海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)及施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)及施工方法。海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，包括外鋼樁（11）和內(nèi)鋼管（12），所述內(nèi)鋼管（12）安裝于外鋼樁（11）內(nèi)，所述內(nèi)鋼管（12）與外鋼樁（11）之間形成環(huán)形空間，在環(huán)形空間內(nèi)澆筑形成有鋼筋砼（13）。本發(fā)明通過鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)的有機(jī)組合顯著增加單樁結(jié)構(gòu)的截面模量及結(jié)構(gòu)剛度，克服了單樁結(jié)構(gòu)在使用期變形偏大、不適合水深大的缺點(diǎn)。夾心鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能有效減小先施打的外鋼樁的壁厚及重量，在起重能力一定時，可實現(xiàn)更大直徑管樁的沉樁施工，使所述海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)可適用于水深更大的工程區(qū)域。本發(fā)明還公開了一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)的施工方法。
【專利說明】海上夾心鋼管粧基礎(chǔ)及施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋工程基礎(chǔ)的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)及施工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]海上工程因在海上施工，工況較惡劣，具有可施工時間短，施工難度大，受天氣海況等自然條件影響巨大等特點(diǎn)。
[0003]目前，單根大直徑鋼管樁是海洋工程特別是海上風(fēng)電工程中常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型之一，具有結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、制作方便、沉樁施工只需一次完成、工序單一、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于軟土層較厚的工程區(qū)域。但單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)存在以下不足之處:泥面以上的懸臂長度過大，柔性偏大而剛度不足，使用期位移變形較大，較難適應(yīng)水深較大區(qū)域；為了保證足夠的剛度及強(qiáng)度，單根鋼管樁的直徑較大(一般4米以上)，相應(yīng)的壁厚也大，鋼材用量多；整根鋼管樁的重量大，需大型起重設(shè)備及大型打樁錘，對施工設(shè)備要求很高；受起重設(shè)備能力的限制，目前單根鋼管樁所采用的最大直徑也因此而受限，在較大風(fēng)機(jī)荷載、較深海區(qū)尚難以使用該種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
[0004]上述論述內(nèi)容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發(fā)明的各個方面相關(guān)的技術(shù)的各個方面，相信該論述內(nèi)容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更好地理解本發(fā)明的各個方面，因此，應(yīng)了解是以這個角度來閱讀這些論述，而不是承認(rèn)現(xiàn)有技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)及施工方法，其剛度大、對施工設(shè)備要求低、適用范圍廣、總體經(jīng)濟(jì)性好。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
提供一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，包括外鋼樁和內(nèi)鋼管，所述內(nèi)鋼管安裝于外鋼樁內(nèi)，所述內(nèi)鋼管與外鋼樁之間形成環(huán)形空間，在環(huán)形空間內(nèi)澆筑形成有鋼筋砼。
[0007]其中，所述外鋼樁與內(nèi)鋼管同軸。
[0008]其中，所述內(nèi)鋼管頂端與外鋼樁頂端平齊或低于其頂端，所述內(nèi)鋼管的底端高于外鋼樁底端。
[0009]其中，所述外鋼樁的上段為壁厚較大的打樁加強(qiáng)段。
[0010]其中，所述內(nèi)鋼管外壁上設(shè)置有與鋼筋砼配合的剪力鍵。
[0011]其中，所述外鋼樁內(nèi)壁上設(shè)置有與鋼筋砼配合的剪力鍵。
[0012]其中，所述鋼筋砼中的鋼筋籠與內(nèi)鋼管焊接。
[0013]一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)的施工方法，包括如下步驟:
51、制作外鋼樁、內(nèi)鋼管，環(huán)形鋼筋籠；
52、利用海上打樁設(shè)備進(jìn)行外鋼樁的海上沉樁施工； 53、在外鋼樁的頂部搭設(shè)施工平臺，利用取土設(shè)備將外鋼樁內(nèi)側(cè)預(yù)定范圍內(nèi)的土體取出；
54、利用起重船將內(nèi)鋼管、環(huán)形鋼筋籠吊裝于外鋼樁中，環(huán)形鋼筋籠位于內(nèi)鋼管與外鋼樁之間形成環(huán)形空間中，并加以固定；
55、利用水上攪拌船及砼泵在內(nèi)鋼管與外鋼樁之間形成的環(huán)形空間中澆筑夾心微膨脹混凝土，待固化后形成整體夾心鋼管樁；
56、在夾心鋼管樁基礎(chǔ)四周的海底預(yù)設(shè)范圍內(nèi)拋設(shè)防沖刷防護(hù)體。
[0014]其中，在步驟S3中，土體取出后，用高壓水槍沖洗外鋼樁內(nèi)壁，清除外鋼樁內(nèi)壁上附著的泥土。
[0015]其中，在步驟SI中，所述內(nèi)鋼管和環(huán)形鋼筋籠預(yù)先連成整體。
[0016]本發(fā)明的有益效果:通過在外鋼樁、內(nèi)鋼管之間的環(huán)形空間中澆筑鋼筋混凝土結(jié)合而成的整體結(jié)構(gòu)，有效增加了結(jié)構(gòu)的截面模量及結(jié)構(gòu)剛度，使用期位移變形更小，結(jié)構(gòu)更合理；通過鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)的有機(jī)組合有效減小了首先施打的外鋼樁的壁厚與重量，降低樁基起吊設(shè)備要求，降低了海上施工的難度；同時在起重能力一定時，通過減小外鋼樁的壁厚，可實現(xiàn)更大直徑管樁的起吊施工，使所述海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)可適用于水深更深的工程區(qū)域。在使用工況與荷載要求一定時，通過夾心鋼管樁結(jié)構(gòu)可減小樁基的外直徑，減小鋼材用量，減小波浪力；換句話說，即較小直徑的夾心鋼管樁與更大直徑的普通單樁鋼管樁具備同樣的抗荷載及抗變形的能力，小直徑的樁可替代大直徑樁。與普通單樁結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明用鋼筋混凝土替代部分鋼材，減小鋼管總壁厚，雖增加了幾道施工工序且適度延長了工期，但換來了結(jié)構(gòu)的整體剛度提高，適用性提高，鋼材用量省，總體經(jīng)濟(jì)性更好，在海洋工程中具有廣泛的應(yīng)用前景，特別適合海上風(fēng)機(jī)大型化、海床深水化的趨勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0018]圖1是海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為圖1中A-A截面示意圖。
[0020]圖3為外鋼樁和內(nèi)鋼管的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0022]本發(fā)明的核心在于提供一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)及施工方法，其剛度大、對施工設(shè)備要求低、適用范圍廣、總體經(jīng)濟(jì)性好。
[0023]如圖1至圖3所示，本發(fā)明所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，包括外鋼樁11和內(nèi)鋼管12，外鋼樁11為空心筒形，優(yōu)先為圓筒形。所述內(nèi)鋼管12安裝于外鋼樁11內(nèi)，所述外鋼樁11與內(nèi)鋼管12同軸，所述內(nèi)鋼管12與外鋼樁11之間形成環(huán)形空間。在環(huán)形空間內(nèi)澆筑形成有鋼筋砼13，外鋼樁11、內(nèi)鋼管12、鋼筋砼13形成鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋砼結(jié)構(gòu)結(jié)合而成的整體夾心鋼管樁10。
[0024]本發(fā)明通過形成在內(nèi)鋼管12和外鋼樁11的環(huán)形空間中澆筑混凝土使內(nèi)鋼管12、外鋼樁11及環(huán)形鋼筋砼13形成整體結(jié)構(gòu)，該海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)同時具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、內(nèi)、外二層管壁厚度之和小于普通單樁鋼管樁壁厚，節(jié)省鋼材；
2、有效增加了管樁結(jié)構(gòu)的截面模量及結(jié)構(gòu)剛度，使用期位移變形小，結(jié)構(gòu)更合理；
3、通過減輕先施打的外鋼樁的重量，降低樁基礎(chǔ)海上施工的設(shè)備要求，降低樁基礎(chǔ)海上施工的難度，節(jié)省施工費(fèi)用；
4、在設(shè)備起重能力一定時，可實現(xiàn)更大直徑管樁的施工要求，使單根樁基礎(chǔ)適用于水深更深的工程區(qū)域。
[0025]作為優(yōu)選的實施方式，所述內(nèi)鋼管12頂端與外鋼樁11頂端平齊或低于其頂端，所述內(nèi)鋼管12的底端高于外鋼樁11底端，這樣使內(nèi)鋼管12與外鋼樁11澆有夾心砼的重疊部分具有較大的剛度，滿足抵抗外荷載及限制變位的要求。
[0026]作為優(yōu)選的實施方式，所述外鋼樁11沿豎向可分壁厚不同的上、中、下三段，上段15為頂端以下一定范圍內(nèi)的壁厚較大的區(qū)段，該段作為打樁加強(qiáng)段及與上部結(jié)構(gòu)連接段，該段可有或無夾心砼；下段17為樁尖以上一定范圍內(nèi)無夾心砼的區(qū)段，管壁可厚可??；其余為壁厚較薄的中段16，中段有夾心砼。上、中、下三部分的長度、壁厚可根據(jù)工程需要靈活設(shè)置。
[0027]作為優(yōu)選的實施方式，所述所述外鋼樁11內(nèi)壁、內(nèi)鋼管12外壁上設(shè)置有與鋼筋砼13配合的剪力鍵18。剪力鍵18可增加砼與管壁粘結(jié)力，使外鋼樁11、內(nèi)鋼管12與環(huán)形鋼筋砼13連接更牢固。
[0028]作為優(yōu)選的實施方式，所述鋼筋砼13中的鋼筋籠與內(nèi)鋼管12焊接。這樣，吊裝時可將內(nèi)鋼管12和鋼筋籠一起裝入外管樁11中，方便施工。
[0029]為了實施如圖1至3所示的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，本發(fā)明還提供了一種施工方法，其包括如下步驟:
51、先在工廠加工制作帶有剪力鍵18的外鋼樁11、內(nèi)鋼管12，在岸上綁扎環(huán)形鋼筋籠19，內(nèi)鋼管12和環(huán)形鋼筋籠19可預(yù)先連成整體，例如通過焊接的方式固定連接；
52、將外鋼樁11運(yùn)至施工海域，利用海上打樁設(shè)備進(jìn)行外鋼樁11的海上沉樁施工；
53、利用外鋼樁11為支承結(jié)構(gòu)，在外鋼樁的頂部搭設(shè)施工平臺，利用取土設(shè)備將外鋼樁內(nèi)側(cè)預(yù)定范圍內(nèi)的土體取出，土體取出后，用高壓水槍沖洗外鋼樁內(nèi)壁，清除外鋼樁內(nèi)壁上附著的泥土，避免影響外鋼樁與鋼筋砼之間的粘結(jié)；
54、利用起重船將已預(yù)先連成整體的內(nèi)鋼管12與鋼筋籠19一起吊裝設(shè)于外鋼樁11內(nèi)側(cè)并固定；
55、利用水上攪拌船及砼泵在內(nèi)鋼管與外鋼樁之間形成的環(huán)形空間中澆筑夾心微膨脹混凝土，內(nèi)、外管壁兼做模板，固化后的鋼筋砼13牢固連接內(nèi)、外管壁，形成整體夾心鋼管樁10 ;在內(nèi)鋼管與外鋼樁之間形成的這種預(yù)定的環(huán)形空間里澆筑混凝土，普通的混凝土硬化后可能會收縮，造成鋼筋砼與管壁脫離，而采用微膨脹混凝土，可抵消這種收縮，保證外鋼樁、鋼筋砼、內(nèi)鋼管之間的粘結(jié)力；
56、最后在海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)10四周的海底預(yù)設(shè)范圍內(nèi)拋設(shè)防沖刷防護(hù)體14，管樁基礎(chǔ)施工完成，海上設(shè)備可直接通過特設(shè)的連接方式安裝于該海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)10的頂端。
[0030]上面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0031]總之，本發(fā)明雖然例舉了上述優(yōu)選實施方式，但是應(yīng)該說明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，其特征在于:包括外鋼樁(11)和內(nèi)鋼管(12)，所述內(nèi)鋼管(12)安裝于外鋼樁(11)內(nèi)，所述內(nèi)鋼管(12)與外鋼樁(11)之間形成環(huán)形空間，在環(huán)形空間內(nèi)澆筑形成有鋼筋砼(13 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述外鋼樁(11)與內(nèi)鋼管(12)同軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述內(nèi)鋼管(12)頂端與外鋼樁(11)頂端平齊或低于其頂端，所述內(nèi)鋼管(12)的底端高于外鋼樁(11)底端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述外鋼樁(11)的上段為壁厚較大的打樁加強(qiáng)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述內(nèi)鋼管(12)外壁上設(shè)置有與鋼筋砼(13)配合的剪力鍵(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述外鋼樁(11)內(nèi)壁上設(shè)置有與鋼筋砼(13)配合的剪力鍵(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)，其特征在于:所述鋼筋砼(13)中的鋼筋籠與內(nèi)鋼管(12)焊接。
8.一種海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、制作外鋼樁、內(nèi)鋼管，環(huán)形鋼筋籠； 52、利用海上打樁設(shè)備進(jìn)行外鋼樁的海上沉樁施工； 53、在外鋼樁的頂部搭設(shè)施工平臺，利用取土設(shè)備將外鋼樁內(nèi)側(cè)預(yù)定范圍內(nèi)的土體取出； 54、利用起重船將內(nèi)鋼管、環(huán)形鋼筋籠吊裝于外鋼樁中，環(huán)形鋼筋籠位于內(nèi)鋼管與外鋼樁之間形成環(huán)形空間中，并加以固定； 55、利用水上攪拌船及砼泵在內(nèi)鋼管與外鋼樁之間形成的環(huán)形空間中澆筑夾心微膨脹混凝土，待固化后形成整體夾心鋼管樁； 56、在夾心鋼管樁基礎(chǔ)四周的海底預(yù)設(shè)范圍內(nèi)拋設(shè)防沖刷防護(hù)體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于:在步驟S3中，土體取出后，用高壓水槍沖洗外鋼樁內(nèi)壁，清除外鋼樁內(nèi)壁上附著的泥土。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的海上夾心鋼管樁基礎(chǔ)的施工方法，其特征在于:在步驟Si中，所述內(nèi)鋼管和環(huán)形鋼筋籠預(yù)先連成整體。
【文檔編號】E02D27/52GK104153384SQ201410415188
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】熊翱, 張銳, 溫文峰 申請人:熊翱