水运工程桶式基础结构技术实践

4.2.1.1　结构主要尺度

混凝土桶式基础结构适用于软土地基，结合结构特点，该结构应以平面尺度为主、埋深为辅，结构安装施工主要依靠大气压力和覆盖水的压力，下沉力有限制条件，因此设计主尺度时应考虑安装荷载因素。混凝土桶式基础结构的主尺度分为桶式基础主尺度和上部结构主尺度，其中桶式基础主尺度又分为荷载方向尺度、垂直荷载方向尺度及高度方向尺度，上部结构主尺度根据功能要求设计。1）混凝土桶式基础的荷载方向尺度

混凝土桶式基础的荷载方向尺度应根据地质条件和外部荷载，通过桶式基础结构稳定验算方法计算确定有效长度，再结合平面形状确定荷载方向尺度。如果桶式基础平面形状是矩形，即采用计算结果作为荷载方向尺度；如果平面形状是圆形，即以直径为一边，另一边换算成荷载方向有效宽度，换算后的宽度大于计算有效长度，可以采用直径作为荷载方向尺度。

2）混凝土桶式基础的垂直荷载方向尺度

混凝土桶式基础的垂直荷载方向尺度应根据制作场地、陆上运输工艺及船机设备等条件，进行综合考虑后确定垂直荷载方向。

（1）制作场地的地基承载力决定混凝土桶式基础结构制作时的总重量，进而荷载方向尺度确定后，垂直荷载方向尺度越大对地基承载力要求越高。

（2）陆上运输工艺也是控制垂直荷载方向尺度的重要因素。例如，制作场地内采用小车运输，支撑方式采用两边条形托盘，荷载方向尺度确定后，垂直荷载方向尺度越大对小车承受荷载越高，进而导致小车对地基要求提高；如果采用气囊托盘运输工艺，则对垂直荷载方向尺度无限制，因为托盘将混凝土桶式基础结构重量转化为均布荷载。

（3）船机设备是垂直荷载方向尺度最重要的控制因素，如果制作的尺度过大，没有船机可以运输，就没有实施条件。

因此，混凝土桶式基础的垂直荷载方向尺度应综合以上三个因素，设计出最经济的组合。

3）混凝土桶式基础的高度方向尺度

混凝土桶式基础的高度方向尺度应根据地质条件、下沉能力等因素，进行综合考虑确定。

桶式基础一般都在软土地基上使用，其表层地基承载力都不满足要求，需通过增加埋深边载作用提高桶式基础底面地基的承载能力。因此，混凝土桶式基础的高度方向尺度需根据地基承载力验算公式核算埋深高度，进而作为确定高度方向尺度的重要条件。(www.xing528.com)

下沉能力也控制高度方向的尺度，因为下沉力有限制条件，突破这个限制条件施工成本增加过大，所以在限制条件下的最大下沉力控制桶式基础能下沉的最大深度。

因此，混凝土桶式基础的高度方向尺度应综合以上两个因素确定高度方向尺度。

4.2.1.2　构件主尺度

1）隔仓设计

桶式基础施工过程中，浮运和下沉纠偏都与隔仓密切相关，隔仓设置合理有利于桶式基础浮运和安装。根据浮运稳定性验算结果，每个方向隔仓数不少于两个，隔仓数越多浮运稳定性越好，纠偏控制精度越高。一般情况隔仓对称分布对浮运有利，边隔仓尺度大对下沉纠偏效果明显。因此，隔仓设计不仅要考虑浮游稳定性和下沉纠偏工况，还要考虑下沉过程中抽排设备的配备情况，尽量做到每个隔仓抽排速度相近，使桶式基础安装过程中受力均衡，充分发挥各个构件的承载能力。

2）桶壁设计

桶式基础的桶壁设计与桶壁内力计算结果紧密相连，在设计内力下应尽可能减小壁厚，断面形状采用规则形状，考虑预制施工便利，尽量避免做变截面设计。桶壁上下两端受力复杂，内力计算很难做到精确，因此桶壁上下两端做加强设计，一般通过加密钢筋的形式来实现。主受力方向桶壁尽量采用弧面设计，来提高结构成拱效应，如果不是完整柱面，在缺失部位和有支撑部位进行加强设计，一般采用加密钢筋的方法处理。

3）隔板设计

桶式基础的隔板是划分隔仓的作用，主要承受浮运过程中和下沉过程中的纠偏荷载，其承受荷载相对桶壁较小且是内部构件，设计时，使用期裂缝控制宽度可以不考虑，按承载力极限值进行设计。隔板壁厚也与隔板内力计算结果紧密相连，在设计内力下尽可能减小壁厚。隔板断面一般是以矩形为主的平板，但是平板尺度不宜过大，一般不宜大于12m×12m。隔板下端受力复杂，内力计算很难做到精确，因此隔板下端做加强设计，一般通过加密钢筋的方法处理。

4）盖板设计

桶式基础的盖板是荷载转换的重要构件，同时也对各个隔仓密封起到控制的作用。桶式基础无底，在施工过程中采用内部支撑现浇盖板对后期拆模困难较大，施工效率低。因此，盖板设计除了考虑荷载因素外，还要考虑施工因素。盖板设计主要依据内力计算结果，确定盖板厚度，再根据叠合板施工工艺确定预制和现浇厚度分配比例，一般考虑在中性面分开，考虑预制起到底模板作用，预制板相对厚度比现浇部分厚度大。