CN111663560B - 一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统及其密封方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋工程施工技术领域,具体涉及一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统及其密封方法,包括放置于海床上的海洋设备基础、一组插接于海床上的钢管桩及一组固定配合于海洋设备基础底部四周的套筒,套筒套接于对应钢管桩外,其特征在于套筒与钢管桩之间的缝隙上下设置两个密封条,两个密封条将套筒与钢管桩之间的缝隙上下分隔为第一环形空间和第二环形空间,第二环形空间内填满膨胀高聚物,第一环形空间内浇入混凝土,使套筒与钢管桩之间固连。本发明利用膨胀高聚物进行桩基础套筒与钢管桩之间的灌注密封,具有良好的密封效果与堵漏效果。

Description

一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统及其密封方法
技术领域
本发明属于海洋工程施工技术领域,具体涉及一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统及其密封方法。
背景技术
海洋平台位于恶劣的海洋环境中,其基础不仅要承受来自承台上部的荷载,还要抵抗巨大的环境荷载,因此对其结构要求以及施工工艺要求十分严苛,以保证海洋平台的稳定与安全。
海洋平台或者海上风机基础有许多不同的结构形式,包括重力式、单桩式、吸力式、三桩(多桩)导管架式和漂浮式等多种形式,其中很多基础形式包含有套筒与钢管桩结构,钢管桩需要打入海床中,套筒与钢管桩之间再通过混凝土等灌浆材料进行连接,这样,承台上部、波浪和洋流等荷载可以通过套筒经灌浆材料传递至钢管桩,钢管桩再把载荷传递到海床,从而保证海洋平台的结构强度和稳定性。
套筒与管桩相套接有两种形式,套筒套接在管桩外侧(外套式);套筒插入到钢管桩内部(内插式)。按照施工顺序也可分为两种:先放置套筒,再将钢管桩打入海床,最后进行灌浆连接(后桩法);先打入钢管桩后放置套筒,再进行灌浆连接(先桩法)。
无论是哪种套接形式与施工顺序,套筒与管桩的直径不等,因此其之间都会存在圆环形间隙,灌浆材料就是用来填充此圆环形空间,以保证荷载能通过套筒传递至钢管桩,最后将力传递到海床中。
为了防止在灌浆过程中浆料不泄漏,所述圆环形空间的底部需要进行封堵,目前较为流行的密封方法有两种,第一种是气囊式密封:其工作原理为先将密封气囊安装于套筒的底部,同时安装气压传输管路,然后在套筒安装定位与打桩完成后,采用气压设备使气囊充气膨胀后封闭套筒与钢管桩之间的环形空间,最后进行灌浆;第二种方法是机械式密封,此方法采用橡胶片或钢板等密封条通过螺栓连接或焊接方式安装于套筒底部,钢管桩穿过密封条后,桩体与密封条之间相互挤压,紧密接触,产生摩擦力以抵抗灌浆时灌浆液与海水对密封条的压力,这种密封条可以只安装一条也可以安装两条。
上述两种方法虽然目前比较流行,但是并不能保证完全密封,在施工过程中容易造成灌浆液泄露以及海水的渗透,从而造成资源浪费,增加了施工成本,同时,海水中夹杂的许多细沙,容易通过缝隙进入密闭空间,从而影响密闭性。
发明内容
为了弥补现有技术的不足,本发明提供一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封方法的技术方案。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,包括放置于海床上的海洋设备基础、一组插接于海床上的钢管桩及一组固定配合于海洋设备基础底部四周的套筒,套筒套接于对应钢管桩外,其特征在于套筒与钢管桩之间的缝隙上下设置两个密封条,两个密封条将套筒与钢管桩之间的缝隙上下分隔为第一环形空间和第二环形空间,第二环形空间内填满膨胀高聚物,第一环形空间内浇入混凝土,使套筒与钢管桩之间固连。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,其特征在于密封条内径小于钢管桩外径,密封条与钢管桩之间紧密接触,相互挤压从而形成密闭的第二环形空间。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,其特征在于套筒侧部开设用于灌注膨胀高聚物的孔洞,孔洞位置与第二环形空间位置相对应。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,其特征在于海洋设备基础为导管架。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封方法,其特征在于包括以下步骤:
S1:将海洋设备基础放置于海床上,海洋设备基础带有套筒,然后将钢管桩插入套筒中,再将钢管桩打入海床中;
S2:套筒中预先安装有两个密封条,在钢管桩插入套筒中后,两个密封条将套筒与钢管桩之间的缝隙上下分隔为第一环形空间和第二环形空间,往第二环形空间内灌注膨胀高聚物,膨胀高聚物在水下膨胀后,填满第二环形空间;
S3:对第一环形空间进行灌浆,使套筒与钢管桩之间固连,从而完成海洋平台海洋设备基础的安装。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封方法,其特征在于密封条内径小于钢管桩外径,密封条与钢管桩之间紧密接触,相互挤压从而形成密闭的第二环形空间。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封方法,其特征在于在步骤S2中,在套筒侧壁开有若干个孔洞,用于向第二环形空间内灌注膨胀高聚物,膨胀高聚物在水下膨胀的同时,将第二环形空间内残余的海水通过套筒侧壁的孔洞挤压出去。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封方法,其特征在于将钢管桩打入海床后,将海洋设备基础进行调平,然后再进行步骤S2。
所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,其特征在于海洋设备基础为导管架。
本发明主要采用膨胀高聚物进行海洋平台桩基础的水下灌注密封,先在套筒底部固定两根密封条,形成水下密闭空腔,腔体内注射膨胀高聚物,水下膨胀后形成密封,这种膨胀高聚物具有很好的快速胶结性能,同时能阻断渗水通道,堵漏效果好,密封性能强大,可以保证灌浆液不会往外泄露,也可抵抗海水的渗透,如果细沙从缝隙中进入密闭空间,这种材料的胶结性能也能使细沙快速胶结,以免细沙造成渗漏,从而保证了海上桩基施工的安全性,为海洋平台能够有足够的抵抗荷载的强度提供了保障。
附图说明
图1为本发明的水下灌注密封系统结构示意图;
图2为本发明的水下灌注密封系统局部结构示意图;
图3为本发明的钢管桩与套筒连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-3所示,一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,包括放置于海床1上的海洋设备基础2、一组插接于海床1上的钢管桩3及一组固定配合于海洋设备基础2底部四周的套筒4,套筒4套接于对应钢管桩3外,套筒4与钢管桩3之间的缝隙上下设置两个密封条5,两个密封条5将套筒4与钢管桩3之间的缝隙上下分隔为第一环形空间6和第二环形空间7,第二环形空间7内填满膨胀高聚物8,第一环形空间6内浇入混凝土9,使套筒4与钢管桩3之间固连。
作为优化:密封条5内径小于钢管桩3外径,密封条5与钢管桩3之间紧密接触,相互挤压从而形成密闭的第二环形空间7。
作为优化:套筒4侧部开设用于灌注膨胀高聚物8的孔洞,孔洞位置与第二环形空间7位置相对应。
作为优化:海洋设备基础2为海洋平台或者海上风机基础,其可以采用包括重力式、单桩式、吸力式、三桩(多桩)导管架式和漂浮式等多种形式结构,本发明具体采用导管架的形式结构。
一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封方法,包括以下步骤:
S1:将海洋设备基础2放置于海床1上,海洋设备基础2带有套筒4,此时套筒2中充斥着海水5,然后将钢管桩3插入套筒4中,再将钢管桩3打入海床1中;
S2:套筒4中预先安装有两个密封条5,在钢管桩3插入套筒4中后,两个密封条5将套筒4与钢管桩3之间的缝隙上下分隔为第一环形空间6和第二环形空间7,往第二环形空间7内灌注膨胀高聚物8,膨胀高聚物8在水下膨胀后,填满第二环形空间7;
S3:对第一环形空间6进行灌浆,灌浆液充斥于第一环形空间6,将第一环形空间6内的海水排出,等灌浆液凝固后,套筒4与钢管桩3之间就能固连在一起,从而完成海洋平台海洋设备基础的安装,如此一来,钢管桩3承台上部、波浪和洋流等荷载就可以通过套筒4经灌浆材料传递至钢管桩3,钢管桩3再把载荷传递到海床1,从而保证海洋平台的结构强度和稳定性。
作为优化:密封条5内径小于钢管桩3外径,密封条5与钢管桩3之间紧密接触,相互挤压从而形成密闭的第二环形空间7,相应的,第一环形空间6的底部也是密闭的,这样灌浆液就不会从底部泄露,海水也无法从底部渗透进第二环形空间7。
作为优化:在步骤S2中,在套筒4侧壁开有若干个孔洞,用于向第二环形空间7内灌注膨胀高聚物8,膨胀高聚物8在水下膨胀的同时,将第二环形空间7内残余的海水通过套筒4侧壁的孔洞挤压出去。
作为优化:将钢管桩3打入海床1后,将海洋设备基础2进行调平,然后再进行步骤S2。
作为优化:海洋设备基础2为导管架。
与传统方法相比,本发明的优点及创新点如下:
1)利用膨胀高聚物进行桩基础套筒与钢管桩之间的灌注密封,具有良好的密封效果与堵漏效果;
2)膨胀高聚物具有很好的快速胶结性能,如果细沙通过缝隙进入管桩与套筒之间的环形空间,这种材料也能将其迅速胶结为一体,从而保证了密闭性;
3)套筒内预先安装两个密封隔条,为之后的安装施工与灌注密封操作提供了便利,提高了施工效率;
4)应用范围广,可应用于所有具有套筒、管桩结构形式的海洋海洋设备基础或者海上风机基础。
本发明的膨胀聚合物为公知技术,具体采用公开号为CN 110511340 A的中国专利所公布的高强度双组份聚氨酯材料制成,此外也可以采用其它具有相同功能的材料制成。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,包括放置于海床(1)上的海洋设备基础(2)、一组插接于海床(1)上的钢管桩(3)及一组固定配合于海洋设备基础(2)底部四周的套筒(4),套筒(4)套接于对应钢管桩(3)外,其特征在于套筒(4)与钢管桩(3)之间的缝隙上下设置两个密封条(5),两个密封条(5)将套筒(4)与钢管桩(3)之间的缝隙上下分隔为第一环形空间(6)和第二环形空间(7),第二环形空间(7)内填满膨胀高聚物(8),第一环形空间(6)内浇入混凝土(9),使套筒(4)与钢管桩(3)之间固连,其中,密封条(5)内径小于钢管桩(3)外径,密封条(5)与钢管桩(3)之间紧密接触,相互挤压从而形成密闭的第二环形空间(7),套筒(4)侧部开设用于灌注膨胀高聚物(8)的孔洞,孔洞位置与第二环形空间(7)位置相对应;
所述水下灌注密封系统采用的水下灌注密封方法包括以下步骤:
S1:将海洋设备基础(2)放置于海床(1)上,海洋设备基础(2)带有套筒(4),然后将钢管桩(3)插入套筒(4)中,再将钢管桩(3)打入海床(1)中;
S2:套筒(4)中预先安装有两个密封条(5),在钢管桩(3)插入套筒(4)中后,两个密封条(5)将套筒(4)与钢管桩(3)之间的缝隙上下分隔为第一环形空间(6)和第二环形空间(7),往第二环形空间(7)内灌注膨胀高聚物(8),膨胀高聚物(8)在水下膨胀后,填满第二环形空间(7);
S3:对第一环形空间(6)进行灌浆,使套筒(4)与钢管桩(3)之间固连,从而完成海洋平台海洋设备基础的安装。
2.根据权利要求1所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,其特征在于海洋设备基础(2)为导管架。
3.根据权利要求1所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,其特征在于在步骤S2中,在套筒(4)侧壁开有若干个孔洞,用于向第二环形空间(7)内灌注膨胀高聚物(8),膨胀高聚物(8)在水下膨胀的同时,将第二环形空间(7)内残余的海水通过套筒(4)侧壁的孔洞挤压出去。
4.根据权利要求1所述的一种采用膨胀高聚物的水下灌注密封系统,其特征在于将钢管桩(3)打入海床(1)后,将海洋设备基础(2)进行调平,然后再进行步骤S2。
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