CN111827274A - 一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法 - Google Patents

一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，包括将钢护筒打入覆土层，对覆土层和岩层进行挖掘，挖出桩孔；把钢管桩吊入钢护筒中，并定位于桩孔内，钢管桩与桩孔内壁及钢护筒底部之间形成环腔；往钢管桩管孔底部灌注第一灌浆层；往环腔内、第一灌浆层的上端依次灌注第二灌浆层、第三灌浆层、第四灌浆层和第五灌浆层；拔出钢护筒，待灌浆液老化，钢管桩与覆土层和岩层稳固连接，形成一个稳定可靠的风机基础。本发明的有益效果是：本发明将高强度灌浆材料与低强度灌浆材料合理分配，布置于恰当的位置，可以最大限度地发挥材料的性能，并降低前期施工成本，提高海上风电的经济效益。

Description

一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法
技术领域
本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法。
背景技术
在海上风电开发过程中，有些场区地质条件复杂，浅表层为松软的覆土层，覆盖层以下为坚硬的岩石层。如果大直径单桩基础的桩基仅仅打入表层覆土，桩基提供的承载力无法满足需求，为了满足承载力的设计要求，大直径单桩基础桩尖部分需要嵌入覆土层下的岩层内,形成嵌岩桩。
嵌岩桩通过钻孔沉桩完成施工，由钻孔产生的桩孔的孔径大于单桩的直径，以便于后续把大直径单桩直接植入到该钻孔内。在钢管桩外壁与桩孔之间存在空隙，需要通过一定强度的灌浆料来填充钢管桩与桩孔之间的空隙，待灌浆料老化后，保证单桩的承载力和稳固性，以抵抗风机载荷和外部环境载荷的冲击。对于弱风化岩，其风化程度弱，岩体原始组织结构清楚完整，较为坚硬，因此是灌浆嵌岩的理想对象。目前在嵌岩单桩施工过程中，普遍采用一种灌浆料填充钢管桩与岩土层之间的间隙，使得基础与岩层之间刚性连接，这样容易导致单桩疲劳破坏及单桩钢结构局部屈曲破坏。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法的技术方案，有别于现在流行的灌浆技术，该灌浆方法采用分层施工工艺，多次灌浆的方法，将灌浆区域分为五层，从下至上进行五次灌浆，在不同层采用不同强度的灌浆材料，既能够保证单桩基础与岩土层之间稳固连接，使单桩基础具有可靠的承载性能，又能使得单桩与岩层之间不是完全刚性连接，避免了单桩基础疲劳破坏与结构局部屈曲破坏，还能够降低海上风电前期施工成本，提高了海上风电的经济效益。。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于包括
S1：将钢护筒打入覆土层，并抵触于岩层上，在钢护筒的保护下对覆土层和岩层进行挖掘，挖出桩孔，桩孔的内径与钢护筒的外径相对应；
S2：把钢管桩吊入钢护筒中，并定位于桩孔内，钢管桩与桩孔内壁及钢护筒底部之间形成环腔；
S3：往钢管桩管孔底部灌注第一灌浆层，用以对钢管桩的底部进行密封；
S4：往环腔内依次灌注第二灌浆层、第三灌浆层、第四灌浆层和第五灌浆层，其中，第二灌浆层和第三灌浆层位于岩层内，第四灌浆层和第五灌浆层位于覆土层内，第二灌浆层为超高强水泥基灌浆材料，第三灌浆层为高强水泥基灌浆材料，第四灌浆层为普通高强水泥基灌浆材料；
S5：拔出钢护筒，待灌浆液老化，钢管桩与覆土层和岩层稳固连接，形成一个稳定可靠的风机基础。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述步骤S3中，灌注第一灌浆层时，先往钢管桩的管孔底部灌注灌浆液，然后将钢管桩往上提升，使灌浆液进入环腔内，再把钢管桩放下去，待灌浆液老化后，形成第一灌浆层。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于灌注第一灌浆层时，通过往钢管桩的管孔内吊入第一灌注管进行灌注。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述步骤S4中，钢管桩的管壁具有多个分别与第二灌浆层、第三灌浆层、第四灌浆层及第五灌浆层对应的灌浆口，钢管桩管孔内壁上具有多个与各灌浆口连接的灌浆管，通过与不同灌浆口连接的灌浆管对不同灌浆层进行灌注。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述步骤S4中，对第四灌浆层和第五灌浆层进行灌注时，一边灌注，一边匀速提升钢护筒。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述超高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度大于120MPa。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度为100-120MPa。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述普通高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度为80-100MPa。
所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述第一灌浆层为28d抗压强度小于80MPa的低强度灌浆材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明适用于土层覆盖浅，主要由弱风化岩石构成的海床地质，与摩擦桩相比具有更强的承载能力；与采用单一一种高强度材料进行灌浆连接相比，本发明采用分层灌浆工艺，可以解决高强度材料容易引起的应力集中问题，降低结构疲劳破坏与局部屈曲破坏风险；本发明将高强度灌浆材料与低强度灌浆材料合理分配，布置于恰当的位置，可以最大限度地发挥材料的性能，并降低前期施工成本，提高海上风电的经济效益。
附图说明
图1为本发明的灌浆方法流程图；
图2为本发明灌浆完成后的结构示意图；
图3为本发明的灌浆过程示意图，此时钢管桩、桩孔内壁及钢护筒底部之间形成环腔，环腔内还未灌浆；
图4为本发明的钢管桩内安装各个灌注管时的俯视图；
图5为本发明的钢管桩内安装第二灌注管时的内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，包括
S1：将钢护筒2打入覆土层9，钢护筒2的顶端位于海平面之上，下端抵触于岩层10上，在钢护筒2的保护下对覆土层9和岩层10进行挖掘，挖出桩孔，桩孔的内径与钢护筒2的外径相对应；
S2：通过吊机把钢管桩1吊入钢护筒2中，并定位于桩孔内，钢管桩1与桩孔内壁及钢护筒2底部之间形成环腔11，当钢护筒2被向上提升时，环腔11会随之变大；
S3：往钢管桩1管孔底部灌注第一灌浆层，用以对钢管桩1的底部进行密封；
S4：往环腔11内上端依次灌注第二灌浆层5、第三灌浆层6、第四灌浆层7和第五灌浆层8，其中，第二灌浆层5和第三灌浆层6位于岩层10内，第四灌浆层7和第五灌浆层8位于覆土层9内，第二灌浆层5为超高强水泥基灌浆材料，第三灌浆层6为高强水泥基灌浆材料，第四灌浆层7为普通高强水泥基灌浆材料；
S5：拔出钢护筒2，待灌浆液老化，钢管桩1与覆土层9和岩层10稳固连接，形成一个稳定可靠的风机基础。
所述步骤S1中，挖孔具体操为：将钢护筒2内部的覆土层9挖空，然后将钢护筒2下端的岩层10挖空，尤其是要对钢护筒2筒壁下端的部分进行挖掘，以便在钢管桩1插入钢护筒2后能够形成环腔11，钢护筒2可保证覆土层9在挖空过程中不会塌陷。
所述步骤S3中，灌注第一灌浆层4时，先往钢管桩1的管孔底部灌注灌浆液，然后将钢管桩1往上提升，使灌浆液进入环腔11内，再把钢管桩1放下去，待灌浆液老化后，形成第一灌浆层4，第一灌浆层4能够防止其余灌浆液流入钢管桩1内部，造成材料浪费，第一灌浆层4仅用于密封，厚度较小，没有强度要求，可采用强度较低的材料。灌注第一灌浆层4时，通过吊机往钢管桩1的管孔内吊入第一灌注管12进行灌注。
所述步骤S4中，钢管桩1的管壁具有多个分别与第二灌浆层5、第三灌浆层5、第四灌浆层7及第五灌浆层8位置对应的灌浆口，钢管桩1管孔内壁上具有多个与各灌浆口连接的灌浆管，通过与不同灌浆口连接的灌浆管对不同灌浆层进行灌注。具体的，如图4所示，钢管桩1管孔内壁上分别通过支撑杆固定安装两根用于灌注第二灌浆层5的第二灌注管13、两根用于灌注第三灌浆层6的第三灌注管14、两根个用于灌注第四灌浆层7的第四灌注管15及两根用于灌注第五灌浆层8的第五灌注管16，同种灌注管对称安装，四组灌注管的位置错开，最好均匀环布于钢管桩1管孔内壁。如图3所示，以第二灌注管13为例，钢管桩1管壁上与第二灌浆层5对应的部位上开设两个对称的灌注口，两个第二灌注管13的下端与对应灌注口对接，以此达到往第二灌浆层5进行灌注的目的，第三灌注管14、第四灌注管15及第五灌注管16的安装方式与第二灌注管13相同，不再赘述。
所述步骤S4中，对第四灌浆层7和第五灌浆层8进行灌注时，一边灌注，一边通过吊机匀速提升钢护筒2，以免灌浆液与钢护筒凝结，导致钢护筒难以拔出。
所述第二灌浆层5的灌浆材料是连接钢管桩1与岩层10的重要部分，其提供主要的支撑作用，因此采用超高强水泥基灌浆材料，所述超高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度大于120MPa。第三灌浆层6依然位于岩层10内，因此需要采用高强水泥基灌浆材料，所述高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度为100-120MPa。所述普通高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度为80-100MPa。
所述第一灌浆层4和第五灌浆层8为28d抗压强度小于80MPa的低强度灌浆材料。
在本发明中，采用多层不同材料灌浆的方法，下部主要承载部分采用强度较高的灌浆材料，上部采用强度较低的灌浆材料，强度较低的灌浆材料不容易引起钢管桩结构的应力集中问题，可以避免钢管桩与岩土层完全刚性连接，避免单桩基础疲劳破坏与结构局部屈曲破坏，也能够保证单桩嵌岩基础依然具有足够的承载力，另外还能够降低施工成本，提高海上风电的经济效益。
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 (9)

1.一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于包括
S1：将钢护筒（2）打入覆土层（9）并抵触于岩层（10）上，在钢护筒（2）的保护下对覆土层（9）和岩层（10）进行挖掘，挖出桩孔，桩孔的内径与钢护筒（2）的外径相对应；
S2：把钢管桩（1）吊入钢护筒（2）中，并定位于桩孔内，钢管桩（1）与桩孔内壁及钢护筒（2）底部之间形成环腔（11）；
S3：往钢管桩（1）管孔底部灌注第一灌浆层（4），用以对钢管桩（1）的底部进行密封；
S4：往环腔（11）内依次灌注第二灌浆层（5）、第三灌浆层（6）、第四灌浆层（7）和第五灌浆层（8），其中，第二灌浆层（5）和第三灌浆层（6）位于岩层（10）内，第四灌浆层（7）和第五灌浆层（8）位于覆土层（9）内，第二灌浆层（5）为超高强水泥基灌浆材料，第三灌浆层（6）为高强水泥基灌浆材料，第四灌浆层（7）为普通高强水泥基灌浆材料；
S5：拔出钢护筒（2），待灌浆液老化，钢管桩（1）与覆土层（9）和岩层（10）稳固连接，形成一个稳定可靠的风机基础。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述步骤S3中，灌注第一灌浆层（4）时，先往钢管桩（1）的管孔底部灌注灌浆液，然后将钢管桩（1）往上提升，使灌浆液进入环腔（11）内，再把钢管桩（1）放下去，待灌浆液老化后，形成第一灌浆层（4）。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于灌注第一灌浆层（4）时，通过往钢管桩（1）的管孔内吊入第一灌注管（12）进行灌注。
4.根据权利要求1所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述步骤S4中，钢管桩（1）的管壁具有多个分别与第二灌浆层（5）、第三灌浆层（5）、第四灌浆层（7）及第五灌浆层（8）对应的灌浆口，钢管桩（1）管孔内壁上具有多个与各灌浆口连接的灌浆管，通过与不同灌浆口连接的灌浆管对不同灌浆层进行灌注。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述步骤S4中，对第四灌浆层（7）和第五灌浆层（8）进行灌注时，一边灌注，一边匀速提升钢护筒（2）。
6.根据权利要求1-5中任一所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述超高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度大于120MPa。
7.根据权利要求1-5中任一所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度为100-120MPa。
8.根据权利要求1-5中任一所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述普通高强水泥基灌浆材料的28d抗压强度为80-100MPa。
9.根据权利要求1-5中任一所述的一种海上风电弱风化基岩单桩嵌岩基础的高强灌浆方法，其特征在于所述第一灌浆层（4）为28d抗压强度小于80MPa的低强度灌浆材料。
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