一种用于码头工程的装配式墩台结构及其使用方法

技术领域

本发明属于建筑物结构构件设计领域，具体涉及一种用于码头工程的装配式墩台结构及其使用方法。

背景技术

常规的码头工程墩台结构主要包括预制桩基及现浇墩台，但常规墩台存在着大量的问题，如：(1)上部墩台采用大体积现浇混凝土；该结构在施工时，需依托桩基搭建围囹系统、架设整体式底模及侧模进行浇筑，耗费时间长，承重抱箍、木方、模板等措施费用较高；(2)墩台混凝土浇筑时，在水位变动区及浪溅区施工时需要等待潮位，施工窗口期受限，新浇筑混凝土存在被潮水淹没的风险；(3)大体积墩台涉及分层浇筑，每层浇筑完成后需等待强度才能浇筑上一层混凝土，工期拖沓；(4)上下层混凝土之间易产生涨缩裂缝，影响结构整体质量及耐久性；(5)附属设施安装涉及各类预埋螺栓、钢构件等，水上施工定位难度大、危险性高，在水环境下易在施工期就发生腐蚀，影响使用。

基于常规的码头工程墩台结构的相关缺陷，工程技术人员应考虑充分依托陆上预制厂专业化的制作能力及优良的养护条件，将墩台进行模块化预制，再通过船吊进行装配化水上安装，做到结构整体的高质耐久及施工的快速装配化。

中国专利CN102943482A公开了一种预制墩台预紧式止水围堰，它包括由墩身和墩座构成预制墩台，在预制墩台上连接有围堰壁体，预制墩台上设有环向圈梁，预制墩台和环向圈梁之间设有膨胀止水条；围堰壁体由围堰块相互拼装而成，围堰壁体横向通过对拉系统拉紧；围堰壁体内壁和预制墩台的墩身之间设有多个内支撑系统，围堰壁体底部内壁和预制墩台的墩座之间设有底部收紧装置；围堰壁体纵向通过竖向吊挂装置拉紧。其中围堰壁体是通过各种预紧结构达到自稳后抱紧在预制墩台上的，围堰壁体为工具式的拼装组合，松弛各预紧装置后，可整体拆除钢围堰，检查修复后可再次重复周转使用，这样就大大降低了劳动强度，有效加快了施工进度，更进一步降低了施工成本。

中国专利CN114354625A公开了一种预制墩台检测装置。该装置包括：旋转系统，所述旋转系统上有一用于放置预制墩台的安装区域，旋转系统用于驱使预制墩台旋转；检测系统，包括用于获取预制墩台侧面与顶面的外形图像的结构光成像子系统，和用于获取预制墩台红外图像的红外成像子系统，均位于旋转系统的上方、安装区域的外侧；控制系统，其与旋转系统、检测系统相连。其提供了一种预制墩台检测装置，可以对预制墩台进行外型尺寸、表面缺陷及内部缺陷的全面检测，以确保预制墩台满足出厂要求。

虽然上述专利给予了使用预制墩台的技术方法，但是也衍生出的相关关键技术问题，需重点攻克，主要包括：(1)码头工程的墩台需承受巨大的船舶荷载，下部受力桩基数量多，墩台平面尺度一般较大，一般的起重船设备难以进行该预制墩台的起吊安装，故应该进行拆分，将墩台按实际使用要求及起重能力拆分为多个模块分别预制安装；(2)常规的现浇墩台内部设置有上下左右各个方向的钢筋，混凝土在平面上为连续浇筑，使得整个墩台在局部受力时，其余部分通过墩台内部传力，一同参与承受荷载，并将荷载传递到所有桩基上，然而对墩台进行模块化拆分并分别预制后，钢筋的连续铺设已不可能实现，故应采用创新手段将多个模块连接起来；(3)常规现浇墩台的钢管桩伸入现浇墩台内，并通过桩芯钢筋笼及桩芯混凝土使得上下部可靠连接，当采用装配式墩台时，桩基与预制墩台一般只能通过预留桩孔后灌浆连接，受限于预留桩孔尺度，桩基需采用创新手段与预制墩台进行连接加强；同时，为了提高建设功效，发挥装配式的优点，应尽量避免桩芯结构这道工序。

发明内容

为解决上述问题，以求实现桩基与预制墩台的加强连接，预制墩台的多模块连接，进而提高构件质量，加快施工进度的技术效果。

为达到上述效果，本发明设计一种用于码头工程的装配式墩台结构及其使用方法。

一种用于码头工程的装配式墩台结构，其包括桩基、开槽式模块化墩台、连接钢架、附属设施；

所述桩基与开槽式模块化墩台下端相连；

所述连接钢架位于开槽式模块化墩台上端的槽口中；

所述附属设施预制在开槽式模块化墩台上。

优选地，所述开槽式模块化墩台包括靠船模块和系缆模块；

所述槽口位于靠船模块和系缆模块连接处；

所述槽口由靠船模块预制槽口及系缆模块预制槽口组成；

所述槽口均匀分布在开槽式模块化墩台上。

优选地，所述桩基包括钢管桩和波纹钢管；

所述波纹钢管焊接在钢管桩桩顶。

优选地，所述波纹钢管的直径等于钢管桩的直径；所述波纹钢管的高度不小于钢管桩的直径。

优选地，所述开槽式模块化墩台底部设置有预留桩孔，所述预留桩孔的数量与桩基的数量相同。

优选地，所述预留桩孔的直径大于桩基的直径，预留桩孔的深度不小于波纹钢管的高度。

优选地，所述附属设施包括橡胶护舷和系船柱；所述橡胶护舷预制安装在靠船模块侧面；所述系船柱预制安装在系缆模块上。

优选地，所述连接钢架的外形及尺度与开槽式模块化墩台的槽口外形及尺度相匹配。

优选地，所述连接钢架是钢管组合钢架、型钢组合钢架或高强钢棒组合钢架。

一种用于码头工程的装配式墩台结构的使用方法，其包括以下步骤：

S1、制备桩基，将钢管桩与波纹钢管连接成一体；

S2、采用打桩船沉桩；

S3、预制靠船模块及系缆模块，同时将附属设施同步一次性安装到位；

S4、将靠船模块及系缆模块吊装在桩基上部，预留桩孔直接支撑在桩基顶面；

S5、通过灌浆方式，将桩基与靠船模块及系缆模块连接形成整体，底部模板采用简易的吊模工艺；

S6、将连接钢架吊装至槽口内；

S7、在槽口内灌浆，使得靠船模块及系缆模块连成整体，即形成开槽式模块化墩台。

本申请的优点和效果如下：

1、开槽式模块化墩台为装配式结构，不再需要现场搭建围囹系统、架设模板及浇筑大体积墩台混凝土，可提高构件质量、加快施工进度、降低措施费用。

2、通过连接钢架及槽口内后浇带将模块化墩台的不同模块连接成为一体，确保了墩台结构的整体性及传力有效性。

3、连接钢架仅需吊装在开槽式模块化墩台的槽口内，槽口内后浇带施工也不需要架设模板，施工便利性优越。

4、钢管桩通过波纹钢管与开槽式模块化墩台进行加强连接，不需要现场施工桩芯钢筋笼及桩芯混凝土，直接节省了工序。

5、橡胶护舷及系船柱在均在预制厂内安装在靠船模块与系缆模块上，不需要水上安装，提高了精度及施工安全性。

6、本申请设计的一种用于码头工程的装配式墩台结构的使用方法，步骤简单，方便使用，在现实的施工工程中，能够明显的加快施工进度、降低施工整体所需费用。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明提供的装配式墩台整体安装图；

图2为本发明提供的桩基制作图；

图3为本发明提供的靠船模块结构图；

图4为本发明提供的系缆模块结构图；

图5为本发明提供的墩台拼接平面图；

图6为本发明提供的连接钢架结构图；

图7为本发明提供的连接钢架安放平面图；

图8为本发明提供的桩基墩台连接图；

附图标记：1、桩基；11、钢管桩；12、波纹钢管；2、开槽式模块化墩台；21、靠船模块；22、系缆模块；23、槽口；23a、靠船模块预制槽口；23b、系缆模块预制槽口；24、预留桩孔；3、连接钢架。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1

本实施例主要介绍一种用于码头工程的装配式墩台结构的设计；具体结构请参考图1，图1为本发明提供的装配式墩台整体安装图。

一种用于码头工程的装配式墩台结构，其包括桩基1、开槽式模块化墩台2、连接钢架3、附属设施；

所述桩基1与开槽式模块化墩台2下端相连；

所述连接钢架3位于开槽式模块化墩台2上端的槽口23中；

所述附属设施预制在开槽式模块化墩台2上。

进一步的，所述开槽式模块化墩台2包括靠船模块21和系缆模块22；靠船模块21和系缆模块22具体结构请参考图3和图4；图3为本发明提供的靠船模块结构图；图4为本发明提供的系缆模块结构图。

所述槽口23位于靠船模块21和系缆模块22连接处；

所述槽口23由靠船模块预制槽口23a及系缆模块预制槽口23b组成；

所述槽口23均匀分布在开槽式模块化墩台2上。

进一步的，所述桩基1包括钢管桩11和波纹钢管12；

所述波纹钢管12焊接在钢管桩11桩顶；桩基制作图请参考图2。

进一步的，所述波纹钢管12的直径等于钢管桩11的直径；所述波纹钢管12的高度不小于钢管桩11的直径。

进一步的，所述开槽式模块化墩台2底部设置有预留桩孔24，所述预留桩孔24的数量与桩基1的数量相同。

进一步的，所述预留桩孔24的直径大于桩基1的直径，预留桩孔24深度不小于波纹钢管12的高度。

进一步的，所述附属设施包括橡胶护舷和系船柱；所述橡胶护舷预制安装在靠船模块21侧面；所述系船柱预制安装在系缆模块22上。

进一步的，所述连接钢架3的外形及尺度与开槽式模块化墩台2的槽口23外形及尺度相匹配；连接钢架结构图请参考图6。

进一步的，连接钢架3是钢管组合钢架、型钢组合钢架或高强钢棒组合钢架；连接钢架安放平面图请参考图7。

根据《码头结构设计规范》，钢管桩进入上部结构(墩台、桩帽或横梁)1倍桩径的情况下，可不设置桩芯结构。但是国内水运行业码头工程，均在钢管桩进入上部结构1倍桩径后同步设置了桩芯结构作为“加强锁”，主要还是为了增强钢管桩与上部混凝土的结合能力。然而，桩芯结构施工较为复杂，需在桩径内部设置封底模板，制作钢筋笼，吊装钢筋笼，采用微膨胀混凝土浇筑，等待混凝土强度增长达到设计要求(一般为80％)后，方能进行上部结构的施工。即该工序与桩基工程、上部墩台工程存在明显的“紧前紧后”工序关系，施工期较为拖沓。基于上述情况，在首先满足规范要求的前提下，本发明创新使用了波纹钢管与钢管桩连接后，内置于上部墩台内，可通过波纹与混凝土(或灌浆料)产生咬合力，有效增强钢管桩与上部结构混凝土(或灌浆料)的结合能力，确保连接安全，同步即可省略桩芯结构这道“加强锁”，节约了工期，加快了建设。

常规技术方案下的现浇墩台，钢筋连续铺设并浇筑混凝土，混凝土之间主要依靠钢筋传递剪力、拉力及弯矩作用。为了有效保障预制墩台模块间的传力，本发明创新使用了连接钢架结构。连接钢架主要可采用钢管组合钢架、型钢组合钢架或高强钢棒组合钢架，与传统钢筋笼相比，具有强度高、刚度大、吊运方便、不易变形的特点，可用于替代钢筋传力，做到可靠及有效。连接钢架的制作也可充分依托专业化预制厂或钢管桩生产厂家完成，可一次性完成制作、连接、探伤、防腐等工作，产品质量高，也可省去现场施工人员的钢筋焊接、绑扎、热弯成型等作业，提高生产效率的同时提高水上作业人员的安全性。

现浇墩台的施工，首先需要在桩基上架设钢抱箍，用于承担上部结构的全部重量，因此需要较大规格、较大摩擦阻力的钢抱箍系统。钢抱箍系统上需架设围囹、底模和侧模，措施工程量巨大，费用较高。当钢抱箍系统或围囹系统质量不过关时，易发生垮塌等安全事故，当模板质量不过关时，又易发生混凝土漏浆等环保事故，均为重大隐患。本发明提供的装配式墩台结构，可直接吊装支撑在钢管桩上，钢管桩即为施工期的支撑系统，完全省去了钢抱箍、围囹及模板，具有施工简便、经济优越的技术特点。

本实施例设计的开槽式模块化墩台为装配式结构，不再需要现场搭建围囹系统、架设模板及浇筑大体积墩台混凝土，提高构件质量、加快施工进度、降低措施费用。

本实施例通过连接钢架及槽口内后浇带将模块化墩台的不同模块连接成为一体，确保了墩台结构的整体性及传力有效性。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例主要介绍一种用于码头工程的装配式墩台结构的最优设计。

一种用于码头工程的装配式墩台结构其包括：桩基1、开槽式模块化墩台2、连接钢架3、附属设施。

作为本发明的一种优选技术方案：桩基1由钢管桩11及波纹钢管12组成。开槽式模块化墩台2可根据实际需求及施工起吊能力拆分为靠船模块21及系缆模块22。开槽式模块化墩台2内部设置有槽口23及预留桩孔24。

作为本发明的一种优选技术方案：沉桩完成后，将靠船模块21及系缆模块22分别吊装在桩基1上部，桩基1顶部的波纹钢管12正好置于开槽式模块化墩台2的预留桩孔24内；在预留桩孔24内灌浆，形成桩基1与靠船模块21及系缆模块22的连接。

作为本发明的一种优选技术方案：桩基1与靠船模块21及系缆模块22连接完成后，将连接钢架3置于开槽式模块化墩台2的槽口23内，并在槽口23内灌浆，形成靠船模块21与系缆模块22的整体连接；墩台拼接平面图请参考图5。

作为本发明的一种优选技术方案：附属设施包括橡胶护舷及系船柱，均在预制厂内安装在靠船模块21与系缆模块22上。

作为本发明的一种优选技术方案：钢管桩11制作时，波纹钢管12焊接在桩顶，形成一体式的桩基1。波纹钢管12的直径等于钢管桩11的直径。波纹钢管12的高度不小于钢管桩11的直径。

作为本发明的一种优选技术方案：预留桩孔24与桩基1的位置及数量一致，预留桩孔24的直径大于桩基1的直径，预留桩孔24深度不小于波纹钢管12的高度。

作为本发明的一种优选技术方案：预留桩孔24内灌浆可采用细石混凝土或其他高强灌浆料；桩基墩台连接图请参考图8。

作为本发明的一种优选技术方案：开槽式模块化墩台2内部设置的槽口23由靠船模块21预制时设置的槽口23a及系缆模块22预制时设置的槽口23b组合而成。

作为本发明的一种优选技术方案：连接钢架3可以是钢管组合钢架、型钢组合钢架或高强钢棒组合钢架。

作为本发明的一种优选技术方案：连接钢架3的外形及尺度与开槽式模块化墩台2的槽口23外形及尺度相匹配。

作为本发明的一种优选技术方案：槽口23内灌浆可采用细石混凝土或其他高强灌浆料。

本申请设计的连接钢架仅需吊装在开槽式模块化墩台的槽口内，槽口内后浇带施工也不需要架设模板，施工便利性优越。

本申请设计的钢管桩通过波纹钢管与开槽式模块化墩台进行加强连接，不需要现场施工桩芯钢筋笼及桩芯混凝土，直接节省了工序。

本申请设计的橡胶护舷及系船柱在均在预制厂内安装在靠船模块与系缆模块上，不需要水上安装，提高了精度及施工安全性。

实施例3

基于上述实施例1-2，本实施例主要介绍一种用于码头工程的装配式墩台结构的使用方法，其包括以下步骤：

S1、制备桩基1，将钢管桩11与波纹钢管12连接成一体；

S2、采用打桩船沉桩；

S3、预制靠船模块21及系缆模块22，同时将附属设施同步一次性安装到位；

S4、将靠船模块21及系缆模块22吊装在桩基1上部，预留桩孔24直接支撑在桩基1顶面；

S5、通过灌浆方式，将桩基1与靠船模块21及系缆模块22连接形成整体，底部模板可采用简易的吊模工艺；

S6、将连接钢架3吊装至槽口23内；

S7、在槽口23内灌浆，使得靠船模块21及系缆模块22连成整体，即形成开槽式模块化墩台2。

本申请设计的一种用于码头工程的装配式墩台结构的使用方法，步骤简单，方便使用，在现实的施工工程中，能够明显的加快施工进度、降低施工整体所需费用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。