CN111042120A - 一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法，该抗滑钻孔灌注桩基础包括新型钢护筒、钢护筒安装装置和钻孔灌注桩主体；钻孔灌注桩主体包括普通钢护筒、钢筋笼和混凝土；所有新型钢护筒和所有普通钢护筒从下至上依次密封连接；钢护筒安装装置包括吸力桶和磁力安装顶帽；本发明采用带有自动化孔压调节系统的新型钢护筒，可在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础运营阶段自主地调节桩基础外围土体中的孔隙水压力；采用吸力桶技术安装钢护筒，保证在施工过程中尽可能少地扰动抗滑钻孔灌注桩外围的土体，有效地减小桩基础周边土体在施工期间的液化风险；本发明施工方法安全可靠、方便快捷，具有广阔的工程应用前景。

Description

一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及钻孔灌注桩基础技术领域，尤其涉及一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法。

背景技术

随着我国城市化进程的快速推进，涌现出了大量跨江/河大桥、跨海大桥、沿江/河公路、沿海公路以及一系列水上(江/河上或海上)观景平台等工程项目，各类桩基础(特别是水下钻孔灌注桩基础)为上述工程的顺利建设和正常运营发挥了重要的作用。

在江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上广泛分布着孔隙率大、抗剪强度低、易受扰动的高灵敏度软弱土，在陆地向江河、海洋延伸区域形成水下高灵敏性软土斜坡。在此类高灵敏性软土斜坡中修造建筑物或构筑物时，一方面需要考虑建造过程中施工荷载、天文潮汛以及其他极端天气条件下高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工安全性，另一方面也要考虑在长期运营过程中波浪荷载、上部结构工作荷载、地震以及风暴潮等因素对高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础稳定性的影响。事实上，施工荷载、波浪荷载、结构本身振动及其上部工作荷载、风暴潮、地震以及其他自然灾害等作用下，不仅使得高灵敏性软土受扰动后土体微观结构破坏、强度软化，还将在水下抗滑钻孔灌注桩基础周围的软土层中逐渐形成超静孔隙水压力，根据有效应力原理可知，随着软土层中孔隙水压力的增加，有效应力会减小，导致土体的抗剪强度也随之减小，由此，可能引起水下高灵敏性软土斜坡滑坡，进而诱发水下抗滑钻孔灌注桩基础发生滑移或断裂，甚至引发水下抗滑钻孔灌注桩基础及其上部结构的整体倾覆破坏，从而可能造成人员伤亡并带来巨大的财产损失。

目前常见的水下钻孔灌注桩钢护筒的安装是通过冲振或锤击的方式贯入水下软土中的，这类传统的钢护筒安装方式会严重扰动钢护筒周边的软土，软化土体强度；另一方面，还将在钢护筒周边的软土中形成超静孔隙水压力，若累积的超静孔隙水压力没有及时消散，将使高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础周围的土体发生液化破坏，对水下抗滑钻孔灌注桩基础施工期间和运营阶段的稳定性产生不利影响。在某滨海景观平台建设工程中，曾发生传统冲振方法安装的钢护筒出现折断、水下钻孔灌注桩无法成桩，甚至钢护筒周边高灵敏性软土斜坡大面积滑坡，以致整个水下灌注桩施工平台倒塌的事故。

因此，避免传统高灵敏性软土区域钻孔灌注桩钢护筒的安装方法可能造成对钢护筒周围土体的液化灾变风险，预防和治理高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础周边的土体液化以及斜坡滑坡灾害，保证水下高灵敏性软土斜坡中的钻孔灌注桩基础在施工期间和长期运营阶段的安全性，急需一种施工简便、且全面有效适用于的高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，用于江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上的水下高灵敏性软土斜坡中，该抗滑钻孔灌注桩基础包括若干新型钢护筒、若干钢护筒安装装置和钻孔灌注桩主体；所述钻孔灌注桩主体包括若干普通钢护筒、钢筋笼和混凝土；所有新型钢护筒和所有普通钢护筒从下至上依次密封连接；

所述新型钢护筒包括内筒、外筒、内筒和外筒间的空腔和自动化孔压调节系统；所述外筒包括外筒主体、通孔和刃脚；所述通孔周向均布于外筒的筒壁；所述刃脚设置于内筒和外筒间的空腔和外筒的下端口，呈一体环形倾斜设置；所述内筒和外筒间的空腔中由内向外依次设置排水板和土工织物；相邻两节新型钢护筒的内筒密封连接；所有通孔均位于水下高灵敏性软土层中；

所述钢护筒安装装置包括吸力桶、通水/气孔和磁力安装顶帽；所述吸力桶为底部开口的钢桶；所述通水/气孔位于吸力桶顶部，与吸力桶内部连通；所述磁力安装顶帽由环形顶帽和电磁铁组成；所述磁力安装顶帽通过环形顶帽与吸力桶顶部环向焊接的方式固定连接；所述环形顶帽的侧向内壁上安装若干成对且呈扇形的电磁铁；所述吸力桶的外径小于待安装的新型钢护筒/普通钢护筒的内径；所述电磁铁的尺寸保证安装电磁铁后的磁力安装顶帽的内径与待安装的钢护筒的外径一致，使得电磁铁与钢护筒紧密接触；

所述自动化孔压调节系统包括孔隙水压力传感器、传感器接口和排水管接口面板、采集仪、报警器和水泵；所述孔隙水压力传感器由孔隙水压力传感器探头、传感器导线和传感器通道组成；所述孔隙水压力传感器探头固定于迎波面处的一列竖向排布的通孔上，与传感器导线连接；所述传感器接口和排水管接口面板由传感器接口和排水管接口组成，密封地安装于外筒顶部；所述传感器导线通过安装在外筒内壁上的传感器通道引出，与传感器接口连接；所述排水管接口与内筒和外筒间的空腔水力连通，并通过排水管与水泵连接；所述传感器接口通过导线与采集仪连接；

所述采集仪、报警器和水泵依次连接，所述采集仪能够通过孔隙水压力传感器自动读取和保存孔隙水压力数据，所述报警器能够对所述采集仪采集的孔隙水压力数据进行读取、预警和处理；所述采集仪采集到的抗滑钻孔灌注桩基础周边高灵敏性软土层中的超静孔隙水压力超过可致水下高灵敏性软土剪切破坏的孔隙水压力预警值时，与采集仪连通的警报器将报警并自动启动水泵抽水，及时降低抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中的孔隙水压力，排除水下高灵敏性软土斜坡滑坡以及抗滑钻孔灌注桩基础破坏的风险。

进一步地，所述内筒和外筒为钢筒；

所述外筒设置在根据地质勘察资料确定的高灵敏性软土层区域；

所述外筒上的多个通孔可纵横均匀分布或纵横交错均布；

所述外筒与内筒通过焊接或对拉螺栓的形式刚性连接，连接方式不应破坏内筒侧壁的密封性；

所述内筒和外筒间的空腔内设置横向或纵向加劲肋，用于加固外筒与内筒的连接，所述加劲肋应避开设置于外筒筒壁的通孔，且不应影响所述内筒和外筒间的空腔内的水力连通；

所述刃脚可通过水平环形钢板与内筒和外筒紧密连接，通过向刃脚与水平环形钢板构成的空腔内注浆，增加新型钢护筒的自重，同时提高新型钢护筒的强度、刚度和稳定性；

所述排水板和土工织物紧贴，填充满内筒和外筒间的空腔；所述土工织物上的通径应小于水下高灵敏性软土层土颗粒的直径。

进一步地，所述孔隙水压力传感器纵向分布于一列通孔中为一个安装组，通常需一个安装组，安装于外筒的迎波面上的一列通孔内；当高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础直径较大时，适当增加抗滑钻孔灌注桩迎波面上的孔隙水压力传感器的安装组数；所述孔隙水压力传感器探头的孔隙水压力的测试面与外筒的外侧壁相切，朝向高灵敏性软土层土体；

所述传感器接口和排水管接口采用机械密封接口技术，保证两者在传感器接口和排水管接口面板处完全密封，与外部环境中的水、气隔绝；所述导线和排水管预留长度根据钢护筒的埋设深度以及采集仪和水泵所处的位置确定。

进一步地，相邻新型钢护筒的连接处、新型钢护筒与普通钢护筒的连接处、以及相邻普通钢护筒的连接处均密封连接，在连接处采用环形钢板加固；所述新型钢护筒和普通钢护筒成桩后不予以拆除。

进一步地，所述吸力桶的高度满足使得待安装的钢护筒与已安装的钢护筒连接后，自重下沉停止时，吸力桶的底部能够进入土体中；若无已安装的钢护筒，所述吸力桶的高度满足待安装的钢护筒固定于钢护筒安装装置，两者在安装区域自重下沉停止时，吸力桶的底部能够进入土体中。

进一步地，对称安装于环形顶帽侧向内壁上的一对电磁铁为一个电磁铁安装组，根据实际工程中高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩钢护筒的安装需要，多个电磁铁安装组等间距地安装在环形顶帽侧向内壁上；所述磁力安装顶帽内电磁铁的安装组总数量由一个电磁铁安装组的磁力大小和待安装的钢护筒的重量确定。

本发明还提供了一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，该方法包括以下步骤：

(1)通过驳船将工厂组装完成的新型钢护筒和普通钢护筒运至需要进行安装的海域；

将第一钢护筒安装装置插入第一节新型钢护筒，使得第一节新型钢护筒进入磁力安装顶帽内，顶紧环形顶帽并紧贴电磁铁，启动电磁铁，将第一节新型钢护筒固定于磁力安装顶帽内；使用吊机缓慢起吊第一钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒整体吊装至精确放样定位的安装区域后，缓慢将其浸没在水中，并保持其竖直向下地插入水下高灵敏性软土斜坡中；

在自重作用下第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒将均匀下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；在下沉过程中，始终保持第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒竖直向下；

(2)待第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒自重下沉停止后，关闭电磁铁，从吸力桶顶部的通水/气孔抽真空，吸力桶把其腔体内底部的土体吸入桶内，第一节新型钢护筒将随第一钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒竖直向下；

(3)待第一节新型钢护筒的顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶顶部的通水/气孔抽真空，暂停第一节新型钢护筒和第一钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；通过吸力桶顶部的通水/气孔向吸力桶内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第一钢护筒安装装置；当吸力桶底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶内高压注气，并缓慢释放吸力桶内气压；至吸力桶内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第一钢护筒安装装置；待第一钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；将第一节新型钢护筒上的传感器接口与导线连接，将排水管接口与排水管连接，其后将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；

(4)选择高度合适的第二钢护筒安装装置，将安装好电磁铁的第二钢护筒安装装置插入第二节新型钢护筒，使得第二节新型钢护筒进入磁力安装顶帽内，顶紧环形顶帽并紧贴电磁铁，启动电磁铁，将第二节新型钢护筒固定于磁力安装顶帽内；使用吊机缓慢起吊第二钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第二钢护筒安装装置和固定于其上的第二节新型钢护筒整体吊装至第一节新型钢护筒上方，吊机缓慢下放过程中，保证第二钢护筒安装装置的中轴线与第一节新型钢护筒的中轴线重合；待第二节新型钢护筒的底部与第一节新型钢护筒顶部完全重合后，通过吊机悬停第二钢护筒安装装置，将第二节新型钢护筒与第一节新型钢护筒密封连接；其后，第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒继续竖直向下地自重下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；

(5)待第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒自重下沉停止后，关闭电磁铁，从吸力桶顶部的通水/气孔抽真空，吸力桶把其腔体内底部的土体吸入桶内，第一节新型钢护筒和第二节新型钢护筒将随第二钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒竖直向下；

(6)待第二节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶顶部的通水/气孔抽真空，暂停第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒和第二钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；通过吸力桶顶部的通水/气孔向吸力桶内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第二钢护筒安装装置；当吸力桶底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶内高压注气，并缓慢释放吸力桶内气压；至吸力桶内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第二钢护筒安装装置；待第二钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；将第二节新型钢护筒上的传感器接口与导线连接，将排水管接口与排水管连接，其后将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；

(7)重复步骤(4)-(6)，直至将所有新型钢护筒连接并贯入水下高灵敏性软土后，待最后一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，将组装好电磁铁的第三钢护筒安装装置插入普通钢护筒，使得普通钢护筒进入磁力安装顶帽内，顶紧环形顶帽并紧贴电磁铁，启动电磁铁，将普通钢护筒固定于磁力安装顶帽内；使用吊机缓慢起吊第三钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第三钢护筒安装装置和固定于其上的普通钢护筒整体吊装至最后一节新型钢护筒上方，吊机缓慢下放过程中，保证第三钢护筒安装装置的中轴线与最后一节新型钢护筒的中轴线重合；待普通钢护筒的底部与最后一节新型钢护筒顶部完全重合后，通过吊机悬停第三钢护筒安装装置，将普通钢护筒与最后一节新型钢护筒密封连接；其后，第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒继续竖直向下地自重下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；

(8)待第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒自重下沉停止后，关闭电磁铁，从吸力桶顶部的通水/气孔抽真空，吸力桶把其腔体内底部的土体吸入桶内，所有新型钢护筒和普通钢护筒将随第三钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒竖直向下；

(9)待普通钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶顶部的通水/气孔抽真空，暂停所有新型钢护筒、普通钢护筒和第三钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；通过吸力桶顶部的通水/气孔向吸力桶内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第三钢护筒安装装置；当吸力桶底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶内高压注气，并缓慢释放吸力桶内气压；至吸力桶内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第三钢护筒安装装置；待第三钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；

在新型钢护筒和普通钢护筒贯入水下高灵敏性软土斜坡的过程中，针对外筒上的所有通孔全部进入水下高灵敏性软土层相应的单节或多节新型钢护筒，通过连接排水管接口的排水管和水泵持续向外排水的方式，释放相应新型钢护筒外围土体中的超静孔隙水压力；

(10)重复步骤(7)-(9)，直至将钢护筒底部贯入至设计标高处后，采用旋挖法挖除钢护筒内的土体，通过连接排水管接口的排水管和水泵持续向外排水；

(11)待钢护筒内的土体挖至底部后，清理钢护筒内的土渣，检查钢护筒的完整性，吊放钢筋笼，下放过程中保证钢筋笼竖直向下，以及钢筋笼的中轴线与钢护筒的中轴线重合；

(12)待钢筋笼下放完成后，水下浇灌混凝土，继续通过连接排水管接口的排水管和水泵持续向外排水，保证高灵敏度软弱土斜坡以及水下抗滑钻孔灌注桩的稳定性；

(13)待混凝土达到设计强度的70％时，关闭水泵停止向外排水；保持传感器接口与导线、排水管接口与排水管、导线与采集仪以及排水管与水泵的连接，并将采集仪、报警器和水泵依次连接；在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，始终保证抗滑钻孔灌注桩基础上自动化孔压调节系统的正常运行。

进一步地，单节新型钢护筒的高度由施工现场场地、抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定；

第一节新型钢护筒的底部与刃脚的距离由软土层底部标高和钢护筒底部设计标高的距离确定；除第一节新型钢护筒外的其他节新型钢护筒的安装总节数由每节新型钢护筒的高度和水下高灵敏性软土层厚度确定；

单节所述普通钢护筒的高度由施工现场场地、抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定，所述普通钢护筒的安装总节数根据每节普通钢护筒的高度和高灵敏性软土层顶部与水面的距离确定。

进一步地，所述步骤(2)、(5)、(8)中，从吸力桶顶部的通水/气孔抽真空时，钢护筒安装装置的吸力桶底部已完全进入水下软土中；

所述步骤(3)、(6)、(9)中，所述吸力桶底面与海床或河床表层的距离a由钢护筒安装装置的总重量G、吸力桶内气压值P和吸力桶内土体与吸力桶内侧壁单位高度摩阻力f、吸力桶浮力F来确定，a＝(F+P-G)/f。

所述步骤(10)中，当钢护筒底部贯入至设计标高处后，新型钢护筒的外筒上的所有通孔应全部进入水下高灵敏性软土层中。

进一步地，所述第二钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置的高度应满足使得连接完成的钢护筒自重下沉停止时，第二桩钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置的底部进入土体中；

当仅为单个高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒安装时，所述第二钢护筒安装装置可通过在第一钢护筒安装装置的吸力桶底部密封焊接一节与吸力桶内外径一致的钢筒实现，所述第三钢护筒安装装置可通过在第二钢护筒安装装置的吸力桶底部密封焊接一节与吸力桶内外径一致的钢筒实现；

若为高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注群桩基础施工时，可采用所述第一钢护筒安装装置、第二钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置以及其他钢护筒安装装置轮换流水作业的方式安装高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明中采用吸力桶技术安装高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒，通过钢护筒安装装置的吸力桶抽真空将钢护筒贯入土体，再经由向吸力桶高压注气和吊机起吊的方法拆除钢护筒安装装置，该方法的益处在于：(a)在钢护筒的安装过程中，仅扰动钢护筒内侧待挖除的土体，不干扰钢护筒外围(即高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的桩周)的土体，有效地减小高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础周边土体在施工期间的液化风险；(b)第一节钢护筒安装和第一钢护筒安装装置的拆除过程中将破坏吸力桶内的土体，便于后续的钢护筒安装装置和钢护筒的贯入，提高钢护筒安装效率，有利于缩短高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工工期、节约施工成本。

2、本发明中采用吸力桶技术安装高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒，属于静力安装方法，保证高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒安装过程中尽可能少得扰动抗滑钻孔灌注桩外围的土体，可有效避免传统动力方法安装高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩钢护筒可能造成钢护筒或成桩后的抗滑桩基础周围软土的强度软化和液化灾变的风险。本发明提供的高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩钢护筒下沉安装施工方法安全可靠、方便快捷，具有广阔的工程应用前景。

3、本发明中采用带有自动化孔压调节系统的钢护筒，可在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础运营阶段自主地调节抗滑钻孔灌注桩基础外围土体中的孔隙水压力。在抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，针对波浪荷载、上部结构工作荷载、地震、风暴潮以及其他可能导致水下高灵敏性软土中的超静孔隙水压力达到土体剪切破坏的孔隙水压力预警值的情况，警报器将会报警并自动启动水泵抽水，及时降低抗滑钻孔灌注桩基础周边水下软土中孔隙水压力，有效降低水下高灵敏性软土斜坡滑坡风险，保障抗滑钻孔灌注桩基础及其上部结构的工程安全性。

4、本发明根据地质勘察资料确定高灵敏性软土区域，将位于该区域中的抗滑钻孔灌注桩基础的带有自动化孔压调节系统的钢护筒外筒上均匀排布通孔，通孔仅位于高灵敏性软土区域，相邻竖向通孔可纵横均匀分布或纵横交错均布，充分与高灵敏性软土接触，一方面有利于减小开孔对钢护筒外筒强度和刚度的不利影响，另一方面有利于高效地预防和治理施工期间和运营阶段抗滑钻孔灌注桩基础周边高灵敏性软土斜坡的滑坡灾害。

5、本发明中带有自动化孔压调节系统的钢护筒的外筒底部设置刃脚，有利于钢护筒切削土体顺利贯入土体中，提高抗滑钻孔灌注桩基础钢护筒的安装效率；刃脚通过水平环形钢板与内筒和外筒紧密连接，以及在内筒和外筒间的空腔内设施横向或纵向加劲肋，不仅可加强带有自动化孔压调节系统的钢护筒内筒和外筒连接后的整体性，还将提高带有自动化孔压调节系统的钢护筒的强度、刚度和稳定性；刃脚与水平环形钢板构成的空腔内注浆具有压实钢护筒，增加钢护筒的自重便于其下沉安装，有利于提高抗滑钻孔灌注桩基础成桩前钢护筒的稳定性。

6、本发明中带有自动化孔压调节系统的钢护筒的内筒和外筒间的空腔中填充满紧贴着的排水板和土工织物，其中，排水板形成排水通道，采用水泵抽水的方式迅速减小抗滑钻孔灌注桩基础周围高灵敏性软土中的超静孔隙水压力，能够及时消散因波浪荷载、结构振动、风暴潮或地震在海床土体产生的超静孔隙水压力，从而科学有效地预防和治理抗滑钻孔灌注桩基础周围高灵敏性软土斜坡的滑坡灾害；土工织物起到反滤层的作用，使得水泵抽水过程中水下土颗粒不会进入排水板内，保证了抗滑钻孔灌注桩基础在释放高灵敏性软土中超静孔隙水压力过程中周边高灵敏性软土颗粒不会发生流失，且有效避免排水板通道被土颗粒堵塞。

7、本发明中带有自动化孔压调节系统的钢护筒的内筒与外筒刚性连接，以及钢护筒连接处(相邻带有自动化孔压调节系统的钢护筒的连接处、带有自动化孔压调节系统的钢护筒与普通钢护筒的连接处、以及普通钢护筒之间的连接处)采用环形钢板加固可有效提高钢护筒在抗滑钻孔灌注桩基础在施工期间和运营阶段的抗剪强度，保证钢护筒内土体开挖以及混凝土浇筑至混凝土强度达到设计强度过程中高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的整体稳定性。

8、本发明中钢护筒安装装置可反复使用，当有多组高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩钢护筒需要安装时，可进行轮换流水作业的方式安装钢护筒；当高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩钢护筒内径大于吸力桶内径，且钢护筒下沉至指定位置处的排土量小于钢护筒安装装置的吸力桶容积时，可重复用于该类相似高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩钢护筒的安装，将有效地节约施工成本。

9、本发明中钢护筒安装装置的磁力安装顶帽内的电磁铁的型号和数量可根据待安装的钢护筒的尺寸和重量进行调整，可满足不同直径、厚度、高度以及重量的钢护筒的安装要求；钢护筒安装装置的环形顶帽在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩钢护筒的安装过程中顶紧钢护筒，可使钢护筒下沉过程中均匀受力，进而保证钢护筒平稳地贯入水下高灵敏性软土中。

10、本发明中采集仪在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础运营阶段将实时采集和保存的水下高灵敏性软土区域中的孔隙水压力变化数据，形成该监测区域水下高灵敏性软土层孔隙水压力数据库，用于分析波浪荷载、上部结构工作荷载、地震、风暴潮或其他自然灾害条件下抗滑钻孔灌注桩基础周围高灵敏性软土斜坡中孔隙水压力响应特点，开展高灵敏性软土的力学特性和破坏机理相关的科学研究；同时，收集到的孔隙水压力变化数据以及相关研究结果可为该区域或类似区域的其他高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的设计与建造提供一定的参考和指导。

附图说明

图1为本发明抗滑钻孔灌注桩的新型钢护筒俯视图；

图2为本发明抗滑钻孔灌注桩的新型钢护筒侧面图；

图3为图1的AA剖面；

图4为图2的BB剖面；

图5为本发明抗滑钻孔灌注桩的钢护筒安装装置俯视图；

图6为本发明抗滑钻孔灌注桩的钢护筒安装装置侧视图；

图7为图5的CC剖面；

图8(a)为第一节新型钢护筒吊装至安装位置的示意图；

图8(b)为第一节新型钢护筒安装示意图；

图8(c)为第一钢护筒安装装置的撤除示意图；

图8(d)为第二节新型钢护筒吊装至安装位置的示意图；

图8(e)为第二节新型钢护筒安装示意图；

图8(f)为第二钢护筒安装装置的撤除示意图；

图8(g)为普通钢护筒吊装至安装位置的示意图；

图8(h)为普通钢护筒安装示意图；

图8(i)为第三钢护筒安装装置的撤除示意图；

图8(j)为本发明抗滑钻孔灌注桩基础的钢护筒安装完成的示意图；

图8(k)为本发明抗滑钻孔灌注桩基础的钢护筒内钢筋笼安装示意图；

图8(l)为本发明抗滑钻孔灌注桩基础的钢护筒内混凝土浇筑示意图；

图中，内筒1、外筒2、外筒主体2-1、通孔2-2、刃脚2-3、内筒和外筒间的空腔3、排水板3-1、土工织物3-2、孔隙水压力传感器4、孔隙水压力传感器探头4-1、传感器导线4-2、传感器通道4-3、传感器接口和排水管面板5、传感器接口5-1、排水管接口5-2、钢护筒安装装置6、吸力桶6-1、通水/气孔6-2和磁力安装顶帽6-3、环形顶帽6-3-1、电磁铁6-3-2、土体7、普通钢护筒8、钢筋笼9、混凝土10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，用于江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上的水下高灵敏性软土斜坡中，该抗滑钻孔灌注桩基础包括若干新型钢护筒、若干钢护筒安装装置6和钻孔灌注桩主体；所述钻孔灌注桩主体包括若干普通钢护筒8、钢筋笼9和混凝土10；所有新型钢护筒和所有普通钢护筒8从下至上依次密封连接；所述新型钢护筒和普通钢护筒8内布放钢筋笼9并浇灌混凝土10；

如图1-4所示，所述新型钢护筒包括内筒1、外筒2、内筒和外筒间的空腔3和自动化孔压调节系统；所述外筒2包括外筒主体2-1、通孔2-2和刃脚2-3；所述通孔2-2周向均布于外筒2的筒壁；所述刃脚2-3设置于内筒和外筒间的空腔3和外筒2的下端口，呈一体环形倾斜设置；所述内筒和外筒间的空腔3中由内向外依次设置排水板3-1和土工织物3-2；相邻两节新型钢护筒的内筒1密封连接；所有通孔2-2均位于水下高灵敏性软土层中；

所述自动化孔压调节系统包括孔隙水压力传感器4、传感器接口和排水管接口面板5、采集仪、报警器和水泵；所述孔隙水压力传感器4由孔隙水压力传感器探头4-1、传感器导线4-2和传感器通道4-3组成；所述孔隙水压力传感器探头4-1固定于迎波面处的一列竖向排布的通孔2-2上，与传感器导线4-2连接；所述传感器接口和排水管接口面板5由传感器接口5-1和排水管接口5-2组成，密封地安装于外筒2顶部；所述传感器导线4-2通过安装在外筒2内壁上的传感器通道4-3引出，与传感器接口5-1连接；所述排水管接口5-2与内筒和外筒间的空腔3水力连通，并通过排水管与水泵连接；所述传感器接口5-1通过导线与采集仪连接；

所述采集仪、报警器和水泵依次连接，所述采集仪能够通过孔隙水压力传感器4自动读取和保存孔隙水压力数据，所述报警器能够对所述采集仪采集的孔隙水压力数据进行读取、预警和处理；所述采集仪采集到的抗滑钻孔灌注桩基础周边高灵敏性软土层中的超静孔隙水压力超过可致水下高灵敏性软土剪切破坏的孔隙水压力预警值时，与采集仪连通的警报器将报警并自动启动水泵抽水，及时降低抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中的孔隙水压力，排除水下高灵敏性软土斜坡滑坡以及抗滑钻孔灌注桩基础破坏的风险。

如图5-7所示，所述钢护筒安装装置6包括吸力桶6-1、通水/气孔6-2和磁力安装顶帽6-3；所述吸力桶6-1为底部开口的钢桶；所述通水/气孔6-2位于吸力桶6-1顶部，与吸力桶6-1内部连通；所述磁力安装顶帽6-3由环形顶帽6-3-1和电磁铁6-3-2组成；所述磁力安装顶帽6-3通过环形顶帽6-3-1与吸力桶6-1顶部环向焊接的方式固定连接；所述吸力桶6-1内壁和外壁涂抹脱模油，便于其下沉和卸除，并有助于保证其下沉和卸除过程中的气密性；所述环形顶帽6-3-1的侧向内壁上安装若干成对且呈扇形的电磁铁6-3-2；所述吸力桶6-1的外径小于待安装的新型钢护筒/普通钢护筒8的内径；所述电磁铁6-3-2的尺寸根据环形顶帽6-3-1侧向内壁直径和待安装的钢护筒外径确定，保证安装电磁铁6-3-2后的磁力安装顶帽6-3的内径与待安装的钢护筒的外径一致，使得电磁铁6-3-2与钢护筒紧密接触。

具体地，所述内筒1和外筒2为钢筒；

所述外筒2设置在根据地质勘察资料确定的高灵敏性软土层区域；

所述外筒2上的多个通孔2-2可纵横均匀分布或纵横交错均布；

所述外筒2与内筒1通过焊接或对拉螺栓的形式刚性连接，连接方式不应破坏内筒1侧壁的密封性；

所述内筒和外筒间的空腔3内设置横向或纵向加劲肋，用于加固外筒2与内筒1的连接，所述加劲肋应避开设置于外筒2筒壁的通孔2-2，且不应影响所述内筒和外筒间的空腔3内的水力连通；

所述刃脚2-3可通过水平环形钢板与内筒1和外筒2紧密连接，通过向刃脚2-3与水平环形钢板构成的空腔内注浆，增加新型钢护筒的自重，同时提高新型钢护筒的强度、刚度和稳定性；

所述排水板3-1和土工织物3-2紧贴，填充满内筒和外筒间的空腔3；所述土工织物3-2上的通径应小于水下高灵敏性软土层土颗粒的直径。

具体地，所述孔隙水压力传感器纵向分布于一列通孔2-2中为一个安装组，通常需一个安装组，安装于外筒2的迎波面上的一列通孔内；当高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础直径较大时，适当增加抗滑钻孔灌注桩迎波面上的孔隙水压力传感器的安装组数；所述孔隙水压力传感器探头4-1的孔隙水压力的测试面与外筒2的外侧壁相切，朝向高灵敏性软土层土体；

所述传感器接口5-1和排水管接口5-2采用机械密封接口技术，保证两者在传感器接口和排水管接口面板5处完全密封，与外部环境中的水、气隔绝；所述导线和排水管预留长度根据钢护筒的埋设深度以及采集仪和水泵所处的位置确定。

具体地，相邻新型钢护筒的连接处、新型钢护筒与普通钢护筒8的连接处、以及相邻普通钢护筒8的连接处均密封连接，在连接处采用环形钢板加固，提高钢护筒连接处的强度和刚度，保证混凝土浇灌后不漏浆；

所述新型钢护筒和普通钢护筒8作为高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的重要组成部分，成桩后不予以拆除，由于长期处于淡水或海水侵蚀环境中，应做好有效地防侵蚀措施。

具体地，所述吸力桶6-1的高度满足使得待安装的钢护筒与已安装的钢护筒连接后，自重下沉停止时，吸力桶6-1的底部能够进入土体中；若无已安装的钢护筒，所述吸力桶6-1的高度满足待安装的钢护筒固定于钢护筒安装装置6，两者在安装区域自重下沉停止时，吸力桶6-1的底部能够进入土体中。

具体地，对称安装于环形顶帽6-3-1侧向内壁上的一对电磁铁6-3-2为一个电磁铁安装组，根据实际工程中高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩钢护筒的安装需要，多个电磁铁安装组等间距地安装在环形顶帽6-3-1侧向内壁上；所述磁力安装顶帽6-3内电磁铁6-3-2的安装组总数量由一个电磁铁安装组的磁力大小和待安装的钢护筒的重量确定。

本实施例还提供了一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，该方法包括以下步骤：

(1)通过驳船将工厂组装完成的新型钢护筒和普通钢护筒8运至需要进行安装的海域；

根据新型钢护筒的外径和单节钢护筒的最大重量，选择适当的电磁铁型号和数量对称等间距安装于环形顶帽6-3-1侧向内壁上，将组装完成的第一钢护筒安装装置插入第一节新型钢护筒，使得第一节新型钢护筒进入磁力安装顶帽6-3内，顶紧环形顶帽6-3-1并紧贴电磁铁6-3-2，启动电磁铁6-3-2，将第一节新型钢护筒固定于磁力安装顶帽6-3内；如图8(a)所示，使用吊机缓慢起吊第一钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒整体吊装至精确放样定位的安装区域后，缓慢将其浸没在水中，并保持其竖直向下地插入水下高灵敏性软土斜坡中；

在自重作用下第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒将均匀下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；在下沉过程中，始终保持第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒竖直向下；

(2)待第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒自重下沉停止后，关闭电磁铁6-3-2，如图8(b)所示，从吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2抽真空(抽真空时，第一钢护筒安装装置的吸力桶6-1底部已完全进入水下高灵敏性软土中)，吸力桶6-1把其腔体内底部的土体7吸入桶内，第一节新型钢护筒将随第一钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒竖直向下；

(3)待第一节新型钢护筒的顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2抽真空，暂停第一节新型钢护筒和第一钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；如图8(c)所示，通过吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2向吸力桶6-1内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第一钢护筒安装装置；当吸力桶6-1底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶6-1内高压注气，并缓慢释放吸力桶6-1内气压；至吸力桶6-1内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第一钢护筒安装装置；待第一钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；将第一节新型钢护筒上的传感器接口5-1与导线连接，将排水管接口5-2与排水管连接，其后将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；

(4)选择高度合适的第二钢护筒安装装置，将安装好电磁铁6-3-2的第二钢护筒安装装置插入第二节新型钢护筒，使得第二节新型钢护筒进入磁力安装顶帽6-3内，顶紧环形顶帽6-3-1并紧贴电磁铁6-3-2，启动电磁铁6-3-2，将第二节新型钢护筒固定于磁力安装顶帽6-3内；如图8(d)所示，使用吊机缓慢起吊第二钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第二钢护筒安装装置和固定于其上的第二节新型钢护筒整体吊装至第一节新型钢护筒上方，吊机缓慢下放过程中，保证第二钢护筒安装装置的中轴线与第一节新型钢护筒的中轴线重合；待第二节新型钢护筒的底部与第一节新型钢护筒顶部完全重合后，通过吊机悬停第二钢护筒安装装置，采用焊接的方式使得第二节新型钢护筒与第一节新型钢护筒密封连接；其后，第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒继续竖直向下地自重下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；

(5)待第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒自重下沉停止后，关闭电磁铁6-3-2，如图8(e)所示，从吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2抽真空(抽真空时，第二钢护筒安装装置的吸力桶6-1底部已完全进入水下软土中)，吸力桶6-1把其腔体内底部的土体7吸入桶内，第一节新型钢护筒和第二节新型钢护筒将随第二钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒竖直向下；

(6)待第二节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2抽真空，暂停第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒和第二钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；如图8(f)所示，通过吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2向吸力桶6-1内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第二钢护筒安装装置；当吸力桶6-1底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶6-1内高压注气，并缓慢释放吸力桶6-1内气压；至吸力桶6-1内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第二钢护筒安装装置；待第二钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；将第二节新型钢护筒上的传感器接口5-1与导线连接，将排水管接口5-2与排水管连接，其后将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；

(7)重复步骤(4)-(6)，直至将所有新型钢护筒连接并贯入水下高灵敏性软土后，待最后一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，将组装好电磁铁6-3-2的第三钢护筒安装装置插入普通钢护筒8，使得普通钢护筒8进入磁力安装顶帽6-3内，顶紧环形顶帽6-3-1并紧贴电磁铁6-3-2，启动电磁铁6-3-2，将普通钢护筒8固定于磁力安装顶帽6-3内；如图8(g)所示，使用吊机缓慢起吊第三钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第三钢护筒安装装置和固定于其上的普通钢护筒8整体吊装至最后一节新型钢护筒上方，吊机缓慢下放过程中，保证第三钢护筒安装装置的中轴线与最后一节新型钢护筒的中轴线重合；待普通钢护筒8的底部与最后一节新型钢护筒顶部完全重合后，通过吊机悬停第三钢护筒安装装置，采用焊接的方式使得普通钢护筒8与最后一节新型钢护筒密封连接；其后，第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒8继续竖直向下地自重下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；

(8)待第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒8自重下沉停止后，关闭电磁铁6-3-2，如图8(h)所示，从吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2抽真空，吸力桶6-1把其腔体内底部的土体7吸入桶内，所有新型钢护筒和普通钢护筒8将随第三钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒8竖直向下；

(9)待普通钢护筒8顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2抽真空，暂停所有新型钢护筒、普通钢护筒8和第三钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；如图8(i)所示，通过吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2向吸力桶6-1内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第三钢护筒安装装置；当吸力桶6-1底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶6-1内高压注气，并缓慢释放吸力桶6-1内气压；至吸力桶6-1内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第三钢护筒安装装置；待第三钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；

在新型钢护筒和普通钢护筒8贯入水下高灵敏性软土斜坡的过程中，针对外筒2上的所有通孔2-2全部进入水下高灵敏性软土层相应的单节或多节新型钢护筒，通过连接排水管接口5-2的排水管和水泵持续向外排水的方式，释放相应新型钢护筒外围土体中的超静孔隙水压力，从而有效地增强高灵敏度软弱土的抗剪强度，保证高灵敏度软弱土斜坡以及钢护筒的稳定性；

(10)重复步骤(7)-(9)，直至将钢护筒底部贯入至设计标高处后，如图8(j)所示，采用旋挖法挖除钢护筒内的土体，通过连接排水管接口5-2的排水管和水泵持续向外排水；

(11)待钢护筒内的土体挖至底部后，清理钢护筒内的土渣，检查钢护筒的完整性，吊放钢筋笼9，如图8(k)所示，下放过程中保证钢筋笼9竖直向下，以及钢筋笼9的中轴线与钢护筒的中轴线重合；

(12)待钢筋笼9下放完成后，水下浇灌混凝土10，如图8(l)所示，继续通过连接排水管接口5-2的排水管和水泵持续向外排水，保证高灵敏度软弱土斜坡以及水下抗滑钻孔灌注桩的稳定性；

(13)待混凝土10达到设计强度的70％时，关闭水泵停止向外排水；保持传感器接口5-1与导线、排水管接口5-2与排水管、导线与采集仪以及排水管与水泵的连接，并将采集仪、报警器和水泵依次连接；在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，始终保证抗滑钻孔灌注桩基础上自动化孔压调节系统的正常运行。

具体地，单节新型钢护筒的高度由施工现场场地、抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定；

第一节新型钢护筒的底部与刃脚2-3的距离由软土层底部标高和钢护筒底部设计标高的距离确定；除第一节新型钢护筒外的其他节新型钢护筒的安装总节数由每节新型钢护筒的高度和水下高灵敏性软土层厚度确定；

单节所述普通钢护筒8的高度由施工现场场地、抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定，所述普通钢护筒8的安装总节数根据每节普通钢护筒8的高度和高灵敏性软土层顶部与水面的距离确定。

具体地，所述步骤(2)、(5)、(8)中，从吸力桶6-1顶部的通水/气孔6-2抽真空时，钢护筒安装装置的吸力桶6-1底部已完全进入水下软土中；

所述步骤(3)、(6)、(9)中，所述吸力桶6-1底面与海床或河床表层的距离a由钢护筒安装装置的总重量G、吸力桶6-1内气压值P和吸力桶6-1内土体7与吸力桶1内侧壁单位高度摩阻力f、吸力桶浮力F来确定，a＝(F+P-G)/f。

所述步骤(10)中，当钢护筒底部贯入至设计标高处后，新型钢护筒的外筒2上的所有通孔2-2应全部进入水下高灵敏性软土层中。

具体地，所述第二钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置的高度应满足使得连接完成的钢护筒自重下沉停止时，第二桩钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置的底部进入土体7中；

当仅为单个高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒安装时，所述第二钢护筒安装装置可通过在第一钢护筒安装装置的吸力桶6-1底部密封焊接一节与吸力桶6-1内外径一致的钢筒实现，所述第三钢护筒安装装置可通过在第二钢护筒安装装置的吸力桶6-1底部密封焊接一节与吸力桶6-1内外径一致的钢筒实现；

若为高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注群桩基础施工时，可采用所述第一钢护筒安装装置、第二钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置以及其他钢护筒安装装置轮换流水作业的方式安装高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒。

具体地，所述自动化孔压调节系统在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中保持正常运行，实时采集、记录和保存抗滑钻孔灌注桩基础周边高灵敏性软土层中的孔隙水压力数据；当监测到的超静孔隙水压力数值超过可致水下高灵敏性软土剪切破坏的孔隙水压力预警值时，警报器自动报警后将启动水泵抽水，及时降低抗滑钻孔灌注桩基础周边软土斜坡中孔隙水压力，使得抗滑钻孔灌注桩基础周边的土体保持原有的抗剪强度，有效降低风暴潮、地震或其他自然灾害条件下水下高灵敏软土斜坡滑坡风险，保障高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的正常使用。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：用于江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上的水下高灵敏性软土斜坡中，包括若干新型钢护筒、若干钢护筒安装装置(6)和钻孔灌注桩主体；所述钻孔灌注桩主体包括若干普通钢护筒(8)、钢筋笼(9)和混凝土(10)；所有新型钢护筒和所有普通钢护筒(8)从下至上依次密封连接。

所述新型钢护筒包括内筒(1)、外筒(2)、内筒和外筒间的空腔(3)和自动化孔压调节系统；所述外筒(2)包括外筒主体(2-1)、通孔(2-2)和刃脚(2-3)；所述通孔(2-2)周向均布于外筒(2)的筒壁；所述刃脚(2-3)设置于内筒和外筒间的空腔(3)和外筒(2)的下端口，呈一体环形倾斜设置；所述内筒和外筒间的空腔(3)中由内向外依次设置排水板(3-1)和土工织物(3-2)；相邻两节新型钢护筒的内筒(1)密封连接；所有通孔(2-2)均位于水下高灵敏性软土层中。

所述钢护筒安装装置(6)包括吸力桶(6-1)、通水/气孔(6-2)和磁力安装顶帽(6-3)；所述吸力桶(6-1)为底部开口的钢桶；所述通水/气孔(6-2)位于吸力桶(6-1)顶部，与吸力桶(6-1)内部连通；所述磁力安装顶帽(6-3)由环形顶帽(6-3-1)和电磁铁(6-3-2)组成；所述磁力安装顶帽(6-3)通过环形顶帽(6-3-1)与吸力桶(6-1)顶部环向焊接的方式固定连接；所述环形顶帽(6-3-1)的侧向内壁上安装若干成对且呈扇形的电磁铁(6-3-2)；所述吸力桶(6-1)的外径小于待安装的新型钢护筒/普通钢护筒(8)的内径；所述电磁铁(6-3-2)的尺寸保证安装电磁铁(6-3-2)后的磁力安装顶帽(6-3)的内径与待安装的钢护筒的外径一致，使得电磁铁(6-3-2)与钢护筒紧密接触。

所述自动化孔压调节系统包括孔隙水压力传感器(4)、传感器接口和排水管接口面板(5)、采集仪、报警器和水泵；所述孔隙水压力传感器(4)由孔隙水压力传感器探头(4-1)、传感器导线(4-2)和传感器通道(4-3)组成；所述孔隙水压力传感器探头(4-1)固定于迎波面处的一列竖向排布的通孔(2-2)上，与传感器导线(4-2)连接；所述传感器接口和排水管接口面板(5)由传感器接口(5-1)和排水管接口(5-2)组成，密封地安装于外筒(2)顶部；所述传感器导线(4-2)通过安装在外筒(2)内壁上的传感器通道(4-3)引出，与传感器接口(5-1)连接；所述排水管接口(5-2)与内筒和外筒间的空腔(3)水力连通，并通过排水管与水泵连接；所述传感器接口(5-1)通过导线与采集仪连接。

所述采集仪、报警器和水泵依次连接，所述采集仪能够通过孔隙水压力传感器(4)自动读取和保存孔隙水压力数据，所述报警器能够对所述采集仪采集的孔隙水压力数据进行读取、预警和处理；所述采集仪采集到的抗滑钻孔灌注桩基础周边高灵敏性软土层中的超静孔隙水压力超过可致水下高灵敏性软土剪切破坏的孔隙水压力预警值时，与采集仪连通的警报器将报警并自动启动水泵抽水，及时降低抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中的孔隙水压力，排除水下高灵敏性软土斜坡滑坡以及抗滑钻孔灌注桩基础破坏的风险。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：

所述内筒(1)和外筒(2)为钢筒；

所述外筒(2)设置在根据地质勘察资料确定的高灵敏性软土层区域；

所述外筒(2)上的多个通孔(2-2)可纵横均匀分布或纵横交错均布；

所述外筒(2)与内筒(1)通过焊接或对拉螺栓的形式刚性连接，连接方式不应破坏内筒(1)侧壁的密封性；

所述内筒和外筒间的空腔(3)内设置横向或纵向加劲肋，用于加固外筒(2)与内筒(1)的连接，所述加劲肋应避开设置于外筒(2)筒壁的通孔(2-2)，且不应影响所述内筒和外筒间的空腔(3)内的水力连通；

所述刃脚(2-3)可通过水平环形钢板与内筒(1)和外筒(2)紧密连接，通过向刃脚(2-3)与水平环形钢板构成的空腔内注浆，增加新型钢护筒的自重，同时提高新型钢护筒的强度、刚度和稳定性；

所述排水板(3-1)和土工织物(3-2)紧贴，填充满内筒和外筒间的空腔(3)；所述土工织物(3-2)上的通径应小于水下高灵敏性软土层土颗粒的直径。

3.根据权利要求1所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：所述孔隙水压力传感器纵向分布于一列通孔(2-2)中为一个安装组，通常需一个安装组，安装于外筒(2)的迎波面上的一列通孔内；当高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础直径较大时，适当增加抗滑钻孔灌注桩迎波面上的孔隙水压力传感器的安装组数；所述孔隙水压力传感器探头(4-1)的孔隙水压力的测试面与外筒(2)的外侧壁相切，朝向高灵敏性软土层土体；

所述传感器接口(5-1)和排水管接口(5-2)采用机械密封接口技术，保证两者在传感器接口和排水管接口面板(5)处完全密封，与外部环境中的水、气隔绝；所述导线和排水管预留长度根据钢护筒的埋设深度以及采集仪和水泵所处的位置确定。

4.根据权利要求1所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：相邻新型钢护筒的连接处、新型钢护筒与普通钢护筒(8)的连接处、以及相邻普通钢护筒(8)的连接处均密封连接，在连接处采用环形钢板加固；所述新型钢护筒和普通钢护筒(8)成桩后不予以拆除。

5.根据权利要求1所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：所述吸力桶(6-1)的高度满足使得待安装的钢护筒与已安装的钢护筒连接后，自重下沉停止时，吸力桶(6-1)的底部能够进入土体中；若无已安装的钢护筒，所述吸力桶(6-1)的高度满足待安装的钢护筒固定于钢护筒安装装置(6)，两者在安装区域自重下沉停止时，吸力桶(6-1)的底部能够进入土体中。

6.根据权利要求1所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：对称安装于环形顶帽(6-3-1)侧向内壁上的一对电磁铁(6-3-2)为一个电磁铁安装组，根据实际工程中高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩钢护筒的安装需要，多个电磁铁安装组等间距地安装在环形顶帽(6-3-1)侧向内壁上；所述磁力安装顶帽(6-3)内电磁铁(6-3-2)的安装组总数量由一个电磁铁安装组的磁力大小和待安装的钢护筒的重量确定。

7.一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)通过驳船将工厂组装完成的新型钢护筒和普通钢护筒(8)运至需要进行安装的海域；

将第一钢护筒安装装置插入第一节新型钢护筒，使得第一节新型钢护筒进入磁力安装顶帽(6-3)内，顶紧环形顶帽(6-3-1)并紧贴电磁铁(6-3-2)，启动电磁铁(6-3-2)，将第一节新型钢护筒固定于磁力安装顶帽(6-3)内；使用吊机缓慢起吊第一钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒整体吊装至精确放样定位的安装区域后，缓慢将其浸没在水中，并保持其竖直向下地插入水下高灵敏性软土斜坡中；

在自重作用下第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒将均匀下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；在下沉过程中，始终保持第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒竖直向下；

(2)待第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒自重下沉停止后，关闭电磁铁(6-3-2)，从吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)抽真空，吸力桶(6-1)把其腔体内底部的土体(7)吸入桶内，第一节新型钢护筒将随第一钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第一钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒竖直向下；

(3)待第一节新型钢护筒的顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)抽真空，暂停第一节新型钢护筒和第一钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；通过吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)向吸力桶(6-1)内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第一钢护筒安装装置；当吸力桶(6-1)底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶(6-1)内高压注气，并缓慢释放吸力桶(6-1)内气压；至吸力桶(6-1)内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第一钢护筒安装装置；待第一钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；将第一节新型钢护筒上的传感器接口(5-1)与导线连接，将排水管接口(5-2)与排水管连接，其后将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；

(4)选择高度合适的第二钢护筒安装装置，将安装好电磁铁(6-3-2)的第二钢护筒安装装置插入第二节新型钢护筒，使得第二节新型钢护筒进入磁力安装顶帽(6-3)内，顶紧环形顶帽(6-3-1)并紧贴电磁铁(6-3-2)，启动电磁铁(6-3-2)，将第二节新型钢护筒固定于磁力安装顶帽(6-3)内；使用吊机缓慢起吊第二钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第二钢护筒安装装置和固定于其上的第二节新型钢护筒整体吊装至第一节新型钢护筒上方，吊机缓慢下放过程中，保证第二钢护筒安装装置的中轴线与第一节新型钢护筒的中轴线重合；待第二节新型钢护筒的底部与第一节新型钢护筒顶部完全重合后，通过吊机悬停第二钢护筒安装装置，将第二节新型钢护筒与第一节新型钢护筒密封连接；其后，第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒继续竖直向下地自重下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；

(5)待第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒自重下沉停止后，关闭电磁铁(6-3-2)，从吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)抽真空，吸力桶(6-1)把其腔体内底部的土体(7)吸入桶内，第一节新型钢护筒和第二节新型钢护筒将随第二钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第二钢护筒安装装置和固定于其上的第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒竖直向下；

(6)待第二节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)抽真空，暂停第一节新型钢护筒、第二节新型钢护筒和第二钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；通过吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)向吸力桶(6-1)内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第二钢护筒安装装置；当吸力桶(6-1)底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶(6-1)内高压注气，并缓慢释放吸力桶(6-1)内气压；至吸力桶(6-1)内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第二钢护筒安装装置；待第二钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；将第二节新型钢护筒上的传感器接口(5-1)与导线连接，将排水管接口(5-2)与排水管连接，其后将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；

(7)重复步骤(4)-(6)，直至将所有新型钢护筒连接并贯入水下高灵敏性软土后，待最后一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，将组装好电磁铁(6-3-2)的第三钢护筒安装装置插入普通钢护筒(8)，使得普通钢护筒(8)进入磁力安装顶帽(6-3)内，顶紧环形顶帽(6-3-1)并紧贴电磁铁(6-3-2)，启动电磁铁(6-3-2)，将普通钢护筒(8)固定于磁力安装顶帽(6-3)内；使用吊机缓慢起吊第三钢护筒安装装置，通过钢护筒安装导向定位架将第三钢护筒安装装置和固定于其上的普通钢护筒(8)整体吊装至最后一节新型钢护筒上方，吊机缓慢下放过程中，保证第三钢护筒安装装置的中轴线与最后一节新型钢护筒的中轴线重合；待普通钢护筒(8)的底部与最后一节新型钢护筒顶部完全重合后，通过吊机悬停第三钢护筒安装装置，将普通钢护筒(8)与最后一节新型钢护筒密封连接；其后，第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒(8)继续竖直向下地自重下沉贯入水下高灵敏性软土斜坡中；

(8)待第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒(8)自重下沉停止后，关闭电磁铁(6-3-2)，从吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)抽真空，吸力桶(6-1)把其腔体内底部的土体(7)吸入桶内，所有新型钢护筒和普通钢护筒(8)将随第三钢护筒安装装置均匀下沉；在下沉过程中，始终保持第三钢护筒安装装置和固定于其上的所有新型钢护筒、普通钢护筒(8)竖直向下；

(9)待普通钢护筒(8)顶部距离水面为0.5m～1m时，停止从吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)抽真空，暂停所有新型钢护筒、普通钢护筒(8)和第三钢护筒安装装置贯入水下高灵敏性软土斜坡；通过吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)向吸力桶(6-1)内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊第三钢护筒安装装置；当吸力桶(6-1)底面与海床或河床的表层距离一定高度时，停止向吸力桶(6-1)内高压注气，并缓慢释放吸力桶(6-1)内气压；至吸力桶(6-1)内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊第三钢护筒安装装置；待第三钢护筒安装装置完全起吊后，将其吊离施工现场备用；

在新型钢护筒和普通钢护筒(8)贯入水下高灵敏性软土斜坡的过程中，针对外筒(2)上的所有通孔(2-2)全部进入水下高灵敏性软土层相应的单节或多节新型钢护筒，通过连接排水管接口(5-2)的排水管和水泵持续向外排水的方式，释放相应新型钢护筒外围土体中的超静孔隙水压力；

(10)重复步骤(7)-(9)，直至将钢护筒底部贯入至设计标高处后，采用旋挖法挖除钢护筒内的土体，通过连接排水管接口(5-2)的排水管和水泵持续向外排水；

(11)待钢护筒内的土体挖至底部后，清理钢护筒内的土渣，检查钢护筒的完整性，吊放钢筋笼(9)，下放过程中保证钢筋笼(9)竖直向下，以及钢筋笼(9)的中轴线与钢护筒的中轴线重合；

(12)待钢筋笼(9)下放完成后，水下浇灌混凝土(10)，继续通过连接排水管接口(5-2)的排水管和水泵持续向外排水，保证高灵敏度软弱土斜坡以及水下抗滑钻孔灌注桩的稳定性；

(13)待混凝土(10)达到设计强度的70％时，关闭水泵停止向外排水；保持传感器接口(5-1)与导线、排水管接口(5-2)与排水管、导线与采集仪以及排水管与水泵的连接，并将采集仪、报警器和水泵依次连接；在高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，始终保证抗滑钻孔灌注桩基础上自动化孔压调节系统的正常运行。

8.根据权利要求7所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于：单节新型钢护筒的高度由施工现场场地、抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定；

第一节新型钢护筒的底部与刃脚(2-3)的距离由软土层底部标高和钢护筒底部设计标高的距离确定；除第一节新型钢护筒外的其他节新型钢护筒的安装总节数由每节新型钢护筒的高度和水下高灵敏性软土层厚度确定；

单节所述普通钢护筒(8)的高度由施工现场场地、抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定，所述普通钢护筒(8)的安装总节数根据每节普通钢护筒(8)的高度和高灵敏性软土层顶部与水面的距离确定。

9.根据权利要求7所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于：

所述步骤(2)、(5)、(8)中，从吸力桶(6-1)顶部的通水/气孔(6-2)抽真空时，钢护筒安装装置的吸力桶(6-1)底部已完全进入水下软土中；

所述步骤(3)、(6)、(9)中，所述吸力桶(6-1)底面与海床或河床表层的距离a由钢护筒安装装置的总重量G、吸力桶(6-1)内气压值P和吸力桶(6-1)内土体(7)与吸力桶(6-1)内侧壁单位高度摩阻力f、吸力桶浮力F来确定，a＝(F+P-G)/f。

所述步骤(10)中，当钢护筒底部贯入至设计标高处后，新型钢护筒的外筒(2)上的所有通孔(2-2)应全部进入水下高灵敏性软土层中。

10.根据权利要求7所述的一种高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于：所述第二钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置的高度应满足使得连接完成的钢护筒自重下沉停止时，第二桩钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置的底部进入土体(7)中；

当仅为单个高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒安装时，所述第二钢护筒安装装置可通过在第一钢护筒安装装置的吸力桶(6-1)底部密封焊接一节与吸力桶(6-1)内外径一致的钢筒实现，所述第三钢护筒安装装置可通过在第二钢护筒安装装置的吸力桶(6-1)底部密封焊接一节与吸力桶(6-1)内外径一致的钢筒实现；

若为高灵敏性软土区域的抗滑钻孔灌注群桩基础施工时，可采用所述第一钢护筒安装装置、第二钢护筒安装装置、第三钢护筒安装装置以及其他钢护筒安装装置轮换流水作业的方式安装高灵敏性软土区域抗滑钻孔灌注桩的钢护筒。

Images