[发明专利]一种钢柱砼根深水基础结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种钢柱砼根深水基础结构及其施工方法，其中钢柱砼根深水基础结构包括上钢柱和下砼根，上钢柱内部中空，直径为3.2m以上，上钢柱的底部深入海床的局部冲刷线以下；下砼根至少为3根，实心结构，直径为0.8m～2.5m，且下砼根置于上钢柱内，且上端通过第一承台与上钢柱的内壁固接，第一承台高于海床面，上钢柱的下端通过封底段与下砼根的外壁固接，封底段由混凝土浇筑而成。本发明，构造简单、受力合理，既具有优异的水平承载能力，又具有可靠的竖向承载能力，且充分发挥不同材料的力学性能优点，节省基础材料用量，降低恶劣深海环境下深水基础的建设成本，适用于水深流急、波长浪高、冲刷严重且覆盖层深厚的海洋工程深水基础。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种钢柱砼根深水基础结构及其施工方法。

背景技术

应国家发展战略之势，我国海洋工程如跨海桥梁、海上风电工程以及海洋钻井平台等大型工程的建设逐渐由海岸向深海推进。恶劣的深海环境给海洋工程的建设带来了巨大的挑战，尤其体现在结构物基础的设计和施工方面。水深流急、强涌浪、强冲刷及超厚覆盖层等都是我们必须克服的难题。

我国甬舟铁路及高速复线工程金塘水道公铁两用大桥基础深水将达到40～60m，百年一遇流速达到3.27m/s，百年一遇波高H₁％达到8.64m，覆盖层厚度约90m左右。在甬舟铁路及高速公路复线工程可行性研究中，对主跨1080m斜拉桥方案主塔基础的研究结果表明，主塔基础的设计波流力将达到2万吨以上，上部结构传递至主塔基础的极限横风荷载约1万吨，横桥向船撞荷载达到2.12万吨。在如此巨大的水平力作用下，为满足主塔基础的水平承载能力和水平刚度要求，混凝土群桩基础的桩径将达到5m以上，且桩数规模巨大。

在深水情况下采用高桩承台群桩基础可以避免水下施工，降低施工风险，但同时由于水深较大，桩基的竖向承载力很大一部分被用来平衡水中部分的桩身自重。在覆盖层深厚的地质条件下，桩底难以进入基岩，桩基通常按摩擦桩设计。而对于摩擦桩，由于大直径桩基比表面积较小，其提供桩侧摩阻力的效率较低。在满足相同竖向承载力的情况下，采用大直径桩基，桩长必会增加，故经济性较差。在恶劣的深海环境下，虽然超大直径群桩基础能够适应海洋工程对深水基础承载能力和变形的要求，但是其经济性较差，建设成本昂贵。

有鉴于此，迫切需要从深水基础的受力机理出发，创新设计一种受力可靠、技术可行且经济合理的基础形式来适应海洋工程的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的深水基础结构存在受力较差、经济成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种钢柱砼根深水基础结构，其特征在于，包括：

上钢柱，内部中空，直径为3.2m以上，所述上钢柱的底部深入海床的局部冲刷线以下；

下砼根，至少为3根，实心结构，直径为0.8m～2.5m，且下砼根置于所述上钢柱内，且上端通过第一承台与所述上钢柱的内壁固接，所述第一承台高于海床面，所述上钢柱的下端通过封底段与下砼根的外壁固接，所述封底段由混凝土浇筑而成。

在另一个优选的实施例中，所述下砼根是以所述上钢柱的截面中心为圆心环向均匀布置，且最外圈的所述下砼根的外表面与所述上钢柱的内表面存在径向的间距s。

在另一个优选的实施例中，所述下砼根的底部支承在基岩时，所述下砼根的直径与所述上钢柱的直径之比满足：d/D≤1/(3.33+2s/d)；

所述下砼根的底部未支承在基岩上时，所述下砼根的直径与所述上钢柱的直径之比满足：d/D≤1/(3.91+2s/d)；

式中，d为下砼根的直径，D为上钢柱的直径，s为最外圈下砼根的外表面与上钢柱的内表面之间的径向的间距。