一種深水基礎和施工裝置及其施工法的製作方法

2023-05-24 20:27:26 1

本發明涉及的是一種深水基礎和施工裝置及其施工法，屬於土木工程基礎施工技術領域。

背景技術：

現有沉井基礎技術，它是以井內挖土，依靠自身重力克服井壁摩擦阻力下沉到設計標高后進行封底而成的基礎；其主要缺陷：施工周期長造價高，糾偏難，遇井底孤石等障礙物時，刃腳難於克服易出現突沉，易出事故等。

現有沉箱基礎技術需要輸入壓縮空氣來提供工作條件，把工作室內的水壓出室外；其主要缺陷：設備複雜，作業時間受限，工效低費用大，封底困難，深度受到限制，工人在高壓條件下易患職業病。

技術實現要素：

本發明提出的是一種深水基礎和施工裝置及其施工法，其目的旨在克服現有技術存在的缺陷，其主要優點：基礎由上部基礎和下部基礎組成；1）上部基礎利用自重和負壓切入巖土，施工簡單；2)下部基礎在上部基礎形成的圍堰內施工，下部基礎自身帶有挖掘基礎底部巖土的組合裝置，工廠分段或整體預製基礎，施工簡單，施工周期短，成本低。

本發明的技術解決方案，深水基礎包括上部基礎1和下部基礎2，施工裝置包括上部基礎1的施工裝置3和下部基礎2的施工裝置4；上部基礎1是中空的，空腔內設有基礎2或裝置4的導向裝置，上部基礎1的底部是通過施工裝置3利用自重或負壓切入巖土的；當基礎1達到設定的深度後，排出基礎1空腔中的水，將下部基礎2放入上部基礎1的腔內，下部基礎2的底部施工時帶有鏈刀5；施工裝置4包括設在上部基礎1內腔的固定導向裝置4-1、鏈刀動力傳動裝置4-2、棄土處理裝置4-3和機架4-4，裝置4-2和裝置4-3均安裝在機架4-4上，裝置4-2和基礎2及鏈刀5組成鏈式挖掘裝置6，基礎2是鏈式挖掘裝置6的機架，鏈刀5僅挖掘基礎2底部的巖土，鏈刀5由鏈條5-1和固定於鏈條5-1上挖掘巖土的刀具5-2組成；裝置4-1對基礎2和／或機架4-4進行導向，使基礎2成鉛直狀態；施工時，機架4-4與基礎2的頂部連接成一體，裝置4-2驅動鏈刀5沿著基礎2上的軌道運行，鏈刀5挖掘基礎2底部的巖土，並將已挖掘的巖土帶至上方，裝置4-3將鏈刀5從基礎1底部帶上來的巖土與鏈刀5分離，機架4-4隨著基礎2一起同步下降，當基礎2達到設定的深度，拆除施工裝置3和鏈刀5，灌漿並使基礎1和基礎2固連一體成深水基礎。

本發明的優點：基礎由上部基礎和下部基礎組成，上部基礎利用自重和負壓切入巖土，下部基礎在上部基礎形成的圍堰內施工，下部基礎自身帶有挖掘基礎底部巖土的組合裝置，工廠分段或整體預製基礎，施工簡單，施工周期短，成本低。

附圖說明

圖1是由上部基礎1和下部基礎2組成的深水基礎的施工狀態示意圖，也是施工裝置3和施工裝置4的結構示意圖；

圖2是圖1的A向視圖，也是由船體3-2-1和起重裝置3-2-2組成的施工船3-2的結構示意圖，起重裝置3-2-2是行架結構，在平面x和y設有移動的行走軌道；

圖3是上部基礎1為筒形基礎1A,也是組成施工裝置3的抽水裝置3-1和施工船3-2的結構示意圖，也是基礎1A的頂部是高於水面，且與船體3-2-1一起構成深水基礎的施工作業平臺的結構示意圖；

圖4是圖1的Ⅰ局部放大視圖，也是下部基礎2為口字基礎2A的結構示意圖，也是組成施工裝置4的固定導向裝置4-1、鏈刀動力傳動裝置4-2、棄土處理裝置4-3和機架4-4的結構示意圖；

圖5是圖4的A向視圖，也是組成鏈刀動力傳動裝置4-2的鏈刀驅動裝置4-2-1、鏈刀張緊裝置4-2-2和鏈輪4-2-3的結構示意圖，也是每個一字基礎均設有僅挖掘各自底部巖土的鏈式挖掘裝置6的結構示意圖；

圖6是圖4的B-B視圖，也是施工裝置4的機架4-4的截面視圖，也是泥漿管路裝置7在機架4-4上的泥漿管路7-1的結構示意圖，也是口字基礎2A由四個一字基礎組成的結構示意圖，也是底部帶刃角的基礎2A的側面罩8與鏈刀5組成的鏈式輸送機的結構示意圖；

圖7是圖4的C-C視圖，也是泥漿管路裝置7在基礎2底部的泥漿噴嘴7-2的結構示意圖；

圖8是鏈刀5的結構示意圖，也是鏈條5-1和刀具5-2的結構示意圖，也是由A十字節5-1-1和B十字節5-1-2組成的鏈條5-1的十字節的結構示意圖，也是鏈條5-1實現空間彎曲的結構示意圖；

圖9是深水基礎為橋梁基礎的結構示意圖；

圖10是圖9的A向視圖，也是由四個基礎1A和四個基礎2A組成的橋梁基礎的結構示意圖, 也是橋梁基礎的頂部是深水基礎的施工作業平臺，上方設有起重裝置3-2-2的結構示意圖；

圖11是將預製的基礎1A水平浮運至設定位置的結構示意圖；

圖12是礎1A的底部注水，使基礎1A豎起的結構示意圖；也是利用裝置3在基礎1A自重的作用下，使基礎1A的底部嵌入巖土，基礎1A的底部形成封閉腔體結構示意圖；

圖13是裝置3-1抽基礎1A底部封閉腔體內的水，使之形成負壓，基礎1A在自重和負壓的作用下，基礎1A下降至設定深度的結構示意圖；

圖14是抽出基礎1A腔體內的水，拆除裝置3-1，在基礎1A腔內安裝裝置4-1的結構示意圖；

圖15是第一段（即底段）基礎2A-1裝入裝置4-1內，安裝鏈刀5、接通泥漿管路7-1和安裝裝置4-2的結構示意圖；

圖16是機架4-4隨著第一段基礎2A-1一起同步下降至設定深度的結構示意圖；

圖17是將裝置4與第一段基礎2A-1分離並移走後的結構示意圖；

圖18是第二段基礎2A-2裝入裝置4-1內, 安裝鏈刀5、接通泥漿管路7-1和安裝裝置4-2的結構示意圖；

圖19是機架4-4、第一段基礎2A-1和第二段基礎2A-2一起同步下降至設定深度；

圖20是裝置4與第二段基礎2A-2分離並移走後的結構示意圖；

圖21是重複施工後，拆除裝置4抽出鏈刀5後完成深水基礎的結構示意圖。

圖中的1是上部基礎；1A是上部基礎為筒形基礎；2是下部基礎；2A是下部基礎為口字基礎；2A-1是基礎2A的第一段基礎；2A-2是基礎2A的第二段基礎；3是上部基礎1的施工裝置，包括抽水裝置3-1和施工船3-2；3-1是抽水裝置；3-2是施工船,包括船體3-2-1和起重裝置3-2-2；4是下部基礎2的施工裝置，包括設在上部基礎1內腔的固定導向裝置4-1、鏈刀動力傳動裝置4-2、棄土處理裝置4-3和機架4-4；4-1是施工裝置4的固定導向裝置；4-2是施工裝置4的鏈刀動力傳動裝置，由鏈刀驅動裝置4-2-1、鏈刀張緊裝置4-2-2和鏈輪4-2-3組成；4-2-1是鏈刀驅動裝置；4-2-2是鏈刀張緊裝置；4-2-3是鏈輪；4-3是施工裝置4的棄土處理裝置；4-4是施工裝置4的機架；5是挖掘巖土的鏈刀，由鏈條5-1和固定於鏈條5-1上的刀具5-2組成；5-1是組成鏈刀5的鏈條；5-1-1是組成鏈條十字節的A十字節；5-1-2是組成鏈條十字節的B十字節；5-2是組成鏈刀5的刀具；6是鏈式挖掘裝置，由裝置4-2-1和基礎2A及鏈刀5組成；7是泥漿管路裝置，包括泥漿管路7-1與基礎2底部的泥漿噴嘴7-2；7-1是泥漿管路裝置7的泥漿管路；7-2是泥漿管路裝置7在基礎2底部的泥漿噴嘴；8是底部帶刃角的基礎1的側面罩。

具體實施方式

深水基礎包括上部基礎1和下部基礎2，施工裝置包括上部基礎1的施工裝置3和下部基礎2的施工裝置4；上部基礎1是中空的，空腔內設有基礎2或裝置4的導向裝置，上部基礎1的底部是通過施工裝置3利用自重或負壓切入巖土的；當基礎1達到設定的深度後，排出基礎1空腔中的水，將下部基礎2放入上部基礎1的腔內，下部基礎2的底部施工時帶有鏈刀5；施工裝置4包括設在上部基礎1內腔的固定導向裝置4-1、鏈刀動力傳動裝置4-2、棄土處理裝置4-3和機架4-4，裝置4-2和裝置4-3均安裝在機架4-4上，裝置4-2和基礎2及鏈刀5組成鏈式挖掘裝置6，基礎2是鏈式挖掘裝置6的機架，鏈刀5僅挖掘基礎2底部的巖土，鏈刀5由鏈條5-1和固定於鏈條5-1上挖掘巖土的刀具5-2組成；裝置4-1對基礎2和／或機架4-4進行導向，使基礎2成鉛直狀態；施工時，機架4-4與基礎2的頂部連接成一體，裝置4-2驅動鏈刀5沿著基礎2上的軌道運行，鏈刀5挖掘基礎2底部的巖土，並將已挖掘的巖土帶至上方，裝置4-3將鏈刀5從基礎1底部帶上來的巖土與鏈刀5分離，機架4-4隨著基礎2一起同步下降，當基礎2達到設定的深度，拆除施工裝置3和鏈刀5，灌漿並使基礎1和基礎2固連一體成深水基礎。

所述的施工裝置3包括抽水裝置3-1和施工船3-2，裝置3-1與基礎1連接成一體，使基礎1的底部產生負壓。

所述的裝置4-2由鏈刀驅動裝置4-2-1、鏈刀張緊裝置4-2-2和鏈輪4-2-3組成。

所述的基礎1是筒形基礎1A。

所述的基礎2是口字基礎2A，口字基礎2A由四個一字基礎組成，每個一字基礎均設有僅挖掘各自底部巖土的鏈式挖掘裝置6，即裝置4的機架4-4上設有四個裝置4-2。

所述的深水基礎是橋梁基礎，橋梁基礎包括若干個基礎1A和若干個基礎2A。

所述的裝置4中的機架4-4和基礎2中還包括泥漿管路裝置7，泥漿管路7-1與基礎2底部的泥漿噴嘴7-2相連。

所述的基礎1的頂部是高於水面的。

所述的基礎1的頂部是深水基礎的施工作業平臺，上方設有起重裝置。

所述的施工法分如下歩驟：

1）在工廠預製基礎1，分段或整體預製基礎2；

2）將基礎1水平浮運至設定位置；

3）在基礎1的底部注水，使基礎1豎起；

4）利用裝置3在自重的作用下，使基礎1的底部嵌入巖土，基礎1的底部形成封閉腔體；

5）啟動裝置3-1，抽基礎1底部封閉腔體內的水，使之形成負壓；

6）在基礎1自重和負壓的作用下，基礎1下降至設定深度；

7）抽出基礎1腔體內的水，拆除裝置3-1，在基礎1腔內安裝裝置4-1；

8）將基礎2的第一段即底段基礎2-1運至現場，裝入裝置4-1內，安裝鏈刀5和泥漿管路7-1；

9）將裝置4中的機架4-4的底部與第一段基礎2-1的頂部相連，將裝置4底部的鏈刀5與第一段基礎2-1頂部的鏈刀5相連組成鏈式挖掘裝置6，將裝置4底部的泥漿管路7-1與第一段基礎2-1頂部的泥漿管路7-1相連；

10）啟動裝置4-2，裝置4-2帶動鏈刀5沿著基礎2-1上的軌道運行，鏈刀5挖掘第一段基礎2-1底部的巖土，並將已挖掘的巖土帶至上方，裝置4-3將鏈刀5從基礎2-1底部帶上來的巖土與鏈刀5分離；

11）機架4-4隨著第一段基礎2-1一起同步下降至設定深度；

12）將裝置4與第一段基礎2-1分離並移走；

13）將第二段基礎2-2裝入裝置4-1內；

14）將第二段基礎2-2的底部與第一段基礎2-1的頂部相連，將第二段基礎2-2底部的鏈刀5與第一段基礎2-1頂部的鏈刀5相連，將第二段基礎2-2底部的泥漿管路7-1與第一段基礎2-1頂部的泥漿管路7-1相連；

15）將裝置4中的機架4-4的底部與第二段基礎2-2的頂部相連，將裝置4底部的鏈刀5與第二段基礎2-2頂部的鏈刀5相連，組成鏈式挖掘裝置6，將裝置4底部的泥漿管路7-1與第二段基礎2-2頂部的泥漿管路7-1相連；

16）啟動裝置4-2，裝置4-2帶動鏈刀5沿著基礎2上的軌道運行，鏈刀5挖掘第一段基礎2-1底部的巖土，並將已挖掘的巖土帶至上方，裝置4-3將鏈刀5從基礎2底部帶上來的巖土與鏈刀5分離；

17）機架4-4、第一段基礎2-1和第二段基礎2-2一起同步下降至設定深度；

18）將裝置4與第二段基礎2-2分離並移走；

重複上述13、14、15、16、17、18完成基礎2各段的連接和下降到設定的深度後，拆除裝置4抽出鏈刀5後灌注混凝土，完成深水基礎的施工。

下面結合附圖進一步描述本發明的技術方案：

如圖1～圖3所示，深水基礎包括上部基礎1A和下部基礎2A，施工裝置包括上部基礎1A的施工裝置3和下部基礎2A的施工裝置4；上部基礎1A是中空的，空腔內設有基礎2或裝置4的導向裝置，上部基礎1A的底部是通過施工裝置3利用自重或負壓切入巖土的；當基礎1達到設定的深度後，排出基礎1空腔中的水，將下部基礎2放入上部基礎1的腔內，下部基礎2的底部施工時帶有鏈刀5；施工裝置3包括抽水裝置3-1和施工船3-2，裝置3-1與基礎1連接成一體，使基礎1的底部產生負壓,3-2是施工船,包括船體3-2-1和起重裝置3-2-2, 起重裝置3-2-2是行架結構，可以在x和y方向移動,基礎1A的頂部是高於水面的,基礎1A的頂部與船體3-2-1構成深水基礎的施工作業平臺，上方設有起重裝置3-2-2。

如圖4～圖8所示，施工裝置4包括設在上部基礎1A內腔的固定導向裝置4-1、鏈刀動力傳動裝置4-2、棄土處理裝置4-3和機架4-4，裝置4-2和裝置4-3均安裝在機架4-4上，裝置4-2和基礎2及鏈刀5組成鏈式挖掘裝置6，基礎2是鏈式挖掘裝置6的機架，鏈刀5僅挖掘基礎2底部的巖土，鏈刀5由鏈條5-1和固定於鏈條5-1上挖掘巖土的刀具5-2組成；裝置4-1對基礎2和／或機架4-4進行導向，使基礎2A成鉛直狀態；施工時，機架4-4與基礎2的頂部連接成一體，裝置4-2驅動鏈刀5沿著基礎2上的軌道運行，鏈刀5挖掘基礎2A底部的巖土，並將已挖掘的巖土帶至上方，裝置4-3將鏈刀5從基礎2A底部帶上來的巖土與鏈刀5分離，機架4-4隨著基礎2A一起同步下降，當基礎2A達到設定的深度，拆除施工裝置3和鏈刀5，灌漿並使基礎1A和基礎2A固連一體成深水基礎。

如圖9～圖10所示，深水基礎是橋梁基礎，橋梁基礎包括若干個基礎1A和若干個基礎2A。

如圖11～圖21所示，施工法分如下歩驟：

1）在工廠預製基礎1A，分段或整體預製基礎2A；

2）將基礎1A水平浮運至設定位置；

3）在基礎1A的底部注水，使基礎1A豎起；

4）利用裝置3在自重的作用下，使基礎1A的底部嵌入巖土，基礎1A的底部形成封閉腔體；

5）啟動裝置3-1，抽基礎1A底部封閉腔體內的水，使之形成負壓；

6）在基礎1A自重和負壓的作用下，基礎1A下降至設定深度；

7）抽出基礎1A腔體內的水，拆除裝置3-1，在基礎1A腔內安裝裝置4-1；

8）將基礎2A的第一段即底段基礎2A-1運至現場，裝入裝置4-1內，安裝鏈刀5和泥漿管路7-1；

9）將裝置4中的機架4-4的底部與第一段基礎2A-1的頂部相連，將裝置4底部的鏈刀5與第一段基礎2A-1頂部的鏈刀5相連組成鏈式挖掘裝置6，將裝置4底部的泥漿管路7-1與第一段基礎2A-1頂部的泥漿管路7-1相連；

10）啟動裝置4-2，裝置4-2帶動鏈刀5沿著基礎2A-1上的軌道運行，鏈刀5挖掘第一段基礎2A-1底部的巖土，並將已挖掘的巖土帶至上方，裝置4-3將鏈刀5從基礎2A-1底部帶上來的巖土與鏈刀5分離；

11）機架4-4隨著第一段基礎2A-1一起同步下降至設定深度；

12）將裝置4與第一段基礎2A-1分離並移走；

13）將第二段基礎2A-2裝入裝置4-1內；

14）將第二段基礎2A-2的底部與第一段基礎2A-1的頂部相連，將第二段基礎2A-2底部的鏈刀5與第一段基礎2A-1頂部的鏈刀5相連，將第二段基礎2A-2底部的泥漿管路7-1與第一段基礎2A-1頂部的泥漿管路7-1相連；

15）將裝置4中的機架4-4的底部與第二段基礎2A-2的頂部相連，將裝置4底部的鏈刀5與第二段基礎2A-2頂部的鏈刀5相連，組成鏈式挖掘裝置6，將裝置4底部的泥漿管路7-1與第二段基礎2A-2頂部的泥漿管路7-1相連；

16）啟動裝置4-2，裝置4-2帶動鏈刀5沿著基礎2A上的軌道運行，鏈刀5挖掘第一段基礎2A-1底部的巖土，並將已挖掘的巖土帶至上方，裝置4-3將鏈刀5從基礎2A底部帶上來的巖土與鏈刀5分離；

17）機架4-4、第一段基礎2A-1和第二段基礎2A-2一起同步下降至設定深度；

18）將裝置4與第二段基礎2A-2分離並移走；

重複上述13、14、15、16、17、18完成基礎2A各段的連接和下降到設定的深度後，拆除裝置4抽出鏈刀5後灌注混凝土，完成深水基礎的施工。