CN107558488A - 一种海上风电嵌岩单桩及其施工系统和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电嵌岩单桩及其施工系统和施工方法，所述海上风电嵌岩单桩所嵌岩层表面覆盖有覆土层，所述海上风电嵌岩单桩包括桩柱体和桩孔；所述桩孔自覆土层表面延伸至岩层内部，且所述桩孔直径大于所述桩柱体外径；所述桩柱体嵌于所述桩孔，与所述桩孔之间形成顶端开放的环状空间，所述环状空间内灌注有高强度混凝土或高强度灌浆料。本发明提供的海上风电嵌岩单桩可以适用于目前绝大所数浅海岩基海床地质状况，既不受上覆土层深浅限制，也不受所嵌入岩石硬度的限制；并且桩柱体的直径可设置为6m以上；而且灌浆固桩操作简便，降低了海上风电嵌岩单桩的施工难度。

Description

一种海上风电嵌岩单桩及其施工系统和施工方法

技术领域

本发明涉及海上风电桩基技术领域，特别是涉及一种海上风电嵌岩单桩及其施工系统和施工方法。

背景技术

一些地质条件复杂的海域，浅表层多为覆土层，土质较为松软，建造于这些海域上的风电项目的桩基如果仅仅嵌入覆土层，是无法达到支撑需求的，因而，建造于这些海域上的风电项目的桩基还需要嵌入埋藏于覆土层之下的岩层内，形成嵌岩桩，以满足海上风电项目的支撑需求。

鉴于岩层多为中等风化或弱风化状态，相比普通的土层，打入性差，因而现有技术中常规的打桩方式很难应用到上述嵌岩桩的施工过程中，尤其对于目前海上风电项目中采用的单桩基础而言，往往桩径较大，嵌岩操作更加困难，致使桩基施工较难实施，有碍海上风电项目的推广应用。

有鉴于此，如何开发一种海上风电嵌岩单桩，使其便于实施，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种海上风电嵌岩单桩，所述海上风电嵌岩单桩所嵌岩层表面覆盖有覆土层，所述海上风电嵌岩单桩包括桩柱体和桩孔；所述桩孔自覆土层表面延伸至岩层内部，且所述桩孔直径大于所述桩柱体外径；所述桩柱体嵌于所述桩孔，与所述桩孔之间形成顶端开放的环状空间；所述环状空间内灌注有灌浆。

本发明提供的海上风电嵌岩单桩，桩孔的直径大于桩柱体的直径，一方面可以使桩柱体可以顺利嵌入位于岩层内部的桩孔内，实现了将桩柱体嵌入岩层内部，而不受所嵌入岩石硬度的限制。

另一方面可以使桩柱体与桩孔之间形成顶端开放的环状空间，从而可以经过该开放顶端向所述环状空间内灌注灌浆，便于灌浆操作，降低了海上风电嵌岩单桩的施工难度，并且，对桩柱体的直径限制性小，桩柱体的直径可设置为6m以上，满足海上风电单桩需求。

本发明还提供一种施工方法，用于上述海上风电嵌岩单桩的施工，所述施工方法包括以下步骤：

步骤S1，设置与海水相隔离的隔离空间，所述隔离空间自海面之上延伸至岩层表面；

步骤S2，自位于所述隔离空间内的覆土层表面钻孔至岩层内部，以形成上述桩孔；

步骤S3，将所述桩柱体沉放入所述桩孔内，所述桩柱体与所述桩孔之间形成上述环状空间；

步骤S4，经所述环状空间的开口顶端向其内灌注灌浆，以稳固所述桩柱体；

步骤S5，消除所述隔离空间。

可选地，在步骤S3中，所述灌浆被输送至所述环状空间底部，以自底向顶灌注所述环状空间。

本发明还提供一种上述海上风电嵌岩单桩的施工系统，所述施工系统包括：

嵌岩平台，固定支撑于抛锚定位的嵌岩平台辅助船上；

钢护筒，所述钢护筒内径大于所述桩柱体外径；

吊装装置和组合式振动锤，所述吊装装置吊起所述钢护筒，并通过所述组合式振动锤沉放所述钢护筒，使所述钢护筒自海面之上延伸至岩层表面；

钻机，坐于所述钢护筒上或固定在嵌岩平台上，进行钻孔作业，以形成上述桩孔；所述吊装装置将所述桩柱体沉放入所述桩孔内，以形成上述环状空间；

灌注装置，经所述环状空间的开放顶端向其内灌注灌浆，使所述桩柱体稳固；所述桩柱体稳固后，所述组合式振动锤及所述吊装装置将所述钢护筒拔除。

本发明提供的海上风电嵌岩单桩的施工系统和施工方法，能够在绝大多数浅海岩基海床上施工形成上述海上风电嵌岩单桩，既不受覆土层深浅不一的地质状况限制，也不受所嵌入岩层硬度不一的地质状况限制。

可选地，所述施工系统还包括嵌岩平台，所述嵌岩平台形成有导向孔，用于导向所述钢护筒以及所述桩柱体的沉放方向。

可选地，所述灌注装置包括灌浆导管，所述灌浆导管伸入所述钢护筒内，并经所述环状空间的开放顶端伸入至所述环状空间底部，以自底向顶灌注所述环状空间。

附图说明

图1为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工完成后的状态示意图。

图2为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工过程中隔离海水的状态示意图；

图3为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工过程中钻孔并沉放入桩柱体的状态示意图；

图4为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工过程中灌注后的状态示意图；

图5为本发明提供的施工系统的部分结构示意图；

图6为本发明提供的施工系统的另一部分结构示意图。

图1-图6中附图标记如下：11桩柱体，12桩孔，13灌浆，A覆土层，B岩层，21钢护筒，22吊装装置，23组合式振动锤，24灌注装置，25定位平台。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工完成后的状态示意图。

本发明提供的海上风电嵌岩单桩，如图1所示，所述海上风电嵌岩单桩包括桩柱体11和桩孔12。所述桩柱体11具体可以为实心柱体。所述桩孔12自覆土层A表面延伸至岩层B内部，所述桩孔12直径大于所述桩柱体11直径。

所述桩柱体11嵌入所述桩孔12内，并抵至所述桩孔12的底面，其周壁与所述桩孔12的周壁之间形成顶端(图示上端)开放的环状空间，经所述环状空间的顶端向所述环状空间内灌注灌浆13。灌浆13具体可以为高强度混凝土也可以为高强灌浆材料。

灌注完成后，灌浆13环绕于桩柱体11之外，并自桩孔12底面延伸至岩层B表面之上，即如图1所示，环状空间位于岩层B内部的区域灌满灌浆13，从而达到稳固桩柱体11的效果。

当然，灌浆13灌注至覆土层A表面也是可以的，但是，相比而言，如图1所示的设置方式，更利于节约灌浆13。

如上所述，本发明提供的海上风电嵌岩单桩，一方面，位于岩层B内部的桩孔12(桩孔12下部)的直径大于桩柱体11外径，从而使桩柱体11可以顺利嵌入位于岩层B内部的桩孔12内，实现了将桩柱体11嵌入岩层B内部，而不受所嵌入岩石硬度的限制；

另一方面，位于覆土层A内部的桩孔12(桩孔12上部)的直径也大于桩柱体11的外径，使桩柱体11与桩孔12之间形成顶端开放的环状空间，从而可以经过该开放顶端向所述环状空间内灌注灌浆13，便于灌浆13操作，降低了海上风电嵌岩单桩的施工难度，并且，对桩柱体11的直径限制性小，桩柱体11的直径可设置为6m以上，满足海上风电单桩需求。

本发明还提供上述海上风电嵌岩单桩的施工方法及施工系统，下文对两者进行一并描述。

请参考图1-图4，图2为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工过程中隔离海水的状态示意图；图3为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工过程中钻孔并沉放入桩柱体的状态示意图；图4为本发明提供的海上风电嵌岩单桩施工过程中灌注后的状态示意图；图5为本发明提供的施工系统的部分结构示意图；图6为本发明提供的施工系统的另一部分结构示意图。

如图2所示，首先进行步骤S1，设置与海水相隔离的隔离空间。如图5所示，可以设置钢护筒21，钢护筒21内径大于桩柱体11外径；利用吊装装置22吊起钢护筒21，松动吊钩，钢护筒21凭借自身重力沉入至覆土层A，再通过组合式振动锤23振击钢护筒21，使其继续沉放至岩层B表面。沉放完成后，钢护筒21底端稳固于覆土层A内，顶端延伸出海面之上，从而在其筒内形成与海水隔离的隔离空间，以便于后续的施工操作。

如图3所示，继续进行步骤S2，使钻机坐于钢护筒21上端，并向下钻孔至岩层B内部，以形成上述桩孔12；具体的，所述桩孔12的直径与所述钢护筒21的内径一致。

或者，预先设置嵌岩平台25，所述嵌岩平台25固定支撑于嵌岩平台辅助船上，具体的，可以通过辅助桩固定于嵌岩平台辅助船的支撑座上，嵌岩平台辅助船抛锚定位。此时，上述钻机固定于嵌岩平台25，以实施钻孔作业。

如图3所示，继续进行步骤S3，利用上述吊装装置22吊起所述桩柱体11，松动吊钩，使其沉放入所述桩孔12内，并沉放至所述桩孔12的底面，此时，桩柱体11的周壁与桩孔12周壁之间形成顶端开放的环状空间。

如图4所示，继续进行步骤S4，利用灌注装置24经所述环状空间的开放顶端向其内灌注灌浆13，直至灌浆13灌注至岩层B表面之上。

继续进行步骤S5，利用上述组合式振动锤23振击所述钢护筒21，并利用上述吊装装置22将所述钢护筒21拔除，此时，如图1所示，被钢护筒21振动松软的覆土层A覆盖上述环状空间的上部(图示虚线处)，最终形成图示海上风电嵌岩单桩。

上述钢护筒21的设置方式，在形成与海水隔离的隔离空间的同时，还可以阻挡覆土层A的土质流动，既可以防止钻孔时塌孔现象的发生，提升作业效率，也便于形成上述环状空间，以便后续灌注作业的实施。

具体的，所述嵌岩平台25形成有导向孔，沉放所述钢护筒21以及所述桩柱体11时，使两者分别贯穿所述导向孔，以使两者沿竖直方向沉放。

更具体的，上述灌注装置24还包括灌浆导管，所述灌浆导管伸入所述钢护筒21内，并经所述环状空间的顶端伸入至所述环状空间底部，使所述灌浆13自底向顶灌注所述环状空间。这种设置方式下，灌浆导管与海水隔离，可以规避灌浆导管晃动影响灌浆13正常的输送。

本发明提供的海上风电嵌岩单桩的施工系统和施工方法，能够在绝大多数浅海岩基海床上施工形成上述海上风电嵌岩单桩，既不受覆土层深浅不一的地质状况限制，也不受所嵌入岩层硬度不一的地质状况限制。

以上对本发明所提供的海上风电嵌岩单桩及其施工系统和施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种海上风电嵌岩单桩，其特征在于，所述海上风电嵌岩单桩所嵌岩层(B)表面覆盖有覆土层(A)；所述海上风电嵌岩单桩包括桩柱体(11)和桩孔(12)；所述桩孔(12)自覆土层(A)表面延伸至岩层(B)内部，且所述桩孔(12)直径大于所述桩柱体(11)外径；所述桩柱体(11)嵌于所述桩孔(12)，与所述桩孔(12)之间形成顶端开放的环状空间；所述环状空间内灌注有灌浆(13)。

2.一种权利要求1所述的海上风电嵌岩单桩的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

步骤S1，设置与海水相隔离的隔离空间，所述隔离空间自海面之上延伸至岩层(B)表面；

步骤S2，自位于所述隔离空间内的覆土层(A)表面钻孔至岩层(B)内部，以形成上述桩孔(12)；

步骤S3，将所述桩柱体(11)沉放入所述桩孔(12)内，所述桩柱体(11)与所述桩孔(12)之间形成上述环状空间；

步骤S4，经所述环状空间的开口顶端向其内灌注灌浆(13)，以稳固所述桩柱体(11)；

步骤S5，消除所述隔离空间。

3.根据权利要求2所述的海上风电嵌岩单桩的施工方法，其特征在于，在步骤S3中，所述灌浆(13)被输送至所述环状空间底部，以自底向顶灌注所述环状空间。

4.一种权利要求1所述的海上风电嵌岩单桩的施工系统，其特征在于，所述施工系统包括：

嵌岩平台(25)，固定支撑于抛锚定位的嵌岩平台辅助船上；

钢护筒(21)，所述钢护筒(21)内径大于所述桩柱体(11)外径；

吊装装置(22)和组合式振动锤(23)，所述吊装装置(22)吊装所述钢护筒(21)，所述组合式振动锤(23)沉放所述钢护筒(21)，使所述钢护筒(21)自海面之上延伸至岩层(B)表面；

钻机，坐于所述钢护筒(21)上或固定在嵌岩平台(25)上，进行钻孔作业，以形成上述桩孔(12)；所述吊装装置(22)将所述桩柱体(11)沉放入所述桩孔(12)内，以形成上述环状空间；

灌注装置(24)，经所述环状空间的开放顶端向其内灌注灌浆(13)，使所述桩柱体(11)稳固；所述桩柱体(11)稳固后，所述组合式振动锤(23)及所述吊装装置(22)将所述钢护筒(21)拔除。

5.根据权利要求4所述的海上风电嵌岩单桩的施工系统，其特征在于，所述嵌岩平台(25)形成有导向孔，用于导向所述钢护筒(21)以及所述桩柱体(11)的沉放方向。

6.根据权利要求4所述的海上风电嵌岩单桩的施工系统，其特征在于，所述灌注装置(24)包括灌浆导管，所述灌浆导管伸入所述钢护筒(21)内，并经所述环状空间的开放顶端伸入至所述环状空间底部，以自底向顶灌注所述环状空间。