CN113293792A - 基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上环境下基础钻孔灌注桩的施工方法，特别是一种基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，提供了一种带有限位装置、注浆装置和封板装置的内护筒，在下放内护筒时，由限位装置和封板装置提供定位以保持内护筒与钢管桩轴线重合的对应姿态，由注浆装置提供水下注浆灌注，避免钻孔偏孔，提高整体钻孔灌注桩的整体强度，增加桩基承载力并保证成桩质量，由封板装置提供注浆隔离和防逸散，提高填充密实度；在完成一级注浆后，内护筒在割除注浆装置后作为下一级护筒继续钻进，实现了高效和充分利用；通过采用多级内护筒和多次钻进工艺，化整为零，可减少无护筒支护的一次钻进长度。

Description

基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法

技术领域

本发明涉及一种海上环境下基础钻孔灌注桩的施工方法，特别是一种基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法。

背景技术

我国东南沿海区域地质条件复杂，强风化岩层分布广泛，基岩埋深起伏较大。该区域海上风电基础常采用高桩承台基础，桩基型式多为钻孔灌注桩。现有钻孔灌注桩常规钻进施工是以钢管桩为钻机的固定和导向，通过钻机一次性钻进至指定位置，然后下放钢筋笼并浇筑混凝土成桩，在钻进过程中为了防止塌孔一般采用泥浆护壁或下放钢护筒。针对部分区域上覆土层较浅的情况，灌注桩钻孔段长度可能达到12~20m，当钻孔段长度超过12m时，传统钻机由于钻杆扶正器的限制，难以一次性钻进到位，往往需要多级钻进，此时则需要多次采用钢护筒。

由于海上施工条件恶劣，钻孔周期较长，若采用泥浆护壁，强风化岩层中钻孔长时间受泥浆浸泡冲刷，加之桩基多为斜桩，钻孔倾斜，极易产生塌孔，成桩质量难以保证；若采用传统钢护筒，由于侧壁摩擦阻力难于沉入指定位置，护筒下放到位后姿态难以控制，可能导致后续钻孔偏位，同时由于护筒与钢管桩、护筒与土体存在空隙，灌注桩浇筑时难以紧密填充，成桩质量难以保证。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种确保护筒下放到位、保障成孔质量、避免偏位和塌孔的基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法。

本发明所述目的是通过以下途径来实现的：

基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其要点在于，包括如下步骤：

1）提供一种适用于海上风电高桩承台基础钻孔灌注桩的内护筒，包括有护筒结构体、限位装置、注浆装置和封板装置，所述限位装置包括滑轮和用于安装滑轮的滑轮支架，限位装置有多组并沿着护筒结构体环周及轴向等距分布，且通过滑轮支架固定在护筒结构体的外侧面上，限位装置的宽度与内护筒和钢管桩之间的间隙宽度适配；所述护筒结构体的侧壁上沿环周及轴向分布有多个注浆口，所述注浆装置包括注浆主管、与注浆主管垂直分布并连接贯通的注浆支管，注浆主管沿着护筒结构体轴向布置，并通过连接板安装于护筒结构体内腔，注浆支管一一对应与护筒结构体侧壁上的注浆口连接和连通；注浆主管的上端部设置有连接部；所述封板装置为环围在护筒结构体底端外侧面的环形构造，该环形构造的宽度与内护筒和钢管桩之间的间隙为紧配合；

2）钻机吊装至沉桩完成的钢管桩上，然后开始以钢管桩为初级护筒钻进；钻进过程中在钻杆上安装导向器，钻头钻出钢管桩后，中等钻压、慢转钻进成孔；钻至设计高程后清孔，提钻，准备植入步骤1）所述的内护筒；

3）由吊机将内护筒吊放至钢管桩内，通过放长主钩吊索，使内护筒在自重作用及限位装置的滑轮作用下缓慢下沉，保持内护筒与钢管桩轴线重合的对应姿态，直至内护筒上端位于钢管桩内同时下端插入土体中到达指定位置；

4）潜水员潜入钢管桩内观察护筒结构体外壁与钢管桩之间是否形成环形注浆空间；确认无误后将外部注浆管与注浆主管上端部的连接部进行固定连接，由船机上的注浆设备将灌浆料依序经由外部注浆管、注浆主管、注浆支管及注浆口对护筒结构体外壁与钢管桩之间、护筒结构体外壁与外部土体之间形成的环形注浆空间进行压力注浆，使其填充紧密；

5）注浆结束后，潜水员潜入桩内将外部注浆管与注浆主管拆离，卸掉外部注浆管；待灌浆体达到设定强度后，割除注浆支管、连接板以断开与护筒结构体之间的连接，清除护筒结构体内腔杂物，为后续钻进做准备；

6）更换适宜规格的钻头后重新下钻，以护筒结构体为下一级护筒继续钻进；钻至设计高程后清孔，提钻，准备再次植入步骤1）所述的内护筒；

7）重复步骤3）至步骤6），直至钻至指定位置，成孔并浇筑成桩。

由此，滑轮便于内护筒在钢管桩中移动，而在封板装置和滑轮支架的作用下，内护筒能够保持在钢管桩内腔的中位上而确保姿态不倾斜；当内护筒下放到位后，在限位装置的支撑下，确保内护筒和钢管桩之间有有效间隙空间，封板装置用于防止灌浆料过量而向下逸散，提高填充密实度。本发明通过采用了限位装置和封板装置以确保内护筒能够下放到位，采用了注浆装置以内向外进行间隙注浆，一方面有效保持内护筒与钢管桩轴线重合的对应姿态，避免钻孔偏孔，从而保障成孔质量，另一方面限定空间下的注浆，能够保障灌浆质量，避免钻孔塌孔，有效解决了钻孔长度过大而导致的成桩质量问题。

本发明可以进一步具体为：

所述封板装置包括有多层橡胶环垫和多个肘板，相邻两橡胶环垫之间安装有环形板，该多个肘板沿着护筒结构体环向等距分布，并垂直于橡胶环垫且其下端面穿过最上层的橡胶环垫并固定在该最上层的橡胶环垫下方的环形板上。

橡胶环垫用于保证下放护筒时具有足够的空间，不至于卡住，同时在下放到位后具备对注浆空间的分隔作用，同时防止灌浆料过量逸散。而肘板及环形板则用于提供刚性支撑。

所述封板装置还包括有垫板，其沿着橡胶环垫等距分布有若干个，并安装在中间层橡胶环垫所设置的呈径向分布的长形孔中，作为中间层橡胶环垫的填充物。

垫板用于增加中间层橡胶环垫的刚性支撑，避免变形而失效。

所述限位装置中，滑轮支架呈直角三角形构造，并将其一直角边焊接在护筒结构体的外侧面上，滑轮安装于滑轮支架悬空的锐角内侧，且滑轮外沿部延伸到滑轮支架外。

这样，滑轮用于保证内护筒结构能够顺利放置到指定位置，而滑轮支架的刚性支撑则保证内护筒外壁与钢管桩之间、内护筒外壁与外部土体之间能够形成预定的注浆空间。

所述注浆主管为多根，且沿着护筒结构体内侧环面等距分布，其底端接口通过注浆支管连接并连通到护筒结构体的注浆口上。

注浆主管的底端接口可以与注浆支管一体构造，即呈弯弧构造，并连接并连通到注浆口上。注浆主管的底端接口也可以设置成盲孔。

还包括有剪力键，其有多个并沿着护筒结构体环周及轴向等距分布。

该剪力键用于改善灌浆体的受力特性，提高注浆质量。

还包括有吊耳，其固定安装于所述护筒结构体的顶端。通过吊耳可以提高对内护筒的操作的便利性。

综上所述，本发明提供了一种基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，通过在钢护筒上预留注浆孔并设置注浆装置、封板装置、限位装置，有效解决了强风化岩层长钻孔施工一次钻孔长度过大、钻孔易塌孔、护筒难以下放到位、成孔质量难于保证的问题，一方面有效保持内护筒与钢管桩轴线重合的对应姿态，避免钻孔偏孔，从而保障成孔质量，另一方面限定空间下的注浆，能够保障灌浆质量，提高斜桩钻孔灌注桩的经济性。

附图说明

图1为本发明所述基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法中内护筒与钢管桩的相对结构示意图（以护筒结构体示意，省略了内护筒其他构造）；

图2为本发明所述适用于海上风电高桩承台基础钻孔灌注桩的内护筒的结构示意图；

图3为图2所示内护筒上部的结构示意图；图4为图2的横截面结构示意图；

图5为图2所示内护筒底部封板装置的结构示意图；

图6为图5所示A向剖视图；图7为图5所示B向剖视图；图8为图5所示C向剖视图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

本发明所述基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法基于一种内护筒，其结构实施例具体如下：参照附图1-4，本发明提供一种适用于海上风电高桩承台基础钻孔灌注桩的内护筒结构，包括上端位于钢管桩内同时下端插入土体中的护筒结构体10，护筒结构体10内腔中设置多个注浆装置20，侧壁上分布有多个环向分布且轴向多层分布的注浆口11，护筒结构体10外侧底部沿环形方向设置封板装置30，护筒结构体10外侧沿环形等距分布及轴向设置多层的多个限位装置40和剪力键60，护筒结构体10顶端设置吊耳50。

所述注浆装置20为三组并呈等边三角分布于护筒结构体10内侧，该注浆装置20包括注浆主管21、注浆支管22、连接板22与法兰盘23，用于向护筒结构体10外壁与钢管桩1之间、钢护筒10外壁与外部土体之间形成的环形注浆空间注浆。其中注浆主管21沿着护筒结构体10内腔轴向设置，注浆支管24与注浆主管21垂直分布并连接贯通，且与注浆口11对应设置通过焊接连接并连通；多个连接板22位于注浆主管21与护筒结构体10内壁之间，沿注浆主管21长度方向设置，并通过焊接连接注浆主管21与护筒结构体10；注浆主管21上端设置法兰盘23作为连接部，法兰盘23中部具有与注浆管21连通的开孔，法兰盘23上开有螺栓孔。

限位装置40包括滑轮41及滑轮支架42。滑轮41固定于滑轮支架42的外悬端部，滑轮支架42焊接于护筒结构体10外壁；限位装置40沿护筒结构体10外壁环形方向均匀布置，并与注浆口11错开，垂直方向沿护筒结构体10外壁顶端、中端、底端分多层布置；限位装置40可以解决现有技术中护筒结构体下放后姿态难以保证、内护筒与钢管桩轴线不重合导致钻孔偏斜的问题，同时保证护筒结构体10外壁与钢管桩1之间、护筒结构体10外壁与外部土体之间能够形成预定的环形注浆空间，提高注浆质量。

护筒结构体10外壁沿长度方向设置有多层环形剪力键60，剪力键60在布置时应避开注浆口11及限位装置40，同时间距不应过密；剪力键60可以改善灌浆体的受力特性，提高注浆质量。

参照附图5-8，封板装置30位于护筒结构体10外壁底端，沿环形方向设置，包括有多层橡胶环垫和多个肘板，相邻两橡胶环垫之间安装有环形板，本实施例以三层橡胶环垫和两层环形板为例：两层环形板包括上环板32、下环板33并沿环形方向焊接于护筒结构体10外壁底端，其宽度及厚度一致，两环形板间留有一定空隙，上环板32、下环板33的上下侧及中间，分层设置上层橡胶环35、中层橡胶环36、底层橡胶环37共三层橡胶环垫；设置垫板34填充中层橡胶环36；上环板32与护筒结构体10之间设置肘板31连接；三层橡胶环垫的宽度厚度一致，径向宽度略大于上环板32、下环板33；橡胶环垫可以保证下放护筒时具有足够的空间，不至于卡住，同时在下放到位后具备对注浆空间的分隔作用，同时防止灌浆料过量逸散。

如附图1所示，在上述基础上，本发明所述基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，包括如下步骤：

1）钻机吊装至沉桩完成的钢管桩1上，准备完成后开始以钢管桩1为护筒钻进；钻进中在钻杆上安装导向器，防止钻孔倾斜面下垂而影响钻进效率，保证钻孔斜度与钢管桩外孔径斜度一致；钻头钻出钢管桩1后，中等钻压、慢转钻进成孔；钻至设计高程后清孔，提钻，准备植入内护筒2。

2）由吊机将内护筒2吊放至钢管桩1内，通过放长主钩吊索，使桩在自重作用下缓慢下沉，直至内护筒2上端位于钢管桩内同时下端插入土体中到达指定位置；吊放过程中应注意不要损坏注浆装置20、封板装置30、限位装置40等部件。

3）潜水员潜入钢管桩1内观察护筒结构体10外壁与钢管桩1之间是否形成环形注浆空间；确认无误后将带有法兰盘的外部注浆管与法兰盘23进行螺栓连接，由船机上的注浆设备对护筒结构体10外壁与钢管桩1之间、护筒结构体10外壁与外部土体之间形成的环形注浆空间进行压力注浆，使其填充紧密，提高成桩质量和桩基承载力；注浆结束后，潜水员潜入桩内将法兰盘23螺栓拧开，卸掉外部注浆管。

4）待灌浆体达到一定强度后，潜水员对灌浆体进行水下取样，用于检测注浆质量；割除注浆装置20，清除钢护筒10内壁杂物，为后续钻进做准备。

5）更换适宜规格的钻头后重新下钻，以护筒结构体10为护筒继续钻进；钻至设计高程后清孔，提钻，准备再次植入内护筒2。

6）重复上述施工过程，采用多级内护筒和多次钻进工艺，直至钻至指定位置，成孔并浇筑成桩。

对于钻孔长度较长的钻孔灌注桩，可根据设计钻孔长度及直径、地质情况等条件，确定适宜的钻进次数及每次钻进长度，合理调整护筒结构体10、注浆装置20及注浆口11、封板装置30、限位装置40、剪力键60等构件的数量、规格，综合确定施工方案。通过采用多级内护筒和多次钻进工艺，化整为零，可减少无护筒支护的一次钻进长度；同时通过在钢护筒外壁与钢管桩之间、钢护筒外壁与外部土体之间进行注浆处理，提高整体钻孔灌注桩的整体强度，增加桩基承载力并保证成桩质量。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (7)

1.基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）提供一种适用于海上风电高桩承台基础钻孔灌注桩的内护筒，包括有护筒结构体、限位装置、注浆装置和封板装置，所述限位装置包括滑轮和用于安装滑轮的滑轮支架，限位装置有多组并沿着护筒结构体环周及轴向等距分布，且通过滑轮支架固定在护筒结构体的外侧面上，限位装置的宽度与内护筒和钢管桩之间的间隙宽度适配；所述护筒结构体的侧壁上沿环周及轴向分布有多个注浆口，所述注浆装置包括注浆主管、与注浆主管垂直分布并连接贯通的注浆支管，注浆主管沿着护筒结构体轴向布置，并通过连接板安装于护筒结构体内腔，注浆支管一一对应与护筒结构体侧壁上的注浆口连接和连通；注浆主管的上端部设置有连接部；所述封板装置为环围在护筒结构体底端外侧面的环形构造，该环形构造的宽度与内护筒和钢管桩之间的间隙为紧配合；

2）钻机吊装至沉桩完成的钢管桩上，然后开始以钢管桩为初级护筒钻进；钻进过程中在钻杆上安装导向器，钻头钻出钢管桩后，中等钻压、慢转钻进成孔；钻至设计高程后清孔，提钻，准备植入步骤1）所述的内护筒；

3）由吊机将内护筒吊放至钢管桩内，通过放长主钩吊索，使内护筒在自重作用及限位装置的滑轮作用下缓慢下沉，保持内护筒与钢管桩轴线重合的对应姿态，直至内护筒上端位于钢管桩内同时下端插入土体中到达指定位置；

4）潜水员潜入钢管桩内观察护筒结构体外壁与钢管桩之间是否形成环形注浆空间；确认无误后将外部注浆管与注浆主管上端部的连接部进行固定连接，由船机上的注浆设备将灌浆料依序经由外部注浆管、注浆主管、注浆支管及注浆口对护筒结构体外壁与钢管桩之间、护筒结构体外壁与外部土体之间形成的环形注浆空间进行压力注浆，使其填充紧密；

5）注浆结束后，潜水员潜入桩内将外部注浆管与注浆主管拆离，卸掉外部注浆管；待灌浆体达到设定强度后，割除注浆支管、连接板以断开与护筒结构体之间的连接，清除护筒结构体内腔杂物，为后续钻进做准备；

6）更换适宜规格的钻头后重新下钻，以护筒结构体为下一级护筒继续钻进；钻至设计高程后清孔，提钻，准备再次植入步骤1）所述的内护筒；

7）重复步骤3）至步骤6），直至钻至指定位置，成孔并浇筑成桩。

2.根据权利要求1所述的基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，所述封板装置包括有多层橡胶环垫和多个肘板，相邻两橡胶环垫之间安装有环形板，该多个肘板沿着护筒结构体环向等距分布，并垂直于橡胶环垫且其下端面穿过最上层的橡胶环垫并固定在该最上层的橡胶环垫下方的环形板上。

3.根据权利要求2所述的基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，所述封板装置还包括有垫板，其沿着橡胶环垫等距分布有若干个，并安装在中间层橡胶环垫所设置的呈径向分布的长形孔中，作为中间层橡胶环垫的填充物。

4.根据权利要求1所述的基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，所述限位装置中，滑轮支架呈直角三角形构造，并将其一直角边焊接在护筒结构体的外侧面上，滑轮安装于滑轮支架悬空的锐角内侧，且滑轮外沿部延伸到滑轮支架外。

5.根据权利要求1所述的基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，所述注浆主管为多根，且沿着护筒结构体内侧环面等距分布，其底端接口通过注浆支管连接并连通到护筒结构体的注浆口上。

6.根据权利要求1所述的基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，还包括有剪力键，其有多个并沿着护筒结构体环周及轴向等距分布。

7.根据权利要求1所述的基于海上风电风化土层中斜桩钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，还包括有吊耳，其固定安装于所述护筒结构体的顶端。

Images