CN107882058A - 一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法 - Google Patents

一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法，该吸力桶基础包括连接杆和桶体，所述桶体的四周均匀设置有若干个加劲肋管，每个所述加劲肋管均开设有若干个注浆孔，每个所述加劲肋管中均贯穿有一个注浆管，所述注浆管的底端设置有高压喷头。该方法包括以下操作步骤：步骤（1）：放置吸力桶基础；步骤（2）：注浆；步骤（3）：高度分级；步骤（4）：逐级提升移动活塞。本发明不仅可以实现主动冲刷防护，而且可以分层、精确加固整个桶体埋深范围的土体，注浆后桶土摩擦力增大，极大提高吸力桶基础的抗拔、抗压和抗倾覆承载力。

Description

一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法
技术领域
本发明涉及海洋基础冲刷防护装置，尤其涉及一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法，属于海洋工程技术领域。
背景技术
吸力桶基础是一种海洋基础，在海洋环境中受到海水冲刷作用，基础周围土体流失，基础有效埋置深度减小，导致基础承载力严重降低。现有海洋基础冲刷防护主要是抛石防护、上覆物防护。抛石防护即在基础周围一定范围放置石块来减轻基础周围的局部冲刷；或者采用钢板、土工布将基础周围土体覆盖，到达保护土层的目的。这几种防冲刷方法施工成本高，且均属于对基础周围土层的被动保护措施，土体自身强度并未改变，一旦上覆物被破坏，基础冲刷作用将会更加严重。
现有吸力桶基础对周围土层的注浆加固方法缺乏对浆液扩散的导向性，浆液在基础周围自由扩散，因周围土层渗透系数的差异性，浆液很可能在某一方向聚集，出现跑浆漏浆现象，
浆液并没有扩散至需要加固的区域。例如，公告号为CN 106240749 A的中国发明专利，公开了“灌浆式吸力锚及其安装方法”，其通过中部筒体与土体空隙中灌入水泥浆，水泥浆液的扩散方向不定，无法精确注浆。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种防冲刷的吸力桶基础及其分层注浆加固土层方法，其具体技术方案如下：
一种防冲刷的吸力桶基础，包括连接杆和桶体，所述连接杆垂直固定于桶体顶部中心，所述桶体的四周均匀设置有若干个加劲肋管，每个所述加劲肋管均开设有若干个注浆孔，每个所述加劲肋管中均贯穿有一个注浆管，所述注浆管的顶端位于桶体上方，所述注浆管的底端设置有高压喷头，并插入到加劲肋管的底部，所述高压喷头固定在移动活塞中间，所述移动活塞设置于加劲肋管中。
所述桶体包括桶盖和桶身，所述桶盖固定在桶身上端，形成顶端封闭，下端敞开的空腔体形状。
所述加劲肋管的横截断面呈矩形形状，所述加劲肋管由三面加劲板依次连接形成“凹”字形槽，该“凹”字形槽的开口侧固定在桶身上形成，每面加劲板均设置有一列纵向排列的注浆孔。
所述桶盖还设置有自重气动阀和真空泵气动阀，所述自重气动阀和真空泵气动阀从桶盖上方贯穿到桶体内部的空腔体中。
所述高压喷头与移动活塞之间设置有扩大垫圈。
一种防冲刷的吸力桶基础的分层注浆加固土层方法，包括以下操作步骤：
步骤（1）：放置吸力桶基础：吸力桶基础在自重及负压作用下沉贯至桶盖与海床泥水面在同一水平，下沉过程中移动活塞位于加劲肋管的底端；
步骤（2）：注浆：通过注浆管注入浆液，经高压喷头与加劲肋管底部开口，注浆加固吸力桶基础底部土层，浆液沿整个吸力桶基础底端向下扩散，加固基础底端的竖向土体；
步骤（3）：高度分级：将加劲肋管在纵向高度上均等分成若干高度级，由下到上高度级依次称为1级、2级......N级；
步骤（4）：逐级提升移动活塞：待步骤（2）水泥浆液初凝后，提升移动活塞至加劲肋管的1级，浆液由该高度级下方的注浆孔流出，加固吸力桶基础该高度级的周围环向土体，待水泥浆液初凝后，提升移动活塞至加劲肋管的2级，依次循环，直到提升到N级。
每面加劲板在纵向方向上设置注浆孔的数量与加劲肋管在纵向方向的高度级数量一致，上下相邻的高度级之间有一个注浆孔。
本发明的工作原理是：
本发明，在吸力桶基础桶壁周围增设带有注浆孔的加劲肋管，待桶体完全进入海床泥水面后，首先通过加劲肋管注浆加固吸力桶基础底部土层，浆液沿整个基础底端向下扩散，加固基础底端的竖向土体；然后提升移动活塞至下一注浆孔，浆液由水平注浆孔流出，加固基础周围深部的环向土体；继续提升移动活塞至不同深度的注浆孔，加固基础周围中部、浅部的环向土体；最终实现控制浆液扩散方向、分层精确注浆加固土层的效果。加固基础周围浅部的环向土体可提高表层海床泥沙的完整性与抗剪强度，达到主动防护冲刷的目的。
本发明的有益效果是：
本发明，通过加劲肋管与移动活塞的导向性，控制浆液扩散方向及扩散深度，克服了被动冲刷防护的缺陷以及常规吸力桶基础注浆方法中浆液扩散方向的不定性。逐层加固基础底端的竖向土体，以及基础周围深部、中部、浅部的环向土体，实现控制浆液扩散方向、分层精确注浆加固土层的效果；加固基础周围浅部的环向土体可提高表层海床泥沙的完整性与抗剪强度，达到主动防护冲刷的目的。
本发明不仅可以实现主动冲刷防护，而且可以分层、精确加固整个桶体埋深范围的土体，注浆后桶土摩擦力增大，极大提高吸力桶基础的抗拔、抗压和抗倾覆承载力。
附图说明
图1为本发明的三维结构示意图；
图2为本发明正视图；
图3为本发明A-A剖面示意图；
图4为本发明加劲肋管透视示意图；
附图标记列表：1.自重气动阀，2.桶盖，3.连接杆，4.真空泵气动阀，5.注浆管，6.注浆孔，7.加劲肋管，8.桶壁，9.移动活塞，10.高压喷头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
图1为本发明的三维结构示意图；图2为本发明正视图；图3为本发明A-A剖面示意图；图4为本发明加劲肋管透视示意图；附图标记部件名称依次为：自重气动阀1，桶盖2，连接杆3，真空泵气动阀4，注浆管5，注浆孔6，加劲肋管7，桶壁8，移动活塞9，高压喷头10。
结合附图可见，本防冲刷的吸力桶基础，包括连接杆和桶体，所述连接杆垂直固定于桶体顶部中心，所述桶体的四周均匀设置有若干个加劲肋管，每个所述加劲肋管均开设有若干个注浆孔，每个所述加劲肋管中均贯穿有一个注浆管，所述注浆管的顶端位于桶体上方，所述注浆管的底端设置有高压喷头，并插入到加劲肋管的底部，所述高压喷头固定在移动活塞中间，所述移动活塞设置于加劲肋管中。本发明，使用时，朝向注浆管中注入水泥浆，水泥浆从高压喷头喷出，从注浆孔中流出，凝固在桶体四周，通过逐渐向上提拉注浆管，让水泥浆从下向上依次从不同高度的注浆孔流出，实现分层凝固。
所述桶体包括桶盖和桶身，所述桶盖固定在桶身上端，形成顶端封闭，下端敞开的空腔体形状。空腔体形状便于桶体安放。
所述加劲肋管的横截断面呈矩形形状，所述加劲肋管由三面加劲板依次连接形成“凹”字形槽，该“凹”字形槽的开口侧固定在桶身上形成，每面加劲板均设置有一列纵向排列的注浆孔。加劲肋管的形状便于设置三列注浆孔，且注浆孔朝向三个不同方向，便于让水泥浆快速围绕到桶体四周，且该形状的加劲肋管便于注浆管的安插和抽提。
所述桶盖还设置有自重气动阀和真空泵气动阀，所述自重气动阀和真空泵气动阀从桶盖上方贯穿到桶体内部的空腔体中。本发明自重下沉阶段，自动气动阀打开，自重下沉结束后，关闭自动气动阀；负压下沉阶段，负压真空泵气动阀打开，抽取桶内水气混合物，待下沉至桶盖与海床泥水面在同一水平，负压沉贯结束，然后关闭负压真空泵气动阀。至此，基础下沉阶段结束。
所述高压喷头与移动活塞之间设置有扩大垫圈。扩大垫圈增大压喷头与移动活塞的接触面积。
一种防冲刷的吸力桶基础的分层注浆加固土层方法，包括以下操作步骤：
步骤（1）：放置吸力桶基础：吸力桶基础在自重及负压作用下沉贯至桶盖2与海床泥水面在同一水平，下沉过程中移动活塞位于加劲肋管的底端；
步骤（2）：注浆：通过注浆管注入浆液，经高压喷头与加劲肋管底部开口，注浆加固吸力桶基础底部土层，浆液沿整个吸力桶基础底端向下扩散，加固基础底端的竖向土体；
步骤（3）：高度分级：将加劲肋管在纵向高度上均等分成若干高度级，由下到上高度级依次称为1级、2级......N级；
步骤（4）：逐级提升移动活塞：待步骤（2）水泥浆液初凝后，提升移动活塞至加劲肋管的1级，浆液由该高度级下方的注浆孔流出，加固吸力桶基础该高度级的周围环向土体，待水泥浆液初凝后，提升移动活塞至加劲肋管的2级，依次循环，直到提升到N级。
作为本发明的具体实施例：每面所述加劲板在纵向方向上设置有9个注浆孔，加劲肋管在纵向方向分成9个高度级，上下相邻的高度级之间有一个注浆孔。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种防冲刷的吸力桶基础，其特征在于包括连接杆和桶体，所述连接杆垂直固定于桶体顶部中心，所述桶体的四周均匀设置有若干个加劲肋管，每个所述加劲肋管均开设有若干个注浆孔，每个所述加劲肋管中均贯穿有一个注浆管，所述注浆管的顶端位于桶体上方，所述注浆管的底端设置有高压喷头，并插入到加劲肋管的底部，所述高压喷头固定在移动活塞中间，所述移动活塞设置于加劲肋管中。
2.根据权利要求1所述的一种防冲刷的吸力桶基础，其特征在于所述桶体包括桶盖和桶身，所述桶盖固定在桶身上端，形成顶端封闭，下端敞开的空腔体形状。
3.根据权利要求2所述的一种防冲刷的吸力桶基础，其特征在于所述加劲肋管的横截断面呈矩形形状，所述加劲肋管由三面加劲板依次连接形成“凹”字形槽，该“凹”字形槽的开口侧固定在桶身上形成，每面加劲板均设置有一列纵向排列的注浆孔。
4.根据权利要求3所述一种防冲刷的吸力桶基础，其特征在于所述桶盖还设置有自重气动阀和真空泵气动阀，所述自重气动阀和真空泵气动阀从桶盖上方贯穿到桶体内部的空腔体中。
5.根据权利要求4所述的一种防冲刷的吸力桶基础，其特征在于所述高压喷头与移动活塞之间设置有扩大垫圈。
6.一种防冲刷的吸力桶基础的分层注浆加固土层方法，其特征在于包括以下操作步骤：
步骤（1）：放置吸力桶基础：吸力桶基础在自重及负压作用下沉贯至桶盖与海床泥水面在同一水平，下沉过程中移动活塞位于加劲肋管的底端；
步骤（2）：注浆：通过注浆管注入浆液，经高压喷头与加劲肋管底部开口，注浆加固吸力桶基础底部土层，浆液沿整个吸力桶基础底端向下扩散，加固基础底端的竖向土体；
步骤（3）：高度分级：将加劲肋管在纵向高度上均等分成若干高度级，由下到上高度级依次称为1级、2级......N级；
步骤（4）：逐级提升移动活塞：待步骤（2）水泥浆液初凝后，提升移动活塞至加劲肋管的1级，浆液由该高度级下方的注浆孔流出，加固吸力桶基础该高度级的周围环向土体，待水泥浆液初凝后，提升移动活塞至加劲肋管的2级，依次循环，直到提升到N级。
7.根据权利要求6所述的一种防冲刷的吸力桶基础的分层注浆加固土层方法，其特征在于每面加劲板在纵向方向上设置注浆孔的数量与加劲肋管在纵向方向的高度级数量一致，上下相邻的高度级之间有一个注浆孔。
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