[发明专利]桥梁沉箱复合桩基础及其逆作建造方法

说明书

技术领域

本发明属于深水桥梁基础构造及建造，具体涉及一种桥梁沉箱复合桩基础及其逆作建造方法。

背景技术

目前的桥梁基础结构型式有高桩承台基础、低桩承台基础、沉井基础、沉井加桩基础、沉箱基础等。

由于桩基础具有将上部载荷直接传送到深部较好持力层的优点，在遇到深厚软基或覆盖层中赋存有软弱夹层时，可克服深厚软基的工后沉降问题，因此往往采用桩基承台基础。而根据地层条件和施工条件，桩基础又分为钻孔灌注桩和打入钢管桩。其中打入钢管桩在跨海桥梁中应用较多。而钻孔灌注桩基础加双壁钢围堰的复合桩基础型式在我国应用较多，这是由于一方面双壁钢围堰可以用于桩基施工用的临时围护结构，便于基础的施工；另一方面，该结构在基础施工完后可以用做永久防碰撞设施，起到保护桥梁基础的作用。

而水中沉井基础应用较少，屈指可数的有海口世纪大桥等为数不多的几座，沉箱基础则还未曾使用。

国外对于深水浅覆盖层桥梁基础多采用管柱基础或沉箱基础，如日本大鸣门大桥主塔墩基础采用了直径达Ф7.0m的大直径多柱式基础，而日本横滨港横断桥更是采用了直径达Ф10.0m的大直径多柱式基础，日本明石海峡大桥、丹麦的大带桥东桥、加拿大诺森伯兰海峡大桥等均采用了预制沉放沉箱基础。而对于深水深厚软基上的桥梁基础较多地采用沉井或沉箱复合基础，如日本名港中央大桥采用气压沉井，印度超人甘地桥(Mahatma Gandhi Bridge)采用沉井基础，而希腊里奥-安蒂里奥桥(Rion-Antirion)采用了在钢管桩和碎石加固后形成的复合地基上安放预制沉箱的复合基础，其基础水深达65m，首先进行基础位置的海底挖泥清淤作业，敷设90cm厚的反滤砂层，然后利用水上移动工作平台插打250根直径2m钢管桩至水下，最后再以1.6～2.3m厚的鹅卵石层以及50cm厚的碎石层覆盖，采用了水下机器人进行基础地基处理，最后将在干船坞和湿船坞预制的圆型沉箱基础整体浮运就位后压水下沉安置在用钢桩加固好的复合地基上。

针对跨海桥梁深水(水深大于50米)、厚覆盖软土层的建设条件，设计上需要克服两个技术难点：一是基础型式要适应巨大的波浪力、地震力和船舶撞击力等水平力，另一是深厚软土地层的工后沉降问题。高桩承台基础无法满足海洋深水条件下的巨大水平力设计要求；若采用低桩承台基础，按目前的桩基础设计理论，建立在满足承载力的基础上，即按上部结构荷载来确定桩数及桩长，显然这对于沉降过大而采用桩基的情况来说，采用这种传统的桩基过于保守了，造成了过高的基础工程费用，且深水条件下低桩承台基础施工难度巨大，因此对于深水软基的桥梁基础而言，低桩承台基础不能适应；若采用沉箱、沉井结构基础，虽然基础的竖向承载力和水平力适应性较好，但对厚覆盖软基层不进行任何处理则会造成较大的工后沉降，这对桥梁的上部结构不利，因此需要解决工后沉降变形这一主要技术难题；沉井加桩基础虽能有利于解决工后沉降变形，但沉井能否顺利下沉与地质条件关系密切；类似里奥-安蒂里奥桥的沉箱复合基础也有利于解决工后沉降变形，但复合基础施工需克服恶劣的海洋环境条件，且成本巨大。因此，当遇到深水(水深大于50米)、深厚软基覆盖层的建设条件时，以上现有的桥梁基础型式均存在局限性，难以适应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应深水厚软基的建设条件下的桥梁沉箱复合桩基础及其逆作建造方法，以解决上述问题。

本发明的桥梁沉箱复合桩基础逆作建造方法，它是将桥梁沉箱下沉着床后，在沉箱内部进行打桩施工，并将桩的上部与沉箱底部连接成整体形成沉箱复合桩基础。

在沉箱内部进行桩施工时，沉箱上部同时进行桥塔上部结构施工。

桥梁沉箱复合桩基础逆作建造其建造过程为：(1)基础清淤；(2)沉箱下沉着床；(3)沉箱定位；(4)沉箱内进行打桩施工；(5)沉箱内底板砼浇筑施工，将桩与沉箱底板连接成整体。

本发明的桥梁沉箱复合桩基础，包括桩，桩与沉箱底板连接；桩与沉箱底板之间设密封装置。

本发明沉箱复合桩基础桥梁结构型式：在沉箱底板上布置钢管群桩，并与沉箱底板固结，形成一种沉箱复合桩基础型式，即：沉箱基础底板承担部分外荷载，桩基础承担部分外荷载并控制工后沉降。由于沉箱本身具有较好的抵抗深水条件下巨大水平力的特性，而桩基础可将荷载传递至地层深处，适应厚软土层地基工后沉降变形的特点。因此，二者结合起来的沉箱复合桩基础是深水、厚软基桥梁基础的理想型式。