一种适用于深水区的桥塔支撑结构及施工方法与流程
1.本发明属于桥梁工程领域，更具体地，涉及一种适用于深水区的桥塔支撑结构及施工方法。
背景技术：
2.随着国民经济的快速发展，交通建设需求猛增，国内外正在修建和准备修建的大型桥梁越来越多，且随着跨海大桥的出现，桥梁跨径越来越大。这些长、大桥梁多数修建在水深、流急的大江河上或环境恶劣的海上，往往遇到覆盖层较厚、持力层较深、地质条件复杂等难题，非常不利于桥梁施工，兴建的难度也更大。桥塔结构(桥梁的下部结构)的建造成本一般占整座桥梁30％的投资，是影响桥梁经济性的重要因素。
3.针对深水区的桥塔结构，目前常用的形式主要有大直径深钻孔集桩和沉井，在厚覆盖层地区应用面临以下问题：
4.1、大直径深钻孔集桩，尺寸庞大，结构对河床的变化、冲刷等条件的改变，适应性较差；桩效应明显，桩基准确计算难度较大。施工时需另设置施工平台、导向架、钢围堰等诸多复杂工艺，海上作业工序繁琐、作业时间长。
5.2、常规沉井，在深水厚覆盖层条件下的结构尺寸往往较大，大体量的沉井制造运输困难，也给在厚覆盖层中下沉控制纠偏带来不便，同时对结构局部冲刷会产生不利影响。对于风大浪急地区，沉井下放精确定位困难；沉井下放到位后，沉井周围防冲刷(护底)层施工困难且施工工作量大。
6.总体而言，大直径深钻孔集桩和沉井施工过程中对原始土层扰动大(需要深挖)，且施工复杂(结构体积大、配套设备多)，导致在深水区的施工进度较慢。
技术实现要素：
7.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于深水区的桥塔支撑结构及施工方法，其目的在于结构简单、分散，施工工艺便捷，对原始土层扰动较小，从而可以提高在深水区的施工进度。
8.第一方面，本发明提供了一种适用于深水区的桥塔支撑结构，所述桥塔支撑结构包括从下至上依次包括多个钢管桩、垫层、两个预制沉箱和两个钢混立柱；
9.多个所述钢管桩间隔布置，且多个所述钢管桩用于插装至基坑下方的软土层中；
10.所述垫层用于铺设在所述基坑的底部，且各所述钢管桩的顶端插装在所述垫层中；
11.各所述预制沉箱位于所述垫层上，各所述预制沉箱的底部具有裙筒，各所述裙筒贯穿所述垫层，且多个所述钢管桩的顶部位于相对应的所述裙筒内；
12.两个所述钢混立柱和两个所述预制沉箱一一对应，各所述钢混立柱是由外钢圆筒、内钢圆筒以及浇筑在所述外钢圆筒和所述内钢圆筒之间的混凝土构成，所述钢混立柱的底端固定插装在相对应的所述预制沉箱中，两个所述钢混立柱的顶端通过横梁连接。
13.可选地，所述垫层从下至上依次包括滤沙层、鹅卵石层和碎石层。
14.可选地，所述垫层上方还具有防冲刷层，所述防冲刷层围设在两个所述预制沉箱外周。
15.可选地，各所述预制沉箱均为钢筋混凝土结构，且各所述预制沉箱为通过在相对应的所述外钢圆筒和所述内钢圆筒的底端浇筑钢筋混凝土制得，以连接所述预制沉箱和所述外钢圆筒、所述内钢圆筒。
16.可选地，各所述预制沉箱和相对应的所述裙筒一体浇筑成型。
17.可选地，所述预制沉箱内设置有多个横向隔板和多个纵向隔板，多个所述横向隔板和多个所述纵向隔板呈网状布置。
18.可选地，各所述钢混立柱的所述内钢圆筒内插装有多个加劲支撑，多个所述加劲支撑之间平行间隔布置。
19.可选地，各所述裙筒的底部具有斜脚，所述斜脚的底部为锥形。
20.可选地，各所述预制沉箱为方形结构或者圆形结构。
21.第二方面，本发明提供了一种适用于深水区的桥塔支撑结构的施工方法，所述施工方法基于第一方面所述的桥塔支撑结构，所述施工方法包括：
22.在深水区下的软土层开挖基坑，在所述基坑下方的软土层插装多个所述钢管桩，并在多个所述钢管桩的顶端铺设所述垫层；
23.提前制备所述预制沉箱、所述外钢圆筒和所述内钢圆筒，并将所述外钢圆筒和相对应的所述外钢圆筒、所述内钢圆筒固定插装在相对应的所述预制沉箱中；
24.通过船舶将各所述预制沉箱下沉至所述垫层上，且各所述裙筒贯穿所述垫层，各所述外钢圆筒和各所述内钢圆筒的顶端均伸出水面；
25.在所述外钢圆筒和所述内钢圆筒之间均浇筑所述混凝土，得到两个所述钢混立柱，并通过所述横梁连接两个所述钢混立柱顶端。
26.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
27.对于本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，在施工过程中，首先，在深水区下的软土层开挖基坑，在基坑下方的软土层插装多个钢管桩，并在多个钢管桩的顶端铺设垫层。通过浅挖形成基坑即可(防止回淤)，钢管桩插装在基坑下方的软土层，无需深挖，对原始土层扰动较小。另外，垫层可以起到减震，并将上部结构的载荷均匀扩散至土层。然后，提前制备预制沉箱、外钢圆筒和内钢圆筒，并将外钢圆筒和相对应的外钢圆筒、内钢圆筒固定插装在相对应的预制沉箱中。预制沉箱、外钢圆筒和内钢圆筒可以提前预制并装配，且采用两个预制沉箱和两个钢混立柱，从而可以单独实现运输和布置，降低了施工难度。另外，此时各钢混立柱内未浇筑混凝土，质量较小，配套设备少，便于搬运，提高施工效率。接着，通过船舶将各预制沉箱下沉至垫层上，且各裙筒贯穿垫层，各外钢圆筒和各内钢圆筒的顶端均伸出水面。裙筒在跟随预制沉箱下降后会贯穿垫层并插入至基坑底部，通过大尺寸且受力分散的裙筒实现对预制沉箱、钢混立柱的定位，降低了对地基承载力的要求，减少钢管桩数量。最后，在外钢圆筒和内钢圆筒之间均浇筑混凝土，得到两个钢混立柱，并通过横梁连接两个钢混立柱顶端。此时，钢混立柱可以形成稳定的支撑，实现后续对桥塔的支撑。
28.也就是说，本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，结构简单、分
散，施工工艺便捷，对原始土层扰动较小，从而可以提高在深水区的施工进度。
附图说明
29.图1是本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构的结构示意图；
30.图2是本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构的剖视图；
31.图3是本发明实施例提供的预制沉箱的剖视图；
32.图4是本发明实施例提供的裙筒的局部放大图；
33.图5是本发明实施例提供的横梁的剖视图；
34.图6是本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构的施工方法的流程图。
35.图中各符号表示含义如下：
36.1、钢管桩；2、垫层；21、防冲刷层；3、预制沉箱；31、裙筒；32、横向隔板；33、纵向隔板；34、斜脚；4、钢混立柱；41、加劲支撑；5、横梁。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
38.图1是本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构的结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构的剖视图，结合图1和图2所示，桥塔支撑结构包括从下至上依次包括多个钢管桩1、垫层2、两个预制沉箱3和两个钢混立柱4。
39.多个钢管桩1间隔布置，且多个钢管桩1用于插装至基坑下方的软土层中。
40.垫层2用于铺设在基坑的底部，且各钢管桩1的顶端插装在垫层2中。
41.各预制沉箱3位于垫层2上，各预制沉箱3的底部具有裙筒31，各裙筒31贯穿垫层2，且多个钢管桩1的顶部位于相对应的裙筒31内。
42.两个钢混立柱4和两个预制沉箱3一一对应，各钢混立柱4是由外钢圆筒、内钢圆筒以及浇筑在外钢圆筒和内钢圆筒之间的混凝土构成，钢混立柱4的底端固定插装在相对应的预制沉箱3中，两个钢混立柱4的顶端通过横梁5连接。
43.对于本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，在施工过程中，首先，在深水区下的软土层开挖基坑，在基坑下方的软土层插装多个钢管桩1，并在多个钢管桩1的顶端铺设垫层2。通过浅挖形成基坑即可(防止回淤)，钢管桩1插装在基坑下方的软土层，无需深挖，对原始土层扰动较小。另外，垫层2可以起到减震，并将上部结构的载荷均匀扩散至土层。然后，提前制备预制沉箱3、外钢圆筒和内钢圆筒，并将外钢圆筒和相对应的外钢圆筒、内钢圆筒固定插装在相对应的预制沉箱3中。预制沉箱3、外钢圆筒和内钢圆筒可以提前预制并装配，且采用两个预制沉箱3和两个钢混立柱4，从而可以单独实现运输和布置，降低了施工难度。另外，此时各钢混立柱4内未浇筑混凝土，质量较小，配套设备少，便于搬运，提高施工效率。接着，通过船舶将各预制沉箱3下沉至垫层2上，且各裙筒31贯穿垫层2，
各外钢圆筒和各内钢圆筒的顶端均伸出水面。裙筒31在跟随预制沉箱3下降后会贯穿垫层2并插入至基坑底部，通过大尺寸且受力分散的裙筒31实现对预制沉箱3、钢混立柱4的定位，降低了对地基承载力的要求，减少钢管桩1数量。最后，在外钢圆筒和内钢圆筒之间均浇筑混凝土，得到两个钢混立柱4，并通过横梁5连接两个钢混立柱4顶端。此时，钢混立柱4可以形成稳定的支撑，实现后续对桥塔的支撑。
44.也就是说，本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，结构简单、分散，施工工艺便捷，对原始土层扰动较小，从而可以提高在深水区的施工进度。
45.需要说明的是，钢混立柱4顶端通过混凝土浇筑密封。
46.在本实施例中，垫层2从下至上依次包括滤沙层、鹅卵石层和碎石层，从而可以有效减震及分散上部结构的载荷。
47.示例性地，垫层2上方还具有防冲刷层21，防冲刷层21围设在两个预制沉箱3外周。防冲刷层21可以防止流水对垫层2的冲刷。
48.在本实施例中，各预制沉箱3均为钢筋混凝土结构，且各预制沉箱3为通过在相对应的外钢圆筒和内钢圆筒的底端浇筑钢筋混凝土制得，以连接预制沉箱3和外钢圆筒、内钢圆筒。
49.在上述实施方式中，通过浇筑钢筋混凝土结构不仅可以提前制备预制沉箱3，同时还能实现预制沉箱3和外钢圆筒、内钢圆筒的稳定连接。
50.示例性地，各预制沉箱3和相对应的裙筒31一体浇筑成型，从而增大两者的连接强度。
51.再次参见图1和图2，各钢混立柱4的内钢圆筒内插装有多个加劲支撑41，多个加劲支撑41之间平行间隔布置。加劲支撑41可以增大钢混立柱4的结构强度。
52.示例性地，加劲支撑41为金属结构件。
53.图3是本发明实施例提供的预制沉箱的剖视图，如图3所示，预制沉箱3内设置有多个横向隔板32和多个纵向隔板33，多个横向隔板32和多个纵向隔板33呈网状布置。
54.在上述实施方式中，多个横向隔板32和多个纵向隔板33可以增大预制沉箱3的结构强度。
55.图4是本发明实施例提供的裙筒的局部放大图，如图4所示，各裙筒31的底部具有斜脚34，斜脚34的底部为锥形，斜脚34可以实现裙筒31在软土层中的的快速插装。
56.示例性地，各预制沉箱3为方形结构或者圆形结构。
57.图5是本发明实施例提供的横梁的剖视图，如图5所示，横梁5为真空结构，可以减重。另外，横梁5为混凝土结构。
58.本发明提供的结构其优势主要体现在以下几方面：
59.1、上部采用两个圆形钢混立柱4，在保证结构整体性和稳定性的同时，阻水面积小，所受波流力及局部冲刷均较小。
60.2、采用分体式的两个预制沉箱3，化整为零，在拖航、系泊及沉放时对设备要求更低，容易操作，下沉时更易纠偏定位，稳定性好，不易受经常变化着的流向、流速、波浪等的影响。
61.3、水下施工工序少、混凝土方量少，施工工艺简单，施工风险低。各预制沉箱3可采用陆上预制，浮运至施工现场，一次性下沉到设计指定位置，将大量现场水上工作改在岸上
工厂预制。
62.4、钢管桩1使用数量少，对原始覆盖土层的扰动更小。通过设置裙筒31嵌入土层的方法，降低了对地基承载力的要求，不需要大量插打钢管桩，海底施工工作量小，建设成本低。
63.5、预制沉箱3与软土层之间设置垫层2，可使上部结构荷载均匀扩散至土层中，同时对地震可起到减隔震的作用。预制沉箱3精确下放就位后，可通过在预制沉箱3的底部设置注浆孔，对垫层2浇筑混凝土，以进一步提高地基承载力。
64.图6是本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构的施工方法的流程图，如图6所示，该施工方法基于上述的桥塔支撑结构，施工方法包括：
65.s601、在深水区下的软土层开挖基坑，在基坑下方的软土层插装多个钢管桩1，并在多个钢管桩1的顶端铺设垫层2。
66.s602、提前制备及装配预制沉箱3、外钢圆筒和内钢圆筒，并将外钢圆筒和相对应的外钢圆筒、内钢圆筒固定插装在相对应的预制沉箱3中。
67.s603、通过船舶将各预制沉箱3下沉至垫层2上，且各裙筒31贯穿垫层2，各外钢圆筒和各内钢圆筒的顶端均伸出水面。
68.s604、在外钢圆筒和内钢圆筒之间均浇筑混凝土，得到两个钢混立柱4，并通过横梁5连接两个钢混立柱4顶端。
69.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，所述桥塔支撑结构包括从下至上依次包括多个钢管桩(1)、垫层(2)、两个预制沉箱(3)和两个钢混立柱(4)；多个所述钢管桩(1)间隔布置，且多个所述钢管桩(1)用于插装至基坑下方的软土层中；所述垫层(2)用于铺设在所述基坑的底部，且各所述钢管桩(1)的顶端插装在所述垫层(2)中；各所述预制沉箱(3)位于所述垫层(2)上，各所述预制沉箱(3)的底部具有裙筒(31)，各所述裙筒(31)贯穿所述垫层(2)，且多个所述钢管桩(1)的顶部位于相对应的所述裙筒(31)内；两个所述钢混立柱(4)和两个所述预制沉箱(3)一一对应，各所述钢混立柱(4)是由外钢圆筒、内钢圆筒以及浇筑在所述外钢圆筒和所述内钢圆筒之间的混凝土构成，所述钢混立柱(4)的底端固定插装在相对应的所述预制沉箱(3)中，两个所述钢混立柱(4)的顶端通过横梁(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，所述垫层(2)从下至上依次包括滤沙层、鹅卵石层和碎石层。3.根据权利要求2所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，所述垫层(2)上方还具有防冲刷层(21)，所述防冲刷层(21)围设在两个所述预制沉箱(3)外周。4.根据权利要求1所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，各所述预制沉箱(3)均为钢筋混凝土结构，且各所述预制沉箱(3)为通过在相对应的所述外钢圆筒和所述内钢圆筒的底端浇筑钢筋混凝土制得，以连接所述预制沉箱(3)和所述外钢圆筒、所述内钢圆筒。5.根据权利要求4所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，各所述预制沉箱(3)和相对应的所述裙筒(31)一体浇筑成型。6.根据权利要求1所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，所述预制沉箱(3)内设置有多个横向隔板(32)和多个纵向隔板(33)，多个所述横向隔板(32)和多个所述纵向隔板(33)呈网状布置。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，各所述钢混立柱(4)的所述内钢圆筒内插装有多个加劲支撑(41)，多个所述加劲支撑(41)之间平行间隔布置。8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，各所述裙筒(31)的底部具有斜脚(34)，所述斜脚(34)的底部为锥形。9.根据权利要求1-6任意一项所述的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，其特征在于，各所述预制沉箱(3)为方形结构或者圆形结构。10.一种适用于深水区的桥塔支撑结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法基于权利要求1-9任意一项所述的桥塔支撑结构，所述施工方法包括：在深水区下的软土层开挖基坑，在所述基坑下方的软土层插装多个所述钢管桩(1)，并在多个所述钢管桩(1)的顶端铺设所述垫层(2)；提前制备所述预制沉箱(3)、所述外钢圆筒和所述内钢圆筒，并将所述外钢圆筒和相对应的所述外钢圆筒、所述内钢圆筒固定插装在相对应的所述预制沉箱(3)中；
通过船舶将各所述预制沉箱(3)下沉至所述垫层(2)上，且各所述裙筒(31)贯穿所述垫层(2)，各所述外钢圆筒和各所述内钢圆筒的顶端均伸出水面；在所述外钢圆筒和所述内钢圆筒之间均浇筑所述混凝土，得到两个所述钢混立柱(4)，并通过所述横梁(5)连接两个所述钢混立柱(4)顶端。
技术总结
本发明公开了一种适用于深水区的桥塔支撑结构及施工方法，属于桥梁工程领域。所述桥塔支撑结构包括从下至上依次包括多个钢管桩、垫层、两个预制沉箱和两个钢混立柱。多个钢管桩间隔布置，且多个钢管桩用于插装至基坑下方的软土层中。垫层用于铺设在基坑的底部，且各钢管桩的顶端插装在垫层中。各预制沉箱位于垫层上，各预制沉箱的底部具有裙筒，各裙筒贯穿垫层，且多个钢管桩的顶部位于相对应的裙筒内。各钢混立柱是由外钢圆筒、内钢圆筒以及浇筑在外钢圆筒和内钢圆筒之间的混凝土构成。本发明实施例提供的一种适用于深水区的桥塔支撑结构，结构简单、分散，施工工艺便捷，对原始土层扰动较小，从而可以提高在深水区的施工进度。度。度。
