CN110777780A

CN110777780A - 一种混凝土管桩海上沉桩施工方法

Info

Publication number: CN110777780A
Application number: CN201911023419.8A
Authority: CN
Inventors: 刁钰; 朱鹏宇; 郑刚
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2020-02-11

Abstract

本发明属于海上沉桩技术领域，公开了一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，首先将高压喷嘴作业的注浆旋喷管和预制的混凝土管桩垂直放置在沉桩位置正上方，混凝土管桩套放在注浆旋喷管的外部并由抱桩器夹持固定；然后进行钻孔和高压旋喷作业，注浆旋喷管下降一个区段深度后，利用抱桩器将混凝土管桩向下放送同样的区段深度，如此重复直至混凝土管桩达到设计标高位置；再将注浆旋喷管由混凝土管桩中向上提出；最后静置养护至水泥砂土强度达到要求。本发明可有效解决由高应力状态砂土对桩壁的强摩阻力导致的混凝土管桩沉桩困难问题，能够有效提升砂土与桩界面的连接强度，扩大混凝土管桩有效桩径，提高承载力，还能够实现海上沉桩的一次性施工，节省工期。

Description

一种混凝土管桩海上沉桩施工方法

技术领域

本发明属于海上沉桩技术领域，具体的说，是涉及一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，特别适合海水面以下较密实砂土环境。

背景技术

在海上进行平台作业，需要将平台基础打入海水以下土层中。相比于陆地施工，海上桩基的土层上方存在海水压力作用，使土体的密实度较高，且其中存在较强的应力场，所以海上混凝土管桩沉桩更加困难。砂土表面粗糙，高应力场下会在预制桩沉桩过程中产生很大的摩擦阻力，故这种问题在砂土层中体现的更为明显。因此，海上桩基一般采用钢桩，相比混凝土管桩可以尽量较小沉桩摩阻力。但是如何在海上高应力砂土中完成混凝土管桩的沉桩一直没有得到很好的解决，而要在海下砂土中顺利完成混凝土管桩的沉桩，应设法降低砂土的应力水平和砂土与桩侧之间的摩擦系数。

高压旋喷法是在一种在陆上施工中比较常用的地基处理方法，是采用高压水泥浆通过喷嘴喷出形成喷射流，以此切割土体并预制拌合成水泥土加固体的化学加固方法。陆上的高压旋喷技术一般用以加固处理软弱地基土。

发明内容

本发明着力于解决海上混凝土管桩在海水以下的地基土，尤其是砂土中沉桩困难的技术问题，提供了一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，将高压旋喷技术应用于海上混凝土管桩施工中，通过旋喷浆液的冲击力使土体变松散，并用水泥浆包裹土颗粒，降低土体表面的粗糙程度，从而降低混凝土管桩的沉桩贯入阻力。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，该方法按照如下步骤进行：

(1)定位沉桩位置，将高压喷嘴作业的注浆旋喷管和预制的混凝土管桩垂直放置在沉桩位置正上方；所述混凝土管桩套放在所述注浆旋喷管的外部，并利用抱桩器夹持住所述混凝土管桩；所述注浆旋喷管底部设置有旋喷口和钻头，所述钻头位于所述旋喷口下方；

(2)进行钻孔和高压旋喷作业，旋转下降所述注浆旋喷管的过程中一边钻孔一边旋喷，使配好的水泥浆液与拟沉桩处的砂土充分搅拌混合，形成应力水平较低的水泥砂土；每当所述注浆旋喷管下降一个区段深度后，利用所述抱桩器将所述混凝土管桩向下放送同样的区段深度，如此重复操作直至所述混凝土管桩达到设计标高位置；

(3)将带有旋喷口和钻头的注浆旋喷管由所述混凝土管桩中向上提出；

(4)静置养护水泥砂土，至水泥砂土强度达到要求。

进一步地，所述水泥浆液的水灰比不大于0.4。

进一步地，所述高压旋喷作业中注浆泵的压力值不低于海水以下砂土的水土压力值。

进一步地，所述混凝土管桩的抗渗等级不小于P8。

本发明的有益效果是：

(一)本发明通过高压旋喷处理高应力水平高密实度的砂土，破坏其原有的土体结构，形成更为松散的土体结构；使水泥浆与砂土充分混合形成应力水平较低的水泥砂土，降低砂土颗粒表面的粗糙程度；经处理后混凝土沉桩时的灌入阻力将明显减小，可以顺利实现混凝土管桩在海水环境下的砂土体中的下沉。

(二)本发明在高压旋喷处理后，砂土与水泥浆液混合成为水泥砂土，此水泥砂土与桩体的接触面相比未处理的砂土与桩体的接触面，其力学连接效果有明显的提升；待水泥砂土养护完成后，水泥砂土与混凝土管桩的外壁形成有效连接，增大混凝土管桩的有效受力范围，显著提高混凝土管桩的承载力。

(三)本发明中的混凝土管桩可以采用抗渗抗腐蚀的混凝土提前预制养护成桩，不用在海水下进行混凝土养护，保证了较高的成桩质量，可以避免钻孔桩在水下环境中养护时海水中各种有害离子对混凝土管桩的耐久性造成不利影响。

(四)本发明实现了混凝土管桩海上施工的一次性沉桩，节省工期，降低了人力物力成本。

附图说明

图1为本发明的施工作业流程图；

图2为本发明的未施工作业状态示意图；

图3为本发明的旋喷钢管和管桩就位状态示意图；

图4为本发明的钻孔及旋喷作业状态示意图；

图5为本发明的沉桩作业状态示意图；

图6为本发明的桩底下沉至设计标高状态示意图；

图7为本发明的取出旋喷钢管状态示意图；

图8为混凝土管桩与水泥砂土混合结构的水平剖面图。

上述图中：1-砂土；2-海水；3-钻头；4-旋喷口；5-抱桩器；6-滚轮；7-混凝土管桩；8-注浆旋喷管；9-水泥浆液；10-水泥砂土。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本实施例提供了一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，其主要解决施工海上桩基时，如图2所示，由于海水2压力作用，使海水下方的砂土2的密实度较高，且存在较强的应力场，同时砂土2表面粗糙，在高应力场下会在沉桩过程中产生很大摩擦阻力的问题。

本实施例的混凝土预制桩海上沉桩施工方法，将高压旋喷技术应用于海上混凝土管桩施工中，具体步骤如下：

步骤一，如图3所示，定位沉桩位置，将高压喷嘴作业的注浆旋喷管8垂直放置在沉桩位置正上方。注浆旋喷管8为钢制，其底部设置有一体连接的旋喷口4和钻头3，并且钻头3位于旋喷口4下方，钻头3、旋喷口4和注浆旋喷管8的最大外径均小于混凝土管桩7的内径，由此三者可以独立于混凝土管桩7自由移动，在钻进的同时进行高压旋喷作业。

将预制的混凝土管桩7套放在注浆旋喷管8的外部，并利用抱桩器5夹持住混凝土管桩7，将混凝土管桩7固定在沉桩位置正上方。注浆旋喷管8的轴线和混凝土管桩7的轴线与沉桩位置在同一直线上。

抱桩器5包括向内延伸的多个滚轮6，多个滚轮6在平面上分布在同一个圆形上，该圆形的内径与混凝土管桩7的外径相同。抱桩器一方面用于扶正混凝土管桩7，保证混凝土管桩7在沉桩过程中保持垂直状态；另一方面，抱桩器5通过多个滚轮6向下滑动实现混凝土管桩7向下放送。

混凝土管桩7在海上施工沉桩作业前预制完成，本实施例中的混凝土管桩7采用的水泥抗渗等级为P10，具体等级应视桩顶处受到的海水压力而定，一般抗渗等级不小于P8。

另外，混凝土管桩7可以采用抗渗抗腐蚀的混凝土提前预制养护成桩，不用在海水下进行混凝土养护，保证了较高的成桩质量，可以避免钻孔桩在水下环境中养护时海水中各种有害离子对混凝土管桩7的耐久性造成不利影响。

步骤二，如图4所示，进行钻孔和高压旋喷作业，下放注浆旋喷管8的过程中一边钻孔一边旋喷，利用钻头3垂直向下钻入砂土2，同时通过注浆泵向注浆旋喷管8中泵入已经配好的水泥浆液9，使配好高浓度的水泥浆液9与拟沉桩处的砂土2充分搅拌混合，使砂土2从高应力紧密状态变成较松散状态，形成应力水平较低的水泥砂土10。其中，考虑海水对浆液的稀释作用，旋喷所用水泥浆液9的水灰比不大于0.4。高压旋喷的注浆泵压力值的设定为30MPA，具体压力值视砂土2中有效应力的强弱而定，一般不应低于海水1以下砂土2的水土压力值。

操控注浆旋喷管8使其旋转下降，自上而下地旋喷搅拌水泥浆液9，在进行中可随时调整旋喷转速和上升下降。按照设计标高分为多个相同或不同的区段深度，每当注浆旋喷管8下降一个区段深度后，如图5所示，利用抱桩器5将混凝土管桩7向下放送同样的区段深度(混凝土管桩7的沉桩深度不大于钻头3所在位置的深度)，如此重复操作直至混凝土管桩7达到设计标高位置，如图6所示。

在本发明中，利用高压旋喷技术处理海水中高应力状态的砂土2，不是为了形成高压旋喷桩，而是利用旋喷法使砂土2变松软，降低处理区砂土2的密实程度，并使桩土接触面润滑，减小沉桩时的桩端阻力和桩侧阻力。

步骤三，如图7所示，将带有旋喷口4和钻头3的注浆旋喷管8由混凝土管桩7中向上提出。

步骤四，如图8所示，静置养护水泥砂土10，至水泥砂土10强度达到要求。

静置养护后，水泥砂土10与混凝土管桩7之间形成具有足够强度的有效连接，成为一个受力工作整体，增大混凝土管桩7的承载力。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，其特征在于，该方法按照如下步骤进行：

(1)定位沉桩位置，将高压旋喷作业的注浆旋喷管和预制的混凝土管桩垂直放置在沉桩位置正上方；所述混凝土管桩套放在所述注浆旋喷管的外部，并利用抱桩器夹持住所述混凝土管桩；所述注浆旋喷管底部设置有旋喷口和钻头，所述钻头位于所述旋喷口下方；

(4)静置养护水泥砂土，至水泥砂土强度达到要求。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，其特征在于，所述水泥浆液的水灰比不大于0.4。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，其特征在于，所述高压旋喷作业中注浆泵的压力值不低于海水以下砂土的水土压力值。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土管桩海上沉桩施工方法，其特征在于，所述混凝土管桩的抗渗等级不小于P8。