CN110241826A - 先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统及施工方法，该系统包括钢管桩和外套在钢管桩外侧的导管架，在钢管桩和导管架之间形成环形灌浆空间；在导管架上设有主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管，主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管均穿过导管架并与环形灌浆空间连通设置。该方法包括：钢管桩打桩并在钢管桩的外侧套设导管架；通过封底灌浆管泵送灌浆料将封隔器中的橡胶囊填充鼓起，待灌浆料硬化；通过灌浆管向环形灌浆空间灌浆；当环形灌浆空间的水从高于海平面设置的出水口完全流出后，关闭该出水口上面的阀门继续灌浆直至灌浆结束。本申请施工工艺简单，提高了灌浆效率和灌浆质量，保证了导管架水下灌浆成功率和水下灌浆质量。

Description

先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统及施工方法

技术领域

本申请属于海上风电升压站导管架基础施工技术领域，具体涉及先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统及施工方法。

背景技术

海上风电基础项目中导管架安装施工工艺分为：先桩法和后桩法两种工艺。针对导管架结构型式、导管架安装与打桩的顺序可以采用不同的封堵方式。先桩法和后桩法施工工艺导管架水下灌浆封堵均可以采用“主动式”或“被动式”两种不同类型的封堵方式。国内的江苏鲁能东台、江苏大唐滨海、江苏三峡大丰、浙江普陀6#风电场等大量近海风电项目的海上升压站导管架基础均采用后桩法斜桩导管架，封隔器大多数采用“被动式”封堵方式。

水下灌浆是导管架基础施工的一项关键工序，通常采用泵送压浆的方式将灌浆料从环形灌浆空间底部自下而上通过水下灌浆方式灌注到导管架与钢管桩之间的环形灌浆空间。对于后桩法斜桩导管架和钢管桩之间的环形灌浆空间灌浆施工的灌浆管线布置和封堵措施的有效性有大量工程成功案例，而对于先桩法直桩外套式导管架基础和钢管桩环形灌浆空间的灌浆管线布置和对应封堵方式选型的案例文献中报道较少。对于导管架水下灌浆施工而言，灌浆管线设计的合理性和灌浆封堵措施的有效性，也是影响导管架水下灌浆成败的关键因素。如果上述问题处理不当，会出现灌浆过程易堵管和封隔器封闭不严、损坏等现象，产生漏浆严重影响施工效果。

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先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统及施工方法，其施工工艺简单，提高了灌浆效率和灌浆质量，保证了导管架水下灌浆成功率和水下灌浆质量。

为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：

先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统，所述系统包括钢管桩以及外套在所述钢管桩外侧设置的导管架，在所述钢管桩和所述导管架之间形成环形灌浆空间，其中，所述钢管桩和所述导管架均竖直设置；在所述导管架上设有主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管，所述主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管均穿过所述导管架并与所述环形灌浆空间连通设置，其中，所述主灌浆管上的主灌浆口的高程高于所述封底灌浆管中的封底灌浆口的高程，所述备用灌浆管中的备用灌浆口的高程高于所述主灌浆管上的主灌浆口的高程。

进一步地，上述的系统，其中，所述主灌浆口的高程比所述封底灌浆口的高程高0.5-1m，与所述主灌浆口相邻设置在所述备用灌浆口的高程比所述主灌浆口的高程高0.5-1m。

进一步地，上述的系统，其中，相邻设置的所述备用灌浆口每隔5-10m设置。

进一步地，上述的系统，其中，所述系统还包括封隔器，所述封隔器环形设置在所述导管架的底部内侧，并与所述封底灌浆管连通设置，其中，所述封底灌浆管中的封底灌浆口位于所述环形封隔器橡胶囊内。

进一步地，上述的系统，其中，所述系统还包括导向块，所述导向块设置在所述封隔器的上、下两侧，且所述导向块固定安装在所述导管架的内壁上。

进一步地，上述的系统，其中，所述系统还包括多个剪切键，所述剪切键设置在所述导管架的内壁及所述钢管桩的外壁上。

进一步地，上述的系统，其中，所述导管架上还设有出水口和溢浆口，其中，所述溢浆口的设置高程高于所述出水口的设置高程。

先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工方法，包括如下步骤：钢管桩打桩施工，并在所述钢管桩的外侧安装导管架，其中，所述钢管桩和所述导管架均竖直安装；导管架安装后在导管架顶部将导管架套筒与钢管桩焊接锁定，通过封底灌浆管泵送灌浆料将封隔器中的橡胶囊填充鼓起，待灌浆料硬化；通过灌浆管向环形灌浆空间灌浆；当环形灌浆空间的水从高于海平面设置的出水口完全流出后，关闭该出水口上面的阀门继续灌浆，直至灌浆结束。

其中，导管架安装后在导管架顶部将导管架套筒与钢管桩还可采用除焊接锁定外其它固定方式。

进一步地，上述的方法，其中，通过封底灌浆管泵送灌浆料时，所述环形灌浆空间内灌浆料的上升高度要小于等于所述主灌浆口的标高。

进一步地，上述的方法，其中，当所述主灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换备用灌浆管继续向环形灌浆空间内灌浆；当其中一个备用灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换其他备用灌浆管继续向环形灌浆空间内灌浆。

进一步地，上述的方法，其中，所述主灌浆管先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料；所述备用灌浆管先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

(1)本申请预制灌浆管路设计与安装均在导管架出运之前，施工方便，减少施工成本，提高灌浆安全性；

(2)本申请针对海上升压站先桩法嵌岩直桩导管架水下灌浆管线系统针对单个环空灌浆高度较高的问题，提出“一主多备”的灌浆管线设计方法，其中，主灌浆口位于封堵灌浆口上0.5～1m，首个备用灌浆口在主灌浆口上0.5～1m，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；

(3)本申请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，之后再进行正常的灌浆工序，可以有效避免灌浆过程中的漏浆问题。

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：本申请中导管架的俯视图；

图2：本申请中导管架的主视图；

图3：本申请先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统的剖视图；

图4：本申请先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统的局部剖视图；

图5：本申请先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统的俯视图；

图6：本申请先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工方法的流程图。

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，本实施例先桩法直桩外套式导管架20水下灌浆施工系统，所述系统包括钢管桩10以及外套在所述钢管桩10外侧设置的导管架20，在所述钢管桩10和所述导管架20之间形成环形灌浆空间，其中，所述钢管桩10和所述导管架20均竖直设置；在所述导管架20上设有主灌浆管H1、备用灌浆管以及封底灌浆管H5，所述主灌浆管H1、备用灌浆管以及封底灌浆管H5均穿过所述导管架20并与所述环形灌浆空间连通设置。本实施例适用于先桩法直桩导管架20施工工艺，其提出“一主多备”的管线设计，在主灌浆管H1出现堵管情况时，可以启用备用灌浆管对环形灌浆空间进行灌浆，提高了水下灌浆效率和灌浆质量。

本实施例中所涉及的先桩法是指，先钢管桩10打桩施工，然后在钢管桩10的外侧套设导管架20。

在本实施例中，所述主灌浆管H1的设置数量为一根，其对应设置的灌浆口分别对应为主灌浆口；备用灌浆管的设置数量为两根，分别为第一备用灌浆管H2和第二备用灌浆管H3，其对应设置的灌浆口分别对应为第一备用灌浆口和第二备用灌浆口；所述封底灌浆管H5的设置数量为一根，其对应设置的灌浆口为封底灌浆口。上述主灌浆管H1、备用灌浆管以及封底灌浆管H5的设置数量并不对本申请的保护范围造成限定，其设置数量也可根据实际的施工高程进行适当地增加或减少，但是需满足设置一根主灌浆管H1和至少一根封底灌浆管H5，当施工高程较低时，可以不用设置备用灌浆管；当施工高程较高时，按照每隔5-10m设置一个备用灌浆管。

在本实施例中，所述主灌浆管H1、第一备用灌浆管H2、第二备用灌浆管H3以及封底灌浆管H5可以按照如图5所示的布设方式进行安装，但并不对本申请的保护范围造成限定，在实际使用过程中，可以根据实际情况将上述灌浆管安装在所述导管架20的不同位置，相邻灌浆管之间设置角度亦可随之改变。

所述主灌浆管H1上的主灌浆口的高程高于所述封底灌浆管H5中的封底灌浆口的高程，所述备用灌浆管中的备用灌浆口的高程高于所述主灌浆管H1上的主灌浆口的高程，所述主灌浆口的高程比所述封底灌浆口的高程高0.5-1m，与所述主灌浆口相邻设置在所述备用灌浆口的高程比所述主灌浆口的高程高0.5-1m。相邻设置的所述备用灌浆口每隔5-10m设置。

在本实施例中，所述主灌浆口的高程比所述封底灌浆口的高程高0.5-1m，所述第一备用灌浆管H2中的第一备用灌浆口的高程比所述主灌浆管H1上的主灌浆口的高程高0.5-1m，所述第二备用灌浆管H3的第二备用灌浆口的高程与所述第一备用灌浆管H2的第一备用灌浆口的高程高5-10m。上述设置方式大大降低了灌浆过程应急处理的风险。

所述主灌浆管H1、备用灌浆管以及封底灌浆管H5可通过固定管安装在所述导管架20上。在本实施例中，还可以通过其他固定方式进行固定安装，比如固定柱、固定板以及固定块等，并不对本申请的保护范围造成限定。

本实施例还设置有封隔器30，所述封隔器30环形设置在所述导管架20的底部内侧，并与所述封底灌浆管H5连通设置，其中，所述封底灌浆管H5中的封底灌浆口位于所述环形封隔器30橡胶囊内。本实施例结合一种橡胶囊式封隔器30，其介于主动封堵和被动封堵之间，较好地解决了水下灌浆封堵问题。具体为，通过在自封闭式封隔器30橡胶囊中增加封底灌浆管H5，施工中采用先对环形封隔器30中的橡胶囊灌浆并等浆料硬化后与橡胶囊一起形成整体的封堵，然后再进行环形封隔器30上方环空空间的水下灌浆。上述橡胶囊与其内的灌浆料形成的整体封堵有效地解决了灌浆过程中的漏浆问题；有效避免了现有技术中灌浆过程中最常见的问题，如封隔器30封闭不严、损坏，进一步造成的灌浆时漏浆、灌浆材料的浪费以及工期延长等。

如图3所示，本实施例还设有多个剪切键50，所述剪切键50设置在所述导管架20的内壁及所述钢管桩10的外壁上。所述剪切键50的设置有利于在灌浆结束后，进一步加强钢管桩10和导管架20连接的稳定可靠性。

如图4所示，本实施例还设有导向块40，所述导向块40设置在所述封隔器30的上、下两侧，且所述导向块40固定安装在所述导管架20的内壁上。所述导向块40用于对所述钢管桩10的竖直安装起到导向作用，并且所述导向块40设置在环形封隔器30的上、下两侧，其还起到对所述环形封隔器30保护的作用，有效地防止了所述导管架20在外套下降过程中对所述环形封隔器30C造成的损伤等，其中，外套下降过程中出现的问题，如打桩精度不够引起的钢管桩10外壁和导管架20内壁一侧环缝太小等。

在本实施例的导管架20上还设有出水口H5和溢浆口H6，其中，所述溢浆口H6的设置高程高于所述出水口H5的设置高程，当环形灌浆空间的水从高于海平面的出水口H5完全流出后，关闭该出水口H5上面的阀门继续灌浆，直至环形灌浆空间顶部溢浆口H6有符合要求的灌浆料(一般为含有粗骨料的灌浆料浆体)溢出，那么灌浆结束，待环形灌浆空间内的灌浆料硬化，以实现钢管桩10和导管架20的固定连接。

如图6所示，本实施例先桩法直桩外套式导管架20水下施工方法，包括如下步骤：

步骤一，钢管桩10打桩施工，并在所述钢管桩10的外侧套设导管架20，导管架安装到位并调平后将导管架与钢管桩焊接锁定，其中，所述钢管桩10和所述导管架20均竖直安装。

步骤二，通过封底灌浆管H5泵送灌浆料将封隔器30中的橡胶囊填充鼓起，待灌浆料硬化。

具体为，通过封底灌浆管H5泵送灌浆料将封隔器30中的橡胶囊填充鼓起，待浆料硬化；浆料硬化后与橡胶囊一起形成整体的封堵，上述橡胶囊与其内的灌浆料形成的整体封堵有效地解决了灌浆过程中的漏浆问题。

需要注意地是，通过封底灌浆管H5泵送灌浆料时，所述环形灌浆空间内灌浆料的上升高度要小于等于所述主灌浆口的标高。

步骤三，通过灌浆管向环形灌浆空间灌浆；

通过主灌浆管H1环形灌浆空间内灌浆。在本实施例中，在对所述主灌浆管H1进行灌浆之前，先对所述主灌浆管H1泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。

其中，通过泵送水可以对主灌浆管H1中的杂质等进行冲洗并起到润湿管线的作用；所述润管料对主灌浆管H1进行润管，能够有效地防止压浆过程可能发生的堵管现象，其中，所述润管料为水下不分散的润管料；所述灌浆料为特殊水下灌浆材料，其不同于普通的水泥基灌浆料，其具有大流动性、抗水分散性、早强、微膨胀以及抗疲劳等优异性能。本实施例要求灌浆料在泵送阶段具有高度流动粘稠性和高度稳定性，同时需要灌浆料具有高强度。

当所述主灌浆管H1在灌浆过程中出现堵管时，改换备用灌浆管继续向环形灌浆空间内灌浆；当其中一个备用灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换其他备用灌浆管继续向环形灌浆空间内灌浆。

在本实施例中，在对所述第一备用灌浆管H2或第二备用灌浆管H3进行灌浆之前，如上所述，也对所述第一备用灌浆管H2或第二备用灌浆管H3先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。其中，通过泵送水可以对第一备用灌浆管H2或第二备用灌浆管H3中的杂质等进行冲洗并起到润湿管线的作用；所述润管料对第一备用灌浆管H2和第二备用灌浆管H3进行润管，能够有效地能够防止压浆过程可能发生的堵管现象，其中，所述润管料为水下不分散的润管料；所述灌浆料为特殊水下灌浆材料，其不同于普通的水泥基灌浆料，其具有大流动性、抗水分散性、早强、微膨胀以及抗疲劳等优异性能。本实施例要求灌浆料在泵送阶段具有高度流动粘稠性和高度稳定性，同时需要灌浆料具有高强度。

步骤四，当环形灌浆空间的水从高于海平面设置的出水口H5完全流出后，即有粗骨料流出时，关闭该出水口H5上面的阀门继续灌浆，直至灌浆结束。

然后，当环形灌浆空间的水从出水口H5完全流出后，关闭出水口H5上面的阀门继续灌浆，通过观测溢浆口H6，当溢浆口H6有粗骨料溢出时，关闭该溢浆口H6上的阀门，灌浆结束。

本申请适用于先桩法直桩导管架水下灌浆施工工艺，能有效的解决导管架水下灌浆易堵管和灌浆封堵失效漏浆的问题，同时针对灌浆中存在的封隔器易损坏、淤泥易渗漏等问题，属于海上风电灌浆特种施工技术领域。本申请施工方法简单，预制管线加工方便，提高了灌浆效率和灌浆质量，保证先桩法导管架水下灌浆顺利完成。

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 (11)

1.先桩法直桩外套式导管架水下灌浆施工系统，其特征在于，

所述系统包括钢管桩以及外套在所述钢管桩外侧设置的导管架，在所述钢管桩和所述导管架之间形成环形灌浆空间，其中，所述钢管桩和所述导管架均竖直设置且在灌浆之前完成导管架和钢管桩的调平和固定；

在所述导管架上设有主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管，所述主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管均穿过所述导管架并与所述环形灌浆空间连通设置，

其中，所述主灌浆管上的主灌浆口的高程高于所述封底灌浆管中的封底灌浆口的高程，所述备用灌浆管中的备用灌浆口的高程高于所述主灌浆管上的主灌浆口的高程。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主灌浆口的高程比所述封底灌浆口的高程高0.5-1m，与所述主灌浆口相邻设置在所述备用灌浆口的高程比所述主灌浆口的高程高0.5-1m。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，相邻设置的所述备用灌浆口每隔5-10m设置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括封隔器，所述封隔器环形设置在所述导管架的底部内侧，并与所述封底灌浆管连通设置，其中，所述封底灌浆管中的封底灌浆口位于所述环形封隔器橡胶囊内。

5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括导向块，所述导向块设置在所述封隔器的上、下两侧，且所述导向块固定安装在所述导管架的内壁上。

6.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个剪切键，所述剪切键设置在所述导管架的内壁及所述钢管桩的外壁上。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导管架上还设有出水口和溢浆口，其中，所述溢浆口的设置高程高于所述出水口的设置高程。

8.基于如权利要求1至7任一项所述系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

钢管桩打桩施工，并在所述钢管桩的外侧套设导管架，其中，所述钢管桩和所述导管架均竖直安装；

通过封底灌浆管泵送灌浆料将封隔器中的橡胶囊填充鼓起，待灌浆料硬化；

通过灌浆管向环形灌浆空间灌浆；

当环形灌浆空间的水从高于海平面设置的出水口完全流出后，关闭该出水口上面的阀门继续灌浆，直至灌浆结束。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过封底灌浆管泵送灌浆料时，所述环形灌浆空间内灌浆料的上升高度要小于等于所述主灌浆口的标高。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述主灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换备用灌浆管继续向环形灌浆空间内灌浆；当其中一个备用灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换其他备用灌浆管继续向环形灌浆空间内灌浆。

11.根据权利要求8至10任一项所述的方法，其特征在于，所述主灌浆管先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料；所述备用灌浆管先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。