CN114753414B - 一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置及方法 - Google Patents
一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置及方法。该系统包括大直径钢管基础、环形格栅、控制系统、数据采集仪、智能化注浆系统，所述环形格栅包括环形定向滑轮、钢骨架、外环钢架、环形压浆管，所述环形定向滑轮安装在大直径钢管基础外围一圈，所述钢骨架与外环钢架组成网架，所述环形压浆管安装在网架上，每个所述环形压浆管之间间隔一定距离，每个所述环形压浆管上设有若干孔洞。本发明能有效的解决海上大直径钢管桩冲刷问题，可使钢管桩基础在一定的范围内得到保护，智能化注浆系统可以控制水泥浆流量、监测流态土高度与范围等，为海上钢管桩的冲刷防护提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及智能化防冲刷技术领域，尤其涉及一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置及方法。
背景技术
钢管桩由于其承载力高、灵活性好、施工速度快等特点而广泛应用于跨海大桥、海上石油平台及海上风电等海洋和近海工程，并已发展成为水上建筑物重要的基础形式。但钢管桩在使用过程中常常会遇到许多问题。受海洋波浪、海流、潮流等因素的影响，钢管桩阻碍海水流动，迎流面水流向下流动，流速加快，形成马蹄形漩涡；背流面因海水绕流作用，形成尾部漩涡。当海床表面以砂性土为主时，马蹄形漩涡和尾部漩涡导致桩周土体涌起，出现掏砂现象，形成较大的冲刷坑。冲刷坑的形成使桩入土深度减小，桩侧摩阻力和桩侧土抗力损失，最终导致桩基水平承载力和竖向承载力降低，引起风机结构的安全问题。
水下基础的冲刷是海上风电建设中的重要工程问题。水下基础的防冲刷措施可分为主动防护和被动防护。被动防护是通过在基础防护范围内铺设块石或柔性材料等防护层以提高海床的抗冲刷能力，最常见的方法是在防护区内铺设石块防护层，类似的方法还有铺设混凝土块、沙袋、混凝土铰链排等。该措施的不足之处是，受地形、水流条件的影响，防护层的抛投质量难以保证，而且大型风电基础防护所需的材料量极大，施工成本高，经济性差。工程实践也表明，抛投料的沉降或复杂水流条件下防护层的失效风险较大。主动防护是通过减小防护区内的水流流速以达到防冲刷的目的，常见的方法有基础前导流板防护，献祭桩群防护等。该类措施同样存在工程量大、施工费用高的缺点，且难以适应流速、流向多变的海洋环境，无法实现水下基础的全面防护。
目前流态土防护是一种有效的防护方法，流态土监测设备和技术还较为落后，目前对注浆压力仍采用注浆泵压力表监测且人工读取记录，还没有专业用于桩基压浆监测注浆压力大小、流量大小、浆液位置的装置，从而导致流态土防护技术推广受到限制。所以提出一种高精度、高效率、智能化的可确定桩基注浆压力大小流量大小、浆液位置的测试装置至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷系统及方法，用于克服现有技术的不足。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，包括大直径钢管基础、环形格栅、控制系统、数据采集仪、智能化注浆系统，所述控制系统与数据采集仪、智能化注浆系统相连，所述环形格栅包括环形定向滑轮、钢骨架、外环钢架、环形压浆管，所述环形定向滑轮套设在大直径钢管基础上，环形定向滑轮可沿直径钢管基础竖直方向上下滑动，所述钢骨架的一端与环形定向滑轮外侧固定连接，所述钢骨架另一端与外环钢架固定连接，所述钢骨架与外环钢架组成网架，所述环形压浆管安装在网架上，每个所述环形压浆管之间间隔一定距离，每个所述环形压浆管上设有若干孔洞，所述智能化注浆系统与环形压浆管相连，所述数据采集仪与环形压浆管上设有的流量测试元件相连，将流量测试元件采集到的数据传输给控制系统，所述控制系统根据流量测试元件采集到的数据控制智能化注浆系统向环形压浆管注入流态土，流态土通过环形压浆管上的孔洞流出。
进一步地，还包括竖向压浆管和水平压浆管，所述水平压浆管设置在网架上，且与所述环形压浆管相连通，所述竖向压浆管贴置在大直径钢管基础上，且与所述水平压浆管相连通，所述竖向压浆管与智能化注浆系统相连，所述智能化注浆系统向竖向压浆管注入流态土，流态土经过竖向压浆管流入水平压浆管，再流入环形压浆管，通过环形压浆管上的孔洞流出。
进一步地，所述智能化注浆系统包括压浆泵、水泥土浆液储存桶、外置电机、水泥土浆液搅拌器，所述水泥土浆液搅拌器设置在水泥土浆液储存桶内，所述水泥土浆液搅拌器与外置电机相连，所述外置电机驱动水泥土浆液搅拌器搅拌水泥土浆液储存桶内的流态土，所述压降泵与用于竖向压浆管相连，用于抽取水泥土浆液储存桶内的流态土流入竖向压浆管。
进一步地，所述水平压浆管与环形压浆管连接处设有支流量控制开关。
进一步地，所述钢骨架上设有导向缆绳，通过导向缆绳将环形格栅下方到海床。
进一步地，每个所述的环形压浆管的高度高出海床上的泥面5-10cm。
本发明还公开了一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷方法，基于上述一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，包括：
步骤1：将大直径钢管基础打入海床；
步骤2：在环形格栅安装水平压浆管，并在水平压浆管与环形压浆管上设置支流量控制开关以及流量测试元件；
步骤3：通过吊装导向缆绳，将环形定向滑轮内圈套在大直径钢管桩基础上，然后在水平压浆管上安装竖向压浆管，通过导向缆绳下放环形格栅，直到环形格栅下放到海床；
步骤4：在环形格栅下放后，控制系统控制智能化注浆系统抽取清水对环形压浆管进行开通，保证各个压浆管路畅通；
步骤5：搅拌好的流态土倒入水泥土浆液储存桶，控制系统控制智能化注浆系统向竖向压浆管注入流态土，流态土经过竖向压浆管流入水平压浆管，再流入环形压浆管，通过环形压浆管上的孔洞流出；
步骤6：通流量测试元件采集到的数据反馈到数据采集仪，通过数据采集仪将采集到的数据反馈到控制系统，通过控制系统调节总流量控制开关和支流量控制开关，控制每个环形压浆管的流量。
进一步地，所述大直径钢管基础通过打入或静压方法打入海床。
本发明通过在钢管桩基础周围设置环形压浆管并在压浆管内注入流态土，压浆管与压浆管之间形成环形格栅可以使流态土成型，可使钢管桩基础在一定的范围内得到保护。因此环形格栅式流态土可以有效防止钢管桩基础周围土体的冲刷问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明公开的环形压浆管与水平压浆管连接结构示意图；
图3是本发明公开的水平与竖向压浆管连接结构示意图。
附图标记：1-大直径钢管桩基础；2-环形定向滑轮；3-钢骨架；4-环形压浆管；5-外环钢架；6-水平压浆管；7-竖向压浆管；8-孔洞；9-流量测试元件；10-支流量控制开关； 11-总流量控制开关；12-缆绳；13-智能化注浆系统；1301-压浆泵；1302-水泥土浆液储存桶；1303-外置电机；1304-水泥土浆液搅拌器；14-数据采集仪；15-控制系统；16-转换接头。
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付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。
如图1所示，本发明公开了一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，包括大直径钢管基础1、环形格栅、控制系统15、数据采集仪14、智能化注浆系统13、水平压浆管6和竖向压浆管7。所述控制系统15与数据采集仪14、智能化注浆系统13相连。
智能化注浆系统13包括压浆泵1301、水泥土浆液储存桶1302、外置电机1303、水泥土浆液搅拌器1304。水泥土浆液搅拌器1304设置在水泥土浆液储存桶1302内，水泥土浆液搅拌器1304与外置电机1303相连，外置电机1303驱动水泥土浆液搅拌器1304搅拌水泥土浆液储存桶1302内的流态土，所述压降泵1301用于抽取水泥土浆液储存桶1302内的流态土。
环形格栅包括环形定向滑轮2、钢骨架3、外环钢架5和环形压浆管4。形定向滑轮2通过钢骨架3与外环钢架5固定，具体来说，钢骨架3的一端与形定向滑轮2外侧固定连接，钢骨架3另一端外环钢架5固定连接。钢骨架3与环形定向滑2轮采用焊接或螺栓连接，钢骨架3与外环钢架5也采用焊接或螺栓连接。钢骨架3可以为一个，也可以为多个。钢骨架3与外环钢架5组成网架，环形压浆管4安装在网架上，环形压浆管4与管骨架3交接处采用焊接形式连接。且每两个环形压浆管4之间间隔一定距离，间隔距离均匀分布也可非均匀分布，每个环形压浆管上均设有若干孔洞8，孔洞8均匀分布在环形压浆管4上。在本实施例中，环形压浆管4与钢骨架3交接处焊接起来，使环形定向滑轮2、钢骨架3、外环钢架5和环形压浆管4成为一体形成环形格栅。环形定向滑轮2套设在大直径钢管基础上，环形定向滑轮2可沿直径钢管基础上下滑动，也就是环形格栅可以沿大直径钢管基础下放海床。
环形压浆管4的截面形状可为圆形、正方形、椭圆形等，且每个所述的环形压浆管4的高度约高出海床上泥面5-10cm，可防止流态土外流。大直径钢管基础下放于海床上，沿着打入海床的钢管桩露出在海床泥砂上的那部分，流态土在压浆管的作用力下由孔洞向下流出，堆砌成为钢管桩侧土体的一部分，巩固了桩侧摩阻力和桩侧土抗力，填补了钢管桩周围由水流冲刷导致的泥砂流失的冲刷坑。环形压浆管安装在钢骨架与外环钢架组成的网架上，钢骨架的一端与环形定向滑轮外侧固定连接，所以环形定向滑轮可沿直径钢管基础上下滑动，从而可以设置从环形压浆管的孔洞中流出流态土时，距离海床上泥砂层的高度。在本实施例中，钢管桩打入海底淤泥中直至入海床时，环形压浆管保持在海床泥砂上高度5-10cm处。
每个环形压浆管4均与水平压浆管6相连，水平压浆管6铺设在环形格栅上，水平压浆管6一端与竖向压浆管7一端相连，所述竖向压浆管7另一端连接着压浆泵1301。如图2-3所示，环形压浆管4与水平压浆管6连接处采用转换接头16进行连接，水平压浆管6与竖向压浆管7连接处采用转换接头16进行连接。在本实施例中，支流量控制开关10设置在把环形压浆管4与水平压浆管6相连接起来的转换接头16的中间位置，总流量控制开关11设置在把竖向压浆管7与水平压浆管6连接起来的转换接头16的中间位置。
所述环形格栅的网架上设有导向缆绳12，通过吊装，可将环形格栅下放到海床。
数据采集仪14与环形压浆管4上设有的流量测试元件9相连，将流量测试元件9采集到的数据传输给控制系统15，控制系统15根据流量测试元件9采集到的数据控制智能化注浆系统13向竖向压浆管7注入流态土，流态土经过竖向压浆管7流入水平压浆管6，再流入环形压浆管4，通过环形压浆管4上的孔洞8流出。
基于上述一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，本发明还公开了一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷方法，包括如下步骤如下：
步骤1：将大直径钢管基础1通过打入或静压方法打入海床；
步骤2：安装环形格栅，将钢骨架3的一端与环形定向滑轮2外侧焊接起来，钢骨架3的另一端与外环钢架5焊接起来，在钢骨架3上安装环形压浆管4，并在环形压浆管4与钢骨架交接处焊接起来，使环形定向滑轮2、钢骨架3、环形压浆管4和外环钢架5成为一体形成环形格栅，在环形格栅套设导向缆绳12；
步骤3：环形格栅安装水平压浆管6，并在水平压浆管6与环形压浆管4上设置支流量控制开关10以及流速测试元件9，通过导向缆绳12吊装，将环形定向滑轮2内圈套在大直径钢管桩基础1上，然后在水平压浆管6的端部通过连接头安装竖向压浆管7，竖向压浆管7为软管，竖向压浆管7另一端与压浆泵1301连接，并在连接处安装总流量控制开关11，最后下放环形格栅，直到环形格栅下放到海床高度5-10cm处；
步骤4：在环形格栅下放后，控制系统15控制智能化注浆系统13抽取清水对环形压浆管4进行开通，保证各个压浆管路畅通；
步骤5：将搅拌好的流态土倒入水泥土浆液储存桶1302，为防止流态土发生沉淀在水泥土浆液储存桶1302，外置电机1303带动水泥土浆液搅拌器1304对水泥土浆液储存桶1302里的流态土进行搅拌，控制系统15控制智能化注浆系统13的压浆泵1301向竖向压浆管7注入流态土，流态土经过竖向压浆管7流入水平压浆管6，再流入环形压浆管4，通过环形压浆管4上的孔洞8流出；
步骤6：通过流量测试元件9反馈到数据采集仪14，通过数据采集仪14采集到的数据反馈到控制系统15，控制系统15对总流量控制开关11进行控制，可以调节总流量的大小，同时也可以调节支流量控制开关11，控制每个环形压浆管的流量。
本发明通过在钢管桩基础周围设置环形压浆管并在压浆管内注入流态土，压浆管与压浆管之间形成环形格栅可以使流态土成型，可使钢管桩基础在一定的范围内得到保护。因此环形格栅式流态土可以有效防止钢管桩基础周围土体的冲刷问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，其特征在于，包括大直径钢管基础、环形格栅、控制系统、数据采集仪和智能化注浆系统，所述控制系统与数据采集仪、智能化注浆系统相连，所述环形格栅包括环形定向滑轮、钢骨架、外环钢架和环形压浆管，所述环形定向滑轮套设在大直径钢管基础上，环形定向滑轮可沿直径钢管基础上下滑动，所述钢骨架的一端与环形定向滑轮外侧固定连接，所述钢骨架另一端与外环钢架固定连接，所述钢骨架与外环钢架组成网架，所述环形压浆管安装在网架上，每个所述环形压浆管之间间隔一定距离，每个所述环形压浆管上设有若干孔洞，所述智能化注浆系统与环形压浆管相连，所述数据采集仪与环形压浆管上设有的流量测试元件相连，将流量测试元件采集到的数据传输给控制系统，所述控制系统根据流量测试元件采集到的数据控制智能化注浆系统向环形压浆管注入流态土，流态土通过环形压浆管上的孔洞流出，装置还包括竖向压浆管和水平压浆管，所述水平压浆管设置在网架上，且与所述环形压浆管相连通，所述竖向压浆管贴置在大直径钢管基础上，且与所述水平压浆管相连通，所述竖向压浆管与智能化注浆系统相连，所述智能化注浆系统向竖向压浆管注入流态土，流态土经过竖向压浆管流入水平压浆管，再流入环形压浆管，通过环形压浆管上的孔洞流出。
2.根据权利要求1所述的一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，其特征在于：所述智能化注浆系统包括压浆泵、水泥土浆液储存桶、外置电机、水泥土浆液搅拌器，所述水泥土浆液搅拌器设置在水泥土浆液储存桶内，所述水泥土浆液搅拌器与外置电机相连，所述外置电机驱动水泥土浆液搅拌器搅拌水泥土浆液储存桶内的流态土，所述压浆泵与用于竖向压浆管相连，用于抽取水泥土浆液储存桶内的流态土流入竖向压浆管。
3.根据权利要求2所述的一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，其特征在于：所述水平压浆管与环形压浆管连接处设有支流量控制开关。
4.根据权利要求1所述的一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，其特征在于：所述钢骨架上设有导向缆绳，通过导向缆绳将环形格栅下方到海床。
5.根据权利要求1所述的一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，其特征在于：每个所述的环形压浆管的高度高出泥面5-10cm。
6.一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷方法，根据权利要求1-5任一项所述的一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷装置，其特征在于，包括：
步骤1：将大直径钢管基础打入海床；
步骤2：在环形格栅安装水平压浆管，并在水平压浆管与环形压浆管上设置支流量控制开关以及流量测试元件；
步骤3：通过吊装导向缆绳，将环形定向滑轮内圈套在大直径钢管桩基础上，然后在水平压浆管上安装竖向压浆管，通过导向缆绳下放环形格栅，直到环形格栅下放到海床；
步骤4：在环形格栅下放后，控制系统控制智能化注浆系统抽取清水对环形压浆管进行开通，保证各个压浆管路畅通；
步骤5：搅拌好的流态土倒入水泥土浆液储存桶，控制系统控制智能化注浆系统向竖向压浆管注入流态土，流态土经过竖向压浆管流入水平压浆管，再流入环形压浆管，通过环形压浆管上的孔洞流出；
步骤6：通流量测试元件采集到的数据反馈到数据采集仪，通过数据采集仪将采集到的数据反馈到控制系统，通过控制系统调节总流量控制开关和支流量控制开关，控制每个环形压浆管的流量。
7.根据权利要求6所述的一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷方法，其特征在于：所述大直径钢管基础通过打入或静压方法打入海床。
8.根据权利要求6所述的一种环形格栅式流态土钢管桩智能化防冲刷方法，其特征在于：所述环形格栅高度高出海床泥面5-10cm。
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