CN113073642A - 一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺，包括：在施工区定位固化船；对单桩进行淤泥原位固化结构施工；固化船移动一段距离继续进行后续单桩的淤泥原位固化结构施工。本发明在固化船上利用固化设备和固化装置，将添加有固化剂的混凝土以固化桩的形式注入单桩周围已有的海涂面以下一定深度，并充分搅拌，使固化剂与风电单桩周围泥土充分融合，在固化桩作用下防止冲刷。
Description
技术领域
本发明涉及风电桩固化领域，尤其涉及一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺。
背景技术
由于海上风电工程主体结构受潮流、风浪等自然条件的影响，海上风电工程主体结构安全尤其是桩基的结构安全问题越来越突出。因此，近些年对风电基础已冲刷成深坑桩基的保护及新建海上风电项目桩基的防冲刷保护已成为业内人士关注的重要内容之一。
对海上风电工程主体结构的防冲刷保护，传统做法是利用碎石和块石水抛至单桩的桩基周围，形成单桩风机防冲刷保护层。一方面，因单桩周围表层土体物理力学性能较差，碎石和块石抛填后，随着上部荷载增加，泥面沉降量大，形成设计断面抛填方量无法确定，投资成本大。另一方面，块石在水流作用下，下沉路径无法控制，容易撞击风机单桩，破坏桩基的防腐涂层，影响桩基使用年限。
有鉴于此，有必要对现有的防冲刷工艺予以改进，以解决海上风电工程主体结构防冲刷的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺，在固化船上利用固化设备和固化装置，将添加有固化剂的混凝土以固化桩的形式注入单桩周围已有的海涂面以下一定深度，并充分搅拌，使固化剂与风电单桩周围泥土充分融合，在固化桩作用下防止冲刷。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺，包括：
在施工区定位固化船；
对单桩进行淤泥原位固化结构施工；
固化船移动一段距离继续进行后续单桩的淤泥原位固化结构施工。
本发明采用海上淤泥固化船，海上淤泥固化船主要包括GPS定位系统、旋转旋喷搅拌系统以及其他系统，实现固化设备可直接在海面上进行施工。
作为本发明的进一步改进，所述对单桩进行淤泥原位固化结构施工，包括：
扫海检测：固化土施工前，对单桩基础周围进行扫海；
设备定位：海上淤泥固化船配置多个锚位，通过船舶四个角的锚位可使定位于特定位置，通过锚缆搅动，可使船舶移位至固化土施工的每个位置，以达到定位的目的；
下钻搅拌：根据扫海获得的地形图，确认每根固化桩位的下钻深度。启动搅拌马达与升降马达，搅拌头沿着导向架向下钻，并搅拌。严格控制下钻速度，随时观察设备运行及地层变化情况，搅拌头下钻至设计深度位置时，开始提升；
提升喷浆搅拌：搅拌下钻至设计深度后，固化剂浆液通过高压输送系统输送至搅拌系统，开始定喷；定喷完成后，提升钻头，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，直到上升至工作基准面。
作为本发明的进一步改进，所述对单桩进行淤泥原位固化结构施工，还包括：
二次下钻搅拌：搅拌头沿着导向架再次下钻搅拌，控制下钻速度；
提升复搅复喷：搅拌杆提升过程中，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，进行复搅复喷，最终实现泥质软基的原地固结，形成整体护底结构。
作为本发明的进一步改进，所述单桩为已沉单桩；
对已沉单桩位置的固化施工，固化船根据单桩的桩位左右侧各抛锚一次，每次施工单侧的固化结构。
作为本发明的进一步改进，所述单桩为未沉单桩；
对未沉单桩位置的固化施工，固化船抛锚一次，一次施工完成。
作为本发明的进一步改进，所述固化船移动一段距离继续进行后续单桩的淤泥原位固化结构施工，包括：
分别画出每根钢桩周围固化桩桩位图，顺流抛八字锚就位，再利用船上 GPS定位系统和锚机的作用先进行上下游方向紧挨着单桩中心线一排的固化桩施工；
单排施工完成后，绞动锚机，使固化船整体平稳向外侧移动一段距离，钻头中心与第二排桩中心线重合，依次重复进行后续固化桩施工。
作为本发明的进一步改进，每一船位内的桩位由桩机和锚缆纵横向方向行走行车控制并进行刻度标记定位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在固化船上利用固化设备和固化装置，将添加有固化剂的混凝土以固化桩的形式注入单桩周围已有的海涂面以下一定深度，并充分搅拌，使固化剂与风电单桩周围泥土充分融合，在固化桩作用下防止冲刷。
附图说明
图1为本发明实施例的一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺流程图；
图2为图1中对单桩进行淤泥原位固化结构施工的流程图；
图3为一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺的应用实例流程图；
图4为使用本发明实施例的风电单桩淤泥原位固化施工工艺，最终施工成型的海上单桩淤泥原位固化结构示意图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为第一至第三圈固化桩组施工过程示意图；
图中，100-海上单桩淤泥原位固化结构；110-第一圈固化桩组；120- 第二圈固化桩组；130-第三圈固化桩组；200、单桩；300、水面；10-固化桩；11-第一固化桩；12-第二固化桩；13-第三固化桩；20-加固层。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
本发明实施例公开了一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺，请参阅图1，包括：
在施工区定位固化船；
对单桩进行淤泥原位固化结构施工；
固化船移动一段距离继续进行后续单桩的淤泥原位固化结构施工。
本发明实施例采用海上淤泥固化船，海上淤泥固化船主要包括GPS定位系统、旋转旋喷搅拌系统以及其他系统，实现固化设备可直接在海面上进行施工。
请参阅图2，上述的所述对单桩进行淤泥原位固化结构施工，包括：
扫海检测：固化土施工前，对单桩基础周围进行扫海；
设备定位：海上淤泥固化船配置多个锚位，通过船舶四个角的锚位可使定位于特定位置，通过锚缆搅动，可使船舶移位至固化土施工的每个位置，以达到定位的目的；
下钻搅拌：根据扫海获得的地形图，确认每根固化桩位的下钻深度。启动搅拌马达与升降马达，搅拌头沿着导向架向下钻，并搅拌。严格控制下钻速度，随时观察设备运行及地层变化情况，搅拌头下钻至设计深度位置时，开始提升；
提升喷浆搅拌：搅拌下钻至设计深度后，固化剂浆液通过高压输送系统输送至搅拌系统，开始定喷；定喷完成后，提升钻头，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，直到上升至工作基准面。
请参阅图3，扫海检测具体为：固化土施工前，对单桩基础周围进行扫海。采用多波束回声测深仪检测海底地形，并绘制地形图，以便掌握固化土施工区域的地形情况和冲刷情况，并进一步计算出固化土的施工深度。
请参阅图3，设备定位具体为：海上淤泥固化船配置7个锚位，船头配置2个6t锚、2个3t锚，船尾配置2个6t锚、1个3t锚。通过船舶四个角的锚位可使定位于特定位置，通过锚缆搅动，可使船舶移位至固化土施工的每个位置，以达到定位的目的。
对于已沉单桩位置的固化施工，固化船根据桩位左右侧各抛锚一次，每次施工单侧的固化土；对于未沉单桩位置的固化施工，固化船抛锚一次，一次施工完成。
按设计图纸分别画出每根钢桩周围固化桩桩位图，根据钢桩坐标计算出每根固化桩的坐标。首先进行上下游方向紧挨着单桩中心线一排的固化桩施工。施工船靠近机位后，顺流抛八字锚就位，根据计算好的坐标，利用船上 GPS定位系统，在锚机的作用下，移位至固化桩施工点位，逐根进行单排固化桩给施工。单排施工完成后，绞动锚机，使固化船整体平稳向外侧移动2m，即一个桩位的距离，通过GPS定位，确认钻头中心与第二排桩中心线重合，进行第二排固化桩施工。根据上述方法，依次重复进行后续固化桩施工。每一船位内的桩位由桩机和锚缆纵横向方向行走行车控制并进行刻度标记定位。
请参阅图3，下钻搅拌具体为：根据扫海获得的地形图，确认每根固化桩位的下钻深度。启动搅拌马达与升降马达，搅拌头沿着导向架向下钻，并搅拌。严格控制下钻速度，随时观察设备运行及地层变化情况，搅拌头下钻至设计深度位置时，开始提升。
请参阅图3，提升喷浆搅拌具体为：搅拌下钻至设计深度后，固化剂浆液通过高压输送系统输送至搅拌系统，开始定喷。定喷完成后，提升钻头，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，直到上升至工作基准面。通过高压旋喷搅拌与强制式搅拌双重作用，确保固化剂与泥质软土充分混合粘结。
请参阅图2，上述的所述对单桩进行淤泥原位固化结构施工，还包括：
二次下钻搅拌：搅拌头沿着导向架再次下钻搅拌，控制下钻速度；
提升复搅复喷：搅拌杆提升过程中，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，进行复搅复喷，最终实现泥质软基的原地固结，形成整体护底结构。
请参阅图3，二次下钻搅拌具体为：为保证固化剂材料掺入量满足设计要求，搅拌头沿着导向架向再次下钻搅拌，严格控制下钻速度。
请参阅图3，提升复搅复喷具体为：为确保淤泥土层与固化剂材料搅拌均匀，搅拌杆提升过程中，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，进行复搅复喷。最终实现泥质软基的原地固结，形成整体护底结构。
请参阅图3，移位具体为：根据施工顺序移至下一桩位，重复以上步骤进行施工。水上淤泥固化设备一次定位多次作业时，搅拌钻头在桩架上横移至其根据桩间距设定的刻度点；待海上淤泥固化船单侧桩体全部完成后，将设备移至下一工作机位。
请参阅图4和图6，图4和图6所示的海上单桩淤泥原位固化结构100，包括：第一圈固化桩组110、第二圈固化桩组120和第三圈固化桩组130；第一圈固化桩组110围绕单桩200设置，第二圈固化桩组120围绕第一圈固化桩组110设置，第三圈固化桩组130围绕第二圈固化桩组120设置。请参阅图5，第一至第三圈固化桩组130中对应的固化桩高度依次减小。
请参阅图5，第一圈固化桩组110与单桩200之间形成缝隙，该缝隙内填充有加固层20；加固层20的厚度小于第一圈固化桩组110的固化桩高度。本发明的风机单桩与固化桩之间缝隙通过增加压力对缝隙处的原状土进行填充加固，单桩固化土方量1500m3。
请参阅图4和图6，第一圈固化桩组110由若干第一固化桩11组成，第二圈固化桩组120由若干第二固化桩12组成，第三圈固化桩组130由若干第三固化桩13组成。
请参阅图4和图6，第一固化桩11、第二固化桩12和第三固化桩13的桩型均呈正方形；若干第一固化桩11分成两组，第一组第一固化桩11围绕桩基四周固设，第二组第一固化桩11围绕第一组第一固化桩11四周固设，第一组第一固化桩11和第二组第一固化桩11嵌固成一体，第一组第一固化桩11和第二组第一固化桩11共同形成桩基四周的第一圈固化结构；若干第二固化桩12分成两组，第一组第二固化桩12围绕第一圈固化桩组110的四周固设，第二组第二固化桩12围绕第一组第二固化桩12四周固设，第一组第二固化桩12和第二组第二固化桩12嵌固成一体，第一组第二固化桩12 和第二组第二固化桩12共同形成第一圈固化桩组110四周的第二圈固化结构；若干第三固化桩13分成两组，第一组第三固化桩13围绕第二圈固化桩组120的四周固设，第二组第三固化桩13围绕第一组第三固化桩13四周固设，第一组第三固化桩13和第二组第三固化桩13嵌固成一体，第一组第三固化桩13和第二组第三固化桩13共同形成第二圈固化桩组120四周的第三圈固化结构。
请参阅图4和图6，相邻第一固化桩11的表面拼接，多个第一固化桩 11同一方向的表面依次拼接形成第一圈固化结构的一个边，相邻2个第一固化桩11不同方向的表面拼接形成第一圈固化结构的一个拐角；相邻第二固化桩12的表面拼接，多个第二固化桩12同一方向的表面依次拼接形成第二圈固化结构的一个边，相邻2个第二固化桩12不同方向的表面拼接形成第二圈固化结构的一个拐角；以此类推，相邻第N固化桩的表面拼接，多个第 N固化桩同一方向的表面依次拼接形成第N圈固化结构的一个边，相邻2个第N固化桩不同方向的表面拼接形成第N圈固化结构的一个拐角。
请参阅图5，第一固化桩11、第二固化桩12和第三固化桩13的桩高依次减小。
优选所述单桩为已沉单桩；对已沉单桩位置的固化施工，固化船根据单桩的桩位左右侧各抛锚一次，每次施工单侧的固化结构。
优选所述单桩为未沉单桩；对未沉单桩位置的固化施工，固化船抛锚一次，一次施工完成。
上述的所述固化船移动一段距离继续进行后续单桩的淤泥原位固化结构施工，包括：
分别画出每根钢桩周围固化桩桩位图，顺流抛八字锚就位，再利用船上 GPS定位系统和锚机的作用先进行上下游方向紧挨着单桩中心线一排的固化桩施工；
单排施工完成后，绞动锚机，使固化船整体平稳向外侧移动一段距离，钻头中心与第二排桩中心线重合，依次重复进行后续固化桩施工。
优选每一船位内的桩位由桩机和锚缆纵横向方向行走行车控制并进行刻度标记定位。
本发明的实施例在固化船上利用固化设备和固化装置，将添加有固化剂的混凝土以固化桩的形式注入单桩周围已有的海涂面以下一定深度，并充分搅拌，使固化剂与风电单桩周围泥土充分融合，在固化桩作用下防止冲刷。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种风电单桩淤泥原位固化施工工艺，其特征在于，包括：
在施工区定位固化船；
对单桩进行淤泥原位固化结构施工；
固化船移动一段距离继续进行后续单桩的淤泥原位固化结构施工。
2.根据权利要求1所述的风电单桩淤泥原位固化施工工艺，其特征在于，所述对单桩进行淤泥原位固化结构施工，包括：
扫海检测：固化土施工前，对单桩基础周围进行扫海；
设备定位：海上淤泥固化船配置多个锚位，通过船舶四个角的锚位可使定位于特定位置，通过锚缆搅动，可使船舶移位至固化土施工的每个位置，以达到定位的目的；
下钻搅拌：根据扫海获得的地形图，确认每根固化桩位的下钻深度。启动搅拌马达与升降马达，搅拌头沿着导向架向下钻，并搅拌。严格控制下钻速度，随时观察设备运行及地层变化情况，搅拌头下钻至设计深度位置时，开始提升；
提升喷浆搅拌：搅拌下钻至设计深度后，固化剂浆液通过高压输送系统输送至搅拌系统，开始定喷；定喷完成后，提升钻头，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，直到上升至工作基准面。
3.根据权利要求2所述的风电单桩淤泥原位固化施工工艺，其特征在于，所述对单桩进行淤泥原位固化结构施工，还包括：
二次下钻搅拌：搅拌头沿着导向架再次下钻搅拌，控制下钻速度；
提升复搅复喷：搅拌杆提升过程中，边喷浆、边搅拌，严格控制提升速度和喷浆流量，进行复搅复喷，最终实现泥质软基的原地固结，形成整体护底结构。
4.根据权利要求1所述的风电单桩淤泥原位固化施工工艺，其特征在于，所述单桩为已沉单桩；
对已沉单桩位置的固化施工，固化船根据单桩的桩位左右侧各抛锚一次，每次施工单侧的固化结构。
5.根据权利要求1所述的风电单桩淤泥原位固化施工工艺，其特征在于，所述单桩为未沉单桩；
对未沉单桩位置的固化施工，固化船抛锚一次，一次施工完成。
6.根据权利要求1所述的风电单桩淤泥原位固化施工工艺，其特征在于，所述固化船移动一段距离继续进行后续单桩的淤泥原位固化结构施工，包括：
分别画出每根钢桩周围固化桩桩位图，顺流抛八字锚就位，再利用船上GPS定位系统和锚机的作用先进行上下游方向紧挨着单桩中心线一排的固化桩施工；
单排施工完成后，绞动锚机，使固化船整体平稳向外侧移动一段距离，钻头中心与第二排桩中心线重合，依次重复进行后续固化桩施工。
7.根据权利要求6所述的风电单桩淤泥原位固化施工工艺，其特征在于，每一船位内的桩位由桩机和锚缆纵横向方向行走行车控制并进行刻度标记定位。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114855635A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-05 | 江苏坤泽科技股份有限公司 | 跨海大桥桥墩群桩基础用固化土防护施工方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210706 |