導(dǎo)語：桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)目前已在徐圩港區(qū)防波堤工程中成功應(yīng)用，但在圍堤工程中尚屬首次應(yīng)用，其系統(tǒng)性、適應(yīng)性、經(jīng)濟性等方面還需要進一步研究完善。針對防波堤與駁岸結(jié)構(gòu)的不同工況，4區(qū)圍堤對桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計和施工優(yōu)化，根據(jù)科研成果及監(jiān)測數(shù)據(jù)修正了桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主尺度和穩(wěn)定計算公式，優(yōu)化了細部構(gòu)造，采用修正數(shù)值模型，反演桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的工作機理，深層次揭示不同工作狀態(tài)下的破壞模式；合理設(shè)置轉(zhuǎn)角桶和堵縫；根據(jù)實際施工經(jīng)驗，提煉總結(jié)不同情況下施工方案的變化，形成通用的施工技術(shù)方案和特殊緊急情況處理措施方案；可以進一步豐富桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；駁岸結(jié)構(gòu)；設(shè)計優(yōu)化；施工優(yōu)化

桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是利用基礎(chǔ)桶體將軟土封閉在隔倉內(nèi)，對軟土形成約束，使得軟土與結(jié)構(gòu)共同形成傳力介質(zhì)，以提高地基基礎(chǔ)的承載能力。桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)解決了軟土地基承載力低的問題，其結(jié)構(gòu)形式的選擇和結(jié)構(gòu)空間尺度的確定與使用功能要求、荷載條件、地質(zhì)條件以及施工條件等因素密切相關(guān)。一般為單桶多隔倉混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體性較好。桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)桶體和上部結(jié)構(gòu)組成。其中基礎(chǔ)桶體由桶壁、桶蓋板、隔板組成，上部結(jié)構(gòu)可以根據(jù)使用功能要求靈活設(shè)計?？紤]結(jié)構(gòu)受力以及預(yù)制施工的方便性，基礎(chǔ)桶體的桶壁一般為曲柱面和平面組成，每塊桶壁的平面寬度不宜過大，一般可取5～8m。桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)從預(yù)制場地到現(xiàn)場下沉位置，需進行水上水平運輸、浮運，多隔倉基礎(chǔ)桶體易于保證浮運穩(wěn)定性。桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要具有以下特點：1）可以工廠化預(yù)制，水上施工工藝可以標準化，下沉不需大型水上船機設(shè)備，靠自重和大氣壓力即可實施下沉施工，無噪聲污染和環(huán)境污染等。2）在節(jié)省建設(shè)成本、縮短施工周期、節(jié)約石料資源、保護環(huán)境等方面都具有較為顯著的優(yōu)點。符合“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”工程建設(shè)的要求。3）對于在軟土地基上的防波堤、駁岸、圍堤、碼頭接岸結(jié)構(gòu)等工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1工程實踐

徐圩港區(qū)防波堤總長約22.3km，口門位于-5.0m等深線附近，采用桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，見圖1。東西直立堤共安裝桶式結(jié)構(gòu)389個，平面尺度呈橢圓形，長軸30m，短軸20m，為無底多隔倉結(jié)構(gòu)，桶內(nèi)劃分為9個隔倉。連云港徐圩港區(qū)防波堤工程成功應(yīng)用了桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并形成了一系列科技成果。包括以下內(nèi)容：1）桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)斷面波浪模型試驗[1]；2）桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體工程特性的數(shù)值分析[2]；3）桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)浮運穩(wěn)定試驗[3]；4）桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)離心模型試驗[4]；5）桶式基礎(chǔ)構(gòu)造及內(nèi)力研究[5]；6）連云港港徐圩港區(qū)地基土在波浪荷載作用下土體軟化特性及現(xiàn)場旁壓試驗研究[6]；7）1∶6模型桶式基礎(chǔ)施工工藝研究；8）原位單邊加載試驗；9）原位監(jiān)測檢測試驗。以上研究主要解決桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在防波堤工程上的應(yīng)用技術(shù)，滿足了工程設(shè)計施工的需要，積累了豐富的實踐經(jīng)驗。30萬噸級航道二期工程中，桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為駁岸結(jié)構(gòu)應(yīng)用于4區(qū)圍堤的建設(shè)。4區(qū)圍堤共長4888m，采用桶式結(jié)構(gòu)，但平面尺寸上有所加大，長軸36.6m，短軸20m，桶內(nèi)劃分為12個隔倉。駁岸結(jié)構(gòu)工況與防波堤有很大的不同，其工作機理和設(shè)計、施工方法需要進一步的優(yōu)化，以解決這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性、適用性和經(jīng)濟性。

2桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

2.1浮游穩(wěn)定優(yōu)化。根據(jù)浮游穩(wěn)定試驗結(jié)果可知，在上筒筒體不同布置狀態(tài)時，當下桶桶體吃水深度11.1m時，為桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)浮游穩(wěn)定性吃水深度的極限值，其可在自身恢復(fù)力下保持浮游穩(wěn)定狀態(tài)；當下桶上蓋板上水后，桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)將失去浮游穩(wěn)定性。上筒筒體偏移布置，不同偏移距離時，可以通過調(diào)節(jié)下桶桶體各隔倉的氣壓值，使桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在不同吃水深度條件下保持浮游穩(wěn)定狀態(tài)。給定6°初始轉(zhuǎn)角，在無約束自由擺動狀態(tài)下桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠依靠下桶隔倉內(nèi)密封氣體的恢復(fù)力恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)平衡。根據(jù)桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉放穩(wěn)定性試驗結(jié)果，建議在制定桶式基礎(chǔ)沉放施工方案時，可根據(jù)負浮力5%的沉放試驗結(jié)果采用合適的施工方案和施工設(shè)備。2.2土壓力計算值優(yōu)化。桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的運動形式為水平位移方向結(jié)構(gòu)整體向海側(cè)平移，上筒頂部的水平位移小于下桶底部水平位移，豎直方向岸側(cè)的沉降位移大于海側(cè)的沉降位移，故桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體位移趨勢可近似看作是桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體向海側(cè)平移的同時繞上筒頂向岸側(cè)的轉(zhuǎn)動，與擋土墻的RTT運動模式類似。下桶桶后土壓力分布沿桶高呈拋物線形，見圖2，土壓力先增大后減小，下桶位移隨下桶高度的增加而增加，見圖3，上面筒體的位移較小，還沒達到主動極限平衡狀態(tài)，故土壓力曲線在靜止土壓力和朗肯主動土壓力之間，隨著下面桶體的位移增大，下面的桶體開始向達到主動極限平衡狀態(tài)發(fā)展，故土壓力曲線在朗肯主動土壓力下面。下桶桶前土壓力分布沿桶高近似呈線性分布，見圖4，下桶前為“桶推土”的情況，由于桶的位移比較小還沒有達到被動的極限平衡狀態(tài)，土壓力在靜止土壓力和朗肯被動土壓力之間?？紤]結(jié)構(gòu)受力及變形的實際情況，在計算桶體墻后總體土壓力時，先按理論值計算桶體后的主動土壓力和桶體前的靜止土壓力，然后進行修正。2.3主尺度優(yōu)化針對可能影響桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不同工況。因素進行對比分析。計算結(jié)果顯示：1）桶式基礎(chǔ)在不同水位的后方填土作用下均有一定程度的水平位移，水位越低位移越大，根據(jù)分項系數(shù)取值的不同，其最不利工況可能為設(shè)計低水位或極端低水位情況。2）桶式基礎(chǔ)水平位移與下桶進入粉質(zhì)黏土層深度有關(guān)，入土越深，水平位移越小，但嵌入深度對水平位移影響不顯著。工程中無法通過增加下桶高度提高穩(wěn)定性。3）桶式基礎(chǔ)水平位移與下桶底部土層的強度有關(guān)，下桶底部土層強度越高，桶式基礎(chǔ)的水平位移越小。4）桶式基礎(chǔ)水平位移與后方填土的強度有關(guān)，后方填土的強度越高，桶式基礎(chǔ)的水平位移越小。4區(qū)圍堤在回填時采用物理力學(xué)指標較好的航道疏浚底層土。5）桶式基礎(chǔ)水平位移與后方填土的高度有關(guān)，后方填土的高度越高，桶式基礎(chǔ)的水平位移越大。4區(qū)圍堤通過分層回填和設(shè)置子圍堰等方式提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。6）桶式基礎(chǔ)水平位移與下桶平面尺度有關(guān)，平面尺度越大，水平位移越小，平面尺度對水平位移影響顯著。4區(qū)圍堤通過增加下桶平面尺度的方式提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，將防波堤工程中的下桶尺寸30m×20m調(diào)整為36.6m×20m。2.4構(gòu)造優(yōu)化。根據(jù)檢測結(jié)果對4區(qū)圍堤蓋板進行優(yōu)化設(shè)計，減小了蓋板厚度和鋼筋配筋，節(jié)約投資，并對走道板、堵縫進行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)駁岸工程的平面布置要求，桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)角處。桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的連接方案有預(yù)制圓形沉箱、預(yù)制方沉箱及預(yù)制方塊3種；桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與斜坡堤的連接為平順銜接。

3桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工優(yōu)化

3.1預(yù)制工藝優(yōu)化。1）通過對模板角模、加固體系和懸掛系統(tǒng)的完善，提高了模板的施工效率。優(yōu)化模板系統(tǒng)和施工工藝，縮短模板支拆時間，使模板的單層周轉(zhuǎn)時間由60h縮短至38h，循環(huán)時間由3d縮短為2d。2）鋼筋綁扎工藝改進后，鋼筋單層施工時間由48h縮短至36h。3）采用鋼筋彎曲中心加工鋼筋，由原來每人每天加工1.2t提高到1.8t。4）采用多項措施提高混凝土的入模溫度、內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度，保證了成品混凝土的保溫需求，混凝土強度增長快，使模板的周轉(zhuǎn)效率由5d縮短為3d，提高了冬季施工效率。3.2安裝工藝優(yōu)化。從源頭上控制，在預(yù)制時安放好分層接縫處的橡膠止?jié){條，并經(jīng)常督促預(yù)制方面加強控制檢查，有效的減少了接縫處漏氣；安排專人控制桶體下潛過程，控制桶體一階段入水深度，保障好封倉水，同時保持半潛駁下潛平衡，半潛駁前后、左右高差控制在5cm內(nèi)，最終很好的控制了桶體起浮時的高差，控制適宜的干舷高度保證氣浮安全性。2）因桶體平面尺寸加大，迎水面增大，對比拖帶纜繩綜合性價比，選用滌丙復(fù)絲纜繩。在桶體側(cè)面增加一艘施工輔助機船，在需要時進行頂推，保障了桶體在基槽內(nèi)的安全拖航。3）優(yōu)先排放中間倉室的氣體，外圍一圈均勻排放，使中間水柱高，周圍低，形成類似“蹺蹺板”的平面形態(tài)，如出現(xiàn)高差，當大于20cm時就及時進行調(diào)整，最終確保了桶體安裝的軸線偏差，使之控制在較小的數(shù)值。3.3上部結(jié)構(gòu)施工工藝優(yōu)化。1）混凝土澆筑時采用高頻振動棒，擋墻表面氣泡較少，表面光滑細膩；2）對于底口止?jié){，擋墻采用4cm橡膠止?jié){條，護輪坎采用2cm橡膠止?jié){條，避免了爛根和漏漿。3）對于泄水孔，對預(yù)埋管道兩頭采用橡膠塞，保證落水口圓潤光滑，無毛邊漏漿等問題。4）避免在道路板板面打孔，防止影響板面整體美觀，在加固的過程中采用25工字鋼和45工字鋼橫放在吊環(huán)內(nèi)側(cè)，利用吊環(huán)作為支撐點加固。

4結(jié)語

駁岸結(jié)構(gòu)工況與防波堤有很大的不同，本文針對桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在駁岸中的應(yīng)用情況，對浮游穩(wěn)定、土壓力計算值、主尺度進行了設(shè)計方法的優(yōu)化；根據(jù)實際施工經(jīng)驗，提煉總結(jié)不同情況下，施工方案的變化，形成通用的施工技術(shù)方案和特殊緊急情況處理措施方案，豐富了桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法。

作者:李增勇 劉曉曦 單位:連云港市港口管理局