CN114032870B - 一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，属于沉桩技术领域，本发明可以通过在现有技术的基础上，通过在导管架上增设辅沉套环的方式，在沉桩时主动套上钢管桩并进行同步下沉，可以起到实时检测和导向的效果，极大的降低沉桩过程中出现倾斜和偏位的概率，即使出现倾斜和偏位，辅沉套环可以及时感知并检测出来，从而配合起重船和测量仪器对钢管桩进行调整，从而恢复正常状态，与现有技术相比，本发明中的辅沉套环不仅可以对钢管桩进行导向，同时在发生倾斜和偏位时可以及时检测出来，并极大的降低调整时的难度，可以明显提高沉桩效率以及质量。

Description

一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺

技术领域

本发明涉及沉桩技术领域，更具体地说，涉及一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺。

背景技术

利用上部荷载压入地下的桩叫沉桩，按施工方法的不同，桩基础施工的基本形式可分为沉桩和灌注桩。

沉桩的施工方法均为将各种预先制作好的桩（主要是钢筋混凝土或预应力混凝土实心桩或管桩，也有钢桩或木桩）以不同的沉入方式沉至地基内达到所需要的深度。

海上升压站的搭建需要进行钢管桩基础施工，现有技术中大多采用导管架进行导向沉桩的方式，然后配备外部的测量仪器对沉桩精度进行控制，但是由于海上环境复杂，同时沉桩的过程需要施加外力进行干预，因此钢管桩容易出现倾斜和偏移的情况，一旦出现上述情况，仅仅依靠起重船和测量仪器进行调整十分的费时费力，极大的延缓工程进度。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，可以通过在现有技术的基础上，通过在导管架上增设辅沉套环的方式，在沉桩时主动套上钢管桩并进行同步下沉，可以起到实时检测和导向的效果，极大的降低沉桩过程中出现倾斜和偏位的概率，即使出现倾斜和偏位，辅沉套环可以及时感知并检测出来，从而配合起重船和测量仪器对钢管桩进行调整，从而恢复正常状态，与现有技术相比，本发明中的辅沉套环不仅可以对钢管桩进行导向，同时在发生倾斜和偏位时可以及时检测出来，并极大的降低调整时的难度，可以明显提高沉桩效率以及质量。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，包括以下步骤：

S1、施工准备：起重船和运输船就位，并准备好吊装索具，检查其完好度；

S2、起桩：基础钢管桩对角位起桩，并保证桩身完全竖直；

S3、插桩及自重沉桩：用GPS定位系统配合全站仪进行以确定桩位的精确位置后开始插桩，按对角插桩方式完成四根钢管桩的插桩施工，并在沉桩前套上滑动安装于导管上的辅沉套环进行辅助检测和导向；

S4、初打：采用对角施工的方式，利用振动锤完成钢管桩初打；

S5、终沉桩：起重船前主钩起吊送桩器，后主钩起吊液压锤，进行送桩器安装及液压锤沉桩施工，直至钢管桩沉至设计标高。

进一步的，所述步骤S3待四根桩插桩完成后，测量人员再进行导管架水平度复测，通过起重船在打桩前将导管架再次进行调平，调平后导管架水平度偏差≤0.2%。

进一步的，所述步骤S4初打前对其中三根钢管桩利用卡板焊接在导管架上保持固定，每根钢管桩焊接8块卡板，对剩余的一根钢管桩进行优先初打。

进一步的，所述步骤S4初打后钢管桩入泥20m对其进行焊接固定。

进一步的，所述辅沉套环包括外定主环、多个滑轮以及内变辅环，所述滑轮均匀安装于外定主环外端，所述套管上安装有多个与滑轮相匹配的轨道，所述内变辅环固定连接于外定主环内环壁上，所述外定主环内环壁上开设有多个均匀分布的感知槽，所述感知槽内侧安装有内弹性鼓膜和电磁铁，且内弹性鼓膜位于电磁铁外侧，所述内弹性鼓膜与内变辅环之间固定连接有相变支柱，所述外定主环上端开设有屏蔽槽，所述屏蔽槽与感知槽之间开设有流道，所述屏蔽槽内覆盖有预警浮板，且预警浮板与内弹性鼓膜固定连接，通过电磁铁对内变辅环施加排斥力，使其向外膨胀并贴紧钢管桩，可以与其同步下沉进行导向和检测，当钢管桩发生倾斜和偏位时会对内变辅环形成挤压，并通过相变支柱对内弹性鼓膜进行挤压，进而触发预警浮板的上浮预警动作，此时可以暂停沉桩，并通过起重船和电磁铁的排斥力进行及时调整。

进一步的，所述内变辅环包括多个环形阵列分布的辅沉块，且辅沉块为中空结构并填充有水，所述辅沉块包括外摩擦层、内防水膜层以及磁性基板，所述外摩擦层覆盖连接于内防水膜层外端，所述磁性基板镶嵌连接于内防水膜层内侧并与相变支柱相对应，外摩擦层用来增大与钢管桩之间的摩擦力，从而实现同步下沉，依靠电磁铁对磁性基板施加的排斥力，不仅可以用于初始状态下膨胀贴合，同时可以用于后期的调整动作。

进一步的，所述相变支柱采用弹性材料制成管状结构，所述相变支柱内填充有电流变液，正常状态下相变支柱可以随着内变辅环的膨胀进行形变适应，在通电后电流变液会迅速变硬，从而对膨胀后的内变辅环进行支撑，同时在钢管桩倾斜或者偏位时可以通过相变支柱对内弹性鼓膜进行挤压收缩，进而触发预警浮板的上浮预警动作。

进一步的，所述预警浮板包括浮力覆板、荧光柱以及控制拉绳，所述荧光柱固定连接于浮力覆板，所述控制拉绳一端与浮力覆板固定连接，且控制拉绳另一端贯穿荧光柱并延伸至内弹性鼓膜内侧与其连接，正常状态下浮力覆板可以对屏蔽槽进行覆盖，当内弹性鼓膜受到挤压收缩后，控制拉绳变松弛，此时浮力覆板在浮力作用下上移，从而使得荧光柱暴露在外界并进行发光预警。

进一步的，所述屏蔽槽和内变辅环之间还开设有斜导孔，且斜导孔下端开口位于内变辅环上侧，在预警浮板上浮之后海水通过斜导孔进入到内变辅环进行填充，从而实现利用水压辅助钢管桩进行矫正的效果，并在预警浮板复位后进行隔断保持稳定。

进一步的，所述辅沉套环的使用步骤如下：

a、将钢管桩沉入至内变辅环中间，然后启动电磁铁施加磁性排斥力，使得内变辅环向外膨胀并贴紧钢管桩；

b、然后向相变支柱通电迫使其硬化，对膨胀后的内变辅环进行支撑；

c、钢管桩在沉桩时辅沉套环同步下沉，当钢管桩出现倾斜或者偏位时会对相变支柱进行挤压收缩，此时预警浮板可以上浮进行警示；

d、暂停沉桩，并通过起重船对钢管桩进行调整，同时通过电磁铁施加更大的排斥力来推动钢管桩辅助进行调整，直至预警浮板复位；

e、继续沉桩直至沉入设计标高。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以通过在现有技术的基础上，通过在导管架上增设辅沉套环的方式，在沉桩时主动套上钢管桩并进行同步下沉，可以起到实时检测和导向的效果，极大的降低沉桩过程中出现倾斜和偏位的概率，即使出现倾斜和偏位，辅沉套环可以及时感知并检测出来，从而配合起重船和测量仪器对钢管桩进行调整，从而恢复正常状态，与现有技术相比，本发明中的辅沉套环不仅可以对钢管桩进行导向，同时在发生倾斜和偏位时可以及时检测出来，并极大的降低调整时的难度，可以明显提高沉桩效率以及质量。

（2）辅沉套环包括外定主环、多个滑轮以及内变辅环，滑轮均匀安装于外定主环外端，套管上安装有多个与滑轮相匹配的轨道，内变辅环固定连接于外定主环内环壁上，外定主环内环壁上开设有多个均匀分布的感知槽，感知槽内侧安装有内弹性鼓膜和电磁铁，且内弹性鼓膜位于电磁铁外侧，内弹性鼓膜与内变辅环之间固定连接有相变支柱，外定主环上端开设有屏蔽槽，屏蔽槽与感知槽之间开设有流道，屏蔽槽内覆盖有预警浮板，且预警浮板与内弹性鼓膜固定连接，通过电磁铁对内变辅环施加排斥力，使其向外膨胀并贴紧钢管桩，可以与其同步下沉进行导向和检测，当钢管桩发生倾斜和偏位时会对内变辅环形成挤压，并通过相变支柱对内弹性鼓膜进行挤压，进而触发预警浮板的上浮预警动作，此时可以暂停沉桩，并通过起重船和电磁铁的排斥力进行及时调整。

（3）内变辅环包括多个环形阵列分布的辅沉块，且辅沉块为中空结构并填充有水，辅沉块包括外摩擦层、内防水膜层以及磁性基板，外摩擦层覆盖连接于内防水膜层外端，磁性基板镶嵌连接于内防水膜层内侧并与相变支柱相对应，外摩擦层用来增大与钢管桩之间的摩擦力，从而实现同步下沉，依靠电磁铁对磁性基板施加的排斥力，不仅可以用于初始状态下膨胀贴合，同时可以用于后期的调整动作。

（4）相变支柱采用弹性材料制成管状结构，相变支柱内填充有电流变液，正常状态下相变支柱可以随着内变辅环的膨胀进行形变适应，在通电后电流变液会迅速变硬，从而对膨胀后的内变辅环进行支撑，同时在钢管桩倾斜或者偏位时可以通过相变支柱对内弹性鼓膜进行挤压收缩，进而触发预警浮板的上浮预警动作。

（5）预警浮板包括浮力覆板、荧光柱以及控制拉绳，荧光柱固定连接于荧光柱下端，控制拉绳一端与浮力覆板固定连接，且控制拉绳另一端贯穿荧光柱并延伸至内弹性鼓膜内侧与其连接，正常状态下浮力覆板可以对屏蔽槽进行覆盖，当内弹性鼓膜受到挤压收缩后，控制拉绳变松弛，此时浮力覆板在浮力作用下上移，从而使得荧光柱暴露在外界并进行发光预警。

（6）屏蔽槽和内变辅环之间还开设有斜导孔，且斜导孔下端开口位于内变辅环上侧，在预警浮板上浮之后海水通过斜导孔进入到内变辅环进行填充，从而实现利用水压辅助钢管桩进行矫正的效果，并在预警浮板复位后进行隔断保持稳定。

附图说明

图1为本发明施工准备时的结构示意图；

图2为本发明插桩时的结构示意图；

图3为本发明钢管桩入泥时的结构示意图；

图4为本发明插桩时的结构示意图；

图5为本发明终沉桩时的结构示意图；

图6为本发明辅沉套环的结构示意图；

图7为本发明导管内的结构示意图；

图8为本发明辅沉套环的剖视图；

图9为图8中A处的结构示意图；

图10为本发明预警浮板的结构示意图。

图中标号说明：

1外定主环、2滑轮、3内变辅环、31外摩擦层、32内防水膜层、33磁性基板、4内弹性鼓膜、5电磁铁、6预警浮板、61浮力覆板、62荧光柱、63控制拉绳、7相变支柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-5，一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，包括以下步骤：

S1、施工准备：起重船和运输船就位，并准备好吊装索具，检查其完好度；

S2、起桩：基础钢管桩对角位起桩，并保证桩身完全竖直；

S3、插桩及自重沉桩：用GPS定位系统配合全站仪进行以确定桩位的精确位置后开始插桩，按对角插桩方式完成四根钢管桩的插桩施工，并在沉桩前套上滑动安装于导管上的辅沉套环进行辅助检测和导向；

S4、初打：采用对角施工的方式，利用振动锤完成钢管桩初打；

S5、终沉桩：起重船前主钩起吊送桩器，后主钩起吊液压锤，进行送桩器安装及液压锤沉桩施工，直至钢管桩沉至设计标高。

步骤S3待四根桩插桩完成后，测量人员再进行导管架水平度复测，通过起重船在打桩前将导管架再次进行调平，调平后导管架水平度四个套管的任意两个之间偏差≤0.2%。

步骤S4初打前对其中三根钢管桩利用卡板焊接在导管架上保持固定，每根钢管桩焊接8块卡板，对剩余的一根钢管桩进行优先初打。

步骤S4初打后钢管桩入泥20m对其进行焊接固定。

请参阅图6-8，辅沉套环包括外定主环1、多个滑轮2以及内变辅环3，滑轮2均匀安装于外定主环1外端，套管上安装有多个与滑轮2相匹配的轨道，内变辅环3固定连接于外定主环1内环壁上，外定主环1内环壁上开设有多个均匀分布的感知槽，感知槽内侧安装有内弹性鼓膜4和电磁铁5，且内弹性鼓膜4位于电磁铁5外侧，内弹性鼓膜4与内变辅环3之间固定连接有相变支柱7，外定主环1上端开设有屏蔽槽，屏蔽槽与感知槽之间开设有流道，屏蔽槽内覆盖有预警浮板6，且预警浮板6与内弹性鼓膜4固定连接，通过电磁铁5对内变辅环3施加排斥力，使其向外膨胀并贴紧钢管桩，可以与其同步下沉进行导向和检测，当钢管桩发生倾斜和偏位时会对内变辅环3形成挤压，并通过相变支柱7对内弹性鼓膜4进行挤压，进而触发预警浮板6的上浮预警动作，此时可以暂停沉桩，并通过起重船和电磁铁5的排斥力进行及时调整。

请参阅图9，内变辅环3包括多个环形阵列分布的辅沉块，且辅沉块为中空结构并填充有水，辅沉块包括外摩擦层31、内防水膜层32以及磁性基板33，外摩擦层31覆盖连接于内防水膜层32外端，磁性基板33镶嵌连接于内防水膜层32内侧并与相变支柱7相对应，外摩擦层31用来增大与钢管桩之间的摩擦力，从而实现同步下沉，依靠电磁铁5对磁性基板33施加的排斥力，不仅可以用于初始状态下膨胀贴合，同时可以用于后期的调整动作。

相变支柱7采用弹性材料制成管状结构，相变支柱7内填充有电流变液，正常状态下相变支柱7可以随着内变辅环3的膨胀进行形变适应，在通电后电流变液会迅速变硬，从而对膨胀后的内变辅环3进行支撑，同时在钢管桩倾斜或者偏位时可以通过相变支柱7对内弹性鼓膜4进行挤压收缩，进而触发预警浮板6的上浮预警动作。

请参阅图10，预警浮板6包括浮力覆板61、荧光柱62以及控制拉绳63，荧光柱62固定连接于浮力覆板61下端，控制拉绳63一端与浮力覆板61固定连接，且控制拉绳63另一端贯穿荧光柱62并延伸至内弹性鼓膜4内侧与其连接，荧光柱62可以是中空透明的硬质材料结构内侧填充荧光液，正常状态下浮力覆板61可以对屏蔽槽进行覆盖，当内弹性鼓膜4受到挤压收缩后，控制拉绳63变松弛，此时浮力覆板61在浮力作用下上移，从而使得荧光柱62暴露在外界并进行发光预警。

屏蔽槽和内变辅环3之间还开设有斜导孔，且斜导孔下端开口位于内变辅环3上侧，在预警浮板6上浮之后海水通过斜导孔进入到内变辅环3进行填充，从而实现利用水压辅助钢管桩进行矫正的效果，并在预警浮板6复位后进行隔断保持稳定。

辅沉套环的使用步骤如下：

a、将钢管桩沉入至内变辅环3中间，然后启动电磁铁5施加磁性排斥力，使得内变辅环3向外膨胀并贴紧钢管桩；

b、然后向相变支柱7通电迫使其硬化，对膨胀后的内变辅环3进行支撑；

c、钢管桩在沉桩时辅沉套环同步下沉，当钢管桩出现倾斜或者偏位时会对相变支柱7进行挤压收缩，此时预警浮板6可以上浮进行警示；

d、暂停沉桩，并通过起重船对钢管桩进行调整，同时通过电磁铁5施加更大的排斥力来推动钢管桩辅助进行调整，直至预警浮板6复位；

e、继续沉桩直至沉入设计标高。

值得注意的是，辅沉套环可以反复上下移动直至整根钢管桩完成沉桩。

本发明可以通过在现有技术的基础上，通过在导管架上增设辅沉套环的方式，在沉桩时主动套上钢管桩并进行同步下沉，可以起到实时检测和导向的效果，极大的降低沉桩过程中出现倾斜和偏位的概率，即使出现倾斜和偏位，辅沉套环可以及时感知并检测出来，从而配合起重船和测量仪器对钢管桩进行调整，从而恢复正常状态，与现有技术相比，本发明中的辅沉套环不仅可以对钢管桩进行导向，同时在发生倾斜和偏位时可以及时检测出来，并极大的降低调整时的难度，可以明显提高沉桩效率以及质量。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、施工准备：起重船和运输船就位，并准备好吊装索具，检查其完好度；

S2、起桩：基础钢管桩对角位起桩，并保证桩身完全竖直；

S3、插桩及自重沉桩：用GPS定位系统配合全站仪进行以确定桩位的精确位置后开始插桩，按对角插桩方式完成四根钢管桩的插桩施工，并在沉桩前套上滑动安装于导管上的辅沉套环进行辅助检测和导向，待四根桩插桩完成后，测量人员再进行导管架水平度复测，通过起重船在打桩前将导管架再次进行调平，调平后导管架水平度偏差≤0.2%，所述导管架包括四个套管，所述辅沉套环包括外定主环（1）、多个滑轮（2）以及内变辅环（3），所述滑轮（2）均匀安装于外定主环（1）外端，所述套管上安装有多个与滑轮（2）相匹配的轨道，所述内变辅环（3）固定连接于外定主环（1）内环壁上，所述外定主环（1）内环壁上开设有多个均匀分布的感知槽，所述感知槽内侧安装有内弹性鼓膜（4）和电磁铁（5），且内弹性鼓膜（4）位于电磁铁（5）外侧，所述内弹性鼓膜（4）与内变辅环（3）之间固定连接有相变支柱（7），所述外定主环（1）上端开设有屏蔽槽，所述屏蔽槽与感知槽之间开设有流道，所述屏蔽槽内覆盖有预警浮板（6），且预警浮板（6）与内弹性鼓膜（4）固定连接，所述内变辅环（3）包括多个环形阵列分布的辅沉块，且辅沉块为中空结构并填充有水，所述辅沉块包括外摩擦层（31）、内防水膜层（32）以及磁性基板（33），所述外摩擦层（31）覆盖连接于内防水膜层（32）外端，所述磁性基板（33）镶嵌连接于内防水膜层（32）内侧并与相变支柱（7）相对应；

S4、初打：采用对角施工的方式，利用振动锤完成钢管桩初打；

S5、终沉桩：起重船前主钩起吊送桩器，后主钩起吊液压锤，进行送桩器安装及液压锤沉桩施工，直至钢管桩沉至设计标高。

2.根据权利要求1所述的一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，其特征在于：所述步骤S4初打前对其中三根钢管桩利用卡板焊接在导管架上保持固定，每根钢管桩焊接8块卡板，对剩余的一根钢管桩进行优先初打。

3.根据权利要求1所述的一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，其特征在于：所述步骤S4初打后钢管桩入泥20m对其进行焊接固定。

4.根据权利要求1所述的一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，其特征在于：所述相变支柱（7）采用弹性材料制成管状结构，所述相变支柱（7）内填充有电流变液。

5.根据权利要求1所述的一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，其特征在于：所述预警浮板（6）包括浮力覆板（61）、荧光柱（62）以及控制拉绳（63），所述荧光柱（62）固定连接于浮力覆板（61）下端，所述控制拉绳（63）一端与浮力覆板（61）固定连接，且控制拉绳（63）另一端贯穿荧光柱（62）并延伸至内弹性鼓膜（4）内侧与其连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，其特征在于：所述屏蔽槽和内变辅环（3）之间还开设有斜导孔，且斜导孔下端开口位于内变辅环（3）上侧。

7.根据权利要求1所述的一种基于海上升压站导管架的沉桩工艺，其特征在于：所述辅沉套环的使用步骤如下：

a、将钢管桩沉入至内变辅环（3）中间，然后启动电磁铁（5）施加磁性排斥力，使得内变辅环（3）向外膨胀并贴紧钢管桩；

b、然后向相变支柱（7）通电迫使其硬化，对膨胀后的内变辅环（3）进行支撑；

c、钢管桩在沉桩时辅沉套环同步下沉，当钢管桩出现倾斜或者偏位时会对相变支柱（7）进行挤压收缩，此时预警浮板（6）可以上浮进行警示；

d、暂停沉桩，并通过起重船对钢管桩进行调整，同时通过电磁铁（5）施加更大的排斥力来推动钢管桩辅助进行调整，直至预警浮板（6）复位；

e、继续沉桩直至沉入设计标高。

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