CN111749234A - 海上风电水下桩插肩式护筒及“打钻打”施工工艺 - Google Patents
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Abstract
海上风电水下桩插肩式护筒及“打钻打”施工工艺，先进行工程桩初打，利用打桩机将工程桩打入至某一深度；然后在工程桩顶部安装插肩式护筒，使插肩式护筒的顶部露出水面；接着安装钻机并采用正转反吹及气举反循环相结合的钻进操作；跟着移除钻机和插肩式护筒；最后进行工程桩复打，将工程桩打入至设计标高。通过插肩式护筒的使用，使打桩机在海面上即可进行所需的打桩操作，从而降低施工难度；同时，套管与工程桩的装拆操作方便、快捷，既不会对工程桩的结构造成破坏；通过“打‑钻‑打”的施工方式沉桩至设计标高，其无需对多余部分工程桩进行水下切割，大幅度提高工作效率；且该插肩式护筒可重复利用，以减少材料的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及工程桩施工方法，特别是涉及海上风电水下桩插肩式护筒及利用该护筒进行施工的 “打钻打”施工工艺。
背景技术
深海区域内的工程桩需要将桩顶打入至海面以下，但鉴于某些海床的地质条件，桩基安装过程中很多时候都会遇到风化岩地质，导致工程桩施工难度极大，且难以将桩直接打到位。现有的一些施工方法是在工程桩顶部焊接加长钢管，利用加长钢管露出海面再进行打桩，待打桩到位后再进行水下切割，将加长钢管从工程桩上切下。但该种施工方法较为复杂、加长钢管重复利用性低，且水下切割难度极高、施工效率低下，焊接、切割工作也容易破坏工程桩结构，降低施工稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电水下桩插肩式护筒，及利用插肩式护筒对海上风电水下桩进行“打钻打”施工的工艺方法，以降低海上风电水下桩的施工难度，提高施工质量和施工效率。
本发明所述的海上风电水下桩插肩式护筒，包括管状的套管，套管的顶端位于海面上，套管的底端与工程桩的顶端相互连接，且套管的底面设有向工程桩凸出的插尖，工程桩的顶面设有向下凹陷的凹槽，插尖插入凹槽内并相互固定。
本发明所述的 “打钻打”施工工艺，包括以下步骤：
A、工程桩初打：利用打桩机将工程桩打入至某一深度；
B、护筒安装：在工程桩的顶部连接插肩式护筒，且插肩式护筒的顶部延伸至海面上；
C、钻机钻进：安装钻机并与护筒连接，利用钻机将工程桩钻进至设计深度；
D、钻机护筒移除：待工程桩钻进至设计深度后，将钻机和护筒拆除；
E、工程桩复打：再次利用打桩机将工程桩打入至设计标高。
本发明所述的海上风电水下桩插肩式护筒及“打钻打”施工工艺，在工程桩的施工工作中，将套管的插尖插入工程桩的凹槽内，并将套管与工程桩相互固定，以使套管的顶端露出海面上；然后打桩机对套管的顶端施工打击，使工程桩打入海床，待打入至所需的深度后，再将套管从工程桩取下即可。通过插肩式护筒的使用，使打桩机在海面上即可进行所需的打桩操作，从而降低施工难度；同时，套管与工程桩的装拆操作方便、快捷，既不会对工程桩的结构造成破坏；通过“打-钻-打”的施工方式沉桩至设计标高，其无需对多余部分工程桩进行水下切割，大幅度提高工作效率；且该插肩式护筒可重复利用，以减少材料的消耗。
附图说明
图1是海上风电水下桩插肩式护筒的结构示意图。
图2是图1所示海上风电水下桩插肩式护筒A处的局部放大图。
图3是 “打钻打”施工工艺的工艺流程图。
具体实施方式
一种海上风电水下桩插肩式护筒，包括管状的套管1，套管的顶端位于海面上，套管的底端与钢管桩2的顶端相互连接，且套管的底面设有向钢管桩凸出的插尖3，钢管桩的顶面设有向下凹陷的凹槽，插尖插入凹槽内并相互固定。
所述的海上风电水下桩插肩式护筒，套管1的直径与钢管桩2一致，以保证打桩精度，并提高打桩过程中作用力的传递。另外，钢管桩2的顶面处沿钢管桩外壁设有环形的护套4，护套内侧为与套管插尖相连接的凹槽，通过该种结构提高连接强度，也提高力传递的稳定性，从而提高施工精度和准确性。除此之外，套管1的插尖3与钢管桩凹槽的内壁之间设有密封圈5，以提高套管与钢管桩之间的密封性，达到隔离海水的作用，进而满足泥浆反循环钻孔工艺的要求。
一种 “打钻打”施工工艺，包括以下步骤：
A、工程桩初打：利用打桩机将工程桩打入至某一深度；
B、护筒安装：在工程桩的顶部连接插肩式护筒，且插肩式护筒的顶部延伸至海面上；
C、钻机钻进：安装钻机并与护筒连接，利用钻机将工程桩钻进至设计深度；
D、钻机护筒移除：待工程桩钻进至设计深度后，将钻机和护筒拆除；
E、工程桩复打：再次利用打桩机将工程桩打入至设计标高。
所述的“打钻打”施工工艺，有辅助打桩用的定位导向平台；所述定位导向平台包括固定设置的平台架，和安装于平台架上并对工程桩进行导向的导向筒；在进行步骤A前，先进行定位导向平台就位——将定位导向平台固定于海上并与所需打桩的位置进行相对定位，然后再进行打桩操作；最后在步骤E结束后移除定位导向平台。另外，在步骤A和步骤E的打桩操作过程中，对工程桩进行高应变监测。
所述的“打钻打”施工工艺，工程桩初打的打入深度，和插肩式护筒的长度，通过可打入性分析、预判工程桩工艺设计停锤位置和复打模拟分析计算进行确定。
所述可打入性分析根据工程桩设计参数、地质条件参数、液压冲击锤、桩身应力及疲劳强度计算，如桩身自由站立强度校核——分析工程桩重量、工程桩倾斜度、液压冲击锤重量和打桩动应力，同时估算不同深度下的土体阻力，根据现场实际的操作流程，将工程桩重量、液压冲击锤和送桩段重量进行组合，借助插值工具得出工程桩最大和最小的入泥深度。或者也可以根据CASE方法进行可打入性分析，根据打桩时贯入度与锤击数的关系判定工程桩能否打入预定的设计深度。
如图2、3所示，插肩式护筒包括管状的套管1，套管的顶端位于海面上，套管的底端与工程桩2的顶端相互连接，且套管的底面设有向工程桩凸出的插尖3，工程桩的顶面设有向下凹陷的凹槽，插尖插入凹槽内并相互固定。在工程桩的施工工作中，将套管的插尖插入工程桩的凹槽内，并将套管与工程桩相互固定，以使套管的顶端露出海面上；然后打桩机对套管的顶端施工打击，使工程桩打入海床，待打入至所需的深度后，再将套管从工程桩取下即可。通过该海上风电水下桩插肩式护筒的使用，使打桩机在海面上即可进行所需的打桩操作，从而降低施工难度；同时，套管与工程桩的装拆操作方便、快捷，既不会对工程桩的结构造成破坏，也可以有效提高施工效率和稳定性；且套管可重复利用，以减少材料的消耗。除此之外，套管1的直径与工程桩2一致，以保证打桩精度，并提高打桩过程中作用力的传递。另外，工程桩2的顶面处沿工程桩外壁设有环形的护套4，护套内侧为与套管插尖相连接的凹槽，通过该种结构提高连接强度，也提高力传递的稳定性，从而提高施工精度和准确性。还有，套管1的插尖3与工程桩凹槽的内壁之间设有密封圈5，以提高套管与工程桩之间的密封性，达到隔离海水的作用，进而满足泥浆反循环钻孔工艺的要求。所述密封圈为Ⅰ型密封圈，密封圈的拉伸率为：
α=（D1+d）/（D+d）
其中：D1为凹槽的公称直径；Dd为插尖的公称直径；D为密封圈的公称内径；d为密封圈截面的公称直径。同时根据压缩率计算，Yb=[1-h/d*（1.35/α-0.35）^0.5]*100%，其中，h为密封圈上的槽底至被密封面的距离，取其外部活动密封Yb为18％，考虑泥浆循环混合制浆，浓度可持续补充，故可满足循环要求。
所述的“打钻打”施工工艺，钻机工作的钻孔直径，根据波浪影响以及后续工程桩复打的可打入性分析进行确定。钻机采用气举反循环钻机，钻进操作采用正转反吹及气举反循环相结合，并以泥浆作为循环介质，泥浆护壁压力差的计算考虑钻进深度、孔径及所在位置水深情况，运用软件模拟综合计算满足泥浆护壁强度要求下的桩内泥浆高程。在坍塌底层，提高泥浆的密度，以维持压力平衡，且泥浆比重大有利于排渣，可以有效地平衡地层侧压力和地下水压力，防止孔壁坍塌，造成扩孔或塌孔。泥浆循环量为：
Q＝πr2×V×3600
其中，r为钻杆内径；V为钻杆内泥浆的回流速度，一般取2～4m/s；同样，如果能测算出泥浆的循环量，就可以计算出钻杆内泥浆的流速。
所述的“打钻打”施工工艺，在工程桩复打的过程中，打击能量逐渐增大，以防止打桩能量过大造成溜桩。具体在开始沉桩时，用低档位启动，小冲程锤击沉桩；下沉变缓后逐步切换到高档位或较大冲程锤击沉桩；当发现贯入度自小变大时再切换至低档小冲程沉桩。该锤采用控制柜内计算机控制，能够通过打桩进程自动调整控制规避异常风险，同时自动记录各项打桩参数。在对工程桩进行高应变监测时，在工装甲板面固定位置架设仪器辅助监控，具体通过GPS对工程桩平面位置进行监控，同时保证工程桩之间的相对距离以满足距离偏差要求。还需要进行高程及高差的控制，采用工装平台作为基准，基准点高程由GPS高程测量获得，同时在平台上安装水准仪，以基准点作为后视，观测桩锤标识点，从而推算出工程桩顶标高以进行控制。还有进行垂直度控制，垂直度采用两台经纬仪呈90°布置扫边，以使工的程桩垂直度控制在5‰以内。
Claims (10)
1.一种海上风电水下桩插肩式护筒结构，其特征在于：包括管状的套管（1），套管的顶端位于海面上，套管的底端与钢管桩（2）的顶端相互连接，且套管的底面设有向钢管桩凸出的插尖（3），钢管桩的顶面设有向下凹陷的凹槽，插尖插入凹槽内并相互固定。
2.根据权利要求1所述的海上风电水下桩插肩式护筒结构，其特征在于：钢管桩（2）的顶面处沿钢管桩外壁设有环形的护套（4），护套内侧为与套管插尖相连接的凹槽；套管（1）的插尖（3）与钢管桩凹槽的内壁之间设有密封圈（5）。
3.海上风电水下桩插肩式护筒“打钻打”施工工艺，其特征在于包括以下步骤：
A、工程桩初打：利用打桩机将工程桩打入至某一深度；
B、护筒安装：在工程桩的顶部连接插肩式护筒，且插肩式护筒的顶部延伸至海面上；
C、钻机钻进：安装钻机并与护筒连接，利用钻机将工程桩钻进至设计深度；
D、钻机护筒移除：待工程桩钻进至设计深度后，将钻机和护筒拆除；
E、工程桩复打：再次利用打桩机将工程桩打入至设计标高。
4.根据权利要求3所述的施工工艺，其特征在于：有辅助打桩用的定位导向平台，在进行步骤A前，先进行定位导向平台就位——将定位导向平台固定于海上并与所需打桩的位置进行相对定位，然后再进行打桩操作；并在工程桩复打结束后移除定位导向平台。
5.根据权利要求3所述的施工工艺，其特征在于：工程桩初打的打入深度，和插肩式护筒的长度，通过可打入性分析、预判工程桩工艺设计停锤位置和复打模拟分析计算进行确定；所述可打入性分析根据工程桩设计参数、地质条件参数、液压冲击锤、桩身应力及疲劳强度计算。
6.根据权利要求3所述的施工工艺，其特征在于：插肩式护筒包括管状的套管（1），套管的顶端位于海面上，套管的底端与工程桩（2）的顶端相互连接，且套管的底面设有向工程桩凸出的插尖（3），工程桩的顶面设有向下凹陷的凹槽，插尖插入凹槽内并相互固定；套管（1）的插尖（3）与工程桩凹槽的内壁之间设有密封圈（5）。
7.根据权利要求6所述的施工工艺，其特征在于：密封圈为Ⅰ型密封圈，密封圈的拉伸率为：
α=（D1+d）/（D+d）
其中：D1为凹槽的公称直径；Dd为插尖的公称直径；D为密封圈的公称内径；d为密封圈截面的公称直径。
8.根据权利要求3或7所述的施工工艺，其特征在于：钻机采用气举反循环钻机，钻进操作采用正转反吹及气举反循环相结合，并以泥浆作为循环介质。
9.根据权利要求8所述的施工工艺，其特征在于：泥浆循环量为：
Q＝πr2×V×3600
其中，r为钻杆内径；V为钻杆内泥浆的回流速度。
10.根据权利要求3所述的施工工艺，其特征在于：在步骤A和步骤E的打桩操作过程中，对工程桩进行高应变监测。
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|---|---|---|---|---|
| CN116497818A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-07-28 | 中交第一航务工程局有限公司 | 海上大直径钢管桩防溜桩装置及其使用方法 |
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2020
- 2020-07-31 CN CN202010759088.0A patent/CN111749234A/zh active Pending
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| CN116497818B (zh) * | 2023-06-30 | 2023-12-01 | 中交第一航务工程局有限公司 | 海上大直径钢管桩防溜桩装置及其使用方法 |
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