一種多層多腳架結構及其施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種多層多腳架結構，其包括至少兩個在不同高程分層布置的由多個聯系桿圍成多邊形并于多邊形頂點處設有圓筒型鋼腳筒的多腳框、將各層多腳框連接成整體的斜撐桿，所述鋼腳筒穿設有二次加設的基樁，鋼腳筒與基樁間預留環形縫便于灌砂漿形成連接節點，各層多腳框形狀相同，各層多腳框上對應的鋼腳筒等大小且同軸并斷開布置。多層多腳架架體與基樁分別制作分體安裝便于調節，可使基樁施工避免水下送樁及夾樁，每層多腳框與基樁串聯式固接以提高結構整體剛度和穩定性，適應不同水深及土層的區域；適應直樁和斜樁，經濟性好，可兼作打樁定位導向裝置，還特別適合基樁嵌巖施工。本發明還公開了一種高效快速簡易的多層多腳架結構施工方法。
【專利說明】一種多層多腳架結構及其施工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及海上建筑工程，尤其涉及一種多層多腳架結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002] 在海洋工程基礎的結構類型中，導管架、樁基承臺、單樁、單層多腳架結構均是最 常用的基礎結構形式。
[0003] 導管架一般為鋼桁架結構，一般為下端大上端小的錐形臺架，剛度大、穩定性好、 用材較節約，但導管架結構桿件連接較為復雜，制作相對麻煩，加工費用高。導管架以樁頂 位于水面以下的樁基為支承與固定結構，沉樁施工需水下送樁，施工難度較大，對設備要求 高；若需作嵌巖樁施工時，需要另外打樁并搭設工作平臺用于嵌巖樁施工，從而增加較多的 工期與費用。另外，若采用先沉樁后安裝導管架的施工工藝，則面臨導管架對位困難。還有， 若需要水下截樁、導管架垂直度調整時，這些施工工序全部要在水下完成，則會增加更多工 期與費用。
[0004] 樁基承臺結構由樁基與砼墩臺構成，受力較為明確，結構的整體性較好。但承臺下 樁基自由長度較長，基礎剛度取決于樁基的數量、傾斜率和樁身剛度，所以一般樁數較多。 同時由于實體的承臺所受到的波浪浮托力和波浪力很大，對樁基礎的抗水平力和抗拔能力 提出了更高要求。在水上澆筑鋼筋混凝土承臺需要大型鋼模板、水上攪拌船等設備，受工況 影響大，工時長、費用高。若基礎樁基抗拔力不滿足要求，則需嵌巖施工，其嵌巖施工難度較 大，施工周期長，工程費用相當高昂。
[0005] 單樁結構形式最為簡單，施工速度快，水上工作量小，但為滿足強度要求樁身選擇 較粗大，從而需要承受較大的水平波浪力作用。單樁基礎結構的懸臂長度長，基礎剛度相對 偏小，自由段位移相對較大，不適合用于深水地區。單樁結構斷面大、壁厚大，自重大，鋼材 用量大，大直徑鋼管樁對起吊、打樁設備要求較高，施工費用較高。單樁結構目前并不適合 在需要樁基嵌巖施工的地區，因為大直徑嵌巖樁施工難度大，且施工機械很少，施工費用奇 商。
[0006] 單層多腳架結構為基樁與多腳框組成的鋼桿件結構，基樁數相對較少，工廠化程 度較高，水上施工工作量也較少，施工速度較快。但結構受力傳遞相對復雜，樁基礎自由長 度大，不適合水深大的區域。鋼結構桿件連接處應力集中系數較大，對應的抗疲勞特性較 差，同時多腳架結構對于節點處理的施工要求較高，調平難度大，施工難度及精度要求很 高。在持力層覆蓋厚度比較小的地區不太適合使用本結構，主要是因為需要另外施打輔助 樁及搭設施工平臺進行嵌巖樁施工，會導致工期長、費用高。
[0007] 根據目前導管架、髙樁承臺、單樁、單層多腳架結構等淺海基礎結構形式的類型及 特點，各種基礎各有各自的優勢，也存在以下不足之處，概括如下： 1、導管架的主要優點：工廠化程度高、受波浪力小、結構整體性好、適應不同水深區域、 節省材料、工期短；其主要缺點：水下對位困難、垂直度調整困難，水下灌漿連接要求高，不 太適應需要樁基嵌巖的地質情況。
[0008] 2、高樁承臺的主要優點：施工設備可選擇性大、結構整體性較好、同類結構經驗較 多；其主要缺點：工廠化程度低、樁數多、受波浪力大、鋼筋混凝土承臺施工難、水上施工工 序多、工期長，不太適應需要樁基嵌巖的地質情況。
[0009] 3、單樁基礎的主要優點：工廠化程度高、海上工序少、海上施工快、工期短；其主 要缺點：不適應水深較深的海區、受波浪力較大、使用期變形較大、材料用量大、需大型起重 及打樁設備，不適用需要樁基嵌巖的地質情況。
[0010] 4、單層多腳架的主要優點：工廠化程度高、海上工序相對較少；其主要缺點：打樁 精度要求高，安裝困難、調平難度大，不太適應需要樁基嵌巖的地質情況。
【發明內容】
[0011] 針對現有技術不足，本發明要解決的技術問題是提供一種結構穩定、施工便利的 多層多腳架結構。同時，本發明還提供一種高效快捷簡易的多層多腳架結構的施工方法。
[0012] 為了克服現有技術不足，本發明采用的技術方案是：一種多層多腳架結構，其包括 至少兩個在不同高程分層布置的由多個聯系桿圍成多邊形并于多邊形頂點處各設有至少 一個圓筒型鋼腳筒的水平設置的多腳框、將各層多腳框連接成整體的斜撐桿，所述鋼腳筒 穿設有二次加設的基樁，鋼腳筒與基樁間預留環形縫便于灌砂漿形成串聯式連接節點，各 層多腳框形狀相同，各層多腳框上位置對應的鋼腳筒等大小且同軸并斷開布置。
[0013] 作為本發明多層多腳架結構的技術方案的一種改進，所述各層多腳框為至少三邊 的多邊形框形結構。
[0014] 作為本發明多層多腳架結構的技術方案的一種改進，各層多腳框大小相等，各層 多腳框上對應位置的鋼腳筒沿堅向堅直布置。
[0015] 作為本發明多層多腳架結構的技術方案的一種改進，各層多腳框大小從上往下依 次按比例增大，各層多腳框上對應位置的鋼腳筒沿堅向傾斜布置。
[0016] 作為本發明多層多腳架結構的技術方案的一種改進，各層多腳框上對應位置的鋼 腳筒沿堅向堅直與傾斜混合布置。
[0017] 作為本發明多層多腳架結構的技術方案的一種改進，最頂層的多腳框中央位置設 有作為上部設備基礎連接段的鋼柱，所述最頂層的多腳框與鋼柱通過水平連桿或/和斜連 桿連成整體。
[0018] 為了實施上述多層多腳架結構，本發明提供了一種多層多腳架結構的施工方法， 其包括如下步驟： a、 制作上述的多層多腳架結構，在工廠加工制作包括多個分層布置的多腳框、斜撐桿、 鋼柱、水平連桿、斜連桿的多腳架架體，并加工配合安裝的基樁； b、 對海床泥面進行整平，將多腳架架體沉放至海床泥面并采取措施預防下沉，使多層 多腳架架體頂層到達預設位置； c、 基樁沉樁施工，吊起基樁使其下端自上而下順序插入各層多腳框的鋼腳筒，以鋼腳 筒為定位和導向裝置，使基樁不斷穿越同軸的各層鋼腳筒并伸入海床到達預定深度； d、 以基樁為支點對多腳架架體進行微調，使其水平及垂直度達到使用要求，然后在基 樁與各層多腳框的鋼腳筒之間的環形縫灌砂漿進行串聯式固結連接。
[0019] 作為本發明一種多層多腳架結構的施工方法的技術方案的一種改進，利用二次加 設的基樁串聯連接各層多腳框使之成為穩定的整體框架結構，然后利用頂層多腳框作為嵌 巖施工平臺，對基樁進行海上嵌巖施工。
[0020] 本發明的有益效果是：多層多腳架架體與基樁分開加工然后灌漿連接，后加裝的 基樁成為非常重要的二次加設的連接構件與受力構件，使得首次拼接的多層多腳架架體較 輕并且易于運輸及安裝，而后來又能使多層多腳框連為更堅固的一個整體，從而提升多層 多腳架結構的整體剛度和穩定性，使其成為受波浪力小、施工方便快捷的海上基礎結構。先 施工沉放多層多腳架架體再插入基樁便于二次加設的基樁定位與導向，并可利用基樁為支 點實現多腳架架體的精確調平。
[0021] 該多層多腳架結構可通過設置不同層數的多腳框以適應不同水深的工程區域，同 時此多腳架結構可兼作為基樁的操作平臺及定位導向裝置；可以適合直樁也可適應斜樁， 特別適合不同土層需要；可使基樁施工避免水下送樁及夾樁，需要時也可兼做嵌巖樁施工 時的施工平臺，使海上嵌巖樁施工變得簡單、快捷、經濟。總之，該結構工廠化程度高、集成 性好、適應性好、經濟性好，施工簡易快捷，在海洋工程中具有廣闊的應用前景。
[0022] 應用上述多層多腳架結構的施工方法，多腳架架體與基樁分體分別施工，降低了 架體自重，降低了施工難度；預先安裝多腳架架體更便于對其進行首次水平調節和位置調 節，并可以在打樁后進行再次調整，最后灌砂漿固結連接。先沉放的多腳架架體中的鋼腳筒 可以對基樁沉樁進行導向與定位，可以用作嵌巖樁的施工平臺，實現對嵌巖樁進行簡單、經 濟、快捷的海面施工，避免水下送樁及夾樁，能降低施工難度，避免窩工減少施工時間和成 本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發明一種多層多腳架結構的堅直樁實施例的結構示意圖。
[0024] 圖2是圖1所示多層多腳架實施例的未加設基樁的架體結構示意圖。
[0025] 圖3是圖1中A-A截面的結構示意圖。
[0026] 圖4是圖1中B-B截面的結構示意圖。
[0027] 圖5是本發明一種多層多腳架結構的斜樁實施例的結構示意圖。
[0028] 圖6是圖5所示多層多腳架實施例的未加設基樁的架體結構示意圖。
[0029] 圖7是鋼腳筒導向裝置一種實施方式的結構示意圖。
[0030] 圖8是鋼腳筒導向裝置另一種實施方式的截面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面對本發明的實施方式進行具體描述。
[0032] 參考圖1~4所示，圖中展示了本發明一種多層多腳架結構，其包括至少兩個在不 同高程分層布置的水平設置的多腳框13、將各層多腳框連接成整體的斜撐桿18,多腳框13 由多個聯系桿11圍成多邊形并于多邊形頂點處設有圓筒型鋼腳筒12,各層多腳框13及其 之間起連接作用的斜撐桿18、鋼柱14、水平連桿16、斜連桿17在工廠加工固定連接成整體 結構一多層多腳架架體10。其中，鋼腳筒12穿設有二次加設的基樁20,鋼腳筒12與基樁 20間預留環形縫便于灌砂漿23形成串聯式連接節點，各層多腳框13形狀相同便于穿插基 樁20,各層多腳框13位置對應的鋼腳筒12等大小且同軸并斷開布置，便于等直徑的基樁 20順利穿過每一個鋼腳筒12。多腳框的每個頂點設至少一個鋼腳筒作為連接節點和導向 結構。多層多腳架架體10是海上基礎一種結構形式中的核心組件，與基樁20 -起構成整 體基礎。每根基樁20像串珍珠一樣至少穿越兩個不同層的斷開布置的鋼腳筒12,鋼腳筒 12作為灌砂漿連接節點，即每根基樁20至少有二個灌漿節點。通過基樁20把該多層多腳 架結構中的各層多腳框13連成上下一體，即用基樁20把穿過位于各層多腳框13頂點的斷 開布設的獨立鋼腳筒12串聯起來。當然，鋼柱14、水平連桿16、斜連桿17也可以后續安裝 或采用其他結構形式的上部連接構件。
[0033] 多層多腳架結構中每個鋼腳筒12就是一個獨立的灌漿連接節點，該多層多腳架 結構最終要通過垂直或傾斜的基樁20穿過同軸線的鋼腳筒12把各層多腳框13灌砂漿23 固結串聯成多層多腳架，每層多腳框13的各個鋼腳筒12均與各根對應的基樁20固結連 接，架體與基樁20之間力的傳遞更加直接、更加均勻，使基樁成為非常重要的連接構件與 受力構件，使多腳框13與基樁20渾然一體，使得海洋基礎的整體性更強、剛度更大更牢固， 從而提升多層多腳架結構的整體剛度和穩定性，使其成為受波浪力小、施工方便快捷的海 上基礎結構。基樁20打入海床的下段是海上基礎的固定與支撐構件，同時穿過各層多腳框 的上段又作為多腳架架體的堅向主支撐構件，一樁二用，既節省材料，又提高海洋基礎結構 的整體性和剛度。
[0034] 該多層多腳架結構可通過設置不同層數的多腳框13以適應不同水深的工程區 域，同時此多腳架結構一架多用，可兼作為基樁20施打時的定位及導向裝置，使基樁20施 工避免水下送樁及夾樁，也可兼做嵌巖樁施工時的施工平臺，多腳架結構的頂層多腳框還 可以作為海上構筑物的工作平臺以便使用期的日常維護和檢修。該多層多腳架的工廠化、 集成化程度高，海上施工工序較少且更加簡便，便于施工，對施工設備要求較低。
[0035] 包括多腳框13和斜撐桿18的多層多腳架架體10與基樁20分別制作，先施工沉 放多層多腳架架體10,架體重量輕易于安裝，再順著鋼腳筒12插入基樁20,便于基樁20位 置定位與導向，而后以基樁20為支點可實現多層多腳架架體10的精確調平。同時，可以利 用架體作為嵌巖施工的平臺，無需另外搭建嵌巖施工平臺，使海上嵌巖樁施工變得簡單、快 捷、經濟。該多層多腳架對地質土層適應性好，可適用于不同地質情況的工程區域，還特別 適合需要基樁嵌巖的區域，施工簡易快捷、經濟性好，在海洋工程中具有廣闊的應用前景。
[0036] 更佳地，所述多腳框13為至少三邊的多邊形框形結構，多邊形的框形結構通過多 根基樁20支撐，單根基樁20直徑可以較小，減小的海浪沖擊力，同時提高了剛度，穩定性更 好。
[0037] 更佳地，各層多腳框13大小相等，各層多腳框13上對應位置的鋼腳筒12沿堅向 堅直布置。對應地，堅直設置鋼腳筒12配合的基樁20便于安裝，堅直吊起基樁20堅直放 下對準鋼腳筒12的孔位即可實現快速沉樁，堅直基樁20可以提供更多的堅向支撐力，也便 于進行嵌巖施工。
[0038] 更佳地，參考圖5、圖6,各層多腳框13大小從上往下依次按比例增大，各層多腳框 13上對應位置的鋼腳筒12沿堅向傾斜布置。傾斜設置的鋼腳筒12配合的基樁20使得基 礎在海床的支撐點分布范圍更大，節省材料，提高基礎的穩定性，便于構建基礎平臺。
[0039] 更佳地，各層多腳框13上對應位置的鋼腳筒12沿堅向堅直與傾斜混合布置。混 合布置的鋼腳筒12配合基樁20使得海上工程基礎具備更大的適應性。
[0040] 更佳地，最頂層的多腳框13中央位置設有作為上部設備基礎連接段的鋼柱14,最 頂層的多腳框13與鋼柱14通過水平連桿16或/和斜連桿17連成整體，包括水平連桿16 和斜連桿17共同作為連接構件，或者單獨使用水平連桿16作為連接構件，或者單獨使用斜 連桿17作為連接構件三種連接結構形式。由鋼柱14、水平連桿16或/和斜連桿17構成的 上部結構連接段是多層多腳架架體10的一體結構組成部分，在陸地整體制作與安裝，避免 了海上二次安裝的麻煩。
[0041] 鋼腳筒12內側需設置剪力鍵，用以加強鋼腳筒12與灌漿材料的連接。同時，如附 圖7、8所示，鋼腳筒12頂端設置有喇叭口 21或內側設置具有頂端斜面的鋼肋22,作為基樁 20沉樁時的導向裝置，使基樁20沉樁時易于伸入鋼腳筒方便沉樁并精確定位。
[0042] 如附圖f 4所示的本發明實施例1是一種兩層三邊形直樁多腳架結構10,該結構 由兩層水平向的三邊形多腳框13、上部結構連接段(包括鋼柱14、水平連桿16或/和斜連 桿17)和斜撐桿18組成。先在工廠分別制作各構件，然后組裝集成整體多層多腳架架體10 ; 對海底進行整平后沉放該二層的多層多腳架架體10,并采取措施預防下沉，使多層多腳架 架體10頂層的多腳框13到預設位置；利用各層多腳框13的鋼腳筒12作為定位導向裝置， 使用打樁船進行全直樁20的沉樁施工，利用基樁20作為支點對多腳架結構進行精細調平， 然后在各層鋼腳筒12和基樁20之間的環形縫灌砂漿23使多層多腳架架體10和基樁20 固定連接，海洋工程上部結構可直接與鋼管柱14連接。需要時還可利用該多腳架結構作為 施工平臺進行常規海上嵌巖施工。
[0043] 如附圖5、6所示的本發明實施例2,一種兩層三邊形斜樁多腳架結構。該結構由 兩層水平向的三邊形多腳框13、上部結構連接段(包括鋼柱14、水平連桿16或/和斜連桿 17)和斜撐桿18組成。同樣，在工廠整體制作該二層的多層多腳架架體10 ;對海底進行整 平后沉放該多層多腳架架體10,并采取措施預防下沉，多層多腳架架體10頂層的多腳框13 到預設位置；利用各層多腳框13的鋼腳筒12作為定位導向裝置，進行傾斜基樁20沉樁施 工；利用基樁20作為支點對多腳架結構進行精細調平，然后在二層鋼腳筒12和基樁20之 間的環形縫灌砂漿23使多層多腳架架體10和基樁20固定連接，海洋工程上部結構可直接 與鋼柱14連接。
[0044] 為了實施上述多層多腳架結構，本發明提供了一種多層多腳架結構的施工方法， 其包括如下步驟： a、根據上述的多層多腳架結構，其包括至少兩個不同高程分層布置的由多個聯系桿11 圍成多邊形并于多邊形頂點處設有圓筒型鋼腳筒12的水平設置的多腳框13、將各層多腳 框連接成整體的斜撐桿18,所述鋼腳筒12穿設有二次加設的基樁20,鋼腳筒12與基樁20 間預留環形縫，各層多腳框13形狀相同，各層多腳框13位置對應的鋼腳筒12等大小且同 軸并斷開布置，在工廠加工制作包括各層多腳框13、斜撐桿18等的多層多腳架架體10,并 加工配合安裝的基樁20。
[0045] b、對海床泥面進行整平，將多層多腳架架體10沉放至海床泥面并并采取措施預 防下沉，使多腳架架體頂層達到預設位置；多層多腳架架體10與基樁20分體分別施工，降 低了架體自重，降低了施工難度；預先安裝多層多腳架架體10更便于對其進行水平調節和 位置調節，并可以在打樁后進行再次調整，最后灌砂漿串聯式固結連接。
[0046] c、基樁沉樁施工，吊起基樁20使其下端自上而下順序插入各層多腳框13的鋼腳 筒12,以鋼腳筒12為定位和導向裝置，使基樁20不斷穿越同軸的各層鋼腳筒12并伸入海 床到達預定深度，斷開布置的鋼腳筒12實現對基樁20沉樁的導向定位。
[0047] d、以基樁20為支點對多層多腳架架體進行微調，使其水平及垂直度達到使用要 求，然后在基樁20與各層多腳框13的鋼腳筒12之間的環形縫灌砂漿23進行固結連接，從 而每一層多腳框13的各個鋼腳筒12都與固結連接，架體與基樁20之間力的傳遞更加直 接、更加均勻，使得海洋基礎整體性更強、剛度更大更牢固。
[0048] 更佳地，利用二次加設的基樁20串聯連接各層多腳框13使之成為穩定的整體框 架結構，然后利用頂層多腳框13作為施工平臺，對需嵌巖的基樁20進行海上嵌巖施工，避 免另外搭建嵌巖施工平臺，使海上嵌巖樁施工變得簡單、快捷、經濟。
[〇〇49] 以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利 范圍，因此依本發明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【權利要求】
1. 一種多層多腳架結構，其特征在于：包括至少兩個在不同高程分層布置的由多個聯 系桿圍成多邊形并于多邊形頂點處各設有至少一個圓筒型鋼腳筒的水平的多腳框、將各層 多腳框連接成整體的斜撐桿，所述鋼腳筒穿設有二次加設的基樁，鋼腳筒與基樁間預留環 形縫便于灌砂漿形成串聯式連接節點，各層多腳框形狀相同，各層多腳框上位置對應的鋼 腳筒等大小且同軸并斷開布置。
2. 根據權利要求1所述的多層多腳架結構，其特征在于：所述各層多腳框為至少三邊 的多邊形框形結構。
3. 根據權利要求1所述的多層多腳架結構，其特征在于：各層多腳框大小相等，各層多 腳框上對應位置的鋼腳筒沿堅向堅直布置。
4. 根據權利要求1所述的多層多腳架結構，其特征在于：各層多腳框大小從上往下依 次按比例增大，各層多腳框上對應位置的鋼腳筒沿堅向傾斜布置。
5. 根據權利要求1所述的多層多腳架結構，其特征在于：各層多腳框上對應位置的鋼 腳筒沿堅向堅直與傾斜混合布置。
6. 根據權利要求1所述的多層多腳架結構，其特征在于：最頂層的多腳框中央位置設 有作為上部設備基礎連接段的鋼柱，所述最頂層的多腳框與鋼柱通過水平連桿或/和斜連 桿連成整體。
7. -種多層多腳架結構的施工方法，其特征在于，包括如下步驟： a、 根據權利要求6所述的多層多腳架結構，在工廠加工制作包括多個分層布置的多腳 框、斜撐桿、鋼柱、水平連桿、斜連桿的多層多腳架架體，并加工配合安裝的基樁； b、 對海床泥面進行整平，將多層多腳架架體沉放至海床泥面并采取措施預防下沉，使 多層多腳架架體頂層到達預設位置； c、 基樁沉樁施工，吊起基樁使其下端自上而下順序插入各層多腳框的鋼腳筒，以鋼腳 筒為定位和導向裝置，使基樁不斷穿越同軸的各層鋼腳筒并伸入海床到達預定深度； d、 以基樁為支點對多層多腳架架體進行微調，使其水平及垂直度達到使用要求，然后 在基樁與各層多腳框的鋼腳筒之間的環形縫灌注砂漿進行串聯式固結連接。
8. 根據權利要求7所述的多層多腳架結構的施工方法，其特征在于：利用二次加設的 基樁串聯連接各層多腳框使之成為穩定的整體框架結構，然后利用頂層多腳框作為嵌巖施 工平臺，對基樁進行海上嵌巖施工。
【文檔編號】E02B17/02GK104099917SQ201410384448
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】熊翱, 溫文峰 申請人:熊翱