一種適用于深水區的橋塔支撐結構及施工方法與流程
1.本發明屬于橋梁工程領域，更具體地，涉及一種適用于深水區的橋塔支撐結構及施工方法。
背景技術：
2.隨著國民經濟的快速發展，交通建設需求猛增，國內外正在修建和準備修建的大型橋梁越來越多，且隨著跨海大橋的出現，橋梁跨徑越來越大。這些長、大橋梁多數修建在水深、流急的大江河上或環境惡劣的海上，往往遇到覆蓋層較厚、持力層較深、地質條件復雜等難題，非常不利于橋梁施工，興建的難度也更大。橋塔結構(橋梁的下部結構)的建造成本一般占整座橋梁30％的投資，是影響橋梁經濟性的重要因素。
3.針對深水區的橋塔結構，目前常用的形式主要有大直徑深鉆孔集樁和沉井，在厚覆蓋層地區應用面臨以下問題：
4.1、大直徑深鉆孔集樁，尺寸龐大，結構對河床的變化、沖刷等條件的改變，適應性較差；樁效應明顯，樁基準確計算難度較大。施工時需另設置施工平臺、導向架、鋼圍堰等諸多復雜工藝，海上作業工序繁瑣、作業時間長。
5.2、常規沉井，在深水厚覆蓋層條件下的結構尺寸往往較大，大體量的沉井制造運輸困難，也給在厚覆蓋層中下沉控制糾偏帶來不便，同時對結構局部沖刷會產生不利影響。對于風大浪急地區，沉井下放精確定位困難；沉井下放到位后，沉井周圍防沖刷(護底)層施工困難且施工工作量大。
6.總體而言，大直徑深鉆孔集樁和沉井施工過程中對原始土層擾動大(需要深挖)，且施工復雜(結構體積大、配套設備多)，導致在深水區的施工進度較慢。
技術實現要素：
7.針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種適用于深水區的橋塔支撐結構及施工方法，其目的在于結構簡單、分散，施工工藝便捷，對原始土層擾動較小，從而可以提高在深水區的施工進度。
8.第一方面，本發明提供了一種適用于深水區的橋塔支撐結構，所述橋塔支撐結構包括從下至上依次包括多個鋼管樁、墊層、兩個預制沉箱和兩個鋼混立柱；
9.多個所述鋼管樁間隔布置，且多個所述鋼管樁用于插裝至基坑下方的軟土層中；
10.所述墊層用于鋪設在所述基坑的底部，且各所述鋼管樁的頂端插裝在所述墊層中；
11.各所述預制沉箱位于所述墊層上，各所述預制沉箱的底部具有裙筒，各所述裙筒貫穿所述墊層，且多個所述鋼管樁的頂部位于相對應的所述裙筒內；
12.兩個所述鋼混立柱和兩個所述預制沉箱一一對應，各所述鋼混立柱是由外鋼圓筒、內鋼圓筒以及澆筑在所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒之間的混凝土構成，所述鋼混立柱的底端固定插裝在相對應的所述預制沉箱中，兩個所述鋼混立柱的頂端通過橫梁連接。
13.可選地，所述墊層從下至上依次包括濾沙層、鵝卵石層和碎石層。
14.可選地，所述墊層上方還具有防沖刷層，所述防沖刷層圍設在兩個所述預制沉箱外周。
15.可選地，各所述預制沉箱均為鋼筋混凝土結構，且各所述預制沉箱為通過在相對應的所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒的底端澆筑鋼筋混凝土制得，以連接所述預制沉箱和所述外鋼圓筒、所述內鋼圓筒。
16.可選地，各所述預制沉箱和相對應的所述裙筒一體澆筑成型。
17.可選地，所述預制沉箱內設置有多個橫向隔板和多個縱向隔板，多個所述橫向隔板和多個所述縱向隔板呈網狀布置。
18.可選地，各所述鋼混立柱的所述內鋼圓筒內插裝有多個加勁支撐，多個所述加勁支撐之間平行間隔布置。
19.可選地，各所述裙筒的底部具有斜腳，所述斜腳的底部為錐形。
20.可選地，各所述預制沉箱為方形結構或者圓形結構。
21.第二方面，本發明提供了一種適用于深水區的橋塔支撐結構的施工方法，所述施工方法基于第一方面所述的橋塔支撐結構，所述施工方法包括：
22.在深水區下的軟土層開挖基坑，在所述基坑下方的軟土層插裝多個所述鋼管樁，并在多個所述鋼管樁的頂端鋪設所述墊層；
23.提前制備所述預制沉箱、所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒，并將所述外鋼圓筒和相對應的所述外鋼圓筒、所述內鋼圓筒固定插裝在相對應的所述預制沉箱中；
24.通過船舶將各所述預制沉箱下沉至所述墊層上，且各所述裙筒貫穿所述墊層，各所述外鋼圓筒和各所述內鋼圓筒的頂端均伸出水面；
25.在所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒之間均澆筑所述混凝土，得到兩個所述鋼混立柱，并通過所述橫梁連接兩個所述鋼混立柱頂端。
26.本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
27.對于本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，在施工過程中，首先，在深水區下的軟土層開挖基坑，在基坑下方的軟土層插裝多個鋼管樁，并在多個鋼管樁的頂端鋪設墊層。通過淺挖形成基坑即可(防止回淤)，鋼管樁插裝在基坑下方的軟土層，無需深挖，對原始土層擾動較小。另外，墊層可以起到減震，并將上部結構的載荷均勻擴散至土層。然后，提前制備預制沉箱、外鋼圓筒和內鋼圓筒，并將外鋼圓筒和相對應的外鋼圓筒、內鋼圓筒固定插裝在相對應的預制沉箱中。預制沉箱、外鋼圓筒和內鋼圓筒可以提前預制并裝配，且采用兩個預制沉箱和兩個鋼混立柱，從而可以單獨實現運輸和布置，降低了施工難度。另外，此時各鋼混立柱內未澆筑混凝土，質量較小，配套設備少，便于搬運，提高施工效率。接著，通過船舶將各預制沉箱下沉至墊層上，且各裙筒貫穿墊層，各外鋼圓筒和各內鋼圓筒的頂端均伸出水面。裙筒在跟隨預制沉箱下降后會貫穿墊層并插入至基坑底部，通過大尺寸且受力分散的裙筒實現對預制沉箱、鋼混立柱的定位，降低了對地基承載力的要求，減少鋼管樁數量。最后，在外鋼圓筒和內鋼圓筒之間均澆筑混凝土，得到兩個鋼混立柱，并通過橫梁連接兩個鋼混立柱頂端。此時，鋼混立柱可以形成穩定的支撐，實現后續對橋塔的支撐。
28.也就是說，本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，結構簡單、分
散，施工工藝便捷，對原始土層擾動較小，從而可以提高在深水區的施工進度。
附圖說明
29.圖1是本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構的結構示意圖；
30.圖2是本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構的剖視圖；
31.圖3是本發明實施例提供的預制沉箱的剖視圖；
32.圖4是本發明實施例提供的裙筒的局部放大圖；
33.圖5是本發明實施例提供的橫梁的剖視圖；
34.圖6是本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構的施工方法的流程圖。
35.圖中各符號表示含義如下：
36.1、鋼管樁；2、墊層；21、防沖刷層；3、預制沉箱；31、裙筒；32、橫向隔板；33、縱向隔板；34、斜腳；4、鋼混立柱；41、加勁支撐；5、橫梁。
具體實施方式
37.為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
38.圖1是本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構的結構示意圖，圖2是本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構的剖視圖，結合圖1和圖2所示，橋塔支撐結構包括從下至上依次包括多個鋼管樁1、墊層2、兩個預制沉箱3和兩個鋼混立柱4。
39.多個鋼管樁1間隔布置，且多個鋼管樁1用于插裝至基坑下方的軟土層中。
40.墊層2用于鋪設在基坑的底部，且各鋼管樁1的頂端插裝在墊層2中。
41.各預制沉箱3位于墊層2上，各預制沉箱3的底部具有裙筒31，各裙筒31貫穿墊層2，且多個鋼管樁1的頂部位于相對應的裙筒31內。
42.兩個鋼混立柱4和兩個預制沉箱3一一對應，各鋼混立柱4是由外鋼圓筒、內鋼圓筒以及澆筑在外鋼圓筒和內鋼圓筒之間的混凝土構成，鋼混立柱4的底端固定插裝在相對應的預制沉箱3中，兩個鋼混立柱4的頂端通過橫梁5連接。
43.對于本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，在施工過程中，首先，在深水區下的軟土層開挖基坑，在基坑下方的軟土層插裝多個鋼管樁1，并在多個鋼管樁1的頂端鋪設墊層2。通過淺挖形成基坑即可(防止回淤)，鋼管樁1插裝在基坑下方的軟土層，無需深挖，對原始土層擾動較小。另外，墊層2可以起到減震，并將上部結構的載荷均勻擴散至土層。然后，提前制備預制沉箱3、外鋼圓筒和內鋼圓筒，并將外鋼圓筒和相對應的外鋼圓筒、內鋼圓筒固定插裝在相對應的預制沉箱3中。預制沉箱3、外鋼圓筒和內鋼圓筒可以提前預制并裝配，且采用兩個預制沉箱3和兩個鋼混立柱4，從而可以單獨實現運輸和布置，降低了施工難度。另外，此時各鋼混立柱4內未澆筑混凝土，質量較小，配套設備少，便于搬運，提高施工效率。接著，通過船舶將各預制沉箱3下沉至墊層2上，且各裙筒31貫穿墊層2，
各外鋼圓筒和各內鋼圓筒的頂端均伸出水面。裙筒31在跟隨預制沉箱3下降后會貫穿墊層2并插入至基坑底部，通過大尺寸且受力分散的裙筒31實現對預制沉箱3、鋼混立柱4的定位，降低了對地基承載力的要求，減少鋼管樁1數量。最后，在外鋼圓筒和內鋼圓筒之間均澆筑混凝土，得到兩個鋼混立柱4，并通過橫梁5連接兩個鋼混立柱4頂端。此時，鋼混立柱4可以形成穩定的支撐，實現后續對橋塔的支撐。
44.也就是說，本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，結構簡單、分散，施工工藝便捷，對原始土層擾動較小，從而可以提高在深水區的施工進度。
45.需要說明的是，鋼混立柱4頂端通過混凝土澆筑密封。
46.在本實施例中，墊層2從下至上依次包括濾沙層、鵝卵石層和碎石層，從而可以有效減震及分散上部結構的載荷。
47.示例性地，墊層2上方還具有防沖刷層21，防沖刷層21圍設在兩個預制沉箱3外周。防沖刷層21可以防止流水對墊層2的沖刷。
48.在本實施例中，各預制沉箱3均為鋼筋混凝土結構，且各預制沉箱3為通過在相對應的外鋼圓筒和內鋼圓筒的底端澆筑鋼筋混凝土制得，以連接預制沉箱3和外鋼圓筒、內鋼圓筒。
49.在上述實施方式中，通過澆筑鋼筋混凝土結構不僅可以提前制備預制沉箱3，同時還能實現預制沉箱3和外鋼圓筒、內鋼圓筒的穩定連接。
50.示例性地，各預制沉箱3和相對應的裙筒31一體澆筑成型，從而增大兩者的連接強度。
51.再次參見圖1和圖2，各鋼混立柱4的內鋼圓筒內插裝有多個加勁支撐41，多個加勁支撐41之間平行間隔布置。加勁支撐41可以增大鋼混立柱4的結構強度。
52.示例性地，加勁支撐41為金屬結構件。
53.圖3是本發明實施例提供的預制沉箱的剖視圖，如圖3所示，預制沉箱3內設置有多個橫向隔板32和多個縱向隔板33，多個橫向隔板32和多個縱向隔板33呈網狀布置。
54.在上述實施方式中，多個橫向隔板32和多個縱向隔板33可以增大預制沉箱3的結構強度。
55.圖4是本發明實施例提供的裙筒的局部放大圖，如圖4所示，各裙筒31的底部具有斜腳34，斜腳34的底部為錐形，斜腳34可以實現裙筒31在軟土層中的的快速插裝。
56.示例性地，各預制沉箱3為方形結構或者圓形結構。
57.圖5是本發明實施例提供的橫梁的剖視圖，如圖5所示，橫梁5為真空結構，可以減重。另外，橫梁5為混凝土結構。
58.本發明提供的結構其優勢主要體現在以下幾方面：
59.1、上部采用兩個圓形鋼混立柱4，在保證結構整體性和穩定性的同時，阻水面積小，所受波流力及局部沖刷均較小。
60.2、采用分體式的兩個預制沉箱3，化整為零，在拖航、系泊及沉放時對設備要求更低，容易操作，下沉時更易糾偏定位，穩定性好，不易受經常變化著的流向、流速、波浪等的影響。
61.3、水下施工工序少、混凝土方量少，施工工藝簡單，施工風險低。各預制沉箱3可采用陸上預制，浮運至施工現場，一次性下沉到設計指定位置，將大量現場水上工作改在岸上
工廠預制。
62.4、鋼管樁1使用數量少，對原始覆蓋土層的擾動更小。通過設置裙筒31嵌入土層的方法，降低了對地基承載力的要求，不需要大量插打鋼管樁，海底施工工作量小，建設成本低。
63.5、預制沉箱3與軟土層之間設置墊層2，可使上部結構荷載均勻擴散至土層中，同時對地震可起到減隔震的作用。預制沉箱3精確下放就位后，可通過在預制沉箱3的底部設置注漿孔，對墊層2澆筑混凝土，以進一步提高地基承載力。
64.圖6是本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構的施工方法的流程圖，如圖6所示，該施工方法基于上述的橋塔支撐結構，施工方法包括：
65.s601、在深水區下的軟土層開挖基坑，在基坑下方的軟土層插裝多個鋼管樁1，并在多個鋼管樁1的頂端鋪設墊層2。
66.s602、提前制備及裝配預制沉箱3、外鋼圓筒和內鋼圓筒，并將外鋼圓筒和相對應的外鋼圓筒、內鋼圓筒固定插裝在相對應的預制沉箱3中。
67.s603、通過船舶將各預制沉箱3下沉至墊層2上，且各裙筒31貫穿墊層2，各外鋼圓筒和各內鋼圓筒的頂端均伸出水面。
68.s604、在外鋼圓筒和內鋼圓筒之間均澆筑混凝土，得到兩個鋼混立柱4，并通過橫梁5連接兩個鋼混立柱4頂端。
69.本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
技術特征：
1.一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，所述橋塔支撐結構包括從下至上依次包括多個鋼管樁(1)、墊層(2)、兩個預制沉箱(3)和兩個鋼混立柱(4)；多個所述鋼管樁(1)間隔布置，且多個所述鋼管樁(1)用于插裝至基坑下方的軟土層中；所述墊層(2)用于鋪設在所述基坑的底部，且各所述鋼管樁(1)的頂端插裝在所述墊層(2)中；各所述預制沉箱(3)位于所述墊層(2)上，各所述預制沉箱(3)的底部具有裙筒(31)，各所述裙筒(31)貫穿所述墊層(2)，且多個所述鋼管樁(1)的頂部位于相對應的所述裙筒(31)內；兩個所述鋼混立柱(4)和兩個所述預制沉箱(3)一一對應，各所述鋼混立柱(4)是由外鋼圓筒、內鋼圓筒以及澆筑在所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒之間的混凝土構成，所述鋼混立柱(4)的底端固定插裝在相對應的所述預制沉箱(3)中，兩個所述鋼混立柱(4)的頂端通過橫梁(5)連接。2.根據權利要求1所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，所述墊層(2)從下至上依次包括濾沙層、鵝卵石層和碎石層。3.根據權利要求2所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，所述墊層(2)上方還具有防沖刷層(21)，所述防沖刷層(21)圍設在兩個所述預制沉箱(3)外周。4.根據權利要求1所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，各所述預制沉箱(3)均為鋼筋混凝土結構，且各所述預制沉箱(3)為通過在相對應的所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒的底端澆筑鋼筋混凝土制得，以連接所述預制沉箱(3)和所述外鋼圓筒、所述內鋼圓筒。5.根據權利要求4所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，各所述預制沉箱(3)和相對應的所述裙筒(31)一體澆筑成型。6.根據權利要求1所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，所述預制沉箱(3)內設置有多個橫向隔板(32)和多個縱向隔板(33)，多個所述橫向隔板(32)和多個所述縱向隔板(33)呈網狀布置。7.根據權利要求1-6任意一項所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，各所述鋼混立柱(4)的所述內鋼圓筒內插裝有多個加勁支撐(41)，多個所述加勁支撐(41)之間平行間隔布置。8.根據權利要求1-6任意一項所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，各所述裙筒(31)的底部具有斜腳(34)，所述斜腳(34)的底部為錐形。9.根據權利要求1-6任意一項所述的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，其特征在于，各所述預制沉箱(3)為方形結構或者圓形結構。10.一種適用于深水區的橋塔支撐結構的施工方法，其特征在于，所述施工方法基于權利要求1-9任意一項所述的橋塔支撐結構，所述施工方法包括：在深水區下的軟土層開挖基坑，在所述基坑下方的軟土層插裝多個所述鋼管樁(1)，并在多個所述鋼管樁(1)的頂端鋪設所述墊層(2)；提前制備所述預制沉箱(3)、所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒，并將所述外鋼圓筒和相對應的所述外鋼圓筒、所述內鋼圓筒固定插裝在相對應的所述預制沉箱(3)中；
通過船舶將各所述預制沉箱(3)下沉至所述墊層(2)上，且各所述裙筒(31)貫穿所述墊層(2)，各所述外鋼圓筒和各所述內鋼圓筒的頂端均伸出水面；在所述外鋼圓筒和所述內鋼圓筒之間均澆筑所述混凝土，得到兩個所述鋼混立柱(4)，并通過所述橫梁(5)連接兩個所述鋼混立柱(4)頂端。
技術總結
本發明公開了一種適用于深水區的橋塔支撐結構及施工方法，屬于橋梁工程領域。所述橋塔支撐結構包括從下至上依次包括多個鋼管樁、墊層、兩個預制沉箱和兩個鋼混立柱。多個鋼管樁間隔布置，且多個鋼管樁用于插裝至基坑下方的軟土層中。墊層用于鋪設在基坑的底部，且各鋼管樁的頂端插裝在墊層中。各預制沉箱位于墊層上，各預制沉箱的底部具有裙筒，各裙筒貫穿墊層，且多個鋼管樁的頂部位于相對應的裙筒內。各鋼混立柱是由外鋼圓筒、內鋼圓筒以及澆筑在外鋼圓筒和內鋼圓筒之間的混凝土構成。本發明實施例提供的一種適用于深水區的橋塔支撐結構，結構簡單、分散，施工工藝便捷，對原始土層擾動較小，從而可以提高在深水區的施工進度。度。度。
