[发明专利]一种具有吸力式裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础

说明书

技术领域

本发明属于桥梁技术领域，具体涉及一种具有吸力式裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础。

背景技术

随着桥梁建设从内陆走向外海，深水、软基、强风、急流、波浪、强震等建设条件更加复杂。跨海桥梁基础往往位于深水区，存在软土、砂土、粘性土、碎(卵)石土交替的厚覆盖层，且覆盖层中还可能分布有不均的软(硬)夹层；对大跨径斜拉桥和悬索桥的主塔基础，除了承受巨大的竖向力之外，还承受着波浪力、地震力、船撞力等水平向荷载作用。上述建设条件对跨海桥梁深水基础施工过程、运营阶段的都提出了极高的要求。

目前常用的深水基础结构型式有群桩基础、沉井基础、沉箱基础和复合基础等。

群桩基础能够穿过深厚覆盖层，将上部荷载传递至土层深处较好的持力层，具有较大的竖向承载能力。但随着水深的增大，群桩基础围堰的施工难度增加，且桩的自由长度增加导致抵抗水平作用能力下降，难以满足水平刚度要求。

沉井基础和沉箱基础虽然能有利于解决桩基施工平台的搭设、桩的自由长度过大等难题。但沉井自身能否顺利下沉与地质条件密切相关，在场地土局部存在硬夹层或胶结性较强的地层中难以有效下沉。沉箱基础整体性好，利于外海施工，但如果持力层为厚软弱覆盖层时，则需要很大的基础规模，且基础变位较大，需要采取措施提高地基刚度。

预制桩加固地基的沉箱复合基础是一种新型桥梁基础型式。但加固地基后基础沉降呈“中心大、边缘小”的碟形分布，造成沉箱内应力增加，对于水下混凝土裂缝控制带来不利影响。而且，通过预制桩加固地基可以提高沉箱的竖向承载能力，但对水平承载能力的提高有限。

裙筒式基础在软土地基上的海上风电工程、海洋石油平台工程中得到了较为广泛的应用。依靠群筒内的负压将基础压入土中，基础具有较强的水平及抗弯、抗扭承载能力，但基础的竖向承载能力有限、竖向变形较大。

因此，面对外海复杂的建设条件，迫切需要研究开发竖向、水平、抗弯及抗扭转受力性能好，防冲刷性能强，经济性优的新型桥梁深水基础。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种具有吸力式裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础，以解决深水厚覆盖层条件下桥梁基础建设难题，达到有效提高基础的竖向和水平向承载能力、控制基础沉降和水平位移的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种具有吸力式裙筒与半刚性连接桩的沉箱复合基础，该沉箱复合基础包括沉箱1、吸力式裙筒2、半刚性垫层3和预制桩4，其中：吸力式裙筒2有多个，其顶部固接于沉箱1底部周圈；半刚性垫层3形成于沉箱1之下并与沉箱1底部直接接触成为一体；预制桩4有多根，其顶端固接于半刚性垫层3内部并与半刚性垫层3成为一体，其底端延伸至地基深处。

上述方案中，所述沉箱1包括顶板5、底板6、外壁板7、内壁板8和空腔9，且沉箱1的底板6预留有抽水孔兼注浆孔10，其中，沉箱1的顶板5的尺寸小于底板6的尺寸，其中心线处的纵剖面为上小下大的等腰梯形或倒“T”型结构。所述沉箱1的横截面为圆形、圆端形或倒角矩形，所述沉箱1的材质为钢筋混凝土、钢壳混凝土或预应力钢筋混凝土。

上述方案中，所述吸力式裙筒2由外裙边11、内裙边12和筒肋13构成，其顶面固定在沉箱1底板6下部的周圈，形成顶面封闭、底面开敞、平面闭合的多个裙筒。所述吸力式裙筒2的高度h＝3～12m，外裙边11的厚度t＝0.2～3m、内裙边12的厚度t1＝0.2～2m及筒肋13的厚度t2＝0.2～2m；为便于吸力式裙筒2入土下沉，外裙边11、内裙边12和筒肋13的底部设有刃脚；所述吸力式裙筒2的材质为钢、钢筋混凝土或钢壳混凝土。

上述方案中，所述半刚性垫层3包括砂层14和级配碎石层15，且级配碎石层15形成于砂层14之上。半刚性垫层3的形成过程如下：在沉箱1沉放前先铺设砂层14，然后用水下液压锤打设多根按一定间距布置的预制桩4，在此基础上铺设级配碎石层15，待沉箱1下沉就位后通过沉箱1底板6预留的抽水孔兼注浆孔10将水泥浆注入于沉箱1的底部，水泥浆浸透到级配碎石层15和砂层14中，水泥浆凝固后使级配碎石层15和砂层14形成半刚性垫层3；所述预制桩4通过半刚性垫层3与沉箱1形成半刚性连接。