CN110172995A - 一种大直径单桩钢管桩内插过渡段灌浆施工系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统及方法，该系统包括：钢管桩和内插过渡段，所述内插过渡段上设置的环板与所述钢管桩固定连接，所述内插过渡段的底部通过安装件与所述钢管桩连接，其中，在所述内插过渡段与所述钢管桩之间的灌浆区域中灌注有灌浆料。该方法，包括如下步骤：进行钢管桩的打桩作业，并对钢管桩上端超出设计标高的部分进行割桩并将桩顶打磨平整；将内插过渡段内插入所述钢管桩内部并固定；向灌浆区域灌注灌浆料。本申请施工精度高，安全系数高，设备要求低，节省海上作业时间和施工成本等，可确保内插式过渡段灌浆连接施工质量。
Description
技术领域
本申请属于海上风电基础施工技术领域，具体涉及一种大直径单桩钢管桩内插过渡段灌浆施工系统及方法。
背景技术
在国内外海上风电项目中，大量采用的钢管桩基础是目前全球海上风电应用最成熟的基础型式之一，适用水深范围较广。对于风机塔筒与钢管桩基础的连接方式，国外大量采用过渡段灌浆连接，如Utgrunden I(瑞士)、Horns Rev(丹麦)以及North Hoyle(英国)等，而国内从第一个钢管桩基础海上风电项目——中广核如东海上风电项目开始，大量采用法兰连接方式。
国内采用大直径单桩钢管桩基础作为风机基础的海上风电场，大直径单桩钢管桩的打桩均以标高控制为主，钢管桩打到设计标高后，底节塔筒与钢管桩采用法兰连接，是目前国内海上风电项目大直径单桩钢管桩基础的主要施工方式。在国外海上风电项目的单桩基础中，风机塔筒与钢管桩之间通过过渡段连接，钢管桩过渡段直径大于钢管桩直径。国内海上风电单桩基础几乎未见采用过渡段灌浆连接方式，对于钢管桩过渡段内插到大直径单桩内部进行灌浆连接的方式目前没有施工经验可供借鉴。由于钢管桩过渡段灌浆是风机荷载从塔筒传向钢管桩基础的唯一路径，过渡段灌浆连接承受轴力、弯矩，并且承受疲劳荷载，一旦灌浆连接段出现失效或者缺陷，直接影响风机的运行和使用寿命。因此，过渡段灌浆施工质量是单桩过渡段施工的关键。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统及方法，本申请施工精度高，安全系数高，设备要求低，节省海上作业时间和施工成本等，可确保内插式过渡段灌浆连接施工质量。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
一种大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统，包括：钢管桩和内插过渡段，所述内插过渡段上设置的环板与所述钢管桩固定连接，所述内插过渡段的底部通过安装件与所述钢管桩连接，其中，在所述内插过渡段与所述钢管桩之间的灌浆区域中灌注有高强灌浆料。
进一步地，上述的系统，其中，所述内插过渡段上设置的环板与所述钢管桩通过焊接固定连接。
进一步地，上述的系统，其中，所述安装件包括螺纹杆。
进一步地，上述的系统，其中，所述螺纹杆的端部还设有杆臂。
进一步地，上述的系统，其中，所述内插过渡段外侧不同标高位置设有环向导向块。
进一步地，上述的系统，其中，所述内插过渡段外侧不同标高位置还设有剪切键。
进一步地，上述的系统，其中，所述钢管桩上还设有溢浆口。
进一步地，上述的系统，其中，所述的高强灌浆料抗压强度大于120MPa。
基于所述的系统的方法，包括如下步骤：进行钢管桩的打桩作业，并对钢管桩上端超出设计标高的部分进行割桩并将桩顶打磨平整；将内插过渡段内插入所述钢管桩内部并固定；向灌浆区域灌注灌浆料。
进一步地，上述的方法，其中，将安装船近点驻位后，挂好钢丝绳并绑好缆风绳，缓慢吊起内插过渡段，将内插过渡段缓慢移动至钢管桩上方并对准，缓慢放下吊钩，直至内插过渡段上环板与钢管桩紧密稳定接触。
进一步地，上述的方法，其中，当所述内插过渡段安装稳定后，将内插过渡段上环板与所述钢管桩焊接固定，内插过渡段底部预先安装桩内安装件，待上述焊接固定后，由潜水员下潜对安装件进行加紧，使所述安装件的端部与所述钢管桩内壁紧密接触。
进一步地，上述的方法，其中，所述向灌浆区域内灌注灌浆料包括：通过封底灌浆管线向所述灌浆区域内灌浆封底灌浆料以进行封底；以及通过其他灌浆管线向所述灌浆区域内灌注灌浆料。
进一步地，上述的方法，其中，通过观测溢浆口，直至所述溢浆口溢出含有粗骨料的灌浆料，灌浆结束。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
(1)本申请施工精度高，可节省海上作业时间，为确保过渡段灌浆连接质量提供有力保障；
(2)本申请采用“在内插过渡段上部通过焊接固定和在内插过渡段底部通过螺纹杆固定”的施工工艺，减少了在灌浆过程中因外界因素影响内插过渡段晃动影响灌浆质量的问题；
(3)本申请针对大直径单桩钢管桩内插过渡段灌浆管线设置，提出“一主多备”的灌浆管路设计方法，最下面的主灌浆口位于封隔器上大约500mm，备用灌浆口每隔5m～10m设置一个，这种灌浆管线设计大大降低灌浆过程应急处理的风险；同时针本申请中采用的自封闭式封隔器，设置预制灌浆管线H4直接通入自封闭式封隔器的橡胶囊内(或类似封隔器)，并通过先向橡胶囊内充浆并等浆体硬化后将形成整体的底部封堵，确保封底成功之后再进行正常的灌浆工序；
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本申请大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统结构示意图；
图2：本申请大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统局部结构图一；
图3：本申请大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统局部结构图二；
图4：本申请大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统局部结构图三；
图5：本申请大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统施工布置示意图；
图6：本申请大直径单桩钢管桩内插式过渡段安装施工方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。
如图1至图5所示，本实施例大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统，包括：钢管桩10和内插过渡段20，所述内插过渡段20上设置的环板23与所述钢管桩10固定连接，所述内插过渡段20的底部通过安装件与所述钢管桩10连接，其中，在所述内插过渡段20与所述钢管桩10之间的灌浆区域30中灌注有灌浆料。本申请采用“在内插过渡段20上部与钢管桩10固定连接和在内插过渡段20底部通过安装件与钢管桩10连接”的施工工艺，减少了在灌浆过程中因外界因素影响内插过渡段20晃动影响灌浆质量的问题。
优选地，所述内插过渡段20上设置的环板23与所述钢管桩10通过焊接固定连接，其中，该焊接为满焊。
在本实施例中，所述安装件包括螺纹杆24，其中，该螺纹杆24在吊装前固定在内插过渡段20的内侧，进一步地，在所述螺纹杆24的端部设有杆臂241，所述杆臂241是潜水员下水后方便对螺纹杆24的拧紧固定。
为进一步增加内插过渡段20底部固定的稳定可靠性，所述螺纹杆24在同一标高周向均匀布设至少三个，可以是三个、四个、五个或六个等，但是具体的设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。
所述内插过渡段20外侧不同标高位置设有环向导向块21，所述导向块21在内插过渡段20安装过程中起到导向作用。
所述内插过渡段20外侧不同标高位置还设有剪切键22。
所述钢管桩10上还设有溢浆口H5，通过观测溢浆口H5，直至该溢浆口H5溢出含有粗骨料的灌浆料，即可停止灌浆。
在本实施例中，内插过渡段20的外侧还设有封隔器40，所述封隔器40距离桩底30cm设置。其中，所述封隔器40内部设置封底灌浆口，并通过设置在内插过渡段20内壁上的封底灌浆管线H4对封隔器40内部灌注灌浆料。其中，所述封底灌浆管线H4的标高位置为封隔器40中心标高位置。需要注意地是，通过封底灌浆管线灌注的灌浆料不能没过下文所述的主灌浆口。
在所述内插过渡段20的内壁上还设有主灌浆管线H1和备用灌浆管线H2/H3，本实施例仅示意了设置有一条主灌浆管线H1和两条备用灌浆管线H2/H3的情况。其中，主灌浆管线H1设置在封隔器40顶高程上方500mm处，备用灌浆管线H2设置在主灌浆管线H1上方500mm处，备用灌浆管线H3设置在备用灌浆管线H2上方600mm处。
在本实施例灌浆过程中，提出“一主多备”的灌浆管路设计方法，大大降低了灌浆过程应急处理的风险。同时，通过封底灌浆管线H4直接通入自封闭式封隔器40的橡胶囊内，并通过先向橡胶囊内灌注灌浆料并等浆体硬化后，将形成整体的底部封堵，之后在进行正常的灌浆工序，大大降低了底部漏浆的风险。
如图6所示，本实施例还提出了一种大直径单桩钢管桩内插式过渡段安装施工方法，包括如下步骤：
步骤一，进行钢管桩10的打桩作业并经设计复核承载力满足要求后，并按照设计要求对钢管桩10上端超出设计标高的部分进行割桩并将桩顶打磨平整；
其中，在对大直径单桩钢管桩10进行割桩前需要进行测量划线，同时在进行割桩过程中亦需要多次测量，以确保钢管桩10顶部的平整度。
步骤二，将内插过渡段20内插入所述钢管桩10内部并固定；
具体包括：安装船进点驻位，做内插过渡段20安装准备。其中，安装船进点施工条件为：实测风速6级以下，波高小于1m的天气，现场风速和波高均满足现场吊装要求。
上述内插过渡段20安装准备好后进行起吊安装。安装船近点完成后，挂好钢丝绳，并绑好缆风绳。缓慢吊起内插过渡段20，将内插过渡段20缓慢移动至大直径单桩钢管桩10上方对准，缓慢下放吊钩，直至内插过渡段20上环板23和大直径单桩钢管桩10紧密稳定接触。
所述内插过渡段20外侧不同标高位置设置环向导向块21，所述导向块21在内插过渡段20安装过程中起到导向作用。
所述内插过渡段20外侧不同标高位置还设置剪切键22。
然后对内插过渡段20进行调平固定。内插过渡段20安装稳定后，内插过渡段20上设置的环板23和钢管桩10需要固定连接，内插过渡段20底部需要安装桩内安装件，待上部固定结束后，由潜水员下潜对安装件进行加紧，使安装件的前端和大直径单桩钢管桩10的内壁紧密接触。
其中，所述内插过渡段20上设置的环板23与所述钢管桩10通过焊接固定连接，其中，该焊接为满焊。在本实施例中，所述安装件采用螺纹杆24，其中，该螺纹杆24在吊装前固定在内插过渡段20的内侧，进一步地，在所述螺纹杆24的端部设有杆臂241，所述杆臂241是潜水员下水后方便对螺纹杆24的拧紧固定。
进一步地，所述螺纹杆24在同一标高周向均匀布设至少三个，可以是三个、四个、五个或六个等，但是具体的设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。
步骤三，向灌浆区域30灌注灌浆料。
所述向灌浆区域30内灌注灌浆料包括：通过封底灌浆管线H4向所述灌浆区域30内灌浆封底灌浆料以进行封底；以及通过其他灌浆管线向所述灌浆区域30内灌注灌浆料。
其中，内插过渡段20调平固定结束后，由通向封隔器40内部的封底灌浆口先向钢管桩10的灌浆区域30内灌注封底灌浆料，确保封底成功。所述封隔器40安装在内插过渡段20的外侧，距离桩底30cm。其中，所述封隔器40内部设置封底灌浆口，并通过设置在内插过渡段20内壁上的封底灌浆管线H4对封隔器40内部灌注灌浆料。其中，所述封底灌浆管线H4的标高位置为封隔器40中心标高位置。需要注意地是，通过封底灌浆管线H4灌注的灌浆料不能没过主灌浆口的设计标高。
主灌浆管线H1设置在封隔器40顶高程上方500mm处，备用灌浆管线H2设置在主灌浆管线H1上方500mm处，备用灌浆管线H3设置在备用灌浆管线H2上方600mm处。其中，主灌浆管线H1上对应设置主灌浆口，备用灌浆管线H2/H3上对应设置备用灌浆口。
在上述施工方法过程中，辅助用到灌浆泵M、搅拌机、自动上水系统、控制系统等。
其中，上述的清洗灌浆区域30是通过灌浆软管将灌浆泵和灌浆口相连，进行高压泵送淡水。
上述的泵送润管料可以起到润管作用，防止堵管。
所述溢浆口H5设置在钢管桩10顶标高下方50mm，方向在四个灌浆口同侧，通过观测该溢浆口H5，直至所述溢浆口H5溢出粗骨料，灌浆结束。
本申请施工精度高，可节省海上作业时间，为确保过渡段灌浆连接质量提供有力保障；本申请采用“在内插过渡段上部通过焊接固定和在内插过渡段底部通过螺纹杆固定”的施工工艺，减少了在灌浆过程中因外界因素影响内插过渡段晃动影响灌浆质量的问题。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。
Claims (12)
1.一种大直径单桩钢管桩内插式过渡段灌浆施工系统，其特征在于，包括：钢管桩和内插过渡段，所述内插过渡段上设置的环板与所述钢管桩固定连接，所述内插过渡段的底部通过安装件与所述钢管桩连接，其中，在所述内插过渡段与所述钢管桩之间的灌浆区域中灌注有灌浆料。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内插过渡段上设置的环板与所述钢管桩通过焊接固定连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安装件包括螺纹杆。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述螺纹杆的端部还设有杆臂。
5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述内插过渡段外侧不同标高位置设有环向导向块。
6.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述内插过渡段外侧不同标高位置还设有剪切键。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述钢管桩上还设有溢浆口。
8.基于如权利要求1至7所述的系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：进行钢管桩的打桩作业，并对钢管桩上端超出设计标高的部分进行割桩并将桩顶打磨平整；
将内插过渡段内插入所述钢管桩内部并固定；
向灌浆区域灌注灌浆料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将安装船近点驻位后，挂好钢丝绳并绑好缆风绳，缓慢吊起内插过渡段，将内插过渡段缓慢移动至钢管桩上方并对准，缓慢放下吊钩，直至内插过渡段上环板与钢管桩紧密稳定接触。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述内插过渡段安装稳定后，将内插过渡段上环板与所述钢管桩焊接固定，内插过渡段底部预先安装桩内安装件，待上述焊接固定后，由潜水员下潜对安装件进行加紧，使所述安装件的端部与所述钢管桩内壁紧密接触。
11.根据权利要求8至10任一项所述的方法，其特征在于，所述向灌浆区域内灌注灌浆料包括：通过封底灌浆管线向所述灌浆区域内灌浆封底灌浆料以进行封底；以及通过其他灌浆管线向所述灌浆区域内灌注灌浆料。
12.根据权利要求8至10任一项所述的方法，其特征在于，通过观测溢浆口，直至所述溢浆口溢出含有粗骨料的灌浆料，灌浆结束。
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2019
- 2019-07-01 CN CN201910585424.1A patent/CN110172995B/zh active Active
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