CN106049555A

CN106049555A - 一种海上大直径桩基础防冲刷装置及其施工方法

Info

Publication number: CN106049555A
Application number: CN201610624648.5A
Authority: CN
Inventors: 刘金龙; 刘洁群
Original assignee: Hefei College
Current assignee: Hefei University; Hefei College
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2016-10-26

Abstract

本发明公开了一种海上大直径桩基础防冲刷装置，包括多个扇形标准件组装构成，扇形标准件包括两侧的缝合带，缝合带上设有间隔分布的缝合孔，缝合带之间设有径向隔挡与环向隔挡分割成互不相通的独立区域，每个独立区域内设有水囊；环形隔挡两端与两侧的缝合带相接，相邻环形隔挡之间设有内部砂囊，内部砂囊间隔设置，最外侧设有外部砂囊；多个扇形标准件两侧的缝合带相互重叠，相对应的缝合孔通过缝合线缝合连接，多个扇形标准件组装成半圆形及圆形。本发明利用水囊内部主要充灌海水，砂囊内少量充填砂体，廉价方便，减少运输成本；安装无需大型起吊设备，施工简单方便；扇形标准件组装后呈圆形，施工无方向性差别，能抵御不同方向上的海流冲刷。

Description

一种海上大直径桩基础防冲刷装置及其施工方法

技术领域：

本发明涉及海上风电工程、油气田工程等技术领域，尤其涉及一种海上大直径桩基础防冲刷装置及其施工方法。

背景技术：

在海上风电工程、海上简易平台等工程中，常常选用桩基础作为支撑结构形式。单桩基础结构简单、施工快捷，国内外已建的海上风电场中约70％均采用了单桩基础。桩基础周围的海床土体在水流等形成的涡流中不断被掏空，导致桩基周围产生冲刷坑，从而降低桩基的承载力，进而使得桩基失效。对埕岛油田的2个井组平台桩柱周围的海床进行实测表明，桩周最大冲刷深度超过2米。可见，有必要采用简易装备及措施，对海上大直径桩基础周围的海床土体进行防冲刷保护。

中国专利申请公布号CN105369834A公开了一种海上风电大直径桩基础防冲刷砂被及其施工方法，其在单桩基础的底部海床面上铺设砂被，砂被由对称的左、右两块对合而成，对合后在中部形成的圆孔与单桩基础的底部外径相吻合。该技术的缺陷为：所用砂量体积较大，重量较重，对海上运输与施工造成不便。根据其实施例中的数据进行测算，单桩直径为6m的桩基础制作所述砂被需用砂体积为16m×18m×0.4m＝115.2m³，约150余吨，对海上运输及施工起重机械提出了较大挑战，施工效率低，施工成本较高。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种海上大直径桩基础防冲刷装置及其施工方法，其结构简单，用砂量少，施工方便，经济效益好，适用于海上大直径桩基础的防冲刷保护。

本发明的技术方案如下：

海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，包括多个扇形标准件组装构成，所述的扇形标准件包括两侧的缝合带，缝合带上设有间隔分布的缝合孔，缝合带之间设有径向隔挡与环向隔挡分割成互不相通的独立区域，每个独立区域内设有水囊；

环形隔挡两端与两侧的缝合带相接，相邻环形隔挡之间设有内部砂囊，内部砂囊间隔设置，最外侧的相邻环形隔挡之间设有外部砂囊；

多个扇形标准件两侧的缝合带相互重叠，相对应的缝合孔通过缝合线缝合连接，多个扇形标准件组装成半圆形及圆形；

所述的缝合带径向末端及外部砂囊外壁中部设有插入海床土体中用于固定的钢钎插孔。

所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的水囊由囊体及其内腔中充灌海水构成，水囊囊体中心位置处设置进/出水孔。

所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的内部砂囊由囊体及其内腔中填充砂体构成，内部砂囊分成多层围成环形条带状，外围砂囊由囊体及其内腔中填充砂体构成，外围砂囊亦呈环形条带状，内部砂囊与外围砂囊中心位置处设置充砂袖口。

所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的外围砂囊沿扇形径向的宽度大于内部砂囊沿扇形沿径向的宽度。

所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的水囊、内部砂囊与外围砂囊的厚度相同，各自填充物质后三者的上下表面在同一平面上。

所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的扇形标准件的中心弧度，根据半圆能分成整数块扇形标准件进行确定。

一种海上大直径桩基础防冲刷装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、在岸上或船上对扇形标准件的内部砂囊与外围砂囊充填砂体，充满后捆扎牢固充砂袖口，运至施工现场；

2)、基于缝合线对相邻扇形标准件缝合带上相对应位置上的缝合孔进行缝合，使扇形标准件组合成两个独立的半圆形；

3)、在船上或海水中，抽取海水对两个独立的半圆形装置上的各个水囊进行注水，注满后关闭进/出水孔；

4)、将两个独立的半圆形装置围住、套住拟防护桩基，缝合两个半圆对应的最后两道缝合带，使其形成围住、套住拟防护桩基的圆形；

5)、使围住、套住拟防护桩基的圆形装置沿着桩基础缓慢下沉，直至平铺于海床上；

6)、利用钢钎通过各钢钎插孔插入海床土体中；

7)、在桩基周围一定范围内堆填砂袋，检查各施工环节质量符合设定要求后，施工完毕。

本发明的优点是：

1)、本发明水囊和砂囊内部分别充灌海水、少量充填砂体；在施工现场抽充海水，廉价方便；所需砂体用量非常少，减少运输成本；

2)、本发明水囊和砂囊内部分别填充满海水、砂体；填充海水的水囊在海水中其重力与浮力相当，处于自漂、自浮状态；故装置的重量仅为砂体的有效重力，重量较小，安装无需大型起吊设备，施工简单方便；

3)、本发明扇形标准件构型简单，产品可卷缩成捆，体积小；使用时展开相互缝合形成半圆及圆形，使用方便；可实现不同内径、外径标准件的规模化生产；4)、本发明扇形标准件组装后呈圆形，施工无方向性差别，能抵御不同方向上的海流冲刷。

附图说明：

图1为本发明的防冲刷装置扇形标准件示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为本发明的防冲刷装置扇形标准件组成半圆形示意图。

图4为本发明施工结束后的俯视图。

图5为图4的B-B剖视图。

附图标记说明：

1、水囊；2、内部砂囊；3、外围砂囊；4、进/出水孔；5、充砂袖口；6、缝合带；7、缝合孔；8、径向隔挡；9、环向隔挡；10、钢钎插孔；11、缝合线；12、钢钎；13、桩基础；14、砂袋。

具体实施方式：

参见附图：

海上大直径桩基础防冲刷简易装置，包括多个扇形标准件组合构成。扇形标准件的缝合带可以由涤纶土工布拼接而成；涤纶土工布是非织造及工业用布的一种，采用涤纶卷曲短纤维为原材料，通过无纺生产设备的开松、梳理、杂乱(短纤维相互交织在一起)、铺网(规格化缠结固着)、针刺等生产工艺的流程制成布状，具有隔离、过滤、排水、加筋、防护等功能。

扇形标准件的水囊、砂囊的囊体是由高分子弹性材料制成，具有密闭、不渗水、弹性变形大等特征；径向隔挡8与环向隔挡9分隔成数量较多且互不相通的水囊1与砂囊；砂囊分为内部砂囊2与外围砂囊3；其中水囊1内充灌海水，内部砂囊2与外围砂囊3内填充砂体；利用缝合线11，对相邻扇形防冲刷简易装置标准件两侧缝合带6上的缝合孔7进行重叠缝合，把扇形防冲刷简易装置标准件组装成半圆形及圆形，如图3与图4所示。

各水囊之间互不相通，是为了保持各个水囊的独立性，当个别水囊在极端条件被刺破而漏水时，其不影响其他相邻的水囊，从而把影响降低到最小；水囊材料需具备弹性变形大的特征，是为了使水囊在受到较大水流冲击作用下，其能发生相应弹性变形而不至于产生破坏，在受力较小时能基本恢复原样。

水囊1长度与宽度较接近，其中心位置处设置进/出水孔4，使用时在施工现场抽取海水向进/出水孔4注水，注满后关闭进/出水孔4，使内部海水无法外渗即可。

内部砂囊2与外围砂囊3呈环形条带状，其中心位置处设置充砂袖口5，使用时在岸上或船上向充砂袖口5灌入砂体，砂囊充满砂体后捆扎牢固充砂袖口5即可。

外围砂囊3沿径向的宽度大于内部砂囊2沿径向的宽度，可见外围砂囊3的体积大于内部砂囊2的体积，这是为了使较大重量的外围砂囊3处于组装后圆形的外围，具有固定、压边的作用，防止在较大海流作用下整体被掀起、扭曲、外翻等。

水囊1、内部砂囊2与外围砂囊3的厚度相同，填充物质(水体、砂体)后三者的上下表面在同一平面上。

缝合带6位于扇形标准件的两侧，其可由高强钢丝外包裹高分子材料复合而成的带状丙纶加筋材料制成。高强钢丝为主要受拉元件，高分子材料与钢丝协调工作并保护钢丝免遭锈蚀，丙纶具有强度高、耐磨等特点。

缝合带6其中心线上设有数量较多的缝合孔7。缝合孔7的直径较小，能够让缝合线11方便穿过即可，故水流难以通过缝合孔7的小孔洞向海床产生冲刷作用。

扇形标准件，基于缝合线11对相邻扇形标准件缝合带6上相同位置上的缝合孔7进行缝合，使扇形标准件相互组装与扩大。缝合带缝合后的强度，应足以满足施工吊装需要及抵抗罕遇海流的冲击作用。缝合线11应采用强度较高、弹性较大、不易腐蚀的材料制成。

扇形标准件的中心弧度，根据半圆180°分成整数块扇形标准件进行确定。例如扇形标准件的中心弧度为30°、45°、60°、90°时，对应扇形标准件的数量分别为12块、8块、6块、4块，才正好使扇形标准件组装后呈半圆及圆形；图3与图4为扇形标准件的中心弧度为45°时的组装示意图。

扇形标准件靠近中心点处设圆形缺口，圆形缺口半径与拟保护桩体的半径相同。

扇形标准件的外围均匀设置三个钢钎插孔10，其材料与缝合带6的材料相同，即在丙纶加筋材料上开设孔洞，其外围所留尺寸应满承受应力集中需要。

本发明利用钢钎12通过各钢钎插孔10插入海床土体中，达到固定所提装置的目的；钢钎12为“丁”字形构造，由钢质材料制成，其末端带2个倒刺，有利于牢固抓住海床。钢钎12的长度应足以抵抗罕遇海流的冲击作用而不被拔出、失效；如图4所示的防冲刷装置共设16个钢钎12，均匀地固定、拉住圆形周边。

优选的，海上大直径桩基础防冲刷简易装置，整体组装后圆形的直径为防护桩基直径的6～8倍。

优选的，水囊1、内部砂囊2与外围砂囊3的充填后的厚度在100mm～300mm之间。

优选的，水囊1充填后的面积在0.5m²～1.0m²之间。

优选的，内部砂囊2沿扇形径向的宽度为0.4m～0.7m，外围砂囊3沿扇形径向的宽度不小于内部砂囊2沿扇形径向宽度的2倍。

优选的，扇形标准件体内设置2～4道内部砂囊2。

优选的，砂囊内填充有砂体，砂囊砂体体积为扇形标准件总体积的10％～30％。

本发明整体安装后，为了避免桩基周围的海床土体被水流掏空，应在桩基周围一定范围内堆填砂袋14，如图5所示。

一种海上大直径桩基础防冲刷简易装置的施工方法，具体步骤如下：

1)、根据拟防护桩基础的直径，选择相匹配的扇形标准件,在岸上或船上对扇形标准件的内部砂囊2与外围砂囊3充填砂体，充满后捆扎牢固充砂袖口5，运至施工现场；

2)、基于缝合线11对相邻扇形标准件缝合带6上相同位置上的缝合孔7进行缝合，使扇形标准件组合成两个独立的半圆形；

3)、在船上或海水中，对两个独立的半圆形装置上的各个水囊1进行注水，即在施工现场抽取海水向进/出水孔4注水，注满后关闭进/出水孔4，使水囊1内部海水无法外漏；

4)、将两个独立的半圆形装置围住、套住拟防护桩基，缝合两个半圆对应的最后两道缝合带6，使其形成围住、套住拟防护桩基的圆形。缝合过程中应防止装置下沉；

5)、使围住、套住拟防护桩基的圆形装置沿着桩基础缓慢下沉，直至平铺于海床上。组装后的圆形装置应平坦、无皱曲的平铺于海床上；

6)、利用钢钎12通过各钢钎插孔10插入海床土体中，达到固定组装后的圆形装置的目的，均匀地固定、拉住圆形周边；

7)、在桩基周围一定范围内堆填砂袋14，避免桩基周围的海床土体被水流掏空，检查各施工环节质量符合设定要求后，施工完毕。

本发明水囊内填充海水的体积占扇形标准件体积的70％～90％，砂囊内填充砂体的体积占扇形标准件体积的10％～30％。可见，该方法大大减少了用砂量，减轻了整体的重量，施工难度降低，经济效益好。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，包括多个扇形标准件组装构成，所述的扇形标准件包括两侧的缝合带，缝合带上设有间隔分布的缝合孔，缝合带之间设有径向隔挡与环向隔挡分割成互不相通的独立区域，每个独立区域内设有水囊；

2.根据权利要求1所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的水囊由囊体及其内腔中充灌海水构成，水囊囊体中心位置处设置进/出水孔。

3.根据权利要求1所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的内部砂囊由囊体及其内腔中填充砂体构成，内部砂囊分成多层围成环形条带状，外围砂囊由囊体及其内腔中填充砂体构成，外围砂囊亦呈环形条带状，内部砂囊与外围砂囊中心位置处设置充砂袖口。

4.根据权利要求1所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的外围砂囊沿扇形径向的宽度大于内部砂囊沿扇形沿径向的宽度。

5.根据权利要求1所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的水囊、内部砂囊与外围砂囊的厚度相同，各自填充物质后三者的上下表面在同一平面上。

6.根据权利要求1所述的海上大直径桩基础防冲刷装置，其特征在于，所述的扇形标准件的中心弧度，根据半圆能分成整数块扇形标准件进行确定。

7.一种海上大直径桩基础防冲刷装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、在岸上或船上对扇形标准件的内部砂囊与外围砂囊充填砂体，充满后捆扎牢固充砂袖口，运至施工现场；

2）、基于缝合线对相邻扇形标准件缝合带上相对应位置上的缝合孔进行缝合，使扇形标准件组合成两个独立的半圆形；

3）、在船上或海水中，抽取海水对两个独立的半圆形装置上的各个水囊进行注水，注满后关闭进/出水孔；

4）、将两个独立的半圆形装置围住、套住拟防护桩基，缝合两个半圆对应的最后两道缝合带，使其形成围住、套住拟防护桩基的圆形；

5）、使围住、套住拟防护桩基的圆形装置沿着桩基础缓慢下沉，直至平铺于海床上；

6）、利用钢钎通过各钢钎插孔插入海床土体中；

7）、在桩基周围一定范围内堆填砂袋，检查各施工环节质量符合设定要求后，施工完毕。