一種重力式基礎結構及其施工方法
2023-04-28 12:59:41 1
專利名稱：一種重力式基礎結構及其施工方法
技術領域：
本發明涉及一種基礎結構，具體的說，是涉及一種港口、海洋、水利和橋梁工程中的基礎結構及其施工方法。
背景技術：
目前在港口、海洋、水利及橋梁工程，常見的基礎形式主要包括樁基礎、支架式基礎、重力式基礎和筒型基礎。重力式基礎是靠結構本身及其上填料或壓載的重量抵抗外力、維持建築物抗滑穩定和抗傾穩定的結構，由於其結構材料一般以混凝土和沙石材料為主，材料成本較低，並且一般為淺基礎形式，施工成本也較低，因此逐漸被工程界認可和廣泛應用。
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但是重力式基礎由於重量較大,運輸和施工的難度也相對較大。另外如果遇到淺層土質為軟弱土時還需要進行地基處理，不僅會大大增加施工成本，而且也限制了重力式基礎的適用範圍。
發明內容
本發明要解決的是現有重力式基礎運輸和施工難度較大的技術問題，提供一種新型的重力式基礎結構及其施工方法，可以先自浮拖航並安裝，安裝結束後再通過壓載艙壓載，能夠大幅度降低施工成本，顯著提高安裝速度。為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現一種重力式基礎結構，包括圓形的混凝土頂蓋，所述混凝土頂蓋上設置有結構梁系，所述結構梁系底面與所述混凝土頂蓋底面齊平；所述混凝土頂蓋上面設置有中空的混凝土筒型載壓艙，所述混凝土筒型載壓艙底面直徑小於等於所述混凝土頂蓋直徑，所述混凝土筒型載壓艙頂面直徑小於等於底面直徑，所述混凝土筒型載壓艙壁內徑向均布有預應力鋼筋；所述混凝土頂蓋下面設置有圓筒結構，所述圓筒結構由上部的混凝土筒壁和下部的鋼製筒壁組合構成，所述鋼製筒壁插入於所述混凝土筒壁進行連接，所述混凝土筒壁相對於所述鋼製筒壁的加厚部分徑向均布有能夠傳輸高壓氣或高壓水的第一管路，所述第一管路頂端伸出於所述混凝土頂蓋、底端伸出於所述混凝土筒壁；所述圓筒結構內部設置有鋼製分艙板，所述鋼製筒壁頂部以及所述鋼製分艙板頂部均插入所述混凝土頂蓋與其固定連接，所述鋼製筒壁、所述鋼製分艙板與所述混凝土頂蓋構成多個底部開口的密封分艙，每個所述分艙頂部設置有可開關的第二管路。所述結構梁系包括設置於所述混凝土頂蓋周邊的外環梁、與所述混凝土筒型載壓艙連接的內環梁以及徑向均布於所述混凝土頂蓋的直梁，所述直梁由所述混凝土頂蓋中心延伸至周邊。所述分艙組成蜂窩狀，包括中心的一個正六邊形分艙和均勻設置於其周圍的六個相同的邊分艙，所有的所述鋼製分艙板長度相等，均為所述圓筒結構直徑的O. 25倍。
所述混凝土頂蓋的直徑為l(T50m，厚度為O. 2^0. 6m ;所述結構梁系中梁的截面寬度為O. 5 I. 5m,高度為O. 8 I. 8m。所述混凝土筒壁的高度為O. Γ2πι,厚度為5(Tl000mm。所述鋼製筒壁的高度為I飛m，厚度為KTlOOmm ;所述鋼製筒壁插入於所述混凝土筒壁的深度為O. f lm。所述第一管路的直徑為5 200mm ;所述第一管路的個數為1(Γ 00個。所述鋼製分艙板的厚度為1(Γ30_ ;所述鋼製分艙板插入所述結構梁系與所述混凝土頂蓋的深度為O. f lm。所述混凝土筒型載壓艙的壁面為呈弧形內凹的曲面，該曲面的曲率為l/6(Tl/10。一種重力式基礎結構的施工方法，包括如下步驟 a.陸上先將所述混凝土筒壁和所述鋼製筒壁組裝構成所述圓筒結構，再組裝所述鋼製分艙板；b.利用薄壁壓型鋼板作為所述混凝土頂蓋的底面模板，所述薄壁壓型鋼板與所述圓筒結構及所述鋼製分艙板連接構成底部開口的密封結構，所述密封結構內部為多個底部開口的密封分艙；c.將所述密封結構整體吊入陸地邊的水中，分別檢查各分艙的氣密性；d.各分艙的氣密性符合要求之後，將吊入水中的所述密封結構系上攬風繩；e.在所述薄壁壓型鋼板上綁紮鋼筋和澆注混凝土，進行所述混凝土頂蓋和所述混凝土筒型載壓艙的施工；f.所述混凝土頂蓋和所述混凝土筒型過渡段施工完成並達到設計強度要求後，基礎整體浮運到施工現場；浮運過程中通過所述第二管路對各分艙注氣或放氣調節每個分艙內氣壓，以控制拖航穩性；g.進行以自重下沉為主、負壓下沉為輔的下沉施工；h.下沉到所述混凝土筒壁位置時，通過所述第一管路向下傳送高壓氣或高壓水，進行破土下沉施工；下沉過程中出現傾斜時，通過所述第二管路對各分艙施加不同的氣壓力或水壓力進行調平；i.破土下沉至設計高度後，通過所述混凝土筒壁上的第一管路和所述分艙上的第二管路進行注漿操作，注漿為混凝土漿或高強水泥砂漿；j.在所述混凝土筒型載壓艙中填築重物等進行壓載操作，所述重物為水、砂石或砂漿；同時在所述混凝土頂蓋上方、所述混凝土筒型載壓艙周圍進行拋石壓載操作。本發明的有益效果是本發明提出一種新型的重力式基礎結構，包括混凝土筒壁和鋼製筒壁組合而成的圓筒結構，筒內設有鋼製分艙板，混凝土頂蓋上設有混凝土筒型載壓艙；由於重力式基礎結構預製完成後，重量相對較輕，因此可以先自浮拖航到施工地點；由於下部的鋼製筒壁和鋼製分艙板很薄，在自重下沉法及負壓下沉法的輔助下，重力式基礎結構能夠初步入泥；由於混凝土壁中徑向均布地設置有第一管路，初步入泥後通過高壓氣/水破土，很容易克服土體阻力切入土體達到設計下沉深度，能夠大幅度提高筒型基礎的下沉速度和下沉到位率；安裝結束後，注漿和壓載可以進一步增加基礎結構側面和底面與土體接觸部分的穩定性。
綜合上述結構與施工特點，本發明能夠顯著降低運輸和施工的難度，提高運輸和安裝的速度，使得基礎結構體系對土體的適用能力增強，不需要提前處理地基，從而使施工周期縮短，工程成本也大幅度降低。
圖I是本發明所提供的重力式基礎結構的側視示意圖；圖2是本發明所提供的重力式基礎結構的俯視示意圖；圖3是本發明所提供的混凝土頂蓋的平面示意圖；圖4是本發明所提供的分艙結構的平面示意圖。圖中1，混凝土頂蓋；2，混凝土筒型載壓艙；21，預應力鋼筋；3，圓筒結構；31，混凝土筒壁；32，鋼製筒壁；4，鋼製分艙板；5，結構梁系；51，外環梁；52，內環梁；53，直梁；6，
第一管路；7，第二管路。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下如圖I和圖2所示，本實施例披露了一種重力式基礎結構，主要包括混凝土頂蓋I、混凝土筒型載壓艙2、混凝土筒壁31和鋼製筒壁32組成的圓筒結構3以及鋼製分艙板4。混凝土頂蓋I是直徑為40m，厚度為O. 4m的圓形片狀結構。混凝土頂蓋I通常的直徑選擇範圍是l(T50m，厚度選擇範圍是O. 2 O. 6m。混凝土頂蓋I上表面分布有能夠保證混凝土頂蓋I剛度的結構梁系5，結構梁系5的底面與混凝土頂蓋I的底面齊平。結合圖3所示，結構梁系5由外環梁51、內環梁52以及16根直梁53構成，外環梁51設置在混凝土頂蓋I周邊位置，內環梁52設置在混凝土筒型載壓艙2底部並與其相連接，16根直梁53徑向均布於混凝土頂蓋I表面，由中心延伸至周邊。結構梁系5中外環梁51、內環梁52以及直梁53的截面寬度均為I. 2m,高度均為I. 6m。結構梁系中各梁通常的的截面寬度選擇範圍是O. 5^1. 5m,高度選擇範圍是O. 8^1. Sm。混凝土筒型載壓艙2設置於混凝土頂蓋I頂部，底面直徑為30m，不大於混凝土頂蓋I直徑。混凝土筒型過渡段2為預應力混凝土結構，壁內徑向均布有50根預應力鋼筋21。為了達到較好的支撐作用，混凝土筒型過渡段2頂面直徑小於等於底面直徑，並且壁面為呈弧形內凹的曲面，曲面的曲率為1/40，壁面曲率通常的選擇範圍是l/6(Tl/10。圓筒結構3由上部的混凝土筒壁31和下部的鋼製筒壁32組合構成，鋼製筒壁32頂部通過向上伸入混凝土筒壁31，與混凝土筒壁31連接為一體，伸入深度為O. 5m ;鋼製筒壁32頂部插入混凝土筒壁31的深度通常選擇在O. f lm。鋼製筒壁32的高度為3m，厚度為30mm 般來說，鋼製筒壁32通常的高度選擇範圍是I 5m，厚度選擇範圍是l(Tl00mm。混凝土筒壁31的高度為lm，的高度為600mm ;—般來說，混凝土筒壁31通常的高度選擇範圍是O. I飛m，側壁厚度選擇範圍是5(Tl000mm。顯然，混凝土筒壁31的厚度要大於鋼製筒壁32的厚度，混凝土筒壁31相對於鋼製筒壁32的加厚部分中，徑向均布有48個直徑為20_的第一管路6，第一管路6頂端略伸出於混凝土頂蓋I、底端略伸出於混凝土筒壁31。第一管路6用於傳輸高壓氣或高壓水，其通常的個數選擇範圍是1(Γ100個，直徑選擇範圍是5 200mm。結合圖4所示，圓筒結構3內部設置有鋼製分艙板4。鋼製分艙板4的高度為4m，不大於圓筒結構3的高度；鋼製分艙板4的厚度為15mm，通常其選擇範圍在l(T30mm內。鋼製分艙板4通過向上伸入混凝土頂蓋I以及直梁53內，與混凝土頂蓋I連接為一體，伸入深度為O. 5m。鋼製分艙板4頂部插入結構梁系5的深度通常選擇在O. f lm。由此，圓筒結構3、鋼製分艙板4與混凝土頂蓋I構成多個底部開口的密封分艙，並且每個分艙頂部分別預留設置有開關的第二管路7。分艙結構中的七個分艙除底部開口外彼此密封完好，保證相互之間不串艙。優選地，分艙組成蜂窩狀分艙結構，包括中心的一個正六邊形分艙和均勻設置於其周圍的六個相同的邊分艙。正六邊形分艙和邊分艙的邊長均等，為圓筒結構3直徑的O. 25倍。本實施例同時還披露了上述重力式基礎結構的施工方法，具體包括如下步驟 在陸上碼頭邊，先將混凝土筒壁31和鋼製筒壁32組裝構成圓筒結構3，再組裝鋼製分艙板4。利用薄壁壓型鋼板充當混凝土頂蓋I的底面模板，同時薄壁壓型鋼板與圓筒結構3及鋼製分艙板4連接構成底部開口的密封結構，密封結構內部為多個底部開口的密封分艙。將上述薄壁壓型鋼板、圓筒結構3及鋼製分艙板4組成的密封結構整體吊入碼頭邊水中，分別檢查各分艙的氣密性，若入水漏氣則整體調回陸上碼頭檢查和補修焊縫。各分艙的氣密性符合要求之後，將吊入水中的密封鋼結構系上攬風繩。在薄壁壓型鋼板製成的底面模板上綁紮鋼筋和澆注混凝土，進行混凝土頂蓋I和混凝土筒型載壓艙2的施工。混凝土頂蓋I和混凝土筒型載壓艙2施工完成，並且達到設計強度要求後，將基礎整體浮運到施工現場。浮運過程中可以通過分艙頂部預留的第二管路7對各分艙注氣或放氣，以調節每個分艙內氣壓，從而控制拖航穩性。基礎整體浮運就位後，進行自重下沉施工，當自重下沉施工不到位時，可以輔助進行負壓下沉施工。負壓下沉到混凝土筒壁31位置時將會停止不動，通過第一管路6向下傳送高壓氣或高壓水，進行破土下沉施工。若重力式基礎結構在下沉過程中出現傾斜，可以通過第二管路7對各分艙施加不同的艙內氣壓力或水壓力，進行調平工作。破土下沉至設計高度後，通過混凝土筒壁31上的第一管路6和分艙上的第二管路7進行注漿操作，達到加固基礎結構底部，以及增加基礎側面和底面與土體接觸部分的穩定性的目的；其中注漿選用混凝土漿或高強水泥砂漿。在混凝土筒型載壓艙2中填築重物，如水、砂石或砂漿等進行壓載操作。同時在混凝土頂蓋I的上方、混凝土筒型載壓艙2的周圍進行拋石壓載操作。儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種重力式基礎結構，其特徵在於，包括圓形的混凝土頂蓋，所述混凝土頂蓋上設置有結構梁系，所述結構梁系底面與所述混凝土頂蓋底面齊平； 所述混凝土頂蓋上面設置有中空的混凝土筒型載壓艙，所述混凝土筒型載壓艙底面直徑小於等於所述混凝土頂蓋直徑，所述混凝土筒型載壓艙頂面直徑小於等於底面直徑，所述混凝土筒型載壓艙壁內徑向均布有預應力鋼筋； 所述混凝土頂蓋下面設置有圓筒結構，所述圓筒結構由上部的混凝土筒壁和下部的鋼製筒壁組合構成，所述鋼製筒壁插入於所述混凝土筒壁進行連接，所述混凝土筒壁相對於所述鋼製筒壁的加厚部分徑向均布有能夠傳輸高壓氣或高壓水的第一管路，所述第一管路頂端伸出於所述混凝土頂蓋、底端伸出於所述混凝土筒壁； 所述圓筒結構內部設置有鋼製分艙板，所述鋼製筒壁頂部以及所述鋼製分艙板頂部均插入所述混凝土頂蓋與其固定連接，所述鋼製筒壁、所述鋼製分艙板與所述混凝土頂蓋構成多個底部開口的密封分艙，每個所述分艙頂部設置有可開關的第二管路。
2.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述結構梁系包括設置於所述混凝土頂蓋周邊的外環梁、與所述混凝土筒型載壓艙連接的內環梁以及徑向均布於所述混凝土頂蓋的直梁，所述直梁由所述混凝土頂蓋中心延伸至周邊。
3.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述分艙組成蜂窩狀，包括中心的一個正六邊形分艙和均勻設置於其周圍的六個相同的邊分艙，所有的所述鋼製分艙板長度相等，均為所述圓筒結構直徑的O. 25倍。
4.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述混凝土頂蓋的直徑為l(T50m，厚度為O. 2^0. 6m ;所述結構梁系中梁的截面寬度為O. 5^1. 5m,高度為O. 8^1. 8m。
5.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述混凝土筒壁的高度為O. I 2m，厚度為50 1000_。
6.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述鋼製筒壁的高度為I飛m，厚度為KTlOOmm ;所述鋼製筒壁插入於所述混凝土筒壁的深度為O. f lm。
7.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述第一管路的直徑為5 200mm ;所述第一管路的個數為1(Γ 00個。
8.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述鋼製分艙板的厚度為l(T30mm ;所述鋼製分艙板插入所述結構梁系與所述混凝土頂蓋的深度為O. f lm。
9.根據權利要求I所述的一種重力式基礎結構，其特徵在於，所述混凝土筒型載壓艙的壁面為呈弧形內凹的曲面，該曲面的曲率為l/6(Tl/10。
10.一種如權利要求I所述重力式基礎結構的施工方法，其特徵在於，包括如下步驟 a.陸上先將所述混凝土筒壁和所述鋼製筒壁組裝構成所述圓筒結構，再組裝所述鋼製分艙板； b.利用薄壁壓型鋼板作為所述混凝土頂蓋的底面模板，所述薄壁壓型鋼板與所述圓筒結構及所述鋼製分艙板連接構成底部開口的密封結構，所述密封結構內部為多個底部開口的密封分艙； c.將所述密封結構整體吊入陸地邊的水中，分別檢查各分艙的氣密性； d.各分艙的氣密性符合要求之後，將吊入水中的所述密封結構系上攬風繩； e.在所述薄壁壓型鋼板上綁紮鋼筋和澆注混凝土，進行所述混凝土頂蓋和所述混凝土筒型載壓艙的施工； f.所述混凝土頂蓋和所述混凝土筒型過渡段施工完成並達到設計強度要求後，基礎整體浮運到施工現場；浮運過程中通過所述第二管路對各分艙注氣或放氣調節每個分艙內氣壓，以控制拖航穩性； g.進行以自重下沉為主、負壓下沉為輔的下沉施工； h.下沉到所述混凝土筒壁位置時，通過所述第一管路向下傳送高壓氣或高壓水，進行破土下沉施工；下沉過程中出現傾斜時，通過所述第二管路對各分艙施加不同的氣壓力或水壓力進行調平； i.破土下沉至設計高度後，通過所述混凝土筒壁上的第一管路和所述分艙上的第二管路進行注漿操作，注漿為混凝土漿或高強水泥砂漿； j.在所述混凝土筒型載壓艙中填築重物等進行壓載操作，所述重物為水、砂石或砂漿；同時在所述混凝土頂蓋上方、所述混凝土筒型載壓艙周圍進行拋石壓載操作。
全文摘要
本發明公開了一種重力式基礎結構及其施工方法，混凝土頂蓋上設置有混凝土筒型載壓艙，混凝土頂蓋下面設置混凝土筒壁和鋼製筒壁構成的圓筒結構，混凝土壁中徑向均布地設置有第一管路，鋼製筒壁內部空間設置有鋼製分艙板。其施工方法是陸上預製重力式基礎結構；之後基礎整體浮運到施工現場進行自重下沉和負壓下沉施工；負壓下沉停止後，通過第一管路進行破土下沉施工；通過第一管路和分艙上的第二管路進行注漿操作；在混凝土筒型載壓艙中填築重物進行壓載操作，同時在混凝土頂蓋上方、混凝土筒型載壓艙周圍進行拋石壓載操作。本發明能夠降低運輸和施工難度，提高運輸和安裝速度，增強對土體的適用能力，從而使施工周期縮短，工程成本大幅度降低。
文檔編號E02D27/52GK102877482SQ20121033463
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者丁紅巖, 張浦陽, 練繼建 申請人:天津大學