专利名称：一种钢-混凝土复合筒型基础结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种基础结构，具体的说，是涉及一种港口、海洋、水利和桥梁工程中的基础结构及其施工方法。
背景技术：
目前在港口、海洋、水利及桥梁工程，常见的基础形式主要包括桩基础、支架式基础、重力式基础和筒型基础。混凝土筒型基础由于其施工简单、基础上面适于设置压载等优势逐渐被工程界认可和广泛应用。但是由于混凝土筒型基础的筒壁一般比较厚，下沉过程中土体阻力非常大，从而不能完全实现侧壁摩阻力的设计值，因此容易产生下沉不到位的问题，甚至导致下沉完全 失败。
发明内容
本发明要解决的是现有混凝土筒型基础的筒壁较厚，其下沉过程中容易造成下沉不到位的技术问题，提供一种钢-混凝土复合筒型基础结构及其施工方法，在负压下沉法的辅助下，能够大幅度提高混凝土筒型基础的下沉速度和下沉到位率。为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现一种钢-混凝土复合筒型基础结构，包括圆形的混凝土顶盖，所述混凝土顶盖上设置有结构梁系，所述结构梁系底面与所述混凝土顶盖底面齐平；所述混凝土顶盖上面设置有混凝土筒型过渡段，所述混凝土筒型过渡段底面直径小于等于所述混凝土顶盖直径，所述混凝土筒型过渡段顶面直径小于等于底面直径，所述混凝土筒型过渡段壁内径向均布有预应力钢筋；所述混凝土顶盖下面设置有钢制筒壁，所述钢制筒壁围成的内部空间设置有钢制分舱板，所述钢制筒壁顶部以及所述钢制分舱板顶部均插入所述混凝土顶盖与其固定连接，所述钢制筒壁、所述钢制分舱板与所述混凝土顶盖构成多个底部开口的密封分舱。所述结构梁系包括设置于所述混凝土顶盖周边的外环梁、与所述混凝土筒型过渡段连接的内环梁以及径向均布于所述混凝土顶盖的直梁，所述直梁由所述混凝土顶盖中心延伸至周边。所述分舱组成蜂窝状，包括中心的一个正六边形分舱和均匀设置于其周围的六个相同的边分舱，所有的所述钢制分舱板长度相等，均为所述钢制筒壁所围成圆柱体的直径的O. 25倍。所述钢制筒壁和所述钢制分舱板由上到下间隔设置有减阻环，间距为O. 5 2m，所述减阻环的截面为顶角向下的等腰三角形，其对称线与所述钢制筒壁或所述钢制分舱板重合；所述减阻环为钢制或有机玻璃制成，与所述钢制筒壁或所述钢制分舱板焊接或粘接。所述减阻环的宽度为O. 5 5cm。所述混凝土顶盖的直径为l(T50m，厚度为O. 2^0. 6m ;所述结构梁系中梁的截面宽度为O. 5 I. 5m,高度为O. 8 I. 8m。所述钢制筒壁的高度为5 30m，侧壁厚度为l(Tl00mm ;所述钢制筒壁顶部插入所述结构梁系的深度为O. f lm。所述钢制分舱板的厚度为l(T30mm ;所述钢制分舱板插入所述结构梁系与所述混凝土顶盖的深度为O. f lm。所述混凝土筒型过渡段的壁面为呈弧形内凹的曲面，该曲面的曲率为l/6(Tl/10。一种钢-混凝土复合筒型基础结构的施工方法，包括如下步骤a.陆上组装所述钢制筒壁和所述钢制分舱板，在所述钢制筒壁和所述钢制分舱板上焊接或者粘接减阻环；
b.利用薄壁压型钢板作为所述混凝土顶盖的底面模板，所述薄壁压型钢板与所述钢制筒壁及所述钢制分舱板连接构成底部开口的密封钢结构；c.将所述密封钢结构整体吊入陆地边的水中检查其气密性；d.气密性符合要求之后，将吊入水中的所述密封钢结构系上揽风绳；e.在所述薄壁压型钢板上绑扎钢筋和浇注混凝土，进行所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型过渡段的施工；f.所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型过渡段施工完成并达到设计强度要求后，基础整体浮运到施工现场，进行负压下沉施工。本发明的有益效果是本发明提出一种筒壁为钢壁、筒内为钢制分舱板、顶盖和过渡段为混凝土的复合筒型基础结构，由于下部的钢制筒壁和钢制分舱板很薄，在负压下沉法的辅助下，很容易克服土体阻力切入土体达到设计下沉深度，因此能够大幅度提高筒型基础的下沉速度和下沉到位率，由于施工下沉过程中仅需要简单的能够提供负压的泵系统，下沉速度也较快，使得基础结构体系的施工周期缩短，工程成本也大大降低。
图I是本发明所提供的钢-混凝土复合筒型基础结构的侧视示意图；图2是本发明所提供的钢-混凝土复合筒型基础结构的俯视示意图；图3是本发明所提供的混凝土顶盖的平面示意图；图4是本发明所提供的分舱结构的平面示意图。图中1，混凝土顶盖；2，混凝土筒型过渡段；21，预应力钢筋；3，钢制筒壁；4，钢制分舱板；5，结构梁系；51，外环梁；52，内环梁；53，直梁；6，减阻环。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下如图I和图2所示，本实施例披露了一种钢-混凝土复合筒型基础结构，主要由混凝土顶盖I、混凝土筒型过渡段2、钢制筒壁3以及钢制筒壁3内部空间的钢制分舱板4构成。混凝土顶盖I是直径为30m，厚度为O. 3m的圆形片状结构。混凝土顶盖I通常的直径选择范围是l(T50m，厚度选择范围是O. 2 O. 6m。混凝土顶盖I上表面分布有能够保证混凝土顶盖I刚度的结构梁系5，结构梁系5的底面与混凝土顶盖I的底面齐平。结合图3所示，结构梁系5由外环梁51、内环梁52以及16根直梁53构成，外环梁51设置在混凝土顶盖I周边位置，内环梁52设置在混凝土筒型过渡段2底部并与其相连接，16根直梁53径向均布于混凝土顶盖I表面，由中心延伸至周边。结构梁系5中外环梁51、内环梁52以及直梁53的截面宽度均为O. 9m,高度均为I. 2m。结构梁系中各梁通常的的截面宽度选择范围是O. 5^1. 5m,高度选择范围是O. 8^1. Sm。混凝土筒型过渡段2设置于混凝土顶盖I顶部，底面直径为20m，不大于混凝土顶盖I直径。混凝土筒型过渡段2为预应力混凝土结构，壁内径向均布有30根预应力钢筋21。为了达到较好的支撑作用，混凝土筒型过渡段2顶面直径小于等于底面直径，并且壁面为内凹曲面，曲面的曲率为1/30。当然，混凝土筒型过渡段2的壁面还可以是外凸曲面；不论内凹曲面或外凸曲面，壁面曲率通常的选择范围是l/6(Tl/10。
钢制筒壁3的高度为7m，厚度为25mm ;钢制筒壁3顶部通过向上伸入混凝土顶盖I的外环梁51内，与混凝土顶盖I连接为一体，伸入深度为O. 5m。一般来说，钢制筒壁3通常的高度选择范围是5 30m，侧壁厚度选择范围是KTlOOmm ;钢制筒壁3顶部插入结构梁系5的深度通常选择在O. f lm。结合图4所示，钢制筒壁3围成的内部空间设置有钢制分舱板4。钢制分舱板4的高度不大于钢制筒壁3的高度，钢制分舱板4的厚度为10mm，通常其选择范围在l(T30mm内。钢制分舱板4通过向上伸入混凝土顶盖I以及直梁53内，与混凝土顶盖I连接为一体，伸入深度为O. 5m。钢制分舱板4顶部插入结构梁系5的深度通常选择在O. f lm。由此，钢制筒壁3、钢制分舱板4与混凝土顶盖I构成多个底部开口的密封分舱。优选地，分舱组成蜂窝状分舱结构，包括中心的一个正六边形分舱和均匀设置于其周围的六个相同的边分舱。正六边形分舱和边分舱的边长均等，为钢制筒壁3所围成圆柱体的直径的O. 25倍。分舱结构中的七个分舱除底部开口外彼此密封完好，保证相互之间不串舱，并且每个分舱分别预留管路，用于负压下沉施工。另外，钢制筒壁3和钢制分舱板4上分别焊接有钢制的减阻环6。减阻环6是截面为顶角向下的等腰三角形的环状结构，宽度为15cm ;其对称线与钢制筒壁3或钢制分舱板4重合，即减阻环6的顶面与钢制筒壁3或钢制分舱板4连接。减阻环6还可以是有机玻璃制成，此时采用粘接的方式与钢制筒壁3和钢制分舱板4固定。减阻环6在钢制筒壁3和钢制分舱板4上由上到下间隔设置，2m 一道，共3道。减阻环6设置的间距范围通常为O. 5 2m。本实施例同时还披露了上述钢-混凝土复合筒型基础结构的施工方法，具体包括如下步骤在陆上码头边，用钢板分别组装钢制筒壁3和钢制分舱板4，在钢制筒壁3和钢制分舱板4上焊接钢制减阻环6。利用薄壁压型钢板充当混凝土顶盖I的底面模板，同时薄壁压型钢板与钢制筒壁3及钢制分舱板4焊接构成底部开口的密封钢结构。将上述薄壁压型钢板、钢制筒壁3及钢制分舱板4组成的密封钢结构整体吊入码头边水中，检查密封钢结构的气密性，若入水漏气则整体调回陆上码头检查和补修焊缝。
密封钢结构的气密性符合要求之后，将吊入水中的密封钢结构系上揽风绳。在薄壁压型钢板制成的底面模板上绑扎钢筋和浇注混凝土，进行混凝土顶盖I和混凝土筒型过渡段2的施工。混凝土顶盖I和混凝土筒型过渡段2施工完成，并且达到设计强度要求后，将基础整体浮运到施工现场，进行负压下沉施工。尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通 技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，包括圆形的混凝土顶盖，所述混凝土顶盖上设置有结构梁系，所述结构梁系底面与所述混凝土顶盖底面齐平； 所述混凝土顶盖上面设置有混凝土筒型过渡段，所述混凝土筒型过渡段底面直径小于等于所述混凝土顶盖直径，所述混凝土筒型过渡段顶面直径小于等于底面直径，所述混凝土筒型过渡段壁内径向均布有预应力钢筋； 所述混凝土顶盖下面设置有钢制筒壁，所述钢制筒壁围成的内部空间设置有钢制分舱板，所述钢制筒壁顶部以及所述钢制分舱板顶部均插入所述混凝土顶盖与其固定连接，所述钢制筒壁、所述钢制分舱板与所述混凝土顶盖构成多个底部开口的密封分舱。
2.根据权利要求I所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述结构梁系包括设置于所述混凝土顶盖周边的外环梁、与所述混凝土筒型过渡段连接的内环梁以及径向均布于所述混凝土顶盖的直梁，所述直梁由所述混凝土顶盖中心延伸至周边。
3.根据权利要求I所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述分舱组成蜂窝状，包括中心的一个正六边形分舱和均匀设置于其周围的六个相同的边分舱，所有的所述钢制分舱板长度相等，均为所述钢制筒壁所围成圆柱体的直径的O. 25倍。
4.根据权利要求I所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述钢制筒壁和所述钢制分舱板由上到下间隔设置有减阻环，间距为O. 5 2m，所述减阻环的截面为顶角向下的等腰三角形，其对称线与所述钢制筒壁或所述钢制分舱板重合；所述减阻环为钢制或有机玻璃制成，与所述钢制筒壁或所述钢制分舱板焊接或粘接。
5.根据权利要求4所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述减阻环的宽度为O. 5 5cm。
6.根据权利要求I所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述混凝土顶盖的直径为l(T50m，厚度为O. 2^0. 6m ;所述结构梁系中梁的截面宽度为O. 5^1. 5m,高度为 O. 8 I. 8mο
7.根据权利要求I所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述钢制筒壁的高度为5 30m，侧壁厚度为KTlOOmm;所述钢制筒壁顶部插入所述结构梁系的深度为O. I lm。
8.根据权利要求I所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述钢制分舱板的厚度为1(Γ30_ ;所述钢制分舱板插入所述结构梁系与所述混凝土顶盖的深度为O. I lm。
9.根据权利要求I所述的一种钢-混凝土复合筒型基础结构，其特征在于，所述混凝土筒型过渡段的壁面为呈弧形内凹的曲面，该曲面的曲率为l/6(Tl/10。
10.一种如权利要求I所述钢-混凝土复合筒型基础结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤 a.陆上组装所述钢制筒壁和所述钢制分舱板，在所述钢制筒壁和所述钢制分舱板上焊接或者粘接减阻环； b.利用薄壁压型钢板作为所述混凝土顶盖的底面模板，所述薄壁压型钢板与所述钢制筒壁及所述钢制分舱板连接构成底部开口的密封钢结构； c.将所述密封钢结构整体吊入陆地边的水中检查其气密性； d.气密性符合要求之后，将吊入水中的所述密封钢结构系上揽风绳；e. 在所述薄壁压型钢板上绑扎钢筋和浇注混凝土，进行所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型过渡段的施工； f.所述混凝土顶盖和所述混凝土筒型过渡段施工完成并达到设计强度要求后，基础整体浮运到施工现场，进行负压下沉施工。
全文摘要
本发明公开了一种钢-混凝土复合筒型基础结构及其施工方法，混凝土顶盖上设置壁面为曲面的混凝土筒型过渡段，混凝土顶盖下面设置钢制筒壁，钢制筒壁内部空间设置有钢制分舱板，钢制筒壁和钢制分舱板上设置有减阻环。其施工方法是陆上组装钢制筒壁和钢制分舱板；将薄壁压型钢板与它们焊接构成底部开口的密封钢结构；吊入水中检查其气密性符合要求后，系上揽风绳；在薄壁压型钢板上进行混凝土顶盖和混凝土筒型过渡段的施工；施工完成并达到设计强度要求后，基础整体浮运到施工现场进行负压下沉施工。本发明在负压下沉法的辅助下，能够大幅度提高筒型基础的下沉速度和下沉到位率，并且施工方法简便、工程造价较低。
文档编号E02D27/52GK102877478SQ20121033465
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者张浦阳, 丁红岩, 练继建 申请人:天津大学