一种沉箱双壁组合管柱及施工方法与流程

1.本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种沉箱双壁组合管柱及施工方法。

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、大桥梁多采用悬索桥，修建在水深、流急的大江河上或环境恶劣的海上，往往遇到水深较深、覆盖层土质较差、冲刷很大等难题，非常不利于桥梁施工，其基础兴建的难度也更大。同时，桥梁下部结构的建造成本一般占用整座桥梁投资的30％以上，是影响桥梁经济性的重要因素。
3.目前，常用的下部结构形式主要为钢筋混凝土墩或钢管混凝土墩与实体扩大基础或承台连接，在深水地区应用面临以下问题：
4.1、随着水深的增加，普通混凝土桥墩及基础尺寸显著增加，导致下部结构的制作及运输较为困难；
5.2、钢管混凝土的耐腐蚀性不佳，对海洋环境下部结构的长期服役性能会构成安全隐患。
6.3、受到环境因素以及技术因素影响，高墩柱在施工阶段容易出现偏差，且难以进行纠偏。

技术实现要素：

7.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，其能够在显著减少桥墩及基础尺寸的前提下，有效改善管柱结构在水下部分实际状态，避免管柱水下结构的长期服役性能所构成的安全隐患，进而保证桥梁的实际使用寿命。
8.为实现上述目的，本发明提供一种沉箱双壁组合管柱，包括沉箱和管柱，所述管柱整体呈管状结构，其一端固定安装在所述沉箱上，另一端沿垂向延伸以承受载荷；所述管柱包括：
9.支撑层；其为管状结构，该支撑层的一端固定安装在所述沉箱上，其另一端沿垂向延伸，用于将载荷传递到所述撑箱上；
10.保护层；其为套设在所述支撑层外侧，且采用纤维增强复合材料制成的管状结构，所述保护层的两端分别与所述支撑层的两端平齐，用于将水隔离在支撑层外；
11.加强层；其设置在所述支撑层的管状结构内部，并与所述支撑层的内壁面贴合，用于加强所述支撑层的支撑强度。
12.作为本发明的进一步优选，所述保护层与所述支撑层同轴设置，且该保护层的内壁完全贴附在所述覆盖所述支撑层的外壁。
13.作为本发明的进一步优选，所述加强层为与所述支撑层同轴设置的环状结构，其外壁面和所述支撑的内壁面贴合。
14.作为本发明的进一步优选，所述加强层的顶端和底端分别与所述支撑的顶端和底端平齐。
15.作为本发明的进一步优选，所述保护层与所述加强层之间设置有连接件，用于固定二者之间的相对位置。
16.作为本发明的进一步优选，保护层底端和所述加强层底端之间设置有底板，该底板完全覆盖所述保护层和所述加强层之间的间隙，用于形成所述加强层的成型的管柱骨架。
17.作为本发明的进一步优选，所述沉箱顶端面上开设有安装盲孔，所述安装盲孔的开口端与所述管柱相匹配，用于对所述管柱部分侧壁的限位。
18.作为本发明的进一步优选，所述安装盲孔内部沿垂向设置有隔板，所述加强层底端对应位置开设有对应所述隔板的垂向槽口，用于所述加强层的辅助固定。
19.作为本发明的进一步优选，所述沉箱与所述管柱底端面接触的位置对应设置有若干个预埋螺栓，所述底板上对应所述预埋螺栓设置有通孔，用于所述管柱的安装定位。
20.此外，本发明还提供了一种沉箱双壁组合管柱的施工方法，呈现为如下过程：
21.s1、预制沉箱和最外层为纤维增强复合材料制成的管柱骨架；
22.s2、将管柱骨架吊装到沉箱上，调整管柱的姿态后，将管柱骨架固定在沉箱上；
23.s3、将支撑层浇筑材料浇筑到管柱骨架中，形成支撑层，完成沉箱双壁组合管柱预制；
24.s4、将沉箱双壁组合管柱固定安装在水下地基上。
25.上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
27.(1)本发明的一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，其通过管柱结构稳定连接桥塔底部和沉箱，使得桥塔底部的载荷能够通过该管柱和沉箱稳定传递到水下地基上，进而确保桥梁结构的稳定。且该管柱结构采用由外到内的保护层、支撑层和加强层的结构，不仅能够通过设置在管柱最外层的保护层确保整个管柱结构不被外界环境影响损坏，还能够通过加强层有限约束支撑层在传递载荷过程中的形变，进而使得管柱结构在满足强度要求的前提下，能够尽可能的减少该管柱结构的尺寸，大大降低管柱结构占用面积。
28.(2)本发明的一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，其通过在保护层和加强层之间设置连接件，加强整个管柱结构的结构强度。同时，通过设置在保护层内壁面、加强层外壁面以及连接件上的若干个剪力钉，强化管柱结构的抗剪能力。并且，通过保护层、加强层和底板构成管柱骨架，能够在实际施工过程中，直接充当支撑层的浇筑模具，简化施工过程，降低施工成本。
29.(3)本发明的一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，其通过在沉箱结构上设置安装盲孔和隔板，能够有效实现对管柱骨架的限位，不仅能够确保管柱骨架的与沉箱的连接姿态，还能确保二者之间的限位稳定。并且，通过设置在安装盲孔内壁面底端的预埋件，确保沉箱和管柱之间的连接强度，为桥塔底部支撑提供稳定的保障。
30.(4)本发明中的一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，结构简单，稳定性高，其通过设置由加强层、支撑层和保护层构成中空管柱，在保证管柱结构的稳定性的同时能够大大
降低管柱结构的施工尺寸。并且，通过设置在加强层和保护层之间的连接件和底板，构成支撑层浇筑的管柱骨架，不仅能够确保管柱结构的稳定性，还能够直接充当支撑层浇筑模板，大大降低施工成本和减少施工工期。同时，通过设置在沉箱结构上的安装盲孔、预埋件以及隔板的组合固定方式，确保管柱和沉箱结构的稳定连接，为沉箱双壁组合管柱的稳定性提供保证，具有优良的经济效益和推广价值。
附图说明
31.图1是本发明中一种沉箱双壁组合管柱的立面图；
32.图2是本发明中一种沉箱双壁组合管柱的平面图；
33.图3是本发明中一种沉箱双壁组合管柱的沉箱立面图；
34.图4是本发明中一种沉箱双壁组合管柱的管柱截面构造图；
35.图5是本发明中一种沉箱双壁组合管柱在ⅰ处的局部放大图；
36.图6是本发明中一种沉箱双壁组合管柱施工方法的流程图。
37.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
38.1、管柱；11、保护层；12、支撑层；13、加强层；14、底板；15、槽口；16、连接件；17、剪力钉；18、通孔；
39.2、沉箱；21、安装盲孔；22、预埋螺栓；23、预埋钢筋；24、隔板。
具体实施方式
40.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。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
45.实施例：
46.如图1～6中所示，本技术优选实施例中的沉箱双壁组合管柱及施工方法能够其能够在显著减少桥墩及基础尺寸的前提下，有效改善管柱1结构在水下部分实际状态，避免管柱1水下结构的长期服役性能所构成的安全隐患，进而保证桥梁的实际使用寿命，，安全可靠，适用性广。
47.具体而言，如图1～2中所示，在本技术优选实施例中，该沉箱双壁组合管柱包括沉箱2和管柱1，其中，所述管柱整体呈管状结构，其一端固定安装在所述沉箱上，另一端沿垂向延伸以承受载荷；优选地，沉箱2稳定设置在水下地基上，为整个沉箱双壁组合管柱的稳定基础，以将桥塔底部的载荷稳定传递至沉箱2上，进而实现对桥塔底部的稳定支撑。
48.进一步地，在本技术优选实施例中，该管柱1为三层结构，其由外到内依次为保护层11、支撑层12和加强层13。其中，支撑层12为整个管柱1的核心支撑结构，整体呈现为管状结构，优选采用混凝土浇筑成型，其两端分别与桥塔底部和沉箱2均固定连接，用于将桥塔底部的载荷传递到沉箱2上，并通过沉箱2将载荷稳定传递到水下地基上。保护层11为管柱1结构的防护结构，其为套设在支撑层12外侧的保护层11，且该保护层11的顶端面和底端面分别和支撑层12的顶端面和底端面平齐，也可以理解为，保护层11的顶端面和桥塔底部固定连接，其底端面和沉箱2固定连接，而为了确保该保护层11的防护性能，其优选采用纤维增强复合材料制成，能够有效的将支撑层12和管柱1外侧的环境隔离开来，避免外界环境中的物质与支撑层12接触腐蚀支撑层12，导致支撑层12受到损坏，确保该沉箱双壁组合管柱的安全性。加强层13设置在该支撑层12管状结构的内部，并与该支撑层12的内壁面贴合，用于加强支撑层12的支撑强度。
49.更细节地，在本技术优选实施例中，该加强层13可以为环状结构，其外壁面和支撑层12的部分内壁面相贴合，进而实现对支撑层12变形的限位。或者，也可以采用支撑杆、支撑层12、两端设置有弧形支板的支撑杆。优选地，为了确保对支撑层12结构的所以支撑层12内壁面的加强，该加强层13采用管状结构(也可以为垂向高度较大的环状结构)，其顶端面和底端面分别与支撑层12的顶端面和底端面想平齐，使得该加强层13的外壁面能够完全覆盖整个支撑层12的内壁面，确保该支撑层12在任意位置发生变形时，都能够实现对支撑层12变形的约束，提升沉箱双壁组合管柱的抗变形能力、抗震性和结构强度。优选地，加强环采用钢制材料制成。
50.进一步地，在本技术一个优选实施例中，该保护层11套设在支撑层12外侧的管状结构，该管状结构仅仅需要套设在该支撑层12外侧，在实际使用过程中，保护层11的截面可与支撑层12的截面不同，也可以不与支撑层12的同轴，保护层11的内壁面也可以不与支撑层12的外壁面贴附，其只要能够套设在支撑层12外侧的技术方案都能够实现，在此不再赘述。
51.而为了减少该管柱1的尺寸，在本技术优选实施例中，该保护层11与支撑层12同轴设置，且该保护层11的内壁面完全覆盖支撑层12的外壁面，其不仅能够减小管柱1结构尺寸，还能够与加强层13形成对支撑层12内外两侧的同步约束，进而提高该管柱1结构的环向
刚度，避免受压屈曲的不利影响。
52.进一步地，如图4、5中所示，在本技术优选实施例中，该在保护层11中设置有若干连接件16，用于固定二者之间的相对位置。优选地，该连接件16为沿垂向设置的连接板，该连接板的侧面分别与保护层11的内壁面和加强层13的外壁面固定连接，进而将保护层11和加强层13固定为同一整体，以提高整个管柱1的结构强度。进一步优选地，该连接板优选为pbl剪力连接件16，以承载管柱1中的剪力。优选的，在连接件16、保护层11内壁面、加强层13外壁面上设置有若干剪力钉17，进一步提升该管柱1结构的抗剪性能，进而确保对桥梁结构的稳定支撑。
53.更细节地，在本技术一个优选实施例中，管柱1的底端面上还设置有底板14，该底板14和保护层11、加强层13的底端面固定连接，以形成便于支撑层12成型的管柱1骨架。优选地，底板14完全封堵保护层11和加强层13之间的缝隙，使得在支撑成型时，能够确保成型层的形状。更细节的，该底板14结构可以为管柱1底端面形状相同的板材，也可以为与保护层11和加强层13直接缝隙相同的类环状板，即该底板14的形状只要能与保护层11、加强层13形式类似盲孔的管柱1骨架都是可以的，在此不再赘述。优选地，该管柱1、加强层13、支撑层12、保护层11、底板14都呈圆形管或圆环结构，以适用水体环境中的冲击力。
54.为了确保沉箱2和管柱1之间的稳定连接，如图2、3中所示，在本技术一个优选实施例中，在沉箱2上设置有预埋件，相应地，在管柱1骨架上，对应设置有通孔18，在实际使用过程中，通过预埋件和通孔18之间的配合形式实现该沉箱2和管柱1之间的稳定连接。
55.更细节地，在本技术优选实施例中，在沉箱2顶端面上设置有安装盲孔21，该安装盲孔21的形状尺寸优选为与管柱1外壁相同，使得管柱1在插入该安装盲孔21后，能够支撑限位管柱1的部分外侧壁，以提高管柱1的稳定性。
56.进一步地，在安装盲孔21底部内壁设置有预埋件，相应地，底板14开设有与之匹配的通孔18，在实际使用过程中，预埋件穿过该通孔18好伸入管柱1骨架内部，通过调节预埋件和通孔18的匹配调整整个管柱1在安装盲孔21中的位置姿态，之后直接在管柱1骨架中浇筑成型支撑层12，直接将支撑层12和预埋件连接为一个整体，进而实现管柱1和沉箱2的稳定连接。优选地，该预埋件优选为预埋螺栓22和预埋钢筋23，其中，预埋螺栓22直接预埋在安装盲孔21底部内壁下方，而预埋钢筋23则包括深埋在沉箱2结构内部水平段和伸出安装盲孔21底部内壁面的垂直部，用于加强管柱1和沉箱2的连接强度。当然也可以采用螺母实现预埋螺栓22和管柱1骨架的固定连接，同时也能够通过螺母实现对管柱1骨架的纠偏，之后在浇筑支撑层12。
57.为了进一步的确保管柱1和沉箱2连接的稳定性，在本技术一个优选实施例中，在安装盲孔21内沿垂向设置有隔板24，相应地，在加强层13的底部侧壁上对应隔板24位置设置有槽口15，在实际使用过程中，加强层13的槽口15直接卡在该隔板24上，进一步强化管柱1骨架和沉箱2结构的稳定连接。优选地，该隔板24为十字隔板24，以增加加强层13和隔板24之间的卡接位置数量，并采用十字型的结构，能够保证加强层13在受到任意方向作用力时，加强层13均有足够数量的隔板24为其提供支撑，确保管柱1结构的稳定性。
58.此外，如图6中所示，在本技术另一个优选实施例中，还公开了一种沉箱双壁组合管柱施工方法，用于实现沉箱双壁组合管柱的施工，具有包括如下步骤：
59.s1、预制沉箱2和最外层为纤维增强复合材料制成的管柱1骨架；
60.优选地，沉箱2和管柱1骨架同时预制，以有效缩短施工周期；
61.进一步优选地，管柱1骨架制备加强层13和采用纤维增强复合材料制备保护层11，保护层11同轴套设加强层13外侧，并在两者之间固定安装连接件16，之后在二者底部设置连接板，进而构成管柱1骨架。
62.s2、将管柱1骨架吊装到所述沉箱2上，调整所述管柱1的姿态后，将管柱1骨架固定在沉箱2上；
63.优选地，通过调整预埋螺栓22上固定底板14的螺母，调整管柱1骨架结构位置姿态。
64.s3、将支撑层12浇筑材料浇筑到管柱骨架中，形成支撑层12，完成沉箱双壁组合管柱预制；即整个沉箱双壁组合管柱在地面上完成预制的。
65.优选地，为了确保支撑层12结构的稳定性，其浇筑过程采用分层振捣。
66.s4、将沉箱双壁组合管柱固定安装在水下地基上。
67.本发明中的一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，结构简单，稳定性高，其通过设置由加强层13、支撑层12和保护层11构成中空管柱1，在保证管柱1结构的稳定性的同时能够大大降低管柱1结构的施工尺寸。并且，通过设置在加强层13和保护层11之间的连接件16和底板14，构成支撑层12浇筑的管柱1骨架，不仅能够确保管柱1结构的稳定性，还能够直接充当支撑层12浇筑模板，大大降低施工成本和减少施工工期。同时，通过设置在沉箱2结构上的安装盲孔21、预埋件以及隔板24的组合固定方式，确保管柱1和沉箱2结构的稳定连接，为沉箱双壁组合管柱的稳定性提供保证，具有优良的经济效益和推广价值。
68.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：

1.一种沉箱双壁组合管柱，包括沉箱和管柱，所述管柱整体呈管状结构，其一端固定安装在所述沉箱上，另一端沿垂向延伸以承受载荷；其特征在于，所述管柱包括：支撑层；其为管状结构，该支撑层的一端固定安装在所述沉箱上，其另一端沿垂向延伸，用于将载荷传递到所述撑箱上；保护层；其为套设在所述支撑层外侧，且采用纤维增强复合材料制成的管状结构，所述保护层的两端分别与所述支撑层的两端平齐，用于将水隔离在支撑层外；加强层；其设置在所述支撑层的管状结构内部，并与所述支撑层的内壁面贴合，用于加强所述支撑层的支撑强度。2.根据权利要求1中所述的沉箱双壁组合管柱，其中，所述保护层与所述支撑层同轴设置，且该保护层的内壁完全贴附在所述支撑层的外壁。3.根据权利要求2中所述的沉箱双壁组合管柱，其中，所述加强层为与所述支撑层同轴设置的环状结构，其外壁面和所述支撑的内壁面贴合。4.根据权利要求3所述的沉箱双壁组合管柱，其中，所述加强层的顶端和底端分别与所述支撑的顶端和底端平齐。5.根据权利要求2～4中任一项所述的沉箱双壁组合管柱，其中，所述保护层与所述加强层之间设置有连接件，用于固定二者之间的相对位置。6.根据权利要求4中所述的沉箱双壁组合管柱，其中，保护层底端和所述加强层底端之间设置有底板，该底板完全覆盖所述保护层和所述加强层之间的间隙，用于形成所述加强层的成型的管柱骨架。7.根据权利要求6中所述的沉箱双壁组合管柱，其中，所述沉箱顶端面上开设有安装盲孔，所述安装盲孔的开口端与所述管柱相匹配，用于对所述管柱部分侧壁的限位。8.根据权利要求7中所述的沉箱双壁组合管柱，其中，所述安装盲孔内部沿垂向设置有隔板，所述加强层底端对应位置开设有对应所述隔板的垂向槽口，用于所述加强层的辅助固定。9.根据权利要求6～8中任一项所述的沉箱双壁组合管柱，其中，所述沉箱与所述管柱底端面接触的位置对应设置有若干个预埋螺栓，所述底板上对应所述预埋螺栓设置有通孔，用于所述管柱的安装定位。10.一种沉箱双壁组合管柱的施工方法，其特征在于，呈现为如下过程：s1、预制沉箱和最外层为纤维增强复合材料制成的管柱骨架；s2、将管柱骨架吊装到沉箱上，调整管柱的姿态后，将管柱骨架固定在沉箱上；s3、将支撑层浇筑材料浇筑到管柱骨架中，形成支撑层，完成沉箱双壁组合管柱预制；s4、将沉箱双壁组合管柱固定安装在水下地基上。

技术总结

本发明公开了一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，属于桥梁工程技术领域，包括沉箱和管柱，沉箱设置在水下地基上，管柱两端分别与桥塔底部和沉箱固定连接；管柱包括支撑层、保护层和强化层，支撑层顶端和底端分别与桥塔底部和沉箱固定连接，保护层为套设在支撑层外侧，且采用纤维增强复合材料制成的管状结构，用于将水隔离在支撑层外；加强层设置在支撑层的管状结构内部，并与支撑层的内壁面贴合，用于加强支撑层的支撑强度。本发明提供了一种沉箱双壁组合管柱及施工方法，其能够在显著减少桥墩及基础尺寸的前提下，有效改善管柱结构在水下部分实际状态，避免管柱水下结构的长期服役性能所构成的安全隐患，进而保证桥梁的实际使用寿命。寿命。寿命。