CN114855794A - 一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海上风电工程领域，具体涉及一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，包括：将双护筒稳桩平台吊装到预定地点，进行入水着床；对双护筒稳桩平台进行插打，使双护筒稳桩平台的中间护筒和外护筒均打入淤泥层；将内护筒插入中间护筒进行插打，并插打至内护筒与岩层相抵；在双护筒稳桩平台的第一平台的抛填口往双护筒稳桩平台的抛填空间内抛填防冲刷材料；钻桩孔；将单桩放入钻好的桩孔并放至设计高度；在单桩底部及外侧进行灌浆加固。通过本发明可以加固土体以提高海上风电嵌岩单桩安全性，而且本发明通过双护筒结构减少冲刷防护施工时水流作用，进而解决冲刷防护抛填作业时，受水流影响，施工精度差的问题。

Description

一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法

技术领域

本发明属于海上风电工程领域，具体涉及一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法。

背景技术

海上风电作为可再生绿色能源越发受到人们的重视。海上风力发电因其能量密度大、受地理环境因素限制小、发电总小时数大等优势而得到广泛的应用。但同时受到了复杂海洋环境的影响，海上风电的建设难度也更大。常用的基础形式有重力式基础、单桩基础、导管架基础和吸力筒基础。目前在风电场的施工建设中，单桩基础仍然是应用最多的一种形式。

在海上风电开发过程中，有些场区地质条件复杂，浅表层为松软的覆淤泥层，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淤泥层下的岩层内 ,形成嵌岩桩。

相比于陆上，水下单桩基础由于受水流、波浪的作用，容易在单桩基础周围形成冲刷坑，单桩基础埋深减少，将导致水平承载能力降低，稳定性减小。现应用较广泛的单桩防冲刷保护措施为抛填法，主要有抛填砂袋、抛填块石，但其具有施工精度差、流失量大、防护层成效效果差，维护量大等缺点。改善和解决上述问题，也逐渐成为现在单桩防护方向的重点研究工作。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法的技术方案加固土体以提高海上风电嵌岩单桩安全性，并通过双护筒结构减少冲刷防护施工时水流作用，进而解决冲刷防护抛填作业时，受水流影响，施工精度差的问题。

一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，包括：

S1 将双护筒稳桩平台吊装到预定地点，进行入水着床；

S2 对双护筒稳桩平台进行插打，使双护筒稳桩平台的中间护筒和外护筒均打入淤泥层；

S3 将内护筒插入中间护筒进行插打，并插打至内护筒与岩层相抵；

S4 在双护筒稳桩平台的第一平台的抛填口往双护筒稳桩平台的抛填空间内抛填防冲刷材料；

S5 钻桩孔；

S6 将单桩放入钻好的桩孔并放至设计高度；

S7 在单桩底部及外侧进行灌浆加固。

进一步地，所述S3与S4同步进行。

进一步地，所述S5包括：首先进行初钻，钻至一定深度，再次进行内护筒的插打，同时辅以泥浆护壁，避免孔壁的塌方，此后，钻机继续工作，钻至设计标高后，撤除钻机。

进一步地，所述S5还包括：再次插打内护筒的同时进行防冲刷材料的复抛。

进一步地，还包括S8：进行内护筒的拔出及双护筒稳桩平台的拆除。

进一步地，所述双护筒稳桩平台包括施工支架组件、中间护筒和外护筒，所述中间护筒位于外护筒内，两者之间形成抛填空间，所述施工支架组件包括第一平台，所述第一平台连接于中间护筒和外护筒的上端，第一平台上设置与所述抛填空间连通的抛填口。

进一步地，所述施工支架组件还包括若干环布于第一平台四周下端的桩腿，所述桩腿用以支撑第一平台。

进一步地，所述施工支架组件还包括至少一个第二平台，所述第二平台位于外护筒外部以及第一平台下端，其与桩腿和/或外护筒连接；所述施工支架组件中，相邻桩腿之间连接桁架。

进一步地，所述第一平台为环形结构，所述第一平台的内径大于中间护筒的上端的外径，所述第一平台的内径不大于外护筒上端的内径，第一平台内壁与中间护筒上端之间环布若干连接筋，所述抛填口有多个，由所述连接筋分隔开。

进一步地，所述中间护筒为直筒型结构；所述外护筒自上而下包括外护筒内缩段、外护筒锥形段和外护筒外扩段，外护筒内缩段的直径小于外护筒外扩段的直径，外护筒锥形段为上细下粗的结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）通过双护筒的方式形成了类似“外部围堰”和“内部护筒”的作用形式，对土体进行了加固，降低了在钻孔过程中发生土体破坏塌方的可能；

2）将双护筒稳桩平台的中间护筒也打入泥中，在未打入内护筒时，首先形成了一个类似双护筒的情况，将土体进行了加固，当打入内护筒时，实际上形成一个三护筒的土体加固方案，土体加固效果进一步加强；

3）从双护筒稳桩平台的抛填口进行抛填作业，由于双护筒稳桩平台的双护筒结构，构成了一个类似封闭的空间，极大地降低了水流对于抛填作业精度的影响；

4）在进行插打内护筒作业时，进行防冲刷材料抛填，利用插打过程中产生的振动及能量，类似地基“夯实”，可以避免防冲刷材料分布不均的问题，并使得填充更加紧密；

5）沉桩作业过程中同时进行冲刷防护，改变了以往桩基施工完成后，再进行冲刷防护的施工模式，极大地缩短了工期。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明中双护筒稳桩平台外部结构示意图；

图3为本发明中双护筒稳桩平台内部结构示意图；

图4为本发明中打入双护筒稳桩平台时的施工示意图；

图5为本发明中打入内护筒和抛填防冲刷材料时的施工示意图；

图6为本发明中钻机初钻时的施工示意图；

图7为本发明中钻机复钻至标高后放入单桩时的施工示意图；

图8为本发明中灌浆时的施工示意图。

图中：A-淤泥层；B-岩层；C-海水层；1-第一平台；2-第二平台；3-桩腿；4-连接筋；5-抛填口；6-桁架；7-中间护筒；8-外护筒；800-外护筒内缩段；801-外护筒锥形段；802-外护筒外扩段；9-抛填空间；10-内护筒；11-单桩；12-初抛冲刷防护材料；13-复抛冲刷防护材料；14-加固混凝土。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、 “另一端”、 “外侧”、 “上”、 “内侧”、 “水平”、 “同轴”、 “中央”、 “端部”、 “长度”、 “外端”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。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，包括如下步骤：

S1 首先进行施工准备，包括土质的测量，机位的定位等工作，接着进行双护筒稳桩平台的运输，利用浮吊吊装双护筒稳桩平台至预定地点，然后进行入水着床。

S2 如图4所示，待双护筒稳桩平台基本稳定，达到设计的平稳度时，对双护筒稳桩平台进行插打，使双护筒稳桩平台的中间护筒7、外护筒8及桩腿3打入淤泥层A，该双护筒稳桩平台不同于常用的导向稳桩平台，其包含了双护筒，且双护筒8都入泥，外护筒8可以起到通常桩基工程中围堰的作用，和中间护筒7一起作用插入淤泥层A，可以起到加固土体的作用。

S3 如图5所示，待双护筒稳桩平台就位后，将内护筒10插入中间护筒7进行插打，并插打至内护筒10与岩层B相抵。

S4 继续参阅图5，插打内护筒10的同时，在双护筒稳桩平台的第一平台1的抛填口5往双护筒稳桩平台的抛填空间9内抛填防冲刷材料，该防冲刷材料包括一般的砂石、砂袋，也包括衍生出的仿生草等所有需要进行抛填作业的防冲刷材料。通常抛填防冲刷材料时，由于海水中水流的作用，往往达不到设计时的抛填精度。本发明通过在双护筒之间进行抛填极大地降低了抛填作业时受水流的影响，同时在进行内护筒10插打的过程中，由于打桩锤锤击，将释放出巨大的能量，并产生振动，也能避免抛填过程中，部分区域抛填过于密集，部分区域过于稀疏的情况，会使得抛填材料填充更加在双护筒间更加均匀紧密。

S5 如图6所示，完成上述工作之后，钻机就位，首先进行初钻，钻至一定深度，再次进行内护筒10的插打，辅以泥浆护壁，避免孔壁的塌方，为进一步提高防冲刷性能，同时进行防冲刷材料的复抛，以达到相关要求，复抛操作与第一次抛填相同。此后，钻机继续工作，钻至设计标高后，撤除钻机。

S6 如图7所示，将单桩11放入钻好的桩孔并放至设计高度；

S7 如图8所示，在单桩11底部及外侧进行灌浆加固。

S8 在灌浆环节完成后，进行内护筒10的拔出及双护筒稳桩平台的拆除。

请参阅图2和图3，上述的双护筒稳桩平台结构如下：

其包括施工支架组件、中间护筒7和外护筒8，中间护筒7外径小于外护筒8的内径，中间护筒7位于外护筒8内，两者之间形成环形的抛填空间9，两者之间可以固定连接加强筋以对结构进行加固，施工支架组件包括第一平台1，第一平台1固定连接于中间护筒7和外护筒8的上端，第一平台1上设置与抛填空间9连通的抛填口5。

其中，中间护筒7与外护筒8的底部位置相同，中间护筒7的顶部位置高于外护筒8的顶部位置，同时也高于第一平台1的位置。

在一些实施例中，中间护筒7的顶部位置与外护筒8的顶部位置齐平，中间护筒7和外筒体8的顶部均与第一平台1固定连接。

可以理解，在上述技术方案中，本发明设置了中间护筒7、外护筒8、第一平台1等结构，在中间护筒7、外护筒8之间形成了抛填空间9，使得本发明能够帮助冲刷防护材料抛填作业的进行，双护筒结构构成的封闭空间，使得抛填防护材料受水流影响减少，提高了抛填作业的施工精度。

继续参阅图2，施工支架组件还包括若干环布于第一平台1四周下端的桩腿3以及一个第二平台2，桩腿3用以支撑第一平台1，相邻桩腿3之间连接桁架6，桁架6优选为X形结构，第二平台2位于外护筒8外部以及第一平台1下端，其与桩腿3和外护筒8固定连接。

其中，第二平台2的数量和排布可以根据需要进行调整。

其中，第一平台1和第二平台2均优选为环形结构。此外，两者也可以设计成多块分开的结构。

继续参阅图3，第一平台1的内径大于中间护筒7的上端的外径，第一平台1的内径不大于外护筒8上端的内径，第一平台1的内径与外护筒8上端的内径最好一样大，第一平台1的内壁与外护筒8的顶部直接固定连接，第一平台1内壁与中间护筒7上端之间环布若干连接筋4，抛填口5有多个，由连接筋4分隔开。

进一步参阅图3，中间护筒7是横截面为圆形的直筒型结构，外护筒8自上而下包括外护筒内缩段800、外护筒锥形段801和外护筒外扩段802，外护筒内缩段800和外护筒外扩段802是横截面为圆形的直筒型结构，外护筒内缩段800的直径小于外护筒外扩段802，外护筒锥形段801为上细下粗的圆锥形筒状结构。

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 (10)

1.一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，包括：

S1 将双护筒稳桩平台吊装到预定地点，进行入水着床；

S2 对双护筒稳桩平台进行插打，使双护筒稳桩平台的中间护筒和外护筒均打入淤泥层；

S3 将内护筒插入中间护筒进行插打，并插打至内护筒与岩层相抵；

S4 在双护筒稳桩平台的第一平台的抛填口往双护筒稳桩平台的抛填空间内抛填防冲刷材料；

S5 钻桩孔；

S6 将单桩放入钻好的桩孔并放至设计高度；

S7 在单桩底部及外侧进行灌浆加固。

2.根据权利要求1所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述S3与S4同步进行。

3.根据权利要求1所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述S5包括：首先进行初钻，钻至一定深度，再次进行内护筒的插打，同时辅以泥浆护壁，避免孔壁的塌方，此后，钻机继续工作，钻至设计标高后，撤除钻机。

4.根据权利要求3所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述S5还包括：再次插打内护筒的同时进行防冲刷材料的复抛。

5.根据权利要求1所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，还包括S8：进行内护筒的拔出及双护筒稳桩平台的拆除。

6.根据权利要求1-5中任一所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述双护筒稳桩平台包括施工支架组件、中间护筒和外护筒，所述中间护筒位于外护筒内，两者之间形成抛填空间，所述施工支架组件包括第一平台，所述第一平台连接于中间护筒和外护筒的上端，第一平台上设置与所述抛填空间连通的抛填口。

7.根据权利要求6所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述施工支架组件还包括若干环布于第一平台四周下端的桩腿，所述桩腿用以支撑第一平台。

8.根据权利要求7所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述施工支架组件还包括至少一个第二平台，所述第二平台位于外护筒外部以及第一平台下端，其与桩腿和/或外护筒连接；所述施工支架组件中，相邻桩腿之间连接桁架。

9.根据权利要求6所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述第一平台为环形结构，所述第一平台的内径大于中间护筒的上端的外径，所述第一平台的内径不大于外护筒上端的内径，第一平台内壁与中间护筒上端之间环布若干连接筋，所述抛填口有多个，由所述连接筋分隔开。

10.根据权利要求6所述的一种基于双护筒稳桩平台的嵌岩单桩施工方法，其特征在于，所述中间护筒为直筒型结构；所述外护筒自上而下包括外护筒内缩段、外护筒锥形段和外护筒外扩段，外护筒内缩段的直径小于外护筒外扩段的直径，外护筒锥形段为上细下粗的结构。

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