CN115219273A - 海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置及取样方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置及取样方法，该取样装置包括：存料桶、底部支撑件、安装件及底部封板；底部支撑件安装在存料桶的底部；安装件内置于存料桶内并与底部支撑件连接；底部封板转动连接在安装件的底部。取样方法包括：在钢护筒和植入桩形成的环形空间内灌注灌浆料；在上述灌浆过程中从辅助平台沿钢护筒内壁下放取样装置至灌浆界面；在辅助平台上进行水下灌浆料的取样；上提连接管，逐步收回取样后的取样装置。本申请在下放过程中取样装置遇水下泥浆或灌浆料等稠度较大浆体取样装置底部会通过合页自动打开进行自动取样，待连接管上提时取样装置底部会闭合将样品储存在取样装置内；本申请实用性强，适用范围广。

Description

海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置及取样方法

技术领域

本申请属于海上风电基础施工技术领域，具体涉及海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置及取样方法。

背景技术

在海上风电发展过程中，设计院针对不同场址的水深、地质条件、经济性等因素综合考虑风机的基础结构型式。近年来，在福建等地海洋环境恶劣、超强台风、大涌浪恶劣频发、海洋地质条件变化剧烈，风场的选址也从软淤泥地质逐渐转变为坚硬海床表层覆盖层较薄地质。福建、广东等多个省份应用较多桩芯嵌岩高桩承台基础和植入嵌岩风机基础结构。对于植入嵌岩(III型桩)风机基础结构，在植入桩植入后，植入桩和岩壁段形成的环形空间需要进行水下灌浆施工，灌浆质量是影响该基础结构安全性的重要因素。现有的灌浆质量控制方法主要通过两种，一是实际灌浆量大于理论方量，二是灌浆结束后，实测环缝灌浆料浆液面顶标高达到设计要求，但是目前缺少具体的水下灌浆取样工具。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置及取样方法。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，包括：存料桶、底部支撑件、安装件以及底部封板；

所述底部支撑件安装在所述存料桶的底部，在所述底部支撑件与所述存料桶之间具有连通通道；

所述安装件内置于所述存料桶内并与所述底部支撑件连接；

所述底部封板转动连接在所述安装件的底部。

可选地，上述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其中，还包括：通气管，所述通气管内置于所述存料桶，其中，所述通气管的底部安装在所述底部支撑件，所述通气管的顶部超出所述存料桶设置。

可选地，上述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其中，所述底部封板包括：两块180°底部封板，每块所述180°底部封板通过单向合页转动连接在所述安装件的底部，其中，上述两块180°底部封板在封合状态时基本封合所述存料桶的底部。

可选地，上述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其中，所述底部封板采用铁皮或塑料板制成。

可选地，上述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其中，所述底部支撑件包括：多根支撑钢筋，所述支撑钢筋按照交叉方式安装在所述存料桶的底部。

可选地，上述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其中，在所述存料桶的底部外侧还设有导向限位件，其中，所述导向限位件由磁性材料制成。

可选地，上述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其中，还包括：至少一段连接管，相邻设置的所述连接管通过螺纹连接，末端设置的所述连接管还与所述安装件螺纹连接。

本申请还提出了一种基于海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置的取样方法，所述取样方法包括：

在钢护筒和植入桩形成的环形空间内灌注灌浆料；

在上述灌浆过程中从辅助平台沿钢护筒内壁下放取样装置至灌浆界面；

在辅助平台上进行水下灌浆料的取样；

在辅助平台上提连接管，逐步收回取样后的取样装置。

可选地，上述的取样方法，其中，在下放取样过程中，在所述钢护筒和所述植入桩空隙较大的一侧进行；如出现下放不到位，则另取取样装置的下放位置。

可选地，上述的取样方法，其中，通过在辅助平台的连接管端施加压力，让所述取样装置沉入灌浆料中；

和/或，在所述取样装置的下放和上提的过程中均应缓慢进行操作，所述取样装置应全部没入灌浆料；

和/或，在向上收回样本时逐步拆除螺纹连接的连接管，其中，所述取样装置按照垂直角度向上提。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请在下放过程中取样装置遇水下泥浆或灌浆料等稠度较大浆体取样装置底部会通过合页自动打开进行自动取样，上提时取样装置底部会闭合将样品储存在取样装置内。该取样装置实用性强，适用范围广，可满足多种空间内物质取样。

本申请针对植入嵌岩桩灌浆施工水下灌浆材料的取样，从现场的设备组装和施工操作等方面介绍了嵌岩桩水下灌浆材料的取样过程和操作方法，其施工效果好，效率高，操作简单，在灌浆施工过程中节节把控、原位检测灌浆材料的密实度等性能，为海上风机基础的安全性和基础灌浆质量提供了有力保障。本申请基于现有的海上辅助平台进行施工，设备组装简单，解决了水下灌浆施工过程中灌浆材料取样难、灌浆质量检测难等问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请一实施例海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置的三维图；

图2：本申请一实施例海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置的仰视图；

图3：本申请一实施例海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置的透视图；

图4：本申请一实施例海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1至图3所示，在本申请的其中一个实施例中，海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，包括：存料桶、底部支撑件4、安装件6以及底部封板5；

所述底部支撑件4安装在所述存料桶的底部，在所述底部支撑件4与所述存料桶之间具有连通通道；

所述安装件6内置于所述存料桶内并与所述底部支撑件4连接；

所述底部封板5转动连接在所述安装件6的底部。

本实施例在下放过程中取样装置遇水下泥浆或灌浆料等稠度较大浆体取样装置底部会通过合页自动打开进行自动取样，上提时取样装置底部会闭合将样品储存在取样装置内；该取样装置实用性强，适用范围广。

其中，在本实施例中，所述取样装置优选地采用长度100mm，直径50mm，壁厚3mm钢管制作而成。

本实施例还包括：通气管2，所述通气管2内置于所述存料桶，其中，所述通气管2的底部安装在所述底部支撑件4，所述通气管2的顶部超出所述存料桶设置。通过所述通气管2的设置，可实现存料桶内外压力平衡，有利于取样操作，还可用于出水等。

其中，如图3所示，所述底部封板5包括：两块180°底部封板，每块所述180°底部封板通过单向合页转动连接在所述安装件6的底部，其中，上述两块180°底部封板在封合状态时基本封合所述存料桶的底部。其中，通过上述单向合页的设置，使得本实施例在下放过程中取样装置遇水下泥浆或灌浆料等稠度较大浆体取样装置的所述底部封板5会通过合页自动打开进行自动取样，待连接管1上提时取样装置底部由于重力作用会闭合将样品储存在取样装置内。

进一步地，所述底部封板5采用铁皮或塑料板制成。

所述底部支撑件4包括：多根支撑钢筋，所述支撑钢筋按照交叉方式安装在所述存料桶的底部。在本实施例中，优选地设置有四根支撑钢筋，在所述取样装置上提过程中可支撑所述底部封板5，避免灌浆料的散落导致取样失败。

其中，所述支撑钢筋优选地按照周向均匀布设的方式安装在所述存料桶的底部。

进一步优选地，在本实施例中，所述安装件6优选地安装在所述支撑钢筋的中心位置。

进一步优选地，在所述存料桶的底部外侧还设有导向限位件3，其中，所述导向限位件3由磁性材料制成。其中，所述导向限位件3兼具导向功能，其可保证取样装置可准确进入环形灌浆空间，达到准确取样的目的。

本实施例还包括：至少一段连接管1，相邻设置的所述连接管1通过螺纹连接，末端设置的所述连接管1还与所述安装件6螺纹连接。其中，所述连接管1优选地采用钢管，如所述钢管可采用直径15mm，壁厚4mm，当然上述尺寸可根据实际情况进行调整。

进一步优选地，所述钢管的长度可设置为5m、2m或1m等多个尺寸，在所述钢管的外壁刻有长度刻度，目的是根据下放长度可直观的进行测量计算估计取样位置，估算整个灌浆高度，该环节对于灌浆是否按要求灌满的质量指标具有很好的参考性；不同的所述钢管端部优选地采用螺纹连接。

如图4所示，本实施例还提出了一种基于海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样方法，所述取样方法包括：

步骤S1，在钢护筒和植入桩形成的环形空间内灌注灌浆料；

步骤S2，在上述灌浆过程中从辅助平台沿钢护筒内壁下放取样装置至灌浆界面；

步骤S3，在辅助平台上进行水下灌浆料的取样；

步骤S4，在辅助平台上提连接管1，逐步收回取样后的取样装置。

其中，在本实施例中，在完成上述步骤S1之前还需要进行以下作业。

S11，通过搭建辅助平台进行打护筒、嵌岩、钻孔、植桩。

具体地，适用于大多数海上风电植入嵌岩桩以及类似取样施工，植入桩施工工艺通常为：测量定位—植入桩沉桩—稳桩嵌岩平台制作、运输、安装—辅助桩沉桩—辅助平台加固—钢护筒沉桩—嵌岩钻孔—植入植入桩—安装导管、灌注封底混凝土—植入桩和岩壁、护筒之间环缝灌浆—拔出钢护筒—植入桩桩芯混凝土灌注—辅助平台拆除-上部结构安装。

S12，植入桩封底施工和嵌岩段灌浆施工。

具体地，目前海上风电植入嵌岩桩灌浆作业主要包括三部分：植入桩和岩壁之间的环形空间灌浆，植入桩和护筒之间的环形空间灌浆，植入桩内桩芯灌注混凝土。

S13，根据嵌岩桩灌浆的设计高度、已灌浆高度和嵌岩桩的入岩深度、辅助平台高度等计算取样检测装置的螺纹钢管接入长度。

具体地，涉及的取样检测装置的连接管1部分是由不同长度的螺纹钢管连接组成，连接管1材质采用钢管(直径15mm，壁厚4mm，尺寸可变动)。所述钢管的长度可设置为5m、2m或1m等多个尺寸，在所述钢管的外壁刻有长度刻度，目的是根据下放长度可直观的进行测量计算估计取样位置，估算整个灌浆高度，该环节对于灌浆是否按要求灌满的质量指标具有很好的参考性；不同的所述钢管端部优选地采用螺纹连接。

在上述步骤S1中，在下放取样过程中，在所述钢护筒和所述植入桩空隙较大的一侧进行；如出现下放不到位，则另取取样装置的下放位置。其中，下放该取样装置时应根据实际情况调整角度，宜选取植入桩的迎水侧下放，必要时可适当调整下放角度。

其中在所述取样装置下放过程中，由于在所述存料桶的底部外侧还设有导向限位件3，其中，所述导向限位件3由磁性材料制成。所述导向限位件3兼具导向功能，其可保证取样装置可准确进入环形灌浆空间，达到准确取样的目的。

进一步地，此处涉及的取样装置的具体技术方案见上文描述，这里不再赘述。

在上述的步骤S2中，通过在辅助平台的连接管1端施加压力，让所述取样装置沉入灌浆料中；其中，施压过程宜缓慢匀速进行，避免由于用力过猛取样装置弹开，导致取样失败。其中，该取样装置可在灌浆过程中任一时间随机采样。

根据嵌岩桩灌浆的设计高度、已灌浆高度和嵌岩桩的入岩深度计算取样检测装置的钢管接入长度。

涉及到的连接管1应为一端为外螺纹接头，一端为内螺丝接头。

涉及到的所述连接管1接入长度应考虑由于水流力的作用，钢管产生的挠度所造成的长度富余量。

涉及到的所述连接管1的接入长度为辅助平台高程H1+嵌岩桩嵌岩深度H2-已灌浆高度H3+取样装置高度H4+钢管挠度富余量H5+取样装置入料深度H6。

进一步地，在所述取样装置的下放和上提的过程中均应缓慢进行操作，所述取样装置应全部没入灌浆料，保证取样的质量。

在上述步骤S3中，在向上收回样本时逐步拆除螺纹连接的连接管1，其中，所述取样装置按照垂直角度向上提，避免灌浆材料的散落导致取样失败。

其中，整个装置上提回收取样装置的过程中，取样装置底部均布设置4根支撑钢筋，在取样装置上升过程中可支撑底部封板5，避免灌浆材料的散落导致取样失败。

目前一般的嵌岩桩施工水深在20m以上，考虑到由于水流力作用造成的钢管挠度较大，故在靠近于取样装置部位设置上述导向限位件3，一方面可以抵抗水流力，使得钢管贴近嵌岩桩体，另外套筒具有导向作用，使得取样装置准确进入到环形灌浆空间完成取样。

考虑到海上风电植入施工中波浪力等作用，取样时应选择在平潮位进行，下放装置的位置选择在植入桩的迎水面，必要时可调整下放角度，使其靠近嵌岩桩体。

该取样装置在下放过程中遇水下泥浆或灌浆料等稠度较大浆体取样装置底部会通过合页自动打开，通过连接管1下放进行自动取样，待连接管1上提时取样装置底部会闭合将样品储存在取样装置内。

在上述步骤S4中，为了保证取样质量，应将取样装置完全置于灌浆内部，得到内部的材料密实度数据。由于取样装置入水深度较大，故操作人员在施加压力时应当匀速轻压，避免取样装置弹起导致取样失败。通过平台上操作人员对取样结果进行推断，为保证取样的成功率，应进行多次反复下放取样，使得灌浆材料尽量充满取样装置。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其特征在于，包括：存料桶、底部支撑件、安装件以及底部封板；

所述底部支撑件安装在所述存料桶的底部，在所述底部支撑件与所述存料桶之间具有连通通道；

所述安装件内置于所述存料桶内并与所述底部支撑件连接；

所述底部封板转动连接在所述安装件的底部。

2.根据权利要求1所述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其特征在于，还包括：通气管，所述通气管内置于所述存料桶，其中，所述通气管的底部安装在所述底部支撑件，所述通气管的顶部超出所述存料桶设置。

3.根据权利要求1所述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其特征在于，所述底部封板包括：两块180°底部封板，每块所述180°底部封板通过单向合页转动连接在所述安装件的底部，其中，上述两块180°底部封板在封合状态时基本封合所述存料桶的底部。

4.根据权利要求3所述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其特征在于，所述底部封板采用铁皮或塑料板制成。

5.根据权利要求1所述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其特征在于，所述底部支撑件包括：多根支撑钢筋，所述支撑钢筋按照交叉方式安装在所述存料桶的底部。

6.根据权利要求1所述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其特征在于，在所述存料桶的底部外侧还设有导向限位件，其中，所述导向限位件由磁性材料制成。

7.根据权利要求1所述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置，其特征在于，还包括：至少一段连接管，相邻设置的所述连接管通过螺纹连接，末端设置的所述连接管还与所述安装件螺纹连接。

8.一种基于如权利要求1至7任一项所述的海上风电植入嵌岩桩灌浆密实度取样装置的取样方法，其特征在于，所述取样方法包括：

在钢护筒和植入桩形成的环形空间内灌注灌浆料；

在上述灌浆过程中沿钢护筒内壁下放取样装置至灌浆界面；

进行水下灌浆料的取样；

上提连接管，逐步收回取样后的取样装置。

9.根据权利要求8所述的取样方法，其特征在于，在下放取样过程中，在所述钢护筒和所述植入桩空隙较大的一侧进行；如出现下放不到位，则另取取样装置的下放位置。

10.根据权利要求8或9所述的取样方法，其特征在于，通过在辅助平台的连接管端施加压力，让所述取样装置沉入灌浆料中；

和/或，在所述取样装置的下放和上提的过程中均应缓慢进行操作，所述取样装置应全部没入灌浆料；

和/或，在向上收回样本时逐步拆除螺纹连接的连接管，其中，所述取样装置按照垂直角度向上提。

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