CN108625388A - 一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础及其施工方法，包括大直径单桩主体和外套筒，单桩主体的下部插入到基岩钻孔内，外套筒套在单桩主体外，外套筒的底端进入中风化基岩层，上端至海床泥面附近，单桩主体和外套筒通过灌浆进行连接，灌浆同时填实单桩主体和基岩钻孔壁之间的空隙，形成套筒组合式大直径单桩基础。外套筒被分为下部外套筒和上部可拆式外套筒，单桩主体内预设注浆管及其上部注浆口和下部出浆口，下部出浆口处于外套筒下方的基岩钻孔中；下部出浆口外侧设置外护板。本发明充分利用有限的上覆土层，提高桩周土抗力，进而提升单桩水平承载性能，是减少海上钻孔的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础及其施工方法，适用于浅基岩地质条件海上风电机组大直径单桩基础。
背景技术
浅基岩地质条件海域的海上风电大直径单桩基础通常需要嵌岩。由于基岩较浅，上覆土层通常无法直接提供单桩自稳的承载力，通常需要先钻孔，再将单桩“植入”的施工方式，海上工作量较大，相应的费用也较大。海上风电大直径单桩基础水平承载性能是结构整体稳定性的关键，而水平承载性能通常受浅层桩周土抗力影响，充分利用有限的上覆土层，提高桩周土抗力，进而提升单桩水平承载性能，是减少海上钻孔的工作量、提高施工效率和降低风机基础造价的关键。
发明内容
本发明的目的是：针对上述存在的问题，提供一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，充分利用有限的上覆土层，提高桩周土抗力，进而提升单桩水平承载性能，是减少海上钻孔的工作量。为此，本发明采用以下技术方案：
一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：包括大直径单桩主体和外套筒，单桩主体的下部插入到基岩钻孔内，外套筒套在单桩主体外，外套筒的底端进入中风化基岩层，上端至海床泥面附近；所述单桩主体和外套筒通过灌浆进行连接，单桩主体和基岩钻孔壁之间的空隙也由灌浆填实，形成套筒组合式大直径单桩基础。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用或组合采用以下进一步的技术方案：
所述大直径单桩主体为直径5m及以上的大直径钢管桩；所述大直径单桩主体由多个管节在工厂加工制作而成。
所述单桩主体内预设注浆管及其上部注浆口和下部出浆口，下部出浆口处于外套筒下方的基岩钻孔中；下部出浆口外侧设置外护板，以避免沉桩过程堵塞，外护板外缘的一部分焊接在所述单桩主体外，另一部分不焊接或虚焊，保证灌浆过程中，在灌浆压力作用下，外护板在不焊接或虚焊这一侧打开。
所述外套筒被分为下部外套筒和上部可拆式外套筒，下部外套筒的上部设置有连接部位，用于和上部可拆式外套筒可拆式连接；下部外套筒的底端进入中风化基岩，上端至海床泥面附近；上部可拆式外套筒的顶部高程根据施工需要确定；最终，拆除上部可拆式外套筒，下部外套筒被保留并和单桩主体用所述灌浆连接。
外套筒为大直径钢管构造，内径大于所述单桩主体外径，外套筒由工厂加工制作而成。
外套筒与单桩主体之间具有灌浆空隙，厚度在80~130mm。
外套筒与单桩主体之间具有灌浆空隙，由水泥浆或海工高强灌浆料灌注。
单桩主体内部沿周向均匀设置2~4个注浆管。
所述上部注浆口和下部出浆口为开设在单桩主体上的孔，各出浆口处于一致的高度。
本发明另一个目的是提供一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础的施工方法，施工方便，工程量小，确保套筒组合式大直径单桩基础安全施工。为此，本发明采用以下技术方案：
一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）上部可拆式外套筒和下部外套筒在工厂预制并可拆式连接成外套筒，先将外套筒沉放至设计高程，外套筒穿过上覆土层，筒底进入中风化基岩一定深度，下部外套筒的上端处在覆土层的顶面附近；
（2）架设钻机设备，通过钻头，在外套筒内部对下面的基岩进行钻孔，达到设计指定高程位置；
（3）撤离钻机设备和钻头，将单桩主体从外套筒内部放入基岩钻孔；
（4）在钻孔底部，即大直径钢管桩主体的底端，进行封底混凝土施工；
（5）通过单桩主体中预设的注浆管、注浆孔和出浆孔对单桩主体和基岩钻孔壁之间的空隙以及单桩主体和外套筒之间的空隙进行灌浆；
（6）灌浆完成后，拆除上部可拆卸套筒，最终形成套筒组合式大直径单桩基础。
本发明套筒组合式大直径单桩基础及施工方法提高了对于浅层桩周土体抗力的利用率，减少海上钻孔的工作量、提高施工效率和降低风机基础造价。
附图说明
图1为本发明施工流程中外套管沉放至设计高程时的示意图。
图2为本发明施工流程中钻机设备钻孔后的示意图。
图3为本发明施工流程中撤离钻机设备，单桩主体放入钻孔并且注浆结束后的示意图。
图4为本发明施工流程中拆除上部可拆卸外套筒后的示意图。
图5为本发明组合式大直径单桩基础的注浆管、注浆口的细节图。
图6为本发明组合式大直径单桩基础的注浆管、出浆口、外护板的细节图。
具体实施方式
参照附图。本发明所提供的适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，包括大直径单桩主体1和外套筒，单桩主体1的下部插入到基岩钻孔90内，外套筒套在单桩主体外，优选地为了施工方便和节约成本，所述外套筒被分为下部外套筒22和上部可拆式外套筒21，下部外套筒22的上部设置有连接部位，和上部可拆式外套筒21可拆式连接，所述可拆式连接优选通过法兰或卡扣3等方式连接。
下部外套筒22的底端通常进入中风化基岩7一段，进入深度根据承载力需要确定，上端处在覆土层6的也即海床泥面60附近，一般为略高于海床泥面60，以便于拆卸上部可拆卸外套筒21；上部可拆式外套筒的顶部高程根据钻机设备等的施工需要确定。最终，拆除上部可拆式外套筒21，下部外套筒22被保留并和单桩主体1用灌浆4连接，灌浆同时填实单桩主体1和基岩钻90孔壁之间的空隙，形成套筒组合式大直径单桩基础，上部可拆式外套筒作为工具反复使用，既结构合理又降低成本。
所述大直径单桩主体1为直径5m及以上的大直径钢管桩；所述大直径单桩主体由多个管节在工厂加工制作而成。外套筒为大直径钢管构造，内径大于所述单桩主体1外径，外套筒由工厂加工制作而成。
大直径单桩主体1以及下部外套筒22的体型参数（直径、长度、壁厚等）根据承载力等校核指标的需要，通过计算确定。下部外套筒22与单桩主体1之间具有灌浆空隙，厚度在80~130mm，具体根据单桩主体与外套筒的连接强度需求确定。灌浆浆料可以是水泥浆或海工高强灌浆料等。
为施工方便和保证施工质量，所述单桩主体1内预设注浆管11及其上部注浆口121和下部出浆口122，下部出浆口122处于下部外套筒22下方的基岩钻孔中；单桩主体内部沿周向均匀设置2~4个注浆管11，所述上部注浆口121和下部出浆口122为开设在单桩主体1上的孔，各下部出浆口122处于一致的高度。
下部出浆口122外设置外护板13，以避免沉桩过程堵塞，外护板13外缘的一部分与所述单桩主体1外壁焊接，但另一部分不焊接或虚焊，保证灌浆过程中，在内部注浆管注浆及浆体涌出压力作用下，外护板13在不焊接或虚焊这一侧打开。该不焊接或虚焊的部位一般在外护板的上缘，灌浆过程中，在内部注浆管注浆及浆体涌出压力作用下，外护板上缘打开，浆体由此继续涌入单桩主体与钻孔壁之间的空隙。
本实施例在施工过程中，
（1）上部可拆式外套筒21和下部外套筒22在工厂预制并连接成外套筒。先将外套筒沉放至设计高程，通常是外套筒穿过上覆土层6，筒底进入中风化基岩7一段深度。下部外套筒的上端处在覆土层6的泥面60附近；
（2）架设钻机设备8，通过钻头9，在外护筒2内部对下面的基岩7进行钻孔，达到设计指定高程位置。
（3）撤离钻机设备8（含钻头9），将大直径单桩主体1从外套筒内部放入钻孔，必要时，可借助桩架10的构造来配合，其中，桩架10是由多根小直径钢管桩与钢管架组合而成，用于为大直径单桩主体1的沉放过程的垂直度控制以及后续灌浆操作等的施工配合。
（4）在钻孔90底部，进行封底混凝土5施工。
（5）通过预设的注浆管11和注浆孔12对大直径单桩主体1和钻孔壁之间的空隙以及大直径单桩主体1和外套筒之间的空隙进行灌浆。
（6）灌浆完成后，拆除上部可拆式外套筒21、桩架10等构造。最终形成套筒组合式大直径单桩基础。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：包括大直径单桩主体（1）和外套筒，单桩主体的下部插入到基岩钻孔内，外套筒套在单桩主体外，外套筒的底端进入中风化基岩层，上端至海床泥面附近；所述单桩主体（1）和外套筒通过灌浆（4）进行连接，单桩主体和基岩钻孔壁之间的空隙也由灌浆填实，形成套筒组合式大直径单桩基础。
2.如权利要求1所述的一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：所述大直径单桩主体为直径5m及以上的大直径钢管桩；所述大直径单桩主体由多个管节在工厂加工制作而成。
3.如权利要求1所述的一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：所述单桩主体（1）内预设注浆管（11）及其上部注浆口（121）和下部出浆口（122），下部出浆口（122）处于外套筒下方的基岩钻孔中；下部出浆口（122）外侧设置外护板（13），以避免沉桩过程堵塞，外护板外缘的一部分焊接在所述单桩主体外，另一部分不焊接或虚焊，保证灌浆过程中，在灌浆压力作用下，外护板在不焊接或虚焊这一侧打开。
4.如权利要求1所述的一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：所述外套筒被分为下部外套筒和上部可拆式外套筒，下部外套筒的上部设置有连接部位，用于和上部可拆式外套筒可拆式连接；下部外套筒的底端进入中风化基岩，上端至海床泥面附近；上部可拆式外套筒的顶部高程根据施工需要确定；最终，拆除上部可拆式外套筒，下部外套筒被保留并和单桩主体用所述灌浆连接。
5.如权利要求1、2、3或4所述的一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：外套筒为大直径钢管构造，内径大于所述单桩主体（1）外径，外套筒由工厂加工制作而成。
6.如权利要求1、2、3或4所述的一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：外套筒与单桩主体之间具有灌浆空隙，厚度在80~130mm。
7.如权利要求1、2、3或4所述的一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：外套筒与单桩主体之间具有灌浆空隙，由水泥浆或海工高强灌浆料灌注。
8.如权利要求3所述的一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础，其特征在于：单桩主体内部沿周向均匀设置2~4个注浆管（11）。
9.如权利要求3所述的种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式单桩基础，其特征在于：所述上部注浆口（121）和下部出浆口（122）为开设在单桩主体上的孔，各出浆口处于一致的高度。
10.一种适用于浅基岩地质条件的套筒组合式大直径单桩基础的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）上部可拆式外套筒（21）和下部外套筒（22）在工厂预制并可拆式连接成外套筒，先将外套筒沉放至设计高程，外套筒穿过上覆土层（6），筒底进入中风化基岩（7）一定深度，下部外套筒（22）的上端处在覆土层（6）的顶面附近；
（2）架设钻机设备（8），通过钻头（9），在外套筒内部对下面的基岩进行钻孔，达到设计指定高程位置；
（3）撤离钻机设备（8）和钻头（9），将单桩主体从外套筒内部放入基岩钻孔；
（4）在钻孔底部，即大直径钢管桩主体的底端，进行封底混凝土施工；
（5）通过单桩主体中预设的注浆管、注浆孔和出浆孔对单桩主体和基岩钻孔壁之间的空隙以及单桩主体和外套筒之间的空隙进行灌浆；
（6）灌浆完成后，拆除上部可拆卸套筒，最终形成套筒组合式大直径单桩基础。
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