CN103924595B - 一种空心管柱水下浇筑自浮式内模*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空心管柱水下浇筑自浮式内模***及其应用，其特征是设置在管柱孔中的内模***包括一钢结构底节模板，在底节模板上、自下而上逐节组装各节段预制内模板形成内模***；各节段预制内模板为可在水中获得浮力的全封闭钢结构浮筒。本发明可有效应用于桩、沉管、沉井及锚碇的施工，且实现水中桩、沉管、沉井及锚碇的现浇生产，模板可回收，施工效率和材料利用率高。

Description

一种空心管柱水下浇筑自浮式内模***
技术领域
本发明涉及土木工程、桥梁房建、水工结构中基础现浇施工。
背景技术
现有的沉井及沉管基础施工采用分节预制构件后依靠自重或辅助措施接高下沉然后进行压浆处理的方法进行施工。对于该工艺，除存在施工场预制件运输困难、吊装设备大、预制件下沉困难等问题外，还有以下几点难以控制：下沉后由于底部有残渣易整体倾斜；分节预制，各节接口处拼接施工难度大；压浆工艺复杂，压浆质量难以控制，工期长造价高。预制法施工的以上问题已成为行业内公认的难题。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种空心管柱水下浇筑自浮式内模***及其应用，以实现陆上和水中基础的现浇施工，从而方便施工、提高施工效率。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明空心管柱水下浇筑自浮式内模***的结构特点是：设置在管柱孔中的内模***包括：一钢结构底节模板，在所述底节模板上、自下而上逐节组装各节段预制内模板；所述各节段预制内模板为可在水中获得浮力的全封闭钢结构浮筒。
本发明空心管柱水下浇筑自浮式内模***的结构特点也在于：
所述底节模板浇筑在管柱孔的混凝土封底中进行定位；所述各节段预制内模板是由瓦片模板拼装而成；在所述各节段预制内模板中，呈水平设置的“十”字支撑架在其呈“十”字的四个支撑位上支撑有定位立柱，各瓦片模板与相邻位置上定位立柱相互卡嵌，并能够以所述定位立柱为导向柱竖向滑动；相邻节段的预制内模板之间，对应位置上的定位立柱相互螺纹连接；处在与所述底节模板相邻接位置上的第一节段预制内模板中的定位立柱是螺纹连接在所述底节模板的顶面上，在所述各节段预制内模板之间贯穿用于张拉的锁紧钢铰线；所述锁紧钢铰线在孔顶限位平台上利用千斤顶进行张拉。
所述底节模板的上段为圆柱形筒体，下段为圆锥形筒体，所述底节模板是以其圆锥形筒底浇筑在管柱孔的混凝土封底中进行定位。
在各道“十”字支撑架的中心分别设置有钢绞线拴结点，并有回收钢绞线在各钢绞线拴结点之间串联连接并延伸至管柱孔的孔口，用于回收“十”字支撑架。
本发明利用所述空心管柱水下浇筑自浮式内模***实现空心管柱水下浇筑的施工方法的特点是按如下过程进行：
a、管柱孔在设定位置成孔后，向成孔中下放钢筋笼，使钢筋笼的底部达到管柱孔的孔底位置；
b、向成孔中下放底节模板，至底节模板的顶部处在孔口位置时，在底节模板的顶面安装第一节段预制模板中的定位立柱和“十”字支撑架；再次下放至第一节段预制模板中的定位立柱的顶端处在孔口位置时，以螺纹连接上一节段预制模板中的定位立柱和“十”字支撑架；继续下放各节段预内模板中定位立柱和“十”字支撑架，直至底节模板达到成孔底部设定位置，浇筑封底混凝土固定底节模板并形成封底的环形筒体；
c、利用外挂配重将各节段预制模板中各瓦片模板自孔口处依次沿定位立柱下沉在指定位置上，在孔顶限位平台上利用千斤顶张拉贯穿在各节段预制内模板中的锁紧钢绞线进行压实并锁定，完成内模安装；
d、以成孔的外壁土体为外模，在外模和内模之间进行管身混凝土浇筑；在管身混凝土达到强度时，取出外挂配重、释放锁紧钢绞线的锁定，逐节取出定位立柱和“十”支撑架，借助浮力逐节回收各节段预制内模板，完成施工。
本发明施工方法的特点也在于：在成孔后、并且在下放钢筋笼之前，利用环形滑模装置在成孔中自下而上沿成孔内壁以水下快凝材料进行浇筑形成护壁层，并以所述护壁层为外模。
与已有技术相比，本发明有益技术效果体现在：
1、以本发明实现水下基础施工的现浇工艺，其工艺简单、极大地提高了工效。与常规预制下沉的管柱基础施工方法相比，本发明不需要大型场地预制、运输构件，节省大型设备起吊和下放的复杂工序。
2、本发明实现管柱基础一次性浇筑完成，基础为完整整体，可有效提高基础力学性能，利用本发明实现空心管柱的水下浇筑，其质量易控制。而传统预制的施工方法需要预制件接高，连接处处理困难，质量难以控制。
3、传统预制下沉的施工方法在预制件下沉完成后需要进行压浆处理，压浆工艺复杂，特别是对于管柱基础底部压浆质量相当难以控制，造成基础底部周边松散，使得基础承载力降低，本发明实现一次性现浇，不需压浆处理，其钢结构底节模板可伸至较深位置处，完成浇筑后可避免底部周边松散问题。
4、本发明在各节段内模板之间无焊接，方便安装与拆卸，可重复利用，有效提高施工效率和节省成本。
5、本发明中“十”字支撑架的设置要以有效防止浇筑混凝土的纵向及环向应变，保证基础的质量。
6、本发明借助浮力进行预制内模板的回收，可实现完全无人下孔操作，提高了施工过程的安全性。
附图说明
图1为本发明自浮式内模***立面图；
图2为本发明自浮式内模***平面图；
图3为本发明中底节定位模板安装示意图；
图4为本发明中第二节立柱及十字支撑架安装示意图；
图5为本发明中自浮模板与定位立柱连接示意图；
图6为本发明中十字支撑架与定位立柱连接示意图。
图中标号：1护壁层，2钢筋笼，3内模板，3a加劲板，4底节模板，5为“十”字支撑架，5a锥形销，6定位立柱，6a支撑牛腿，7锁紧钢铰线，8孔顶限位平台，9千斤顶，10钢绞线拴结点，11混凝土封底，12回收用钢绞线，13穿线孔。
具体实施方式
参见图1，本实施例中空心管柱水下浇筑自浮式内模***的结构形式是：设置在管柱孔中的内模***包括钢结构底节模板4，在底节模板4上、自下而上逐节组装各节段预制内模板3；各节段预制内模板3为可在水中获得浮力的全封闭钢结构浮筒。
如图1所示，底节模板4浇筑在管柱孔的混凝土封底11中进行定位。
如图2和图5所示，各节段预制内模板3是由瓦片模板拼装而成；在各节段预制内模板3中，呈水平设置的“十”字支撑架5在其呈“十”字的四个支撑位上支撑有定位立柱6，各瓦片模板与相邻位置上定位立柱6相互卡嵌，并能够以定位立柱6为导向柱竖向滑动；各瓦片模板为空心全封闭浮式模板，其内设置有各道加劲板3a；各节段预制内模板3根据实际施工条件可以6-15m。
如图3、图4和图5所示，相邻节段的预制内模板3之间，对应位置上的定位立柱6相互螺纹连接；处在与底节模板4相邻接位置上的第一节段预制内模板中的定位立柱是螺纹连接在底节模板4的顶面上，在各节段预制内模板3之间通过设置在预制内模板3中的穿线孔13贯穿用于张拉的锁紧钢铰线7；锁紧钢铰线7在孔顶限位平台8上利用千斤顶9进行张拉。
具体实施中，底节模板4的上段为圆柱形筒体，下段为圆锥形筒体，底节模板4是以其圆锥形筒底浇筑在管柱孔的混凝土封底11中进行定位；
如图6所示，“十”字支撑架5根据受力情况进行设置，每节定位立柱6至少设置两道“十”字支撑架5，在各道“十”字支撑架5的中心分别设置有钢绞线拴结点10，并有回收用钢绞线12在各钢绞线拴结点10之间串联连接并延伸至孔口，用于回收“十”字支撑架5，在定位立柱6的内侧壁上设置支撑牛腿6a，“十”字支撑架5通过锥形销5a连接在支撑牛腿6a。
以本实施例中空心管柱水下浇筑自浮式内模***实现空心管柱水下浇筑的施工方法是按如下过程进行：
1、管柱孔在设定位置成孔后，向成孔中下放钢筋笼2，使钢筋笼2的底部达到孔底位置；
2、向成孔中下放底节模板4，至底节模板4的顶部处在孔口位置时，在底节模板4的顶面安装第一节段预制模板中的定位立柱和“十”字支撑架；再次下放至第一节段预制模板中的定位立柱的顶端处在孔口位置时，以螺纹连接上一节段预制模板中的定位立柱和“十”字支撑架；继续下放各节段预内模板中定位立柱和“十”字支撑架，直至底节模板4达到成孔底部设定位置，浇筑封底混凝土固定底节模板4并形成封底的环形筒体；
3、利用外挂配重将各节段预制模板中各瓦片模板自孔口处依次沿定位立柱6下沉在指定位置上，在孔顶限位平台8上利用千斤顶9张拉贯穿在各节段预制内模板中3的锁紧钢绞线7进行压实并锁定，完成内模安装；
4、以成孔的外壁土体为外模，在外模和内模之间进行管身混凝土浇筑；在管身混凝土达到强度时，取出外挂配重、释放锁紧钢绞线7的锁定，逐节取出定位立柱和“十”支撑架，借助浮力逐节回收各节段预制内模板，完成施工。
具体实施中，还可以在成孔后、并且在下放钢筋笼之前，利用环形滑模装置在成孔中自下而上沿成孔内壁以水下快凝材料进行浇筑形成有护壁层1(如图1所示)，并且浇筑管身时是以护壁层1为外模。该护壁层具有较高的强度质量比、刚度质量比和良好的耐腐蚀性能，防渗性能好，以其作为混凝土管身的保护外壳可以对混凝土结构实施全寿命保护；不仅如此，护壁层可较好地约束管柱的纵向及环向应变，钢筋笼可按照最小配筋率配置，与普通钢筋混凝土沉管配筋率大为减小，也减轻了钢筋笼的吊装重量。
具体实施中，水下快凝材料是以水泥、石膏、HPMC材料及水按1∶1∶0.01∶0.5的质量配合比混合而成，可根据浇筑高度等实际工况进行适当调整，快凝材料凝固时间为1小时，强度为2MPa，浇筑形成的护壁层1的厚度为5到20cm。
环形滑模装置的浇筑过程是在初始位置浇筑材料强度达到允许值后，移动活动模板至下一位置继续浇筑，实现连续浇筑，环形滑模装置中的滑移式活动模板为环形，这一施工工艺目前已经在工程建设中得到广泛使用。
本发明管柱直径在3至6m，可广泛用于桥梁房建、水工结构等工程建设领域，应用场合包括：陆上常规基础的施工，如沉井等；水中基础的施工，如桥梁的塔柱基础、水中锚碇基础、群井基础等。

Claims (3)

1.一种空心管柱水下浇筑自浮式内模***，其特征是：设置在管柱孔中的内模***包括：一钢结构底节模板(4)，在所述底节模板(4)上、自下而上逐节组装各节段预制内模板(3)；所述各节段预制内模板(3)为可在水中获得浮力的全封闭钢结构浮筒；所述底节模板(4)浇筑在管柱孔的混凝土封底(11)中进行定位；所述各节段预制内模板(3)是由瓦片模板拼装而成；在所述各节段预制内模板(3)中，呈水平设置的“十”字支撑架(5)在其呈“十”字的四个支撑位上支撑有定位立柱(6)，各瓦片模板与相邻位置上定位立柱(6)相互卡嵌，并能够以所述定位立柱(6)为导向柱竖向滑动；相邻节段的预制内模板(3)之间，对应位置上的定位立柱(6)相互螺纹连接；处在与所述底节模板(4)相邻接位置上的第一节段预制内模板中的定位立柱是螺纹连接在所述底节模板(4)的顶面上，在所述各节段预制内模板(3)之间贯穿用于张拉的锁紧钢铰线(7)；所述锁紧钢铰线(7)在孔顶限位平台(8)上利用千斤顶(9)进行张拉。
2.根据权利要求1所述的空心管柱水下浇筑自浮式内模***，其特征是：所述底节模板(4)的上段为圆柱形筒体，下段为圆锥形筒体，所述底节模板(4)是以其圆锥形筒底浇筑在管柱孔的混凝土封底(11)中进行定位。
3.根据权利要求1所述的空心管柱水下浇筑自浮式内模***，其特征是：在各道“十”字支撑架(5)的中心分别设置有钢绞线拴结点(10)，并有回收用钢绞线(12)在各钢绞线拴结点(10)之间串联连接并延伸至管柱孔的孔口，用于回收“十”字支撑架(5)。
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