CN109457692A - 深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施及其施工方法。该补偿设施包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒，以及设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的护筒环向刚度补偿机构；所述护筒环向刚度补偿机构包括竖直设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的多根刚性轨道，设于所述刚性轨道上、并位于所述深水钻孔灌注桩护筒环向的护筒环向内衬刚性垫圈结构，以及与所述护筒环向内衬刚性垫圈结构连接的升降装置，所述升降装置设于所述深水钻孔灌注桩护筒顶部或外侧。本发明提供的技术方案，预防深水与不良地质条件的耦合造成钻孔失稳安全事故，确保深水桩基础施工安全。

Description

深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁建设技术领域，特别是涉及一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施及其施工方法。

背景技术

湖北是全国水库最多的省份，拥有水库6275座，其中特大型水库如三峡水库、丹江口水库，大(一)型水库8座，大(二)型水库61座，中型水库280座；库区容量占全国总量的12.％。水库国家经济建设的发展做出了巨大的贡献，随着国家经济建设的发展，库区的桥梁建设也随之越来越多，然而，库区建桥面临着比一般河湖建桥更多的困难和风险，水深且地质条件复杂就是桥梁桩基础建设的最大的风险隐患，大江大河桥梁建设基础工程是重要的关键工程，特别是深水桩基础的施工安全，更是重中之重。

随着我国桥梁建设的能力提高，大型复杂的桥梁越建越多，桥梁的桩基础是桥梁的重要部位，大江大河桥梁建设基础工程是重要的关键工程，往往在复杂的水文地质条件下进行，再加上其本身建设周期长、结构复杂、技术难度大、大型桥梁建设期间存在着大量的不确定的施工风险，特别是深水桩基础的施工安全，存在较大隐患。

深水钻孔灌注桩施工由于地质条件的复杂性，在钻孔施工过程中，如果遇到穿越砂卵石层或是其他不良地质条件，可能导致护筒内水头突然下降，将产生的重大安全隐患如下：一般情况下可能造成塌孔埋钻等安全风险；在深水基础施工与不良地质条件的耦合作用下，可能造成护筒失稳，甚至垮塌，造成重大安全事故。如，秭归县三峡库区童庄河大桥深水桩基础施工，水深80多米以上，当钻孔穿越不良地质层时，造成护筒内泥浆突然大量严重失水，在深水的强大的环向水压力作用下，施工中的护筒被严重挤瘪，险些造成失稳垮塌安全事件。

发明内容

基于此，本发明提供一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施及方法，预防深水与不良地质条件的耦合造成钻孔失稳安全事故，确保深水桩基础施工安全。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒，以及设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的护筒环向刚度补偿机构；

所述护筒环向刚度补偿机构包括竖直设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的多根刚性轨道，设于所述刚性轨道上、并位于所述深水钻孔灌注桩护筒环向的护筒环向内衬刚性垫圈结构，以及与所述护筒环向内衬刚性垫圈结构连接的升降装置，所述升降装置设于所述深水钻孔灌注桩护筒顶部或外侧。

可选地，所述护筒环向刚度补偿机构还包括设于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构上、用于感应所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面的护筒泥浆层面感应装置，所述护筒泥浆层面感应传感装置与所述升降装置连接。

可选地，所述护筒泥浆层面感应装置包括设于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构底部的多个泥浆水头感应传感器，所述泥浆水头感应传感器用于感应所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面，每个所述泥浆水头感应传感器均与所述升降装置连接。

可选地，所述升降装置包括升降控制器，以及与所述升降控制器连接的卷扬机；

所述护筒泥浆层面感应装置与所述升降控制器连接，所述卷扬机与所述护筒环向内衬刚性垫圈结构连接。

可选地，所述护筒环向内衬刚性垫圈结构包括设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的移动环形内衬垫圈，所述移动环形内衬垫圈与所述升降装置连接、并滑动设置于所述刚性轨道上；或者，

所述护筒环向内衬刚性垫圈结构包括设于所述深水钻孔灌注桩护筒底部的固定环向内衬垫圈、以及设于所述固定环向内衬垫圈顶部上方的移动环形内衬垫圈，所述移动环形内衬垫圈与所述升降装置连接、并滑动设置于所述刚性轨道上。

可选地，还包括设于所述刚性轨道上的监测检测装置，所述监测检测装置用于跟进检测钻孔施工过程。

此外，本发明还提出一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿施工方法，包括如下步骤：

围设深水钻孔灌注桩护筒于需要设置深水钻孔灌注桩的位置周围，竖直设置多根刚性轨道于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，设置护筒环向内衬刚性垫圈结构于多根所述刚性轨道之间；

设置护筒泥浆层面感应传感装置于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构上，当所述深水钻孔灌注桩护筒中的泥浆层面上升或下降时，所述护筒泥浆层面感应传感装置感应获取泥浆层面的高度位置；

所述护筒环向内衬刚性垫圈结构根据获取的泥浆层面的高度位置信息，沿着所述刚性轨道上下移动，与泥浆层面的高度位置保持一致。

可选地，在设置所述护筒环向内衬刚性垫圈结构时，还包括如下步骤：

所述护筒环向内衬刚性垫圈结构根据所述深水钻孔灌注桩护筒的内径尺寸，以及在突然大量失水后最不利情况下护筒内外水头差产生的最大环向压力进行设计。

可选地，在设置所述深水钻孔灌注桩护筒和所述护筒环向内衬刚性垫圈结构时，还包括如下步骤：

三根或四根所述刚性轨道均匀布设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，所述护筒环向内衬刚性垫圈结构四周分别滑动设于三根或四根所述刚性轨道上。

可选地，所述护筒环向内衬刚性垫圈结构沿着所述刚性轨道上下移动时，还包括如下步骤：

所述护筒泥浆层面感应传感装置设置于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构底部的多个泥浆水头感应传感器感应到所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面的高度位置后，输送泥浆层面的高度位置信息于升降控制器，所述升降控制器控制升降装置工作，所述升降装置驱动所述护筒环向内衬刚性垫圈结构沿着所述刚性轨道上升或下降，使所述护筒环向内衬刚性垫圈结构保持在泥浆层面的高度位置处。

本发明提出的技术方案中，通过在深水钻孔灌注桩护筒内壁竖向增设的刚性轨道，本身可作为护筒的纵向加筋肋，可增加深水长大护筒的纵横向刚度，可起到较好的增强长大护筒稳定性作用；通过在深水钻孔灌注桩护筒环向增设可移动的护筒环向内衬刚性垫圈结构，可增加护筒的环向刚度，使之足以抵抗深水钻孔与不良地质条件耦合的偶然破坏荷载的作用，确保护筒稳定，保护钻孔桩孔井稳定，确保钻孔施工平台的稳定，确保安全施工；竖向设置的刚性轨道还可作为深水钻孔灌注桩成孔后钢筋笼安放的重要导向装置，增设的护筒环向内衬刚性垫圈结构也可作为钢筋笼悬挂和下放的辅助和助力装置，使钻孔灌注桩钢筋笼得以方便下放，精准定位；在进行水下混凝土浇筑时，竖向刚性轨道和护筒环向内衬刚性垫圈结构还可作为水下混凝土导管的良好的辅助定位装置和助力装置；部分实现智能化施工和施工控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施的横截面结构示意简图；

图2为本发明实施例所述深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施的俯视结构示意简图；

图3为为图2的局部A的局部放大结构示意简图；

图4为本发明实施例所述深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿施工方法的步骤示意框图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图2所示，本发明提出一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒100，以及设于该深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的护筒环向刚度补偿机构。通过在深水钻孔灌注桩护筒100内壁上设置护筒环向刚度补偿机构，可以对该深水钻孔灌注桩护筒100的环向刚度进行补偿。这样，在钻孔施工过程中，如果遇到穿越砂卵石层或是其他不良地质条件，导致深水钻孔灌注桩护筒100内水头突然下降时，可利用护筒环向刚度补偿机构对该护筒的环向刚度进行强化，可避免在深水基础施工与不良地质条件的耦合作用下造成钻孔护筒失稳、甚至垮塌而造成重大安全事故。

而且，在本实施例中，上述深水钻孔灌注桩护筒100宜采用钢板卷制，其内径应大于桩径至少200mm，壁厚应能使护筒保持圆筒状态且不变形，具体指标应根据护筒平面、垂直度偏差要求及长度等因素确定；对参与结构受力的护筒，其内径、壁厚和长度应符合设计要求；而且，深水钻孔灌注桩护筒100的中心与深水钻孔灌注桩的桩中心平面位置的偏差应不大于50mm，该护筒竖直方向的倾斜度应不大于1％；对深水基础中的护筒，平面位置的偏差可适当放宽，但不应大于80mm；在水中沉设护筒时，宜采用导向架定位；深水钻孔灌注桩护筒100顶部宜高于水面1-2m，并应在施工期间采取稳定孔内水头措施；深水钻孔灌注桩护筒100的埋置深度，在水中或特殊情况下应根据设计要求或桩位的水文、地质情况经计算确定；对于有冲刷影响的河流，宜沉入施工期局部冲刷线以下1-1.5m，且宜采取防冲刷措施。

具体地，上述护筒环向刚度补偿机构可包括竖直设于上述深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的多根刚性轨道200，设于该刚性轨道200上、并位于该深水钻孔灌注桩护筒100环向的护筒环向内衬刚性垫圈结构300(即环形圈状结构，可对护筒的环向刚度进行强化)，以及与该护筒环向内衬刚性垫圈结构300连接的升降装置，该升降装置可设于该深水钻孔灌注桩护筒100顶部或外侧。通过在深水钻孔灌注桩护筒100内壁上设置多根刚性轨道200，不仅可以作为护筒的竖向加强筋，还可以作为护筒环向内衬刚性垫圈结构300的升降轨道，使得护筒环向内衬刚性垫圈结构300在升降装置的驱动下沿着刚性轨道200上下滑动，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300定位在需要增加护筒环向刚度的位置处。即通过设置上述刚性轨道200，可使得设置在护筒内壁的竖向型刚性轨道200本身就是深水桩基施工时护筒的纵向加筋肋，同时增加了深水长大护筒的纵横向刚度，起到了较好的增强长大护筒稳定性作用；还可以悬挂环向设置的护筒环向内衬刚性垫圈结构300于护筒内壁；还可以使护筒环向内衬刚性垫圈结构300随着护筒内的水头水位上下移动，使其定位在需要增加护筒环向刚度的位置处。此外，上述刚性轨道200还可用作深水钻孔灌注桩成孔后钢筋笼安放的重要导向装置，上述护筒环向内衬刚性垫圈结构也可用作钢筋笼悬挂和下放的辅助和助力装置，使深水钻孔灌注桩的钢筋笼得以方便下放，精准定位；在水下混凝土浇筑时，上述竖向刚性轨道200和护筒环向内衬刚性垫圈结构300还可用作水下混凝土导管的良好的辅助定位装置和助力装置。

而且，在本实施例中，可竖向设置三根刚性轨道200于上述深水钻孔灌注桩护筒100内壁上，而且这三根刚性轨道200均匀分布于护筒内壁周向上，即可使得相邻的两个刚性轨道200之间的圆心夹角为120°。此外，也可根据需要，在护筒内壁上设置四根、五根、六根上述的刚性轨道200，也可设置更多根的刚性轨道200。此外，在本实施例中，上述刚性轨道200可设置为角钢、或槽钢、或圆管钢、或方管钢等刚性结构，也可设置为其他的刚性结构。此外，可在深水钻孔灌注桩护筒100设置好以后，再将这些刚性轨道200设置在护筒内壁上；而且，也可先将这些刚性轨道200设置好后，再将深水钻孔灌注桩护筒100套设在这些刚性轨道200的周围，此时可利用刚性轨道200为护筒的安设提供导向作用，即竖向型刚性轨道200还将是护筒下沉过程中的很好导向装置。

此外，如图3所示，上述护筒环向刚度补偿机构还可包括设于上述护筒环向内衬刚性垫圈结构300上、用于感应上述深水钻孔灌注桩护筒100内的泥浆层面的护筒泥浆层面感应装置400，该护筒泥浆层面感应传感装置400与上述升降装置连接。该护筒泥浆层面感应装置400可以感应到护筒内的泥浆层面的高度位置，而上述升降装置可以根据泥浆层面的高度位置对护筒环向内衬刚性垫圈结构300的高度位置进行调整，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300的高度位置与泥浆层面的高度位置保持一致。在泥浆层面的高度位置处，特别是在泥浆陡然失水水头下降的深水处，由于内外水头差产生的强大压力下，护筒受到的环向压力最大，使得护筒容易在该位置处产生失效(弹性失稳)，因此需要对该位置进行强化。

可知，深水钻孔灌注桩护筒100的力学模型为薄壁回转壳体，发生弹性失稳时，筒壁的压缩应力通常低于材料的比例极限。根据理想圆柱壳小挠度理论，钢质护筒失稳的临界压力P_cr的计算公式如下：

其中，E表示弹性模量，L表示壳体的计算长度，t表示壳体的厚度，D表示壳体的直径。由上述公式可知，护筒的失稳临界压力P_cr与护筒计算长度L成反比，当筒环向刚性垫圈结构由护筒底部调整到泥浆层面高度位置时，护筒的计算长度由护筒全长减小至泥浆层面到护筒顶的长度，可显著提高护筒失稳的临界压力。

从而使得，在钻孔施工过程中，如果遇到穿越砂卵石层或是其他不良地质条件，可能导致护筒内泥浆水头突然下降(或上升)，而护筒泥浆层面感应装置400可感应到护筒内泥浆水头的下降(或上升)，并使得护筒环向内衬刚性垫圈结构300随着泥浆水头的下降(或上升)而下降(或上升)，从而使得护筒环向内衬刚性垫圈结构300保持在泥浆水头所在的层面位置处(可能因泥浆水头陡然下降而出现塌孔、缩孔，甚至挤瘪护筒的地方)，对护筒的该位置处的环向刚度进行强化，避免护筒失效。即当护筒泥浆层面感应装置400探测到深水钻孔灌注桩护筒100中的钻孔孔井内部有水头陡降，内压突然倍增时，护筒环向内衬刚性垫圈结构300将移动至此，以防止护筒被挤瘪或孔井发生塌孔、缩颈的严重安全事故。

进一步地，上述护筒泥浆层面感应装置400可包括设于上述护筒环向内衬刚性垫圈结构300底部的多个泥浆水头感应传感器，该泥浆水头感应传感器用于感应上述深水钻孔灌注桩护筒100内的泥浆层面，每个泥浆水头感应传感器均与升降装置连接。通过在护筒环向内衬刚性垫圈结构300上设置多个泥浆水头感应传感器，可以从多个位置对护筒内的泥浆层面进行检测，检测更加准确可靠。而且，可将多个泥浆水头感应传感器均匀设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300上，只有部分或所有泥浆水头感应传感器同时感应到泥浆层面时，才会确定泥浆层面的高度位置，并根据该高度位置对护筒环向内衬刚性垫圈结构300进行升降调节，这样检测会更加精准，护筒环向内衬刚性垫圈结构300的调整也更加准确可靠。而且，通过将泥浆水头感应传感器设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300的底部，使得护筒环向内衬刚性垫圈结构300的底部与护筒内的泥浆层面接触时，泥浆水头感应传感器就可感应到泥浆层面的位置，感应更加迅速。此外，也可将泥浆水头感应传感器设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300的顶部或中部外侧，便于与泥浆层面接触感应。此外，也可将泥浆水头感应传感器设置为非接触式感应传感器，可通过非接触的方式对泥浆层面进行感应。

而且，上述升降装置可包括升降控制器，以及与该升降控制器连接的卷扬机。通过该升降控制器，可以控制卷扬机工作。而且，上述护筒泥浆层面感应装置400的泥浆水头感应传感器与该升降控制器连接，该卷扬机与护筒环向内衬刚性垫圈结构300连接。这样，泥浆水头感应传感器可将感应到的护筒内的泥浆层面的高度位置信息传输给升降控制器，当检测到的泥浆层面的高度位置发生变化时，升降控制器就会控制卷扬机工作，使卷扬机驱动护筒环向内衬刚性垫圈结构300沿着刚性轨道上下移动，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300的高度位置与护筒内的泥浆层面的高度位置保持一致。即通过护筒泥浆层面感应装置400反馈信号控制护筒环向内衬刚性垫圈结构300上下行走，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300保持在钻孔护筒的泥浆层面，并能快速的随着泥浆水头的升降而升降，起到增加护筒环向刚度抵抗偶然环向压力的作用。而护筒环向内衬刚性垫圈结构300的上下行走，可以通过升降控制器控制下的卷扬机或其他提升设备实现，真正起到智能施工控制作用。此外，上述卷扬机和升降控制器可设置于护筒的顶部，也可设置于护筒顶部上方的钻孔平台上。

进一步地，上述护筒环向内衬刚性垫圈结构300仅仅可包括设于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上的移动环形内衬垫圈，该移动环形内衬垫圈与升降装置的卷扬机连接、并滑动设置于刚性轨道上，可在卷扬机的驱动下沿刚性轨道上下滑动，使得该移动环形内衬垫圈与护筒内的泥浆层面对应。此外，上述护筒环向内衬刚性垫圈结构还可包括设于深水钻孔灌注桩护筒底部的固定环向内衬垫圈、以及设于该固定环向内衬垫圈顶部上方的移动环形内衬垫圈，该移动环形内衬垫圈与升降装置的卷扬机连接、并滑动设置于刚性轨道上，可在卷扬机的驱动下沿刚性轨道上下滑动，使得该移动环形内衬垫圈与护筒内的泥浆层面对应。而且，上述固定环向内衬垫圈可设置多个，分别环设在护筒内壁的多个位置处，对护筒多个位置处的环向刚度进行强化。而移动环形内衬垫圈与护筒内的泥浆层面对应，其高度可随着泥浆层面的变化而变化，可对护筒在泥浆层面高度位置处的环向刚度进行强化。此外，在本实施例中，移动环形内衬垫圈和固定环向内衬垫圈都可设置为钢圈、或其他高强度合金圈。

此外，上述深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施还可包括设于刚性轨道200上的监测检测装置，该监测检测装置用于跟进检测钻孔施工过程。该监测检测装置可设置为超声波测量装置，可检测钻孔的孔径大小、孔壁的完整程度、护筒的泥浆浓度、孔底的沉渣厚度、以及成孔后钢筋笼下沉的位置等，这样可全面了解整个钻孔施工过程，以及掌控施工质量。而且，上述监测检测装置可设置为超声波发射与接收设备，利用超声波检测原理对成孔成桩过程进行监控。此外，还可使用微型雷达设备、或声呐设备、或CT设备、或热成像设备、或红外线装置替换超声波发射与接收设备，对成孔和成桩的施工过程进行有效监控。

而且，在钻设深水钻孔灌注桩的基础孔时，监测检测装置(如超声波发射与接收设备)对钻孔成孔过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构。进一步地，在钻孔过程中，监测检测装置(如超声波发射与接收设备)对护壁泥浆的浓度、比重进行监测，并将监测结果传输给监测控制结构；在成孔过程中，监测检测装置(如微型雷达设备)对孔壁地层变化进行监测，如有无缩孔、坍塌等，并将监测结果传输给监测控制结构；成孔后，监测检测装置(如超声波发射与接收结构)对成孔质量进行检测评定，如孔径、孔深、孔的垂直度、有无扩孔、缩孔、坍塌等，孔底沉渣厚度，清孔后的泥浆浓度、比重等，并将监测结果传输给监测控制结构。从而可实现深水钻孔灌注桩基础施工成孔过程监控，可以实时监测钻孔孔壁的成孔质量，监测钻孔水头水位和钻孔泥浆护壁的浓度，监测可能出现的地层地质的变化情况和可能出现的地质灾害现象(如缩孔、坍塌等)，可以避免钻孔施工过程中可能造成的因钻孔水头的突然下降造成的钢护筒失稳，甚至垮塌，或是孔壁坍塌造成的缩孔、甚至塌孔、埋钻等施工事故，预防钻孔事故，确保成孔质量。

而且，在浇注深水钻孔灌注桩时，监测检测装置(如热成像设备)对成桩过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构。钻出深水钻孔灌注桩的基础孔后，在基础孔处下放安设桩基础钢筋笼，监测检测装置对钢筋笼的下放过程进行实时监测、并对钢筋笼的安装质量进行评定，并将监测结果传输给监测控制结构。实现对深水钻孔灌注桩钢筋笼下放过程的实时监控，预防施工事故，确保钢筋笼下放准确定位。此外，在成桩过程中，监测检测装置(热成像设备)对深水钻孔灌注桩基础水下混凝土浇筑全过程进行实时监测，并将监测结果传输给监测控制结构；防控在水下混凝土浇筑过程中出现的离析、缩孔、塌方、甚至断桩等严重质量问题；成桩后，监测检测装置(如超声波发射与接收设备)对深水钻孔灌注桩的质量进行检测评定，并将监测结果传输给监测控制结构。不需要再进行凿除桩头后的声测管检测、大小应变检测。从而可实现对深水钻孔灌注桩水下混凝土灌注的实时监控，可以及时的发现水下混凝土的离析、缩孔、甚至断桩问题。在混凝土尚未凝固之前的水下混凝土浇筑过程中发现问题，可以及时容易方便的处理，避免水泥混凝土凝固后的艰难处理。如实时监控发现水下混凝土的离析、缩孔、甚至断桩问题，可以立即采用钻机和高压真空泵吸出未凝固的水下混凝土，再重新灌注。损失小，处治成本低，成桩质量高。

此外，如图4所示，本发明还提出一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿施工方法，包括如下步骤：

S100、围设深水钻孔灌注桩护筒100于需要设置深水钻孔灌注桩的位置周围，竖直设置多根刚性轨道200于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上，设置护筒环向内衬刚性垫圈结构300于多根刚性轨道200之间；

S200、设置护筒泥浆层面感应传感装置400于护筒环向内衬刚性垫圈结构300上，当深水钻孔灌注桩护筒100中的泥浆层面上升或下降时，护筒泥浆层面感应传感装置400感应获取泥浆层面的高度位置；

S300、护筒环向内衬刚性垫圈结构300根据获取的泥浆层面的高度位置信息，沿着刚性轨道200上下移动，与泥浆层面的高度位置保持一致。

进一步地，在步骤S100中，在设置深水钻孔灌注桩护筒100时，还包括如下步骤：

宜采用钢板卷制深水钻孔灌注桩护筒100，使其内径应大于桩径至少200mm，壁厚应能使护筒保持圆筒状态且不变形，具体指标应根据护筒平面、垂直度偏差要求及长度等因素确定；对参与结构受力的护筒，其内径、壁厚和长度应符合设计要求；而且，深水钻孔灌注桩护筒100的中心与深水钻孔灌注桩的桩中心平面位置的偏差应不大于50mm，护筒竖直方向的倾斜度应不大于1％；对深水基础中的护筒，平面位置的偏差可适当放宽，但不应大于80mm；在水中沉设护筒时，宜采用导向架定位；深水钻孔灌注桩护筒顶部宜高于水面1-2m，并应在施工期间采取稳定孔内水头措施；深水钻孔灌注桩护筒的埋置深度，在水中或特殊情况下应根据设计要求或桩位的水文、地质情况经计算确定；对于有冲刷影响的河流，宜沉入施工期局部冲刷线以下1-1.5m，且宜采取防冲刷措施。

而且，在步骤S100中，在设置刚性轨道200时，还包括如下步骤：

预先竖向设置多个刚性轨道200于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围，然后设置深水钻孔灌注桩护筒100于多根刚性轨道200周围；而且，在下沉设置深水钻孔灌注桩护筒100的过程中，可以利用刚性轨道200进行导向；

进一步地，可根据深水钻孔灌注桩护筒100的内径，先竖向设置两根或三根刚性轨道200于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围，再下沉深水钻孔灌注桩护筒100、并使刚性轨道200紧靠深水钻孔灌注桩护筒100的内壁，然后再竖向设置一根或多根刚性轨道200于深水钻孔灌注桩护筒100内壁侧、并与深水钻孔灌注桩护筒100内壁紧密接触；此外，还可将刚性轨道200焊接固定于深水钻孔灌注桩护筒100上，使刚性轨道200成为深水钻孔灌注桩护筒100的竖向加强筋，还可成为护筒环向内衬刚性垫圈结构300的上下滑动的轨道；

或者，预先设置深水钻孔灌注桩护筒100于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围，然后竖向设置多个刚性轨道200于深水钻孔灌注桩护筒100的内壁上；

或者，预先将多根刚性轨道200竖向固设于深水钻孔灌注桩护筒100的内壁上，然后将深水钻孔灌注桩护筒100及刚性轨道200同时下沉设置于待设置深水钻孔灌注桩的位置周围。

而且，在步骤S100中，在设置深水钻孔灌注桩护筒100和护筒环向内衬刚性垫圈结构300时，还包括如下步骤：

将三根或四根刚性轨道200均匀环形布设于深水钻孔灌注桩护筒100内壁上(指多根刚性轨道整体呈环形布置)，护筒环向内衬刚性垫圈结构300四周分别滑动设于三根或四根所述刚性轨道200上。此外，也可设置五根、或其他根数的刚性轨道200于护筒内壁上。

而且，在步骤S100中，在设置护筒环向内衬刚性垫圈结构300时，还包括如下步骤：

在设置护筒环向内衬刚性垫圈结构300时，可仅仅设置一个移动环形内衬垫圈，该移动环形内衬垫圈可沿着刚性轨道200上下滑动，使其位于深水钻孔灌注桩护筒100需要进行环向刚度强化的位置处；

或者，不仅设置一个移动环形内衬垫圈于深水钻孔灌注桩护筒100需要进行环向刚度强化的位置处，还设置至少一个固定环形内衬垫圈于移动环形内衬垫圈下方，对深水钻孔灌注桩护筒100进行固定强化；

而且，护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈可根据深水钻孔灌注桩护筒100的内径尺寸，以及在突然大量失水后最不利情况下护筒内外水头差产生的最大环向压力进行设计，使得移动环形内衬垫圈的外径尺寸与深水钻孔灌注桩护筒100的内径尺寸对应，并使得移动环形内衬垫圈可承受该最大环向压力。

此外，在步骤200中，还包括如下步骤：

设置多个泥浆水头感应传感器于护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈上，还可使多个泥浆水头感应传感器均匀布置于移动环形内衬垫圈的底部、中部、或顶部；

多个泥浆水头感应传感器均用于感应深水钻孔灌注桩护筒100中的泥浆层面的位置，当深水钻孔灌注桩护筒100中的泥浆层面上升或下降时，泥浆层面的高度会高于泥浆水头感应传感器的高度或低于泥浆水头感应传感器的高度，此时泥浆水头感应传感器会获取泥浆层面的实际高度信息，并将该泥浆层面的实际高度信息传输给升降装置的升降控制器。

此外，在步骤300中，护筒环向内衬刚性垫圈结构300沿着刚性轨道200上下移动时，还包括如下步骤：

护筒泥浆层面感应传感装置400设置于护筒环向内衬刚性垫圈结构300底部的多个泥浆水头感应传感器，感应到深水钻孔灌注桩护筒100内的泥浆层面的高度位置后，输送泥浆层面的高度位置信息于升降控制器，升降控制器控制升降装置的卷扬器工作，升降装置的卷扬器驱动护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈沿着刚性轨道200上升或下降，使护筒环向内衬刚性垫圈结构300的移动环形内衬垫圈保持在泥浆层面的高度位置处，起到增加护筒环向刚度抵抗偶然环向压力的作用；

即护筒环向内衬刚性垫圈结构根据获取的泥浆层面的高度位置信息，沿着刚性轨道上下移动，达到可能因泥浆水头陡然下降而可能出现塌孔、缩孔、甚至挤瘪钢护筒的位置，对护筒和钻孔孔壁进行保护。一般情况下，护筒环向内衬刚性垫圈结构的高度位置与泥浆层面的高度位置保持一致；当护筒泥浆层面感应传感装置探测的钻孔孔井内部有水头陡降，内压突然倍增时，护筒环向内衬刚性垫圈结构将移动至此，以防止护筒被挤瘪或孔井发生塌孔、缩颈的严重安全事故。

此外，上述施工方法还包括如下步骤：

S400、在刚性轨道200上设置监测检测装置，通过监测检测装置对钻孔施工过程进行跟进检测。该监测检测装置可设置为超声波测量装置，可检测钻孔的孔径大小、孔壁的完整程度、护筒的泥浆浓度、孔底的沉渣厚度、以及成孔后钢筋笼下沉的位置等，这样可全面了解整个钻孔施工过程，以及掌控施工质量。

此外，上述施工方法还包括如下步骤：

S500、待设置深水钻孔灌注桩的位置处进行钻孔，然后在钻孔位置处浇注设置深水钻孔灌注桩；

通过钻孔平台对深水钻孔灌注桩护筒围设的待设置深水钻孔灌注桩的位置进行钻孔，在钻孔过程中，如果泥浆层面出现上升或下降，护筒泥浆层面感应传感装置感应到泥浆层面的高度位置，升降控制器控制卷扬器工作，卷扬器驱动移动环形内衬垫圈沿着刚性轨道上升或下降，使移动环形内衬垫圈保持在泥浆层面的高度位置处；

钻孔完成后，安放钢筋笼于孔处；而且，在安放钢筋笼的过程中，可利用刚性轨道对其进行导向，还可利用护筒环向内衬刚性垫圈结构对钢筋笼进行悬挂和下放；

安放好钢筋笼后，利用水下混凝土导管进行混泥土浇注；而且，在水下混凝土浇筑时，可利用刚性轨道和护筒环向内衬刚性垫圈结构对水下混凝土导管进行辅助定位和助力。

本发明提出的技术方案中，通过在深水钻孔灌注桩护筒内壁竖向增设的刚性轨道，本身可作为护筒的纵向加筋肋，可增加深水长大护筒的纵横向刚度，可起到较好的增强长大护筒稳定性作用；通过在深水钻孔灌注桩护筒环向增设可移动的护筒环向内衬刚性垫圈结构，可增加护筒的环向刚度，使之足以抵抗深水钻孔与不良地质条件耦合的偶然破坏荷载的作用，确保护筒稳定，保护钻孔桩孔井稳定，确保钻孔施工平台的稳定，确保安全施工；竖向设置的刚性轨道还可作为深水钻孔灌注桩成孔后钢筋笼安放的重要导向装置，增设的护筒环向内衬刚性垫圈结构也可作为钢筋笼悬挂和下放的辅助和助力装置，使钻孔灌注桩钢筋笼得以方便下放，精准定位；在进行水下混凝土浇筑时，竖向刚性轨道和护筒环向内衬刚性垫圈结构还可作为水下混凝土导管的良好的辅助定位装置和助力装置；部分实现智能化施工和施工控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，其特征在于，包括用于围设深水钻孔灌注桩的深水钻孔灌注桩护筒，以及设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的护筒环向刚度补偿机构；

所述护筒环向刚度补偿机构包括竖直设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的多根刚性轨道，设于所述刚性轨道上、并位于所述深水钻孔灌注桩护筒环向的护筒环向内衬刚性垫圈结构，以及与所述护筒环向内衬刚性垫圈结构连接的升降装置，所述升降装置设于所述深水钻孔灌注桩护筒顶部或外侧。

2.根据权利要求1所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，其特征在于，所述护筒环向刚度补偿机构还包括设于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构上、用于感应所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面的护筒泥浆层面感应装置，所述护筒泥浆层面感应传感装置与所述升降装置连接。

3.根据权利要求2所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，其特征在于，所述护筒泥浆层面感应装置包括设于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构底部的多个泥浆水头感应传感器，所述泥浆水头感应传感器用于感应所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面，每个所述泥浆水头感应传感器均与所述升降装置连接。

4.根据权利要求2所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，其特征在于，所述升降装置包括升降控制器，以及与所述升降控制器连接的卷扬机；

所述护筒泥浆层面感应装置与所述升降控制器连接，所述卷扬机与所述护筒环向内衬刚性垫圈结构连接。

5.根据权利要求1所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，其特征在于，所述护筒环向内衬刚性垫圈结构包括设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上的移动环形内衬垫圈，所述移动环形内衬垫圈与所述升降装置连接、并滑动设置于所述刚性轨道上；或者，

所述护筒环向内衬刚性垫圈结构包括设于所述深水钻孔灌注桩护筒底部的固定环向内衬垫圈、以及设于所述固定环向内衬垫圈顶部上方的移动环形内衬垫圈，所述移动环形内衬垫圈与所述升降装置连接、并滑动设置于所述刚性轨道上。

6.根据权利要求1所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿设施，其特征在于，还包括设于所述刚性轨道上的监测检测装置，所述监测检测装置用于跟进检测钻孔施工过程。

7.一种深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

围设深水钻孔灌注桩护筒于需要设置深水钻孔灌注桩的位置周围，竖直设置多根刚性轨道于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，设置护筒环向内衬刚性垫圈结构于多根所述刚性轨道之间；

设置护筒泥浆层面感应传感装置于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构上，当所述深水钻孔灌注桩护筒中的泥浆层面上升或下降时，所述护筒泥浆层面感应传感装置感应获取泥浆层面的高度位置；

所述护筒环向内衬刚性垫圈结构根据获取的泥浆层面的高度位置信息，沿着所述刚性轨道上下移动与泥浆层面的高度位置保持一致。

8.根据权利要求7所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿施工方法，其特征在于，在设置所述护筒环向内衬刚性垫圈结构时，还包括如下步骤：

所述护筒环向内衬刚性垫圈结构根据所述深水钻孔灌注桩护筒的内径尺寸，以及在突然大量失水后最不利情况下护筒内外水头差产生的最大环向压力进行设计。

9.根据权利要求7所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿施工方法，其特征在于，在设置所述深水钻孔灌注桩护筒和所述护筒环向内衬刚性垫圈结构时，还包括如下步骤：

三根或四根所述刚性轨道均匀环形布设于所述深水钻孔灌注桩护筒内壁上，所述护筒环向内衬刚性垫圈结构四周分别滑动设于三根或四根所述刚性轨道上。

10.根据权利要求7所述的深水钻孔灌注桩护筒环向刚度安全补偿施工方法，其特征在于，所述护筒环向内衬刚性垫圈结构沿着所述刚性轨道上下移动时，还包括如下步骤：

所述护筒泥浆层面感应传感装置设置于所述护筒环向内衬刚性垫圈结构底部的多个泥浆水头感应传感器感应到所述深水钻孔灌注桩护筒内的泥浆层面的高度位置后，输送泥浆层面的高度位置信息于升降控制器，所述升降控制器控制升降装置工作，所述升降装置驱动所述护筒环向内衬刚性垫圈结构沿着所述刚性轨道上升或下降，使所述护筒环向内衬刚性垫圈结构保持在泥浆层面的高度位置处。