CN111636404A - 一种海上风电挤密砂桩基床的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电挤密砂桩基床的施工方法，包括步骤一，施打挤密砂桩，形成水下挤密砂桩复合地基；步骤二，测量水下挤密砂桩复合地基的海床面的标高，再对高出标高的隆起土全部挖除，并开挖基槽；步骤三，制作升浆灌浆系统的升浆管架；步骤四，将升浆管架吊入基槽内；步骤五，在基槽内铺设碎石垫层；步骤六，在碎石垫层的顶面上铺设土工布；步骤七，通过升浆注浆，使水泥砂浆填充在碎石垫层和水下挤密砂桩复合地基上层的空隙中；步骤八，在土工布的顶面中央安装重力式基础；步骤九，在重力式基础的周围铺设抛石防护层。本发明的施工方法能有效减少风电基床的工后沉降与不均匀沉降，提高基床和地基的整体性和承载力。

Description

一种海上风电挤密砂桩基床的施工方法

技术领域

本发明涉及一种海上风电挤密砂桩基床的施工方法。

背景技术

海上风电是一种可再生、无污染的清洁能源。中国的海岸线长，风能分布广且丰富，近海风能资源7.5亿千瓦，是近海的三倍多。海上风电项目的建设周期短，近年来发展迅速。海上风电的重力式基础对地基的承载力要求高，地基须有足够的承载力支撑基础结构的自重、使用荷载以及波浪和流水荷载，因此需要对软弱地基进行处理。采用水下挤密砂桩对地基进行处理，加固效果明显，可以快速提高地基的承载力，因而可以快速推进施工进程，缩短工期，为在软弱地基上建造海上风电重力式基础创造条件。水下挤密砂桩复合地基联合重力式基础，非常适用于海上风电。

海上风电对于地基变形的控制要求非常严格，风机基础倾斜率一般要求控制在千分之三。目前，对水下挤密砂桩复合地基联合重力式基础的基床施工方法研究甚少，而基床对水下挤密砂桩复合地基和重力式基础的连接，起到非常重要的作用。传统的碎石基床由于其散粒体特点，整体性不强，有一定的压缩性，会导致水下挤密砂桩复合地基的承载能力得不到充分的发挥，也会导致海上风电重力式基础的地基的工后沉降与不均匀沉降过大，基础倾斜过大，风机垂直度达不到要求等风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上风电挤密砂桩基床的施工方法，它既能增强基床与复合地基上层的强度与整体性，又能有效减少基础的工后沉降与不均匀沉降，进而提高水下挤密砂桩复合地基的整体性和承载力，保证海上风电机组的垂直度。

本发明的目的是这样实现的：一种海上风电挤密砂桩基床的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，采用水下挤密砂桩打桩船在选定的海上风电安装位置将100根直径为1.6m的挤密砂桩以间距为1.8m且以正方形布置的方式打入海床内的砂土层，形成每条边长为17.8m的正方形的水下挤密砂桩复合地基区域，每根砂桩的长度应根据软弱土层的性能、厚度和工程要求确定，并应确保穿过软弱土层；

步骤二，测量水下挤密砂桩复合地基区域的海床面的标高，再对高出标高的隆起土全部挖除，并从水下挤密砂桩复合地基区域的外围向下开挖出深度为2m的基槽，该基槽呈倒四棱台，该基槽的顶面的每条边长均大于水下挤密砂桩复合地基区域的边长3.6m；

步骤三，根据基槽的深度和基槽的底面尺寸制作升浆灌浆系统中的升浆管架；

步骤四，通过起重船将升浆管架放入基槽内，该升浆管架的顶部低于基槽的顶面1m，该升浆管架中所有的升浆管的底部均距基槽的底面为2cm～5cm；

步骤五，采用粒径为10mm～30mm的碎石回填在基槽内作为碎石垫层，碎石垫层的孔隙率要求40％以上，碎石垫层的顶面低于基槽的顶面100cm；

步骤六，在基槽内的碎石垫层的顶面铺设土工布；

步骤七，先由升浆灌浆系统制备水泥砂浆，再通过升浆管架向基槽内注浆，使水泥砂浆由升浆管架中的升浆管上的出浆孔渗出而填充在碎石垫层的空隙中和水下挤密砂桩复合地基上层的空隙中，并将升浆管架永久埋在碎石垫层内；

步骤八，在土工布的顶面中央安装海上风电的重力式基础；

步骤九，在海上风电的重力式基础的周围铺设抛石防护层，该抛石防护层的顶面高出基槽的顶面以上2m，抛石防护层的顶面四周外缘至同一水平面的重力式基础的四周外缘的距离至少为10m。

上述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其中，进行步骤三时，所述升浆管架包括多根升浆管、多根上连通管、多根下连通管、多根进浆管、多根分配管和多根预留注浆管；多根升浆管垂直向设置并以矩形阵列布置，形成多行多列升浆管，左边第一列升浆管至右边一列升浆管之间的距离与第一行升浆管至最后一行升浆管之间的距离相等并小于基槽的底面的边长；每根升浆管的长度相等且等于基槽的一半深度减2cm～5cm，每根升浆管的管壁上开设多个呈梅花型布置的压浆孔；所述上连通管的数量和下连通管的数量均与升浆管的列数相同；多根上连通管水平向设置并一一对应地连接在多列升浆管的顶部；多根下连通管水平向设置并一一对应地连接在多列升浆管的底部；所述进浆管的数量与升浆管的行数相同，多根进浆管水平向设置并一一对应地连接在多行升浆管的底端；所述分配管的数量与进浆管的数量相同，多根分配管均水平向设置并一一对应地连接在多行升浆管的顶端；所述预留注浆管的数量是进浆管的数量的两倍，每根预留注浆管垂直向设置且底端封闭，并在距底端2cm～5cm的管壁上开设一个注浆孔，多根预留注浆管的注浆孔一一对应地与多根进浆管的两端连接，使升浆管架的平面轮廓尺寸与基槽的底面尺寸适配。

上述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其中，多根升浆管的行距和列距均为40cm～50cm；每根升浆管的直径为100mm～120mm，壁厚为6mm；每个压浆孔的孔径为12mm～15mm，压浆孔的间距为15cm～20cm。

上述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其中，每根预留注浆管的长度等于所述基槽的深度加50cm～100cm。

上述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其中，所述基槽的四周壁的坡度为1︰1.5。

上述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其中，进行步骤六时，所述土工布的性能要求：横向抗拉强度≥2000N/m，纵向抗拉强度≥2500N/m；等效孔径＜0.2mm；顶破强度≥3800N/m；垂直渗透系数＞1×10^-4cm/s；土工布拼幅缝制所使用的尼龙线的强度不小于150N。

上述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其中，进行步骤七时，水泥砂浆的性能要求：初始流动度≥290，30分钟流动度≥260；1天后抗压强度为30MPa，28天后抗压强度≥80MPa；具有微膨胀性。

上述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其中，进行步骤九时，所述抛石防护层的四周边沿的坡度均为1︰2。

本发明的海上风电挤密砂桩基床的施工方法具有以下特点：采用水下挤密砂桩处理地基，形成水下挤密砂桩复合地基，加固效果明显，能快速提高地基的承载力，采用升浆注浆法将水泥砂浆填充在基床的碎石垫层和水下挤密砂桩复合地基上层的空隙中，既能对加固效果较为薄弱的水下挤密砂桩复合地基上层起到加固作用，又能有效减少风电基础的工后沉降与不均匀沉降，提高基床和水下挤密砂桩复合地基的整体性和承载力，并且无需对基床进行夯实，缩短了传统基床需要夯实的施工时间，从而加快了施工进度。本发明的施工方法能够应用于深水海域、大容量风电机组和地质条件为浅覆盖层的海上风电场。

附图说明

图1是采用本发明的施工方法后形成的海上风电挤密砂桩基床的立面图；

图2是本发明的施工方法在进行步骤二时开挖的基槽与水下挤密砂桩复合地基及重力式基础的位置关系图；

图3是本发明的施工方法在进行步骤三时制作的升浆管架的结构示意图；

图4是本发明的升浆管架中的升浆管的结构示意图；

图5本发明的施工方法在进行步骤四时的状态图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

先请参阅图1至图5，本发明的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，采用水下挤密砂桩打桩船在选定的海上风电安装位置将100根直径为1.6m的挤密砂桩10以间距为1.8m且以正方形布置的方式打入海床内的砂土层，形成每条边长为17.8m的正方形的水下挤密砂桩复合地基区域10A，每根砂桩10的长度应根据软弱土层的性能、厚度和工程要求确定，并应确保穿过软弱土层，即要穿过淤泥层或黏土层；

步骤二，测量水下挤密砂桩复合地基区域10A的海床面的标高，再对高出标高的隆起土全部挖除，并从水下挤密砂桩复合地基区域10A的外围向下开挖出深度为2m的基槽10B，该基槽10B呈倒四棱台，该基槽10B的顶面的每条边长均大于水下挤密砂桩复合地基区域10A的边长3.6m，即单边长出水下挤密砂桩复合地区域基10A的边缘为1.8m，该基槽10B的四周壁的坡度为1︰1.5；

步骤三，根据基槽10B的深度和基槽10B的底面尺寸制作升浆灌浆系统中的升浆管架30；升浆管架30包括多根升浆管31、多根上连通管32、多根下连通管33、多根进浆管34、多根分配管35和多根预留注浆管36；其中，多根升浆管31垂直向设置并以矩形阵列布置，形成多行多列升浆管31，行距和列距均为40cm～50cm，行距和列距可以不同；由于基槽10B的底面为正方形，因此左边第一列升浆管31至右边一列升浆管31之间的距离与第一行升浆管31至最后一行升浆管31之间的距离相等并小于基槽10B的底面的边长；每根升浆管31的长度相等且等于基槽10B的一半深度减2cm～5cm；每根升浆管31的内径为100mm～120mm，壁厚为6mm，每根升浆管31的管壁上开设多个呈梅花型布置且间距为15cm～20cm的压浆孔31a，每个压浆孔31a的孔径为12mm～15mm；上连通管32的数量和下连通管33的数量均与升浆管31的列数相同；多根上连通管32水平向设置并一一对应地连接在多列升浆管31的顶部；多根下连通管33水平向设置并一一对应地连接在多列升浆管31的底部；进浆管34的数量与升浆管31的行数相同，多根进浆管34均水平向设置并一一对应地连接在多行升浆管31的底端；分配管35的数量与进浆管34的数量相同，多根分配管35均水平向设置并一一对应地连接在多行升浆管31的顶端；预留注浆管36的数量是进浆管34的数量的两倍，每根预留注浆管36的长度等于基槽10B的深度加50cm～100cm，每根预留注浆管36垂直向设置且底端封闭，每根预留注浆管34在距底端2cm～5cm的管壁上开设一个注浆孔，多根预留注浆管36的注浆孔一一对应地与多根进浆管34的两端连接，使升浆管架30的平面轮廓尺寸与基槽10B的底面尺寸适配；上连通管32、下连通管33和分配管35能防止任何一行升浆管31堵塞；

步骤四，通过起重船100将升浆管架30放入基槽10B内，使该升浆管架30的顶部低于基槽10B的顶面1m，该升浆管架30中所有的升浆管31的底部均距基槽10B的底面为2cm～5cm，防止升浆管31直接接触水下挤密砂桩复合地基，导致升浆管31的底端和下连通管33被水下挤密砂桩复合地基的土堵塞，并使多根预留注浆管35的顶端高出基槽10B的顶面距离为50cm～100cm；

步骤五，在基槽10B内回填碎石垫层20，该碎石垫层20的顶面低于基槽10B的顶面100cm；

步骤六，在基槽10B内的碎石垫层20的顶面铺设土工布40，并用石块或砂袋反压在土工布40上，土工布40的铺设边缘位于升浆管架30中的多根预留注浆管36的内侧，使多根预留注浆管36不被土工布40覆盖；土工布40的性能要求：横向抗拉强度≥2000N/m，纵向抗拉强度≥2500N/m；等效孔径＜0.2mm；顶破强度≥3800N/m；垂直渗透系数＞1×10-4cm/s；土工布拼幅缝制所使用的尼龙线的强度不小于150N；土工布40能在后续基槽10B中灌注水泥砂浆时，防止水泥砂浆溢出基槽10B而污染海水；

步骤七，先由升浆灌浆系统制备的水泥砂浆，采用M20水泥砂浆，水泥砂浆的性能要求：初始流动度≥290，30分钟流动度≥260；1天后抗压强度为30MPa，28天后抗压强度≥80MPa；具有微膨胀性；再通过升浆管架30的预留注浆管36、进浆管34、下连通管33、分配管35、上连通管32和升浆管31向基槽10B内注浆，使水泥砂浆由升浆管架30中的每根升浆管31上多个压浆孔31a渗出而填充在碎石垫层20的空隙中和基槽10B的底面以下2m～2.5m的水下挤密砂桩复合地基的上层空隙中，并将升浆管架30填永久埋在碎石垫层20内，使碎石垫层20和水下挤密砂桩复合地基上层形成高强度的整体；

步骤八，在土工布40的顶面中央安装海上风电的重力式基础50，确保重力式基础60放置平稳和水平度；

步骤九，在重力式基础50的周围铺设能防止冲刷的抛石防护层60，包括在基槽10B内的碎石垫层20的顶面铺设及基槽10B的顶面外部铺设；抛石防护层70的高度高出基槽10B的顶面以上2m，抛石防护层60的顶面四周外缘至同一水平面的重力式基础50的四周外缘的距离至少为10m，且抛石防护层60的四周边沿的坡度为1︰2，以保证抛石防护层60不会坍落。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

步骤一，采用水下挤密砂桩打桩船在选定的海上风电安装位置将100根直径为1.6m的挤密砂桩以间距为1.8m且以正方形布置的方式打入海床内的砂土层，形成每条边长为17.8m的正方形的水下挤密砂桩复合地基区域，每根砂桩的长度应根据软弱土层的性能、厚度和工程要求确定，并应确保穿过软弱土层；

步骤二，测量水下挤密砂桩复合地基区域的海床面的标高，再对高出标高的隆起土全部挖除，并从水下挤密砂桩复合地基区域的外围向下开挖出深度为2m的基槽，该基槽呈倒四棱台，该基槽的顶面的每条边长均大于水下挤密砂桩复合地基区域的边长3.6m；

步骤三，根据基槽的深度和基槽的底面尺寸制作升浆灌浆系统中的升浆管架；

步骤四，通过起重船将升浆管架放入基槽内，该升浆管架的顶部低于基槽的顶面1m，该升浆管架中所有的升浆管的底部均距基槽的底面为2cm～5cm；

步骤五，采用粒径为10mm～30mm的碎石回填在基槽内作为碎石垫层，碎石垫层的孔隙率要求40％以上，碎石垫层的顶面低于基槽的顶面100cm；

步骤六，在基槽内的碎石垫层的顶面铺设土工布；

步骤七，先由升浆灌浆系统制备水泥砂浆，再通过升浆管架向基槽内注浆，使水泥砂浆由升浆管架中的升浆管上的出浆孔渗出而填充在碎石垫层的空隙中和水下挤密砂桩复合地基上层的空隙中，并将升浆管架永久埋在碎石垫层内；

步骤八，在土工布的顶面中央安装海上风电的重力式基础；

步骤九，在海上风电的重力式基础的周围铺设抛石防护层，该抛石防护层的顶面高出基槽的顶面以上2m，抛石防护层的顶面四周外缘至同一水平面的重力式基础的四周外缘的距离至少为10m。

2.根据权利要求1所述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，进行步骤三时，所述升浆管架包括多根升浆管、多根上连通管、多根下连通管、多根进浆管、多根分配管和多根预留注浆管；多根升浆管垂直向设置并以矩形阵列布置，形成多行多列升浆管，左边第一列升浆管至右边一列升浆管之间的距离与第一行升浆管至最后一行升浆管之间的距离相等并小于基槽的底面的边长；每根升浆管的长度相等且等于基槽的一半深度减2cm～5cm，每根升浆管的管壁上开设多个呈梅花型布置的压浆孔；所述上连通管的数量和下连通管的数量均与升浆管的列数相同；多根上连通管水平向设置并一一对应地连接在多列升浆管的顶部；多根下连通管水平向设置并一一对应地连接在多列升浆管的底部；所述进浆管的数量与升浆管的行数相同，多根进浆管水平向设置并一一对应地连接在多行升浆管的底端；所述分配管的数量与进浆管的数量相同，多根分配管均水平向设置并一一对应地连接在多行升浆管的顶端；所述预留注浆管的数量是进浆管的数量的两倍，每根预留注浆管垂直向设置且底端封闭，并在距底端2cm～5cm的管壁上开设一个注浆孔，多根预留注浆管的注浆孔一一对应地与多根进浆管的两端连接，使升浆管架的平面轮廓尺寸与基槽的底面尺寸适配。

3.根据权利要求2所述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，多根升浆管的行距和列距均为40cm～50cm；每根升浆管的直径为100mm～120mm，壁厚为6mm；每个压浆孔的孔径为12mm～15mm，压浆孔的间距为15cm～20cm。

4.根据权利要求2所述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，每根预留注浆管的长度等于所述基槽的深度加50cm～100cm。

5.根据权利要求1所述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，所述基槽的四周壁的坡度为1︰1.5。

6.根据权利要求1所述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，进行步骤六时，所述土工布的性能要求：横向抗拉强度≥2000N/m，纵向抗拉强度≥2500N/m；等效孔径＜0.2mm；顶破强度≥3800N/m；垂直渗透系数＞1×10^-4cm/s；土工布拼幅缝制所使用的尼龙线的强度不小于150N。

7.根据权利要求1所述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，进行步骤七时，水泥砂浆的性能要求：初始流动度≥290，30分钟流动度≥260；1天后抗压强度为30MPa，28天后抗压强度≥80MPa；具有微膨胀性。

8.根据权利要求1所述的海上风电挤密砂桩基床的施工方法，其特征在于，进行步骤九时，所述抛石防护层的四周边沿的坡度均为1︰2。

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