fēng)電工程以及海洋鉆井平臺等大型工程的建設(shè)逐漸由海岸向深海推進。惡劣的深海環(huán)境給海洋工程的建設(shè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，尤其體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的設(shè)計和施工方面。水深流急、強涌浪、強沖刷及超厚覆蓋層等都是我們必須克服的難題。

我國甬舟鐵路及高速復(fù)線工程金塘水道公鐵兩用大橋基礎(chǔ)深水將達到40～60m，百年一遇流速達到3.27m/s，百年一遇波高H₁％達到8.64m，覆蓋層厚度約90m左右。在甬舟鐵路及高速公路復(fù)線工程可行性研究中，對主跨1080m斜拉橋方案主塔基礎(chǔ)的研究結(jié)果表明，主塔基礎(chǔ)的設(shè)計波流力將達到2萬噸以上，上部結(jié)構(gòu)傳遞至主塔基礎(chǔ)的極限橫風(fēng)荷載約1萬噸，橫橋向船撞荷載達到2.12萬噸。在如此巨大的水平力作用下，為滿足主塔基礎(chǔ)的水平承載能力和水平剛度要求，混凝土群樁基礎(chǔ)的樁徑將達到5m以上，且樁數(shù)規(guī)模巨大。

在深水情況下采用高樁承臺群樁基礎(chǔ)可以避免水下施工，降低施工風(fēng)險，但同時由于水深較大，樁基的豎向承載力很大一部分被用來平衡水中部分的樁身自重。在覆蓋層深厚的地質(zhì)條件下，樁底難以進入基巖，樁基通常按摩擦樁設(shè)計。而對于摩擦樁，由于大直徑樁基比表面積較小，其提供樁側(cè)摩阻力的效率較低。在滿足相同豎向承載力的情況下，采用大直徑樁基，樁長必會增加，故經(jīng)濟性較差。在惡劣的深海環(huán)境下，雖然超大直徑群樁基礎(chǔ)能夠適應(yīng)海洋工程對深水基礎(chǔ)承載能力和變形的要求，但是其經(jīng)濟性較差，建設(shè)成本昂貴。

有鑒于此，迫切需要從深水基礎(chǔ)的受力機理出發(fā)，創(chuàng)新設(shè)計一種受力可靠、技術(shù)可行且經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)形式來適應(yīng)海洋工程的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)存在受力較差、經(jīng)濟成本高的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種鋼柱砼根深水基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

上鋼柱，內(nèi)部中空，直徑為3.2m以上，所述上鋼柱的底部深入海床的局部沖刷線以下；

下砼根，至少為3根，實心結(jié)構(gòu)，直徑為0.8m～2.5m，且下砼根置于所述上鋼柱內(nèi)，且上端通過第一承臺與所述上鋼柱的內(nèi)壁固接，所述第一承臺高于海床面，所述上鋼柱的下端通過封底段與下砼根的外壁固接，所述封底段由混凝土澆筑而成。

在另一個優(yōu)選的實施例中，所述下砼根是以所述上鋼柱的截面中心為圓心環(huán)向均勻布置，且最外圈的所述下砼根的外表面與所述上鋼柱的內(nèi)表面存在徑向的間距s。

在另一個優(yōu)選的實施例中，所述下砼根的底部支承在基巖時，所述下砼根的直徑與所述上鋼柱的直徑之比滿足：d/D≤1/(3.33+2s/d)；

所述下砼根的底部未支承在基巖上時，所述下砼根的直徑與所述上鋼柱的直徑之比滿足：d/D≤1/(3.91+2s/d)；

式中，d為下砼根的直徑，D為上鋼柱的直徑，s為最外圈下砼根的外表面與上鋼柱的內(nèi)表面之間的徑向的間距。