一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础

摘要

本发明公开了一种用于深水、强震条件下的桥梁复合基础，具体为群桩基础、吸力式沉箱基础、无压式沉箱基础、加筋垫层的组合运用。吸力式沉箱基础有多个，成圆环形布置在无压式沉箱基础周围，无压式沉箱基础直接置于加筋垫层顶部，与桩、吸力式沉箱基础都不相连，吸力式沉箱基础与无压式沉箱基础中间填入纵横加筋的碎石，加筋垫层起主要隔震作用，由砂垫层、卵石层、碎石层组合而成，并布有土工织物和土工格栅以控制颗粒错动和垫层液化。本发明提供的新型桥梁复合基础，可以适用于深水、强震的恶劣自然条件，既可以起到隔震效果，减少地震力由地基向基础的传输，同时可以承受较大的水平荷载，限制基础横向位移，保证桥梁的安全使用。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁技术领域，涉及一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础，具体为群桩基础、吸力式沉箱基础、无压式沉箱基础、加筋垫层的组合运用。

背景技术

目前常见的桥梁深水基础有管柱基础、桩基础、沉井基础、沉箱基础等。跨越海湾、海峡的特大跨桥梁由于水深较深、覆盖层软硬不均等问题，采用单一的基础形式往往不能适应环境的需要，因此常采用沉井加桩或沉井加管柱等组合形式。但是跨海大桥因为其独特的地理环境，往往还需面临地震、强风等极端荷载的作用。特别是基于中国地震区域广阔而分散、地震频繁而强烈的严峻现实，作为生命线工程的跨江跨海大桥的抗震问题更需要高度重视。

传统的桥梁隔震是通过设置减震装置将上部结构体系与基础隔离开来，以减少地震传递到结构体系的能量。然而，对于深水桥梁基础而言（水深大于60m），由于深水导致基础规模及基础刚度大，以致减震装置效果有限；同时，桥梁基础位于深水中且水文地质条件复杂，造成桥墩过长的悬臂段容易导致产生地震破坏。

1906年德国的Jacob Bechtold首先提出了采用“基础隔震”技术以保证建筑物安全的建议。希腊Rion-Antirion大桥（里约-安蒂里奥大桥）为解决深水桥梁基础抗震问题，采用了一种由沉箱、垫层、桩以及地基土体组合而成的新型隔震基础。沉箱与桥台连接，直接承受从上部传来的竖向及水平向荷载；桩复合地基提高地基承载力的同时，还可以有效控制整体沉降；碎石组成垫层置于沉箱基础和桩复合地基之间，区别于传统的桩箱复合基础，桩与沉箱并不相连，因此既可以有效发挥桩间土的承载力，又可以在地震时提供足够的水平位移消耗地震能量，降低上下部结构之间的剪力，保证桥梁结构及基础的安全可靠。

但是在实际工程应用中，在地震来临时，若沉箱基础与下部复合地基之间发生位移较大，沉箱基础错动到桩基加固范围边界以外，将会由地基承载力不均造成整个基础发生倾覆破坏。再者，隔震垫层在有效阻止地震力的传递的同时也削弱了基础抵抗水平荷载的能力，其水平荷载主要靠沉箱和碎石垫层间的摩擦力来承担。在常见的风、浪、流等荷载作用下，基础能基本保持稳定，但是在强风以及长期冲刷条件下，基础有可能发生较大位移。同时，在深水、地震条件下，碎石垫层很有能发生震动液化，这也有可能导致整个基础的破坏，从而威胁桥梁整体的安全。

因此，需要研究开发具有隔震性能、较大水平承载力、不会发生液化破坏的新型桥梁深水隔震基础。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础，采用桩、吸力式沉箱基础、无压式沉箱基础、加筋垫层组成的新型基础形式，设计合理，结构新颖独特，隔震效果好，可有效用于桥梁的减震、防震，确保桥梁的安全使用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础，包括桩、吸力式沉箱基础、无压式沉箱基础、加筋垫层，所述吸力式沉箱基础有多个，成圆环形布置在无压式沉箱基础周围，无压式沉箱基础设置于桩顶部，加筋垫层设置在无压式沉箱基础与桩之间，所述桩以及吸力式沉箱基础的下端设置在地下，所述无压式沉箱基础与桩、吸力式沉箱基础互不相连。

上述方案中，所述桩采用钢管桩，桩对地基进行加固，加固深度视土层具体情况而定，加固范围为吸力式沉箱基础包围的内部、无压式沉箱基础下部，采用梅花形或正方形布置，桩径为1.5~2.0 m，桩间距为距3~6倍桩径，桩顶刺入砂垫层0.4m，最外排桩与吸力式沉箱基础最小净距2m。

上述方案中，所述加筋垫层底层为厚度0.4~0.6m的砂垫层，用以找平；砂垫层铺毕后打入钢管桩，砂垫层顶部铺土工织物，土工织物可选尼龙、涤纶等高分子化合物；土工织物上交替铺设粒径30~80mm卵石和土工格栅，直至厚度1.5~2m，该层为主要隔震层；其上再铺满土工织物，土工织物上铺碎石层，层厚0.4~0.6m，用以增大无压式沉箱底部和垫层间的摩阻力。

上述方案中，所述无压式沉箱基础中心线处纵剖面为倒T型，横截面为圆形，直接放置于加筋垫层顶部，可采用钢沉箱、钢筋混凝土沉箱、钢壳混凝土沉箱；无压式沉箱基础外部设有顶板、底板、外壁板，内部设有内隔板增加沉箱刚度，垫层相接触处壁板厚2~3.5m、高6~15m。

上述方案中，吸力式沉箱基础为多个组合围成圆环形，置于无压式沉箱基础周围，用以抵抗水平荷载和控制位移，并进行冲刷防护；吸力式沉箱基础可采用钢沉箱、钢筋混凝土沉箱、钢壳混凝土沉箱，底端开口顶端封闭，依靠自身及上部结构重量下沉插入地基土一定深度形成有效密封后，通过泵抽出密封空间中的水，利用沉箱内外压差沉入设计深度。吸力式沉箱基础设有顶板、外壁板，所述顶板与外壁板构成一个开口向下的半封闭结构，所述顶板厚2~4m，外壁板厚1.5~2.5m带有刃脚，壁板没入土体深度6~15m，顶板顶高与无压式沉箱与之相邻壁板等高。吸力式沉箱基础与无压沉箱基础最小净距为2.5m，吸力式沉箱基础与无压式沉箱基础中间填入纵横加筋的碎石。

本发明的有益效果是：

本发明所述的桥梁复合基础，采用群桩基础、吸力式沉箱基础、无压式沉箱基础、加筋垫层组成的新型复合的基础形式，无压式沉箱基础与桩、吸力式沉箱基础互不相连，其中桩对地基进行加固，上铺一定级配碎石垫层起隔震作用，布土工织物布防止不同垫层间颗粒错动，布土工格栅对垫层进行加筋控制垫层震动液化；无压沉箱放置于加筋垫层顶部，外周布置吸力式沉箱基础抵抗水平荷载和控制位移，并进行冲刷防护，吸力式沉箱与无压式沉箱中间同样布有加筋的碎石，本发明设计合理，结构新颖独特，地震发生时会外围与地基对震动进行削弱，既可以起到隔震效果，减少地震力由地基向基础的传输，同时可以承受较大的水平荷载，限制基础横向位移，保护桥墩，隔震效果好，从而可有效保证桥梁的安全使用，延长桥梁使用寿命，具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础立面示意图；

图2为本发明一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础顶面、剖面示意图；

图3为本发明一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础加筋垫层示意图；

图4为本发明一种适用于深水、强震条件下的桥梁复合基础桩基布置示意图。

图示说明:

1、桩；2、吸力式沉箱基础；3、无压式沉箱基础；4、加筋垫层；5、无压式沉箱基础顶板；6、无压式沉箱基础底板；7、无压式沉箱基础外壁板；8、无压式沉箱基础内隔板板；9、吸力式沉箱基础顶板；10、吸力式沉箱基础外壁板；11、砂垫层；12、卵石层；13、碎石层；14、土工织物；15、土工格栅。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供了一种用于深水、强震条件下的桥梁复合基础，该基础为桩1、吸力式沉箱基础2、无压式沉箱基础3、加筋垫层4组成的新型复合基础形式。其中采用桩1对地基进行加固，上铺一定级配加筋垫层4起隔震作用，吸力式沉箱基础2有多个，成圆环形布置在无压式沉箱基础3周围，无压式沉箱基础3直接置于加筋垫层顶部与桩1、吸力式沉箱基础2、加筋垫层3都不相连。

本发明所述基础首先对吸力式沉箱基础2进行预制、浮运、就位、下沉。吸力式沉箱基础设有顶板9、外壁板10，所述顶板（9）与外壁板（10）构成一个开口向下的半封闭结构，其尺寸根据内侧无压式沉箱基础3尺寸、结构受力、冲刷防护要求等确定。其中，所述吸力式沉箱基础顶板6厚2~4m，外壁板7厚1.5~2.5m并带有刃脚，外壁板7没入土体深度6~15m，顶板顶高与无压式沉箱与之相邻壁板等高。

随后对吸力式沉箱基础2内侧土体进行开挖，开挖完毕后铺设砂垫层11，砂垫层11厚度0.4~0.6m。

随后打入桩1，所述桩采用钢管桩，加固深度视土层具体情况而定，桩采用梅花形或正方形布置，桩径为1.5~2.0 m，桩间距为距3~6倍桩径，桩顶刺入垫0.5~1.0 m，最外排桩与吸力式沉箱基础2最小净距D=2m。

桩1施工完毕后，砂垫层顶部铺土工织物14，土工织物14可选尼龙、涤纶等高分子化合物。土工织物14上交替铺设粒径30~80mm卵石和土工格栅15构成卵石层12，卵石层12厚度1.5~2m，该层为主要隔震层。

随后，再铺设土工织物14，土工织物14上铺碎石层，层厚0.4~0.6m，用以增大沉箱底部和垫层间的摩阻力。

浮运预制好的无压式沉箱基础3，就位后冲水下沉，并浇筑上部承台。所述无压式沉箱基础3中心线处纵剖面为倒T型，横截面为圆形，直接放置于加筋垫层4顶部，可采用钢沉箱、钢筋混凝土沉箱、钢壳混凝土沉箱。无压式沉箱基础3外部设有顶板5、底板6、外壁板7，内部设有内隔板8增加沉箱刚度，垫层相接触处外壁板厚2~3.5m、高6~15m。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。