[发明专利]轴心单桩多脚架基础及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及海上建筑工程，尤其涉及一种轴心单桩多脚架基础及其施工方法。

背景技术

在海洋工程基础的结构类型中，导管架、桩基承台、单桩、普通多脚架结构均是最常用的基础结构形式。

导管架一般为钢桁架结构，刚度大、稳定性好、用材较节约，但导管架结构杆件连接较为复杂，制作相对麻烦，加工费用高。导管架以桩顶位于水面以下的桩基为支承与固定结构，沉桩施工需水下送桩，施工难度较大，对设备要求高；若需作嵌岩桩施工时，需要另外打桩并搭设工作平台用于嵌岩桩施工，从而增加较多的工期与费用。另外，若采用先沉桩后安装导管架的施工工艺，则面临导管架对位困难。还有，若需要水下截桩、导管架垂直度调整时，这些施工工序全部要在水下完成，则会增加更多工期与费用。

桩基承台结构由桩基与砼墩台构成，受力较为明确，结构的整体性较好。但承台下桩基自由长度较长，基础刚度取决于桩基的数量、倾斜率和桩身刚度，所以一般桩数较多。同时由于实体的承台所受到的波浪浮托力和波浪力很大，对桩基础的抗水平力和抗拔能力提出了更高要求。在水上浇筑钢筋混凝土承台需要大型钢模板、水上搅拌船等设备，受工况影响大，工时长、费用高。若基础桩基抗拔力不满足要求，则需嵌岩施工，其嵌岩施工难度较大，施工周期长，工程费用相当高昂。

单桩结构形式最为简单，施工速度快，水上工作量小，但为满足强度要求桩身选择较粗大，从而需要承受较大的水平波浪力作用。单桩基础结构的悬臂长度长，基础刚度相对偏小，自由段位移相对较大，不适合用于深水地区。单桩结构断面大、壁厚大，自重大，钢材用量大，大直径钢管桩对起吊、打桩设备要求较高，施工费用较高。单桩结构目前并不适合在需要桩基嵌岩施工的地区，因为大直径嵌岩桩施工难度大，且施工机械很少，施工费用奇高。

普通多脚架结构为基桩与多脚框组成的钢杆件结构，基桩数相对较少，工厂化程度较高，水上施工工作量也较少，施工速度较快。但普通多脚架结构对于节点处理的施工要求较高，调平难度大，施工难度及精度要求很高。在持力层覆盖厚度比较小的地区不太适合使用本结构，主要是因为需要另外施打辅助桩及搭设施工平台进行嵌岩桩施工，会导致工期长、费用高。普通多脚架施工过程是先施工基桩，然后在基桩顶部安装多脚架，无法实施斜桩基础结构安装。

根据目前导管架、髙桩承台、单桩、普通多脚架结构等浅海基础结构形式的类型及特点，各种基础各有各自的优势，也存在以下不足之处，概括如下： 

1、导管架的主要优点：工厂化程度高、受波浪力小、结构整体性好、适应不同水深区域、节省材料、工期短；其主要缺点：水下对位困难、垂直度调整困难，水下灌浆连接要求高，不太适应需要桩基嵌岩的地质情况。

2、高桩承台的主要优点：施工设备可选择性大、结构整体性较好、同类结构经验较多；其主要缺点：工厂化程度低、桩数多、受波浪力大、钢筋混凝土承台施工难、水上施工工序多、工期长，不太适应需要桩基嵌岩的地质情况。

3、单桩基础的主要优点：工厂化程度高、海上工序少、海上施工快、工期短；其主要缺点：不适应水深较深的海区、受波浪力较大、使用期变形较大、材料用量大、需大型起重及打桩设备，不适用需要桩基嵌岩的地质情况。

4、普通多脚架的主要优点：工厂化程度高、海上工序相对较少；其主要缺点：桩精度要求高，安装困难、调平难度大，不可实施斜桩，不太适应需要桩基嵌岩的地质情况。

发明内容

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种结构稳定、施工便利的轴心单桩多脚架基础。同时，本发明还提供一种结构稳定、施工便利的轴心单桩多脚架基础的施工方法。

为了克服现有技术不足，本发明采用的技术方案是：一种轴心单桩多脚架基础，其包括由多个联系杆围成多边形并于多边形顶点处设有圆筒型钢脚筒的水平设置的多脚框、位于多脚框中央的作为上部设备基础连接段的钢柱、与钢柱下端连接的轴心桩，所述多脚框与钢柱通过水平连杆和/或斜连杆连成整体，所述钢脚筒穿设有基桩，钢脚筒与基桩间预留环形缝便于灌砂浆形成连接节点。

作为本发明轴心单桩多脚架基础的技术方案的一种改进，所述多脚框为至少三边的多边形框形结构。

作为本发明轴心单桩多脚架基础的技术方案的一种改进，各所述钢脚筒全部沿竖向竖直布置，或全部倾斜布置，或竖直与倾斜混合布置。

作为本发明轴心单桩多脚架基础的技术方案的一种改进，所述钢柱分为上下两段，钢柱上段为上部设备基础连接段，钢柱下段为与轴心桩对接的插接段，钢柱上段的直径大于钢柱下段的直径，钢柱上段与钢柱下段之间呈倒圆台形连接过渡。