一種沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構的製作方法

2023-07-29 13:26:46 1

專利名稱：一種沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於海底深水沉管隧道地基處理技術領域，具體地涉及一種沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，特別是一種帶帽鋼管樁-樁間土 -墊層減沉結構。
技術背景常規的剛性樁複合地基一般用於陸地建築工程及公路路堤工程中，其樁通常以水泥或混凝土與其他摻合料為主要膠結材料。包括CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁複合地基)和低強度混凝土樁複合地基等。而鋼管樁一般很少作為剛性樁複合地基的樁體。這主要是由於陸上建築設計使用壽命一般幾十年，耐久性要求低，而鋼管樁造價高造成的。但對深水外海跨海通道工程，由於水深大、耐久性一般要求大於100年，常規CFG和混凝土剛性樁複合地基施工難度大，質量不易保證。因此帶帽鋼管減沉樁結構即體現出其優勢。通過岸上預製、打樁船深水插打，可保證質量和工期，通過預留腐蝕厚度保證了耐久性。目前國內外的沉管隧道均有採用樁基礎的例子，如日本的東京港沉管隧道，採用了帶樁帽的鋼管樁基礎。但該隧道的帶帽鋼管樁與沉管隧道通過預留孔注入砂漿，實現了鋼管樁與沉管隧道的剛性連接，因此荷載主要由樁體承擔。我國寧波常洪隧道採用了預應力混凝土方樁作為沉管隧道基礎，應對強回淤河床。樁與沉管隧道的連接方式上採用了囊袋法(專利號03116675. X)，通過壓漿管向壓漿囊袋注漿，實現沉管底與樁頂的密貼。因此其受力模式與東京港隧道樁基礎類似，是不考慮樁間土承擔荷載的樁基受力模式。發明專利申請(201010295438. 9) 「一種帶樁帽大直徑薄壁筒樁網結構及施工方法」，提出了一種由大直徑薄壁筒樁、土工格柵、填土路堤和樁帽組成的帶樁帽大直徑薄壁筒樁網複合結構，用於減小高速公路路堤的差異沉降。對於水深大於40m的海底隧道，在天然地基承載力滿足要求，但沉降過大的情況下，採用帶帽鋼管減沉樁結構，可充分發揮土體的承載能力(土體分擔10% 40%的荷載)，降低造價，又發揮樁帽減小刺入的優勢，有效控制沉降。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，採用帶帽鋼管樁-樁間土與墊層共同作用的模式。為實現上述目的，本實用新型提供的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其主要結構為多根鋼管樁，每根鋼管樁頂部設有鋼樁帽；多根鋼管樁和鋼樁帽之間填充有樁間土，在樁間土和鋼樁帽形成的平面上鋪設有碎石墊層，碎石墊層上方設置有沉管隧道，沉管隧道兩側及頂面設有回填層。所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，多根鋼管樁設置在海底開挖形成的基槽中。所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼管樁的直徑為0. 5m-l. 2m。[0012]所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼樁帽的結構是在內壁板的頂部與內壁板相垂直地設有一頂板，該頂板的直徑大於內壁板直徑，在頂板的邊緣處垂直地設有外壁板，該外壁板與設在內壁板底部的環板通過多條肋板連接組成。所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼樁帽的頂板、外壁板和環板為圓形、方形或多邊形。所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼樁帽的內壁板的中間位置開有排水排氣孔。所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，排水排氣孔的直徑為30mm。所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，碎石墊層的厚度為鋼樁帽直徑的 0. 4-0. 8 倍。本實用新型具有以下優點I、鋼管樁-樁間土 -墊層形成共同作用受力結構，共同承擔上部荷載，能夠充分發揮樁間土的承載性能。與不考慮樁間土受力的樁基礎相比，樁長和樁數可減少，且沉管底的應力集中度降低，對沉管結構受力有利。2、在相同的墊層厚度條件下，通過鋼樁帽的設置，能顯著減小樁頂向墊層中的刺入量，減小整個結構的沉降。因此與無帽鋼管樁相比，可以增大樁間距，從而節省造價。3、與公路路堤中柔性填土下的樁網複合地基相比，本實用新型的沉管隧道減沉樁結構由於沉管剛度的作用，不需要在碎石墊層中設置土工格柵，即可保證樁與樁間土的共同受力。因此節省了施工工序和工期。4、與樁帽和樁身一體施工的方法相比，本實用新型採用樁帽後安裝方法，實現了樁帽頂標高的精確控制，同時降低了打樁精度要求，方便了打樁施工。

圖I為本實用新型的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構總體構成示意圖。圖2為本實用新型的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構中關於鋼管樁、鋼樁帽、樁間土、碎石墊層和沉管隧道之間的細部放大示意圖。圖3為本實用新型的鋼樁帽立面圖。圖4為本實用新型的鋼樁帽俯視平面圖。附圖中主要組件符號說明鋼管樁1，樁間土 2，碎石墊層3，鋼樁帽4，沉管隧道5，回填層6，基槽7，頂板8，外壁板9,內壁板10,豎向肋板11,環向肋板12,排氣排水孔13。
具體實施方式
本實用新型的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構由帶帽鋼管樁-樁間土和碎石墊層組成。鋼管樁與沉管隧道所代表的剛性基礎並不直接連接，而是通過墊層連接。本實用新型是一種在天然地基承載力滿足要求，但沉降過大的地基中修建沉管隧道的地基處理解決方案。通過在鋪有既定厚度碎石墊層的天然地基中打入適量的帶帽鋼管樁，形成鋼管樁-樁間土 -墊層的共同作用結構，通過樁帽減小樁頂刺入實現樁數優化、有效控制工後沉降的目的。[0030]本實用新型的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，用於天然地基承載力滿足要求但沉降過大的海底沉管隧道地基處理中。包括鋼管樁、樁間土、墊層和鋼樁帽等。鋼管樁直徑0. 5m I. 2m ;鋼樁帽由頂板、多道豎向肋板、內壁板和外壁板等組成，鋼樁帽的內壁板直徑可以和鋼管樁直徑相同，而鋼樁帽頂板直徑是鋼管樁直徑的I. 5 3倍；碎石墊層位於鋼樁帽上面，碎石墊層上面為沉管隧道及回填層。
以下結合附圖對本實用新型作詳細說明。本實用新型的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構如圖I和圖2所示，主要結構為多根鋼管樁1，其直徑為0.5m_l. 2m，每根鋼管樁的頂部固定(如焊接)有鋼樁帽
4。各鋼管樁I插設安裝在海底開挖的基槽7中，在各鋼管樁I和鋼樁帽4之間填充有樁間土 2，在樁間土 2和鋼樁帽4形成的平面上鋪設有碎石墊層3，碎石墊層3上方設置有沉管 隧道5，沉管隧道5兩側及頂面設有回填層6。鋼樁帽4的結構請參閱圖3和圖4所示，是在內壁板10的頂部固定連接(如焊接)有一頂板8，該頂板8與內壁板10是相垂直地連接，並且該頂板8直徑是內壁板10直徑的I. 5-3倍(內壁板和鋼管樁的直徑可以相同)。在頂板8的邊緣處垂直地設有外壁板9，該外壁板與設在內壁板10底部的環板12通過肋板11連接組成，肋板11是多條設置，以增加承重量。需要說明的是，本實用新型的鋼樁帽的頂板8、外壁板9和環板12可以是圓形、方形或多邊形。在鋼樁帽4的內壁板10中間位置開有若干個排水排氣孔13，該些排水排氣孔13的直徑為30mm。本實用新型的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構形成方法如下I)首先在岸上預製鋼管樁I和鋼樁帽4，預製過程中要求鋼樁帽各壁板間的焊縫需滿足後期打樁動力衝擊作用；2)通過挖泥船在海底放坡開挖，開挖基槽7底標高要求精度為0至-50cm ；3)採用打樁船插打鋼管樁1，水下切割鋼管樁1，水下安裝預製鋼樁帽4，並調整到設計標高，鋼管樁I的底端設置在砂層或具有一定承載能力的地層中，清除施工過程中鋼樁帽頂面形成的浮泥；4)利用碎石整平船鋪設碎石墊層3 ；5)在碎石墊層3上放置沉管隧道5，進行沉管隧道5兩側及頂面的回填層6施工。回填層6施工需儘量保證對稱平衡施工。本實用新型的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構通過碎石墊層3調節鋼管樁I與樁間土 2間的荷載分擔，使得二者協調工作，共同承擔沉管隧道5和回填層6傳遞的荷載，保證管底沉降的均勻。通過鋼樁帽4的設置可減小鋼管樁頂向碎石墊層3的刺入量，充分發揮鋼管樁I的承載性能，減小墊層頂面的應力集中，有效控制工後沉降。同時鋼樁帽水下後安裝，有利於樁頂標高的控制和調平。在相同沉降控制要求下，帶帽鋼管樁的間距可比無帽鋼管樁的間距大，從而可減少20% 30%樁數。通過墊層厚度、樁帽尺寸、樁長等參數的綜合調節，能發揮樁間土和帶帽樁的承載特性，使得土體承擔20% 40%的荷載，減小沉降30% 50%，在深海(水)軟土沉管隧道地基處理中具有良好的應用前景。
權利要求1.一種沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其特徵在於，主要結構為 多根鋼管樁，每根鋼管樁頂部設有鋼樁帽； 多根鋼管樁和鋼樁帽之間填充有樁間土，在樁間土和鋼樁帽形成的平面上鋪設有碎石墊層，碎石墊層上方設置有沉管隧道，沉管隧道兩側及頂面設有回填層。
2.根據權利要求I所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，多根鋼管樁設置在海底開挖形成的基槽中。
3.根據權利要求I或2所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼管樁的直徑為0.5m-1. 2m。
4.根據權利要求I所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼樁帽的結構是在內壁板的頂部與內壁板相垂直地設有一頂板，該頂板的直徑大於內壁板直徑，在頂板的邊緣處垂直地設有外壁板，該外壁板與設在內壁板底部的環板通過多條肋板連接組成。
5.根據權利要求I或4所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼樁帽的頂板、夕卜壁板和環板為圓形、方形或多邊形。
6.根據權利要求5所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，鋼樁帽的內壁板的中間位置開有排水排氣孔。
7.根據權利要求6所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，排水排氣孔的直徑為30mmo
8.根據權利要求I所述的沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，其中，碎石墊層的厚度為鋼樁帽直徑的0. 4-0. 8倍。
專利摘要一種沉管隧道帶帽鋼管減沉樁結構，主要結構為多根鋼管樁，每根鋼管樁頂部設有鋼樁帽；多根鋼管樁和鋼樁帽之間填充有樁間土，在樁間土和鋼樁帽形成的平面上鋪設有碎石墊層，碎石墊層上方設置有沉管隧道，沉管隧道兩側及頂面設有回填層。本實用新型通過碎石墊層調節鋼管樁與樁間土間的荷載分擔，保證管底沉降的均勻。通過鋼樁帽的設置可減小樁頂向碎石墊層的刺入量，減小墊層頂面的應力集中，有效控制工後沉降，發揮樁間土和帶帽樁的承載特性，使得土體承擔20％～40％的荷載，減小沉降30％～50％，在深海(水)軟土沉管隧道地基處理中具有良好的應用前景。
文檔編號E02D27/16GK202559368SQ20122022466
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者徐國平, 劉曉東, 陳鴻, 張志剛, 劉洪洲, 曾毅, 王勇, 林巍, 陳虎成, 付佰勇, 熊旺, 姜巖, 過超, 李貞新 申請人:中交公路規劃設計院有限公司, 上海市隧道工程軌道交通設計研究院