CN116084409A - 一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统及施工方法。一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，包括施工船和拌浆后台；施工船能够满足近海通航受限条件，施工船头部两侧和尾部两侧各至少设有一组船舶锚缆和一套定位桩构造，船舶锚缆和定位桩构造共同实现施工船在搅拌桩的施工区的定位和锚固，施工船的夹板上设有桩机设备，桩机设备用于施工水泥搅拌桩；拌浆后台邻近施工区固定设于海上，拌浆后台用于拌浆并向施工船输送已经拌好的水泥浆液。施工船能够完成水泥搅拌桩的施工，其避免因尺寸及吨位超限无法进入施工区域开展施工，能够减小带来的波浪扰动及地基扰动、既有建筑物的不利沉降变形，失控撞击既有建筑物造成的风险更小。

Description

一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统及施工方法

技术领域

本发明涉及近海通航受限条件下的海上地基加固施工技术领域，特别是一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统及施工方法。

背景技术

我国沿海区域经济体量大，在国民经济高速发展的背景下，对土地的需求量日益增大，土地资源的供需两端难以达到平衡。吹填造陆作为一种科学高效的施工方式，在可预见的将来一直都会是我国沿海发达地区开发土地增量资源的最佳方式。一般来说，首先要修建外海堤进行围闭后方可吹填从而实现大规模的吹填造陆，而外海堤建设不可避免地会遇到大量软弱地基，因此对含有超厚淤泥层的软弱地基进行加固是有必要的，近年来对于近海造陆工程地基处理的经济有效方式通常为水泥搅拌桩。

目前近海工程的水泥搅拌桩施工大多采用船舶法进行施工，即采用大型DCM施工船进行高效作业。然而，采用该方法施工通常需要在宽敞海域内方可实现，对于通航受限、紧邻既有建筑物且加固方量极大的“泛受限空间”内水泥搅拌桩施工则无法实施，直接影响到水泥搅拌桩施工组织的有效开展，无法为后续的基础及上部结构及时提供工作面，导致整体工期滞后。

现有的大型DCM施工船施工方法主要存在以下几方面不足：

1、通航受限情况下，大型DCM施工船舶因尺寸及吨位超限无法进入施工区域开展施工，并且由于处于近海区域，水转陆施工面临难度大且造价较高等问题，无法满足实际需求。

2、紧邻既有建筑物情况下开展施工，一方面存在船舶失控撞击既有建筑物的风险，另一方面大型施工船舶带来的波浪扰动及地基扰动均会使既有建筑物产生不利的沉降变形。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术在采用大型DCM施工船施工水泥搅拌桩加固近海工程时，面对通航受限、紧邻既有建筑物等特殊条件的泛受限空间，存在大型DCM施工船舶因尺寸及吨位超限无法进入施工区域开展施工、大型施工船舶带来的波浪扰动及地基扰动均会使既有建筑物产生不利的沉降变形、大型施工船舶失控撞击既有建筑物造成的风险更大的问题，提供一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，包括施工船和拌浆后台；

施工船能够满足近海通航受限条件，施工船头部两侧和尾部两侧各至少设有一组船舶锚缆和一套定位桩构造，船舶锚缆和定位桩构造共同实现施工船在搅拌桩的施工区的定位和锚固，施工船的夹板上设有桩机设备，桩机设备用于施工水泥搅拌桩；

拌浆后台邻近施工区固定设于海上，拌浆后台用于拌浆并向施工船输送已经拌好的水泥浆液从而完成水泥搅拌桩施工。

本方案中，施工船需要满足近海通航受限条件，即满足通航要求的尺寸及吨位条件，使得施工船能够正常驶入搅拌桩的施工区。且施工船的夹板上设有桩机设备，桩机设备用于施工水泥搅拌桩，在保证施工船定位后的稳定前提下，以及能够为施工船提供合格的浆液的前提下，能够通过施工船施工搅拌桩。

本方案的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，因施工船的尺寸及吨位需要满足近海通航受限，故施工船一般尺寸较小，无法提供水泥罐存储地以及后台拌浆地等，使得无法将桩机设备和拌浆设备等均稳定的设置在施工船，如采用陆上拌浆则输浆过程中容易堵管，且成本过高不适宜近海工程的水泥搅拌桩施工，通过单独设置拌浆后台用于固定拌浆设备，并将拌浆后台固定设于邻近施工区的海上，拌浆后台能够为施工船提供合格的水泥浆液；而施工船在船舶锚缆和定位桩构造的定位下，能够保证其定位后的稳定性，减小施工船的失控可能性，使得施工船能够完成搅拌桩的施工，其避免了因尺寸及吨位超限无法进入施工区域开展施工，且施工船的尺寸及吨位较小，能够减小带来的波浪扰动及地基扰动，进而减小既有建筑物的不利的沉降变形，且失控撞击既有建筑物造成的风险更小。

优选的，定位桩构造包括设于施工船上的悬挑支撑结构，悬挑支撑结构一端连接施工船、另一端悬挑支撑有底座，底座上固定有竖向设置的套管，套管内适配设有定位桩，定位桩能够在套管内移动，定位桩下端设有动滑轮，动滑轮能够向上支撑定位桩，底座或悬挑支撑结构上固定有第一导向轮，第一导向轮和动滑轮绕设有同一牵引绳，牵引绳位于同一平面，牵引绳一端连接有动力系统、另一端固定设置，牵引绳的两端位于套管的对侧。

本方案的定位桩构造，在船舶上设有悬挑支撑结构，悬挑支撑结构用于在船舶外悬挑支撑底座，底座用于固定竖向设置的套管。套管用于限位定位桩，保持定位桩的稳定和垂直度，同时作为定位桩上下移动的限位通道。第一导向轮固定设置，用于设置牵引绳，对牵引绳的移动起导向作用。定位桩下端设有动滑轮，动滑轮也对牵引绳的移动起导向作用。牵引绳一端连接动力系统，另一端绕过第一导向轮的滚轮面和动滑轮的滚轮面然后固定，通过第一导向轮和动滑轮绕设牵引绳，使得牵引绳位于同一平面，且牵引绳的两端位于所述套管的对侧，通过动力系统提供动力，使得牵引绳收放进而能够改变动滑轮的竖向位置，而动滑轮能够向上支撑所述定位桩，即牵引绳收放能够稳定向上提起定位桩或下放定位桩。

本发明的定位桩构造，定位桩能够借助套管、底座和悬挑支撑结构与船舶形成横向限位，定位桩下端能够下放至进入淤泥、黏土等土层，进而能够借助海底土层对船舶进行水平限位，通过同时设置锚缆和定位桩形成双重锚固，极大的降低了船舶晃动，其稳定性更高，且能够用于保证水泥搅拌桩施工过程中船舶的姿态稳定性，水泥搅拌桩的桩位可精准定位控制、垂直度可保证，有效提高了成桩质量，降低了因船舶不稳定造成的水泥搅拌桩的施工偏位等质量风险。在较大风浪情况下，仍可进行施工作业。在紧急情况下通过牵引绳收放能够稳定向上提起定位桩或下放定位桩，能够实现快速提起定位桩便于转运，能够实现快速下放定位桩进行制动，降低了船舶撞击既有建筑物的风险，增大船舶防大风的能力，极大的降低了施工安全事故发生率。

优选的，施工船的夹板上沿纵向设置有滑轨，滑轨上滑动连接有底座，底座上方靠近施工船边缘一侧固定设有桩机设备，桩机设备包括竖向设置的塔架，塔架底部连接于底座上，塔架上部通过支腿连接于底座远离施工船边缘一侧，塔架顶部安装有动力头，动力头下端连接有钻杆。

塔架、底座和支腿用于保证桩机设备的钻杆施工搅拌桩时的稳定。当存在加固方量大、施工时间短的情况时，传统施工方法工效达不到要求；本方案通过在施工船的夹板上设置滑轨，并将桩机设备固定在底座上方靠近施工船边缘一侧固定，便于施工对应侧的搅拌桩，且能够通过底座沿滑轨移动带动桩机设备沿施工船纵向移动，进而改变桩机设备在施工船的夹板上纵向位置，便于调整桩机设备的钻杆，用于调整对位需要施工的搅拌桩，也能够在施工船不动的前提下，用于对位不同的搅拌桩，减少施工船的移动，提高搅拌桩的整体施工效率和施工质量，进而能够缩短施工时间，满足工效要求。

优选的，拌浆后台设有水泥罐、自动搅拌机、第一储浆罐和第一注浆泵，水泥罐设于拌浆后台的中部，第一储浆罐和第一注浆泵设于拌浆后台靠近施工区的一侧；

施工船上设有第二储浆罐和第二注浆泵，第一注浆泵通过第一送浆管连通第一储浆罐和第二储浆罐，第二注浆泵通过第二送浆管连通第二储浆罐和桩机设备，第一送浆管和第二送浆管均具有冗长；

自动搅拌机接收水泥罐的水泥进行第一次搅拌后再输送至第一储浆罐中，第一储浆罐将搅拌好的浆液通过第一注浆泵泵送至第二储浆罐，第二储浆罐能够对浆液进行二次搅拌，第二储浆罐通过第二注浆泵将二次搅拌后的浆液泵送至桩机设备。

采用上述方案，水泥罐设于拌浆后台的中部，用于存储水泥，且能够保证拌浆后台的重心稳定；第一储浆罐和第一注浆泵设于拌浆后台靠近施工区的一侧，便于向施工船泵送浆液；第一送浆管和第二送浆管均具有冗长，一是满足海水波动对第一送浆管和第二送浆管的影响，避免第一送浆管和第二送浆管因为拉扯被破坏导致浆液无法正常供给至桩机设备，避免影响搅拌桩的连续施工，二是能够满足施工船移动后的浆液供给，使得施工船移动后也能够施工搅拌桩，避免影响搅拌桩的连续施工。

水泥搅拌桩对施工连续性要求较高，因此非必要情况下浆液拌制、输浆、注浆均不能停止；采用上述布置方式，能够保证施工船施工搅拌桩的连续性，同时第二储浆罐能够对浆液进行二次搅拌，进一步保证供给桩机设备的浆液的质量，使得搅拌桩的施工质量更好。

优选的，拌浆后台设有至少两个水泥罐，两个水泥罐对称设于拌浆后台的中部，保证拌浆后台的重心稳定、空间占用小的前提下，两个水泥罐形成互补，充分保证水泥供应，避免水泥断料造成供浆中断，影响搅拌桩的成桩质量。

优选的，拌浆后台包括若干钢管桩，钢管桩沉桩锚固于海底，钢管桩顶面高于海平面；所有钢管桩顶部焊接有桩顶盖板，桩顶盖板上架设并满焊有双拼工字钢主梁，双拼工字钢主梁上方间隔焊接设置若干工字钢次梁，工字钢次梁上方铺满钢板；

水泥罐上缠绕有固定绳，固定绳连接至钢管桩。

拌浆后台采用上述结构，结构稳定，利于在拌浆后台上进行拌浆作业，为施工船提供稳定的浆液供给，且施工相对较为简单。且拌浆后台的水泥罐能够通过固定绳牵引至底部钢管桩并固定形成防风缆绳达到防台加固效果，既能通过拌浆后台固定上部的水泥罐，又能够通过上部的水泥罐辅助固定拌浆后台，形成相互固定，提高稳定性。

优选的，还包括水泥补给船，水泥补给船用于向拌浆后台的水泥罐运送水泥；

拌浆后台远离施工区的一侧设有防护构造，防护构造包括至少两簇由三个防撞桩组成的防护构件；

每个防护构件的三个防撞桩呈等边三角形布置，相邻防撞桩之间设有水平支撑，其中一个防撞桩远离拌浆后台设置，剩余两个防撞桩与拌浆后台的间距相等，远离拌浆后台设置的防撞桩外侧设有橡胶护舷。

水泥补给船向拌浆后台的水泥罐运送水泥，保证材料的充足；且水泥补给船运送水泥到达拌浆后台，可能发生与拌浆后台碰撞，而拌浆后台为独立的梁板柱式结构，面对水泥补给船的频繁撞击，稳定性会受影响，本方案通过设置防护构造，用于防护拌浆后台，避免水泥补给船与拌浆后台的直接碰撞，进而保证拌浆后台的稳定性。每个防护构件的三个防撞桩呈等边三角形布置，能够保证防护构件的稳定性；其中一个防撞桩远离拌浆后台设置，剩余两个防撞桩与拌浆后台的间距相等，且防护构造包括至少两簇由三个防撞桩组成的防护构件，能够便于水泥补给船的停靠；且远离拌浆后台设置的防撞桩外侧设有橡胶护舷，能够起到缓冲作用，削弱水泥补给船防撞桩的碰撞能，减小对拌浆后台稳定性的干扰。

优选的，每个施工船对应一个拌浆后台，所有拌浆后台沿施工区的长度方向间隔设置，靠近市政取水点的拌浆后台通过输水管直接连通，其余拌浆后台通过输水管连通相邻的拌浆后台，所有输水管均具有冗长。

当设计方严格要求拌浆采用市政用水时，会面临水管规划布置难题。本方案中，每个施工船对应一个拌浆后台，所有拌浆后台沿施工区的长度方向间隔设置，能够减小各种管道的布设难度，如可以将靠近市政取水点的拌浆后台通过输水管直接连通，其余拌浆后台通过输水管连通相邻的拌浆后台，使得能够更加简单的使得每个拌浆后台获得市政水，进而能够提高浆液质量，提高搅拌桩的质量。且上述方式，能够沿施工区的长度方向多点同时作业，能够提高施工效率。

一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工方法，采用上述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统施工搅拌桩，包括以下步骤：

S1、安装近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，使得拌浆后台满足拌浆条件并能够向施工船输送已经拌好的浆液，并使得施工船进入搅拌桩的施工区，再将施工船移动至其中一个锚缆位的其中一排的其中一组搅拌桩的施工位置；其中，施工船上的定位构造具有能够上下移动的定位桩，施工船上的桩机设备能够沿滑轨在施工船的纵向移动；

S2、由施工人员在施工船上测量定位测得大概施工位置，然后下放所有船舶锚缆；

S3、定位放样定位桩构造的定位桩的位置并使得桩机设备的钻杆与待施工搅拌桩的桩位轴线重合，然后再下放该施工船的所有定位桩；

S4、校核桩机设备的钻杆与待施工搅拌桩的桩位轴线的偏位，如果偏位超出允许偏差则上提该施工船的所有定位桩，然后重复步骤S3；如果偏位未超出允许偏差则进入步骤S5；

S5、校核施工船的两侧的高差，如果两侧高差超过允许值，则调整两侧高差至允许值内；校核施工船的船头和船尾的高差，如果施工船的船头和船尾的高差超过允许值，则调整船头和船尾的高差至允许值内；如果施工船的两侧的高差和施工船的船头和船尾的高差均在允许值内，则进入步骤S6；

S6、通过拌浆后台开始按照配合比下料掺水拌浆，制得水泥浆液并经测试合格后通过拌浆后台的第一注浆泵通过第一送浆管输浆至施工船的第二储浆罐内；

S7、启动施工船上的发电机，开启第二储浆罐的电机对浆液进行二次搅拌；

S8、开启桩机设备的卷扬机和动力头，并开启施工船上的第二注浆泵向桩机设备的钻杆输送浆液，钻杆开始旋转下钻搅拌成桩直至该排的该组搅拌桩施工完成，然后通过反转卷扬机均速喷浆提升钻杆至水面上；

S9、借助于施工船上的滑轨，沿施工船纵向调整桩机设备的位置，使得能够重新定位该排下一组的搅拌桩，然后重复步骤S8完成该排下一组的搅拌桩的施工；

S10、重复步骤S9直至该排所有组的搅拌桩施工完成；

S11、将动力头提升至0刻度处，然后保持施工船上的船舶锚缆不动，上提所有定位桩至施工船解除定位，再控制施工船在船舶锚缆的范围内移动至钻杆中心与下一排搅拌桩的中心轴线对齐，重复步骤S3-S10直至该锚缆位的下一排搅拌桩施工完成；

S12、重复步骤S11直至该锚缆位的所有排的搅拌桩施工完成；

S13、将动力头提升至0刻度处，然后上提所有定位桩至施工船解除定位并收起所有船舶锚缆，再控制施工船至下一锚缆位，然后重复步骤S2-S12至下一锚缆位的所有搅拌桩施工完成；

S14、重复步骤S13直至所有搅拌桩施工完成。

本方案中，将施工区沿纵向分成若干排搅拌桩施工区域，且每排搅拌桩沿其纵向具有若干组，其中，部分相邻的若干排搅拌桩为一个锚缆位。每个施工船先施工某一排的某一组的搅拌桩，施工该组的搅拌桩时，不需要移动施工船，施工完该组的搅拌桩后，通过移动施工船的桩机设备至其它组的搅拌桩后，继续施工直至该排的搅拌桩施工完成；该排的搅拌桩施工完成后，不需要收回船舶锚缆，即施工依然位于该锚缆位内，只需要上提定位桩后移动施工船至该锚缆位内的其它排的搅拌桩施工区域，然后依次施工其它排的搅拌桩直至该锚缆位内的搅拌桩施工完成；施工完该锚缆位内的搅拌桩后，需要移动施工船至下一锚缆位，这时需要收回船舶锚缆并上提定位桩，然后在下一锚缆位内重复施工，直至施工区所有的搅拌桩施工完成。

本方案所述近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工方法，整个过程利用桩机设备在施工船上的移动能够施工同排不同组的搅拌桩，利用船舶锚缆不收回时的定位，施工船在锚缆位内的移动能够施工同锚缆位不同排的搅拌桩，利用船舶锚缆收回和定位桩的收回，使得施工船在施工区的不同锚缆位的移动施工不同锚缆位的搅拌桩，使得整个过程定位和锚固的过程减少，且施工有序，能够极大的提高施工效率，而且施工时的定位更精准、稳定性更好，使得施工的搅拌桩的质量更高，施工更加安全。

优选的，在步骤S5中：

调整施工船两侧的高差时，通过升高或者降低桩机设备的塔架的支腿来调整钻杆的垂直度；

调整施工船船头和船尾的高差时，通过施工船内部的压舱水使得施工船达到平衡。

能够实现桩机设备的钻杆的双向动态调整功能，能够更好地保证钻杆的垂直度，提高搅拌桩的施工质量。

综上，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，因施工船的尺寸及吨位需要满足近海通航受限，通过单独设置拌浆后台用于固定拌浆设备，并将拌浆后台固定设于邻近施工区的海上，拌浆后台能够为施工船提供合格的浆液；而施工船在船舶锚缆和定位桩构造的定位下，能够保证其定位后的稳定性，减小施工船的失控可能性，使得施工船能够完成搅拌桩的施工，其避免了因尺寸及吨位超限无法进入施工区域开展施工，且施工船的尺寸及吨位较小，能够减小带来的波浪扰动及地基扰动，进而减小既有建筑物的不利的沉降变形，且失控撞击既有建筑物造成的风险更小。

2、本发明所述近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工方法，整个过程利用桩机设备在施工船上的移动能够施工同排不同组的搅拌桩，利用船舶锚缆不收回时的定位，施工船在锚缆位内的移动能够施工同锚缆位不同排的搅拌桩，利用船舶锚缆收回和定位桩的收回，使得施工船在施工区的不同锚缆位的移动施工不同锚缆位的搅拌桩，使得整个过程定位和锚固的过程减少，且施工有序，能够极大的提高施工效率，而且施工时的定位更精准、稳定性更好，使得施工的搅拌桩的质量更高，施工更加安全。

附图说明

图1是实施例1中所述近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统的结构示意图；

图2是施工船的平面布置示意图；

图3是施工船的侧面布置示意图；

图4是施工船的端面布置示意图；

图5是定位桩的俯视示意图；

图6是定位桩在悬挑支撑结构上的布设平面示意图；

图7是定位桩在悬挑支撑结构上的布设侧面示意图；

图8是定位桩在悬挑支撑结构上的布设正视示意图；

图9是拌浆后台的平面布置示意图；

图标：1-施工船；2-驾驶室；3-船舶锚缆；4-定位桩构造；41-定位桩；411-桩身；4111-应力板；412-桩头；413-动滑轮；42-限位轮；43-桩底座；431-矩形框架结构；432-斜拉件；433-加劲板；441-第一导向轮；442-第二导向轮；45-变速箱；46-电机；461-挡位；47-牵引绳；48-套管；410-悬挑支撑结构；4101-工字梁；5-滑轨；6-底座；7-塔架；8-支腿；9-动力头；10-钻杆；11-第二储浆罐；12-第二注浆泵；13-储油罐；14-发电机；15-配电箱；16-登船梯；17-杂物箱；18-废浆罐；19-拌浆后台；20-钢管桩；21-水泥罐；22-下料系统；23-第一储浆罐；24-第一注浆泵；25-后台储油罐；26-后台发电机；27-后台配电箱；28-防撞桩；29-船用海军锚；30-第一送浆管；31-水泥补给船；32-输水管；33-市政取水点；34-施工区；35-跨海既有建筑物。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，参见图1，包括施工船1和拌浆后台19；

施工船1能够满足近海通航受限条件，施工船1头部两侧和尾部两侧各至少设有一组船舶锚缆3和一套定位桩构造4，船舶锚缆3和定位桩构造4共同实现施工船1在搅拌桩的施工区34的定位和锚固，施工船1的夹板上设有桩机设备，桩机设备用于施工水泥搅拌桩；

拌浆后台19邻近施工区34固定设于海上，拌浆后台19用于拌浆并向施工船1输送已经拌好的水泥浆液从而完成水泥搅拌桩施工。

本方案中，施工船1需要满足近海通航受限条件，即满足通航要求的尺寸及吨位条件，使得施工船1能够正常驶入搅拌桩的施工区34。且施工船1的夹板上设有桩机设备，桩机设备用于施工水泥搅拌桩，在保证施工船1定位后的稳定前提下，以及能够为施工船1提供合格的浆液的前提下，能够通过施工船1施工搅拌桩。

如图1所示，在上侧具有市政取水点33，市政取水点33位于市政区，也就是陆地范围，中部具有施工区34，施工区34的左右侧方向为纵向，施工船1的纵向是沿施工区34的横向布置的，施工区34的下侧为与施工区34纵向平行的跨海既有建筑物35，如海上大桥等。

本实施例中，施工区34沿纵向连续分成若干个锚缆位，每个锚缆位对应若干排搅拌桩，每排搅拌桩沿施工区34的横向布设，施工船1的纵向沿施工区34的横向布置后，大致是能够覆盖整个施工区34的横向，使得施工船1能够覆盖整个施工区34的横向的搅拌桩作业空间。图1中，每个施工船1具有四组船舶锚缆3，四组船舶锚缆3分别通过船用海军锚29固定在海床上，形成一个锚缆区域，对应一个锚缆位。

本实施例中，沿施工区34纵向可以布设有至少一个施工船1，施工船1需要满足近海通航受限条件，即满足通航要求的尺寸及吨位条件，使得施工船1能够正常驶入搅拌桩的施工区34。且施工船1的夹板上设有桩机设备，桩机设备用于施工水泥搅拌桩，在保证施工船1定位后的稳定前提下，以及能够为施工船1提供合格的浆液的前提下，能够通过施工船1施工搅拌桩。

图1中展示了两艘施工船1，每艘施工船1对应一座拌浆后台19，所有拌浆后台19也沿施工区34的长度方向等间隔设置，对应于施工区34的不同锚缆位设置。除外，每座拌浆后台19还需要通过第一送浆管30连通对应的施工船1，能够为施工船1提供搅拌桩施工所需要的水泥浆液，第一送浆管30位于海里，这种布置方式也能够降低第一送浆管30的布置难度。第一送浆管30需要具有冗长，一是满足海水波动对第一送浆管30的影响，避免第一送浆管30因为拉扯被破坏导致浆液无法正常供给施工船1，避免影响搅拌桩的连续施工，二是能够满足施工船1移动后的浆液供给，使得施工船1移动后也能够施工搅拌桩，避免影响搅拌桩的连续施工。

当设计方严格要求拌浆采用市政用水时，会面临水管规划布置难题，即拌浆后台19需要连通市政取水点33，使得能够为拌浆后台19提供充足的拌浆水源。本实施例中，对应于施工区34右侧的拌浆后台19靠近市政取水点33，其通过输水管32直接连通市政取水点33，其余拌浆后台19通过输水管32连通相邻的拌浆后台19，如图1中施工区34左侧的拌浆后台19通过输水管32连通相邻的右侧的拌浆后台19，能够减小输水管32的布设难度，使得能够更加简单的使得每个拌浆后台19获得市政水，进而能够提高浆液质量，提高搅拌桩的质量。所有输水管32均具有冗长，满足海水波动对输水管32的影响，避免输水管32因为拉扯被破坏而无法向拌浆后台19供水。

图1中，还设有水泥补给船31，水泥补给船31用于向拌浆后台19运送水泥，满足材料需求。

本实施例的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，因施工船1的尺寸及吨位需要满足近海通航受限，故施工船1一般尺寸较小，无法提供水泥罐21存储地以及后台拌浆地等，使得无法将桩机设备和拌浆设备等均稳定的设置在施工船1，如采用陆上拌浆则输浆过程中容易堵管，且成本过高不适宜近海工程的水泥搅拌桩施工，通过单独设置拌浆后台19用于固定拌浆设备，并将拌浆后台19固定设于邻近施工区34的海上，由水泥补给船31向拌浆后台19运送水泥，通过输水管32向拌浆后台19输送市政水，使得拌浆后台19能够为施工船1提供合格的水泥浆液；而施工船1在船舶锚缆3和定位桩构造4的定位下，能够保证其定位后的稳定性，减小施工船1的失控可能性，使得施工船1能够完成搅拌桩的施工，其避免了因尺寸及吨位超限无法进入施工区34开展施工，且施工船1的尺寸及吨位较小，能够减小带来的波浪扰动及地基扰动，进而减小既有建筑物的不利的沉降变形，且失控撞击既有建筑物造成的风险更小。除外，通过将施工区34分成多个锚缆位，使得每艘施工船1在不同锚缆位内能够同时作业，且距离较远，不会相互干扰，即能够沿施工区34的长度方向多点同时正常作业，能够提高施工效率。

实施例2

本实施例提供一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，在实施例1的基础上，对施工船1、定位桩构造4、拌浆后台19的结构做了优选，参见图1-7。

如图2-4所示，施工船1的夹板上沿纵向设置有滑轨5，滑轨5上滑动连接有底座6，底座6上方靠近施工船1边缘一侧固定设有桩机设备，桩机设备包括竖向设置的塔架7，塔架7底部连接于底座6上，塔架7上部通过支腿8连接于底座6远离施工船1边缘一侧，塔架7顶部安装有动力头9，动力头9下端连接有钻杆10。塔架7、底座6和支腿8用于保证桩机设备的钻杆10施工搅拌桩时的稳定。其中，支腿8可以采用能够伸缩式的或者为能够加长或者缩短的结构形式，能够用来调整钻杆10的垂直度。

当存在加固方量大、施工时间短的情况时，传统施工方法工效达不到要求；本方案通过在施工船1的夹板上设置滑轨5，并将桩机设备固定在底座6上方靠近施工船1边缘一侧固定，便于施工对应侧的搅拌桩，且能够通过底座6沿滑轨5移动带动桩机设备沿施工船1纵向移动，进而改变桩机设备在施工船1的夹板上纵向位置，便于调整桩机设备的钻杆10，用于调整对位需要施工的搅拌桩，也能够在施工船1不动的前提下，用于对位不同的搅拌桩，减少施工船1的移动，提高搅拌桩的整体施工效率和施工质量，进而能够缩短施工时间，满足工效要求。本方案中，将每排搅拌桩分成若干组的搅拌桩，故可以通过桩机设备在滑轨5上的移动，进而施工不同组的搅拌桩。

如图2所示，除了在上侧设置了桩机部分以外，在甲板上的下侧从后到前依次设置有第二注浆泵12、第二储浆罐11、配电箱15、发电机14、储油罐13，能够平衡施工船1的左右侧。且施工船1还设有登船梯16，登船梯16也设置图2中甲板的下侧，避免与桩机设备的使用造成干扰。且图2中施工船1的右端为船头，设有驾驶室2，左端为船尾，设有杂物箱17和废浆罐18，使得能够平衡施工船1的船头和船尾。

如图5-8所示，定位桩构造4包括设于施工船1上的悬挑支撑结构410，悬挑支撑结构410一端连接施工船1、另一端悬挑支撑有桩底座43，桩底座43上固定有竖向设置的套管48，套管48内适配设有定位桩41，定位桩41能够在套管48内移动，定位桩41下端设有动滑轮413，动滑轮413能够向上支撑定位桩41，桩底座43或悬挑支撑结构410上固定有第一导向轮441，第一导向轮441和动滑轮413绕设有同一牵引绳47，牵引绳47位于同一平面，牵引绳47一端连接有动力系统、另一端固定设置，牵引绳47的两端位于套管48的对侧。

定位桩构造4包括设于所述施工船1上的悬挑支撑结构410，每个悬挑支撑结构410对应一个定位桩41。定位桩41的设置数量和对应于施工船1的设置位置可以根据实际情况选择。但作为适用性较强的选择，一般在所述施工船1的两侧共对称设有四个所述悬挑支撑结构410，即在所述施工船1的横向两侧均匀设置四个所述定位桩41，如图2所示。所述悬挑支撑结构410沿所述施工船1的横向设置，设置方便，占用施工船1的空间小，对施工船1的水平限位限位能力强，稳定性高。

悬挑支撑结构410可以采用板状结构，也可以采用梁结构。所述悬挑支撑结构410一端连接所述施工船1、另一端悬挑支撑有桩底座43，即悬挑支撑结构410用于在施工船1外悬挑支撑桩底座43。所述桩底座43上固定有竖向设置的套管48，桩底座43也可以采用悬持结构，形状等均可以选择，只需要能够固定竖向设置的套管48即可。其中，悬挑支撑结构410和桩底座43均不能够干扰套管48竖向设置，套管48的长度可以选择，但尽量应该伸入海水中。本实施例中，如图6-8所示，所述悬挑支撑结构410为两个工字梁4101，两个所述工字梁4101间隔设置，所述桩底座43固定架设在两个所述工字梁4101上，所述套管48穿设于两个所述工字梁4101之间，加工方便，稳定性强，且能够为定位桩41和套管48提供竖向设置空间。且所述桩底座43为矩形框架结构431，所述套管48固定穿设于所述矩形框架结构431的中部，加工方便，能够为定位桩41和套管48提供竖向设置空间。所述矩形框架结构431靠近所述施工船1中部的一侧设有斜拉件432，所述斜拉件432一端连接于所述工字梁4101，能够增强矩形框架结构431的稳定性。所述矩形框架结构431的各个角部还设有加劲板433，能够增强矩形框架结构431的稳定性。

所述套管48内适配设有定位桩41，定位桩41和套管48均可以是钢管，结构简单，自重轻，便于运输和吊装等。套管48用于限位定位桩41，保持定位桩41的稳定和垂直度，同时作为定位桩41上下移动的导向通道。所述定位桩41能够在所述套管48内移动，所述定位桩41下端设有动滑轮413，所述动滑轮413能够向上支撑所述定位桩41，所述桩底座43或所述悬挑支撑结构410上固定有第一导向轮441，所述第一导向轮441和所述动滑轮413绕设有同一牵引绳47，第一导向轮441固定设置，用于设置牵引绳47，对牵引绳47的移动起导向作用。动滑轮413也对牵引绳47的移动起导向作用。所述牵引绳47位于同一平面，所述牵引绳47一端连接有动力系统、另一端固定设置，所述牵引绳47的两端位于所述套管48的对侧。即牵引绳47一端连接动力系统，另一端绕过第一导向轮441的滚轮面和动滑轮413的滚轮面然后固定，通过第一导向轮441和动滑轮413绕设牵引绳47，使得牵引绳47位于同一平面，且牵引绳47的两端位于所述套管48的对侧，通过动力系统提供动力，使得牵引绳47收放进而能够改变动滑轮413的竖向位置，而动滑轮413能够向上支撑所述定位桩41，即牵引绳47收放能够稳定向上提起定位桩41或下放定位桩41。

如图6-8所示，所述动力系统可以包括电机46、变速箱45和挡位461，所述电机46连接所述变速箱45，所述变速箱45连接所述牵引绳47，所述挡位461用于控制所述电机46的输出功率。除了上述结构，也可以采用其它已知的，能够为牵引绳47收放提供动力的动力系统。

如图5-8所示，本实施例中，所述定位桩41可以包括上部的桩身411和下部的桩头412，所述桩头412为上大下小的尖状结构，所述动滑轮413设于所述桩头412内，所述动滑轮413的转动轴固定连接所述桩头412。通过设置上大下小的尖状结构的桩头412，能够使得定位桩41下端更容易进入海底土层，并与海底土层结合更稳定，增强施工船1的稳定性。所述动滑轮413设于所述桩头412内，所述桩头412能够对所述动滑轮413形成保护，避免动滑轮413无法转动。

作为较优的选择，所述桩头412包括沿其周向间隔设置的四个向外倾斜的应力板4111，四个所述应力板4111的底部汇聚并连接，形成桩头412的底部尖端，每个所述应力板4111与所述桩身411固定连接，所述动滑轮413的转动轴固定连接对应的应力板4111。四个应力板4111结构简单，便于加工，且能够从四个方向分别承受来自海底不同方向的作用力，使得定位桩41下端与海底土层结合更稳定。

如图5-8所示，本实施例中，还可以在所述桩底座43上设有至少一对限位轮42，每对所述限位轮42关于所述定位桩41相对设置，每对所述限位轮42适配限位所述定位桩41的侧壁，能够进一步对所述定位桩41进行水平限位，且定位桩41上升和下降的时候限位轮42会转动，使得定位桩41沿套管48的上下移动更加稳定。

如图7-8所示，本实施例中，还可以在所述第一导向轮441关于所述套管48的相对侧固定设置有第二导向轮442，所述牵引绳47远离所述第一导向轮441的一端搭设在所述第二导向轮442的轮面上。其中，所述牵引绳47远离所述第一导向轮441的一端可以搭设并固定在所述第二导向轮442的轮面上，也可以只是搭设在所述第二导向轮442的轮面上并连接在桩底座43上，第二导向轮442的轮面能够降低对牵引绳47的摩擦，能够保护牵引绳47远离所述第一导向轮441的一端不被破坏。所述第二导向轮442能够实现对所述牵引绳47远离所述第一导向轮441的一端进行导向，即所述牵引绳47两端和中部均具有导向，第一导向轮441、第二导向轮442和动滑轮413形成三角导向结构，能够更加稳定的对定位桩41进行提起和下放。

本实施例中，两个工字梁4101、矩形框架结构431形成定位架。两个工字梁4101、矩形框架结构431、斜拉件432、套管48、定位桩41、电机46、变速箱45和挡位461等组成一个集合体，其中，电机46、变速箱45和挡位461等均布设在两个工字梁4101上，两个工字梁4101焊接在施工船1的甲板上。牵引绳47一端连接位于甲板内的变速箱45、另一端先穿过第一导向轮441上轮滑面、然后贴着套管48向下绕过动滑轮413的下上轮滑面，再贴着套管48向上绕过第二导向轮442的上轮滑面，最后形成固定。定位桩41用于固定施工作业船舶的稳定，垂直上下，定位桩穿过桩底座43固定的套管，定位桩41与桩底座43接触位置设置限位轮，牵引绳47为牵引钢丝绳，牵引钢丝绳需穿过定位桩的桩头且两端分别通过桩底座43底部的第一导向轮441与变速箱连接和通过第二导向轮442进行固定，变速箱后端配置相应挡位的电机，能够控制电机的输出功率。

安装定位桩41时，可以先在船头和船尾两侧共选定四处可使船舶受力较均匀的位置通过焊接固定悬挑支撑结构、桩底座43和套管；其次焊接固定动力系统，具体包括电机、卷扬机、变速箱等并进行接线连接，且可作为悬挑支撑结构的压重；紧接着吊装桩头使桩头位于套管正下方并穿设牵引绳47，然后吊装桩身从套管内下放至桩头处，并与桩头形成固定连接，形成定位桩整体，最后验收及试机无问题后即可投入使用。

使用本实施例所述定位桩构造4过程中，首先将船舶开至施工区34内确定好大概的位置，抛4个锚缆，使其船舶可移动区域大致定位在施工区域，再移动锚缆大致到施工桩位后，下放其中一根定位桩41，并进行桩位复测，随后移动船舶该侧，下放该侧另一根定位桩41，使之靠近预定位置；再次进行复测，提起首次下放的定位桩41并移动该侧船舶使之预定位置，如此操作直至搅拌装钻杆10到达指定桩位且偏差在允许范围内即可进行拌浆开始水泥搅拌桩施工。熟练后通常移动1～2次即可满足定位精度要求。

本实施例中的所述定位桩构造4，定位桩41能够借助套管48、桩底座43和悬挑支撑结构410与施工船1形成横向限位，定位桩41下端能够下放至进入淤泥、黏土等土层，进而能够借助海底土层对施工船1进行水平限位，通过同时设置船舶锚缆3和定位桩41形成双重锚固，极大的降低了施工船1晃动，其稳定性更高，且保证了水泥搅拌桩施工过程中船舶的姿态稳定性，水泥搅拌桩的桩位可精准定位控制、垂直度可保证，有效提高了成桩质量，降低了因船舶不稳定造成的水泥搅拌桩的施工偏位等质量风险。在较大风浪情况下，仍可进行施工作业。在紧急情况下通过牵引绳47收放能够稳定向上提起定位桩41或下放定位桩41，能够实现快速提起定位桩41便于船舶的转运，能够实现快速下放定位桩41进行制动，降低了船舶撞击既有建筑物的风险，增大船舶防大风的能力，极大的降低了施工安全事故发生率，具有良好的技术推广意义。采用分离式结构，将结构分为悬挑支撑结构410、桩底座43、桩身411、桩头412、动力系统、牵引绳47等组成的牵引系统、套管48等组成的限位系统等七部分，在现场船舶只需简单组装焊接固定即可使用，改造成本低，改装速度快，安全可靠性高。

如图1和图9所示，所述拌浆后台19设有水泥罐21、自动搅拌机、第一储浆罐23和第一注浆泵24。水泥罐21设于拌浆后台19的中部，用于存储水泥，且能够保证拌浆后台19的重心稳定。如图9所示，拌浆后台19设有至少两个水泥罐21，两个水泥罐21对称设于拌浆后台19的中部，保证拌浆后台19的重心稳定、空间占用小的前提下，两个水泥罐21形成互补，充分保证水泥供应，避免水泥断料造成供浆中断，影响搅拌桩的成桩质量。且两个水泥罐21之间还对称设有两个下料系统22，每个下料系统22对应于一个水泥罐21，下料系统22远离施工区34设置。

第一储浆罐23和第一注浆泵24设于拌浆后台19靠近施工区34的一侧，便于向施工船1泵送浆液。图9中，一共设有两个第一注浆泵24和一个第一储浆罐23，两个第一注浆泵24关于第一储浆罐23在拌浆后台19的左右方向对称设置，且在拌浆后台19右下角设置有后台储油罐25，右上角设置有后台发电机26，保证上下侧的平衡。位于左侧的第一储浆罐23的上侧设有两个后台配电箱27。

施工船1上设有第二储浆罐11和第二注浆泵12，第一注浆泵24通过第一送浆管30连通第一储浆罐23和第二储浆罐11，第二注浆泵12通过第二送浆管连通第二储浆罐11和桩机设备，第一送浆管30和第二送浆管均具有冗长，一是满足海水波动对第一送浆管30和第二送浆管的影响，避免第一送浆管30和第二送浆管因为拉扯被破坏导致浆液无法正常供给至桩机设备，避免影响搅拌桩的连续施工，二是能够满足施工船1移动后的浆液供给，使得施工船1移动后也能够施工搅拌桩，避免影响搅拌桩的连续施工。

自动搅拌机接收水泥罐21的水泥进行第一次搅拌后再输送至第一储浆罐23中，第一储浆罐23将搅拌好的浆液通过第一注浆泵24泵送至第二储浆罐11，第二储浆罐11能够对浆液进行二次搅拌，第二储浆罐11通过第二注浆泵12将二次搅拌后的浆液泵送至桩机设备。水泥搅拌桩对施工连续性要求较高，因此非必要情况下浆液拌制、输浆、注浆均不能停止；采用上述布置方式，能够保证施工船1施工搅拌桩的连续性，同时第二储浆罐11能够对浆液进行二次搅拌，进一步保证供给桩机设备的浆液的质量，使得搅拌桩的施工质量更好。

本实施例中，拌浆后台19包括若干钢管桩20，钢管桩20沉桩锚固于海底持力层，钢管桩20顶面高于海平面；所有钢管桩20顶部焊接有桩顶盖板，桩顶盖板上架设并满焊有双拼工字钢主梁，双拼工字钢主梁上方间隔焊接设置若干工字钢次梁，工字钢次梁上方铺满钢板；拌浆后台19采用上述结构，结构稳定，利于在拌浆后台19上进行拌浆作业，为施工船1提供稳定的浆液供给，且施工相对较为简单。

水泥罐21上缠绕有固定绳，固定绳连接至钢管桩20。即拌浆后台19的水泥罐21能够通过固定绳牵引至底部钢管桩20并固定形成防风缆绳达到防台加固效果，既能通过拌浆后台19固定上部的水泥罐21，又能够通过上部的水泥罐21辅助固定拌浆后台19，形成相互固定，提高稳定性。

拌浆后台19远离施工区34的一侧设有防护构造，防护构造包括至少两簇由三个防撞桩28组成的防护构件；

每个防护构件的三个防撞桩28呈等边三角形布置，相邻防撞桩28之间设有水平支撑，其中一个防撞桩28远离拌浆后台19设置，剩余两个防撞桩28与拌浆后台19的间距相等，远离拌浆后台19设置的防撞桩28外侧设有橡胶护舷。水泥补给船31向拌浆后台19的水泥罐21运送水泥，保证材料的充足；且水泥补给船31运送水泥到达拌浆后台19，可能发生与拌浆后台19碰撞，而拌浆后台19为独立的梁板柱式结构，面对水泥补给船31的频繁撞击，稳定性会受影响，本方案通过设置防护构造，用于防护拌浆后台19，避免水泥补给船31与拌浆后台19的直接碰撞，进而保证拌浆后台19的稳定性。每个防护构件的三个防撞桩28呈等边三角形布置，且中间通过横联连接在一起，能够保证防护构件的稳定性；其中一个防撞桩28远离拌浆后台19设置，剩余两个防撞桩28与拌浆后台19的间距相等，且防护构造包括至少两簇由三个防撞桩28组成的防护构件，能够便于水泥补给船31的停靠；且远离拌浆后台19设置的防撞桩28外侧设有橡胶护舷，能够起到缓冲作用，削弱水泥补给船31防撞桩28的碰撞能，减小对拌浆后台19稳定性的干扰。

实施例3

本实施例提供一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工方法，采用实施例1或实施例2所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统施工搅拌桩，包括以下步骤：

S1、安装近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，使得拌浆后台19满足拌浆条件并能够向施工船1输送已经拌好的浆液，并使得施工船1进入搅拌桩的施工区34，再将施工船1移动至其中一个锚缆位的其中一排的其中一组搅拌桩的施工位置；其中，施工船1一方面需要满足通航要求的尺寸及吨位条件，另一方面还需满足实际施工过程中的风浪潮等自然条件，具体体现为船舶高度、宽度、长度、型深、满载吃水、吨位等方面。桩机设备包括塔架7、可调节长度的支腿8、动力头9和钻杆10。施工船1的夹板上还设有底座6和滑轨5，配备有电力系统及注浆系统，电力系统包括储油罐13、发电机14和配电箱15；注浆系统包括第二储浆罐11和第二注浆泵12。两根滑轨5平行置于甲板面上，桩机底座6前后两侧卡于两根滑轨5上通过钢丝绳牵引左右移动，桩机设备置于底座6靠施工船1边缘一侧，使得施工船1上的桩机设备能够沿滑轨5在施工船1的纵向移动；电力系统为整个施工过程提供动力，注浆系统通过第二注浆泵12实现往土体注浆的功能。定位设备包括船舶锚缆3以及施工用定位桩构造4两方面，达到施工船1进行水泥搅拌桩施工所需要的稳定性条件，施工船1上的定位桩构造4具有能够上下移动的定位桩41。

施工船1进场后首先进行全船清理，清理掉多余的杂物及暂时不用的附属结构，随后检查船舶锚缆3情况并进行定位桩构造4的组装；接着安装平行布置的两根滑轨5，然后在滑轨5上方通过卡箍固定桩机底座6，并通过卷扬机牵引钢丝绳带动桩机底座6在滑轨5上左右移动，最后在桩机底座6上方靠施工船1边缘一侧布置桩机设备，如搅拌桩机；在桩机设备组装的同时平行组装第二储浆罐11、第二注浆泵12、第二注浆管等注浆系统及由发电机14、储油罐13、配电箱15等组成的电力系统。

其中，桩机设备组装还包括以下步骤：

A1、进行滑轨5安装位置的测量放样；

A2、固定两根滑轨5于施工船1甲板面上指定位置并进行加固；

A3、吊放桩机底座6于滑轨5上部的卡箍上并进行焊接加固；

A4、固定牵引用卷扬机于桩机底座6并穿引钢丝绳使桩机底座6可于滑轨5上平行移动；

A5、安装桩机塔架7于底座6靠施工船1边缘一侧，并吊放支腿8进行加固；

A6、吊装动力头9的同时安装施工用卷扬机，并穿引钢丝绳至塔架7顶部拉住动力头9完成动力头9安装；

A7、吊装钻杆10，并将钻杆10顶部与动力头9法兰盘通过内外螺栓进行连接完成钻杆10安装；

A8、焊接刀排、抱箍等钻头附属设备完成钻头安装；

A9、循环步骤A3～步骤A8，直到完成所有施工船1的桩机设备的安装；

A10、同步完成第二储浆罐11、第二注浆泵12、第二送浆管等注浆系统的组装；

A11、同步进行电力系统组装并完成动力头9、卷扬机、第二注浆泵12、配电箱15等用电设备的接线工作。

拌浆后台19的组装方法如下：

水泥搅拌桩拌浆后台19采用在紧邻施工区34位置搭设水上钢平台的方式，并在平台上方布置水泥罐21、下绞龙及称重系统组成的下料系统22、自动拌浆机、第一储浆罐23、第一注浆泵24、后台发电机26、后台储油罐25、后台配电箱27等设备，从而实现海上平台拌浆并为水泥搅拌桩施工船1前台送浆的功能。

拌浆后台19的组装具体包含如下步骤：

B1、钢平台搭设所需钢管桩20的桩位进行测量放样；

B2、钢管桩20及防撞桩28沉桩施工并切割至统一标高后加焊桩顶盖板；

B3、架设双拼工字钢主梁并进行满焊加固；

B4、主梁上方等间距布置工字钢次梁并进行加固；

B5、次梁上方满铺钢板后架设护栏、爬梯、防撞桩28等附属结构；

B6、吊装水泥罐21，并对罐支腿进行加固，随后穿拉钢丝绳捆住水泥罐21后牵引至底部钢管桩20形成防风缆绳达到防台加固效果；

B7、下绞龙、称重系统等下料系统22安装；

B8、自动拌浆机、第一储浆罐23、第一注浆泵24等设备安装；

B9、后台发电机26、后台储油罐25、后台配电箱27等设备安装，并进行各用电设备接线工作；

B10、铺设第一送浆管30，将拌浆后台19与水泥搅拌桩施工船1前台连接起来；

B11、铺设水下输水管32，将拌浆后台19与岸边市政取水点33的自来水管口连接起来。

水泥搅拌桩施工船1及其配套设施的实施方法的整体施工工艺主要包括以下方面：

C1、施工船1的选型及批量进场；C2、搅拌桩机及配套设备选型进场；

C3、各艘船舶依次完成桩机设备、定位设备、注浆设备、电力设备及其附属设施的组装；

C4、各拌浆后台19搭设；C5、自来输水管32铺设及送水；

C6、水泥补给船31现场停靠防撞桩28内侧依次补给水泥；

C7、下料系统22下料、拌浆设备制备符合设计要求的浆液；

C8、第一注浆泵24送浆至对应施工船1前台第二储浆罐11；

C9、各施工船1前台第二注浆泵12注浆至钻杆10内；

C10、各施工船1上纵向间隔设置的三台搅拌桩机运转下钻喷浆，按照设计说明要求经过四搅三喷施工后形成符合设计要求的水泥搅拌桩。

施工船1的具体施工步骤如下：

S2、由施工人员在施工船1上测量定位测得大概施工位置，然后下放所有船舶锚缆3；即上船后先进行测量定位，首先测得大概位置，放下四只船舶锚缆3；

S3、定位放样定位桩构造4的定位桩41的位置并使得桩机设备的钻杆10与待施工搅拌桩的桩位轴线重合，然后再下放该施工船1的所有定位桩41；放下四只船舶锚缆3后再分别在船头和船尾的定位点进行定位，放样出定位桩41的桩位轴线，使桩机设备的钻杆10中心与搅拌桩的桩位轴线重合。

S4、校核桩机设备的钻杆10与待施工搅拌桩的桩位轴线的偏位，如果偏位超出允许偏差则上提该施工船1的所有定位桩41，然后重复步骤S3；如果偏位未超出允许偏差则进入步骤S5；

S5、校核施工船1的两侧的高差，如果两侧高差超过允许值，则调整两侧高差至允许值内；校核施工船1的船头和船尾的高差，如果施工船1的船头和船尾的高差超过允许值，则调整船头和船尾的高差至允许值内；如果施工船1的两侧的高差和施工船1的船头和船尾的高差均在允许值内，则进入步骤S6；优选的，在步骤S5中：调整施工船1两侧的高差时，通过升高或者降低桩机设备的塔架7的支腿8来调整钻杆10的垂直度；调整施工船1船头和船尾的高差时，通过施工船1内部的压舱水使得施工船1达到平衡。能够实现桩机设备的钻杆10的双向动态调整功能，能够更好地保证钻杆10的垂直度，提高搅拌桩的施工质量。通过校核施工船1的两侧的高差以及船头和船尾的高差，主要用于校核并调整钻杆10的垂直度，但也用于保证船体平衡，使得能够安全稳定的施工。

S6、通过拌浆后台19开始按照配合比下料掺水拌浆，制得水泥浆液并经测试合格后通过拌浆后台19的第一注浆泵24通过第一送浆管30输浆至施工船1的第二储浆罐11内；

S7、启动施工船1上的发电机14，开启第二储浆罐11的电机对浆液进行二次搅拌；

S8、开启桩机设备的卷扬机和动力头9，并开启施工船1上的第二注浆泵12向桩机设备的钻杆10输送浆液，钻杆10开始旋转下钻搅拌成桩直至该排的该组搅拌桩施工完成，然后通过反转卷扬机均速喷浆提升钻杆10至水面上；其中，桩机设备施工搅拌桩的步骤如下：启动桩机设备上的卷扬机以及动力头9，开始旋转下钻；测量员测得实时水位，通过计算报出开始喷浆的深度及钻头需要下钻的深度；钻头入水后下钻到泥面前开始喷浆，内外钻杆10在匀速下钻的同时双向旋转切割土体并经水泥浆液充分搅拌混合至设计桩端标高位置停留30s后，卷扬机开始反向旋转带动钻杆10匀速喷浆上提至设计桩顶标高；卷扬机重复正向旋转带动钻杆10匀速喷浆下钻至设计桩端标高位置停留30s后停止喷浆，卷扬机重复反向旋转带动钻杆10匀速上提出水面；直至该排的该组搅拌桩施工完成；操作手利用特制工作铲铲除钻头部位包裹的黏土团后，测量员才重新放样该排内下一组搅拌桩的位置。

S9、借助于施工船1上的滑轨5，沿施工船1纵向调整桩机设备的位置，使得能够重新定位该排下一组的搅拌桩，然后重复步骤S8完成该排下一组的搅拌桩的施工；

S10、重复步骤S9直至该排所有组的搅拌桩施工完成；

S11、将动力头9提升至0刻度处，然后保持施工船1上的船舶锚缆3不动，上提所有定位桩41至施工船1解除定位，再控制施工船1在船舶锚缆3的范围内移动至钻杆10中心与下一排搅拌桩的中心轴线对齐，重复步骤S3-S10直至该锚缆位的下一排搅拌桩施工完成；

S12、重复步骤S11直至该锚缆位的所有排的搅拌桩施工完成；

S13、将动力头9提升至0刻度处，然后上提所有定位桩41至施工船1解除定位并收起所有船舶锚缆3，再控制施工船1至下一锚缆位，然后重复步骤S2-S12至下一锚缆位的所有搅拌桩施工完成；

S14、重复步骤S13直至所有搅拌桩施工完成。

本方案中，将施工区34沿纵向分成若干排搅拌桩施工区域，且每排搅拌桩沿其纵向具有若干组，其中，部分相邻的若干排搅拌桩为一个锚缆位。每艘施工船1先施工某一排的某一组的搅拌桩，施工该组的搅拌桩时，不需要移动施工船1，施工完该组的搅拌桩后，通过移动施工船1的桩机设备至其它组的搅拌桩后，继续施工直至该排的搅拌桩施工完成；该排的搅拌桩施工完成后，不需要收回船舶锚缆3，即施工依然位于该锚缆位内，只需要上提定位桩41后移动施工船1至该锚缆位内的其它排的搅拌桩施工区域，然后依次施工其它排的搅拌桩直至该锚缆位内的搅拌桩施工完成；施工完该锚缆位内的搅拌桩后，需要移动施工船1至下一锚缆位，这时需要收回船舶锚缆3并上提定位桩41，然后在下一锚缆位内重复施工，直至施工区34所有的搅拌桩施工完成。

本实施例所述近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工方法，整个过程利用桩机设备在施工船1上的移动能够施工同排不同组的搅拌桩，利用船舶锚缆3不收回时的定位，施工船1在锚缆位内的移动能够施工同锚缆位不同排的搅拌桩，利用船舶锚缆3收回和定位桩41的收回，使得施工船1在施工区34的不同锚缆位的移动施工不同锚缆位的搅拌桩，使得整个过程定位和锚固的过程减少，且施工有序，能够极大的提高施工效率，而且施工时的定位更精准、稳定性更好，使得施工的搅拌桩的质量更高，施工更加安全。

本发明提供了一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统及施工方法，该水泥搅拌桩施工船1在满足海事相关通航要求的同时也能适应浅水域、风浪大等恶劣的自然条件，具有较高的适用性；该水泥搅拌桩施工船1施工过程中具有船舶锚缆3以及施工用定位桩构造4双重定位装置，可在满足保护既有建筑物要求的同时达到水上水泥搅拌桩施工所需要的稳定性要求；通航受限条件下水泥搅拌桩施工船1天然具备小吨位条件，一方面降低了船舶撞击既有建筑物带来的损失风险，另一方面小吨位船舶抛锚定位及施工带来的扰动相对较小，避免对既有建筑物带来较大的沉降及水平位移变形。采用可移动的施工船1前台与固定式的拌浆后台19相互配合的方式进行施工克服了施工船1舶吨位小拌浆设备位置受限以及长距离送浆易堵管等不足，具有简单操作易复制等优点；对于线性施工区34可采用多点布置方式采用N艘水泥搅拌桩施工船1参与施工，同时船舶上采用三台桩机平行布置的方式进行施工，所有船舶可同时完成6N根搅拌桩施工，大幅提高了施工工效；拌浆后台19上布置两个水泥罐21形成互补，充分保证水泥供应，避免水泥断料造成供浆中断，影响成桩质量；拌浆后台19内侧设置两簇各由三根钢管桩20组成的防撞桩28，并设置橡胶护舷用于缓冲，达到保护水泥罐21后台水平向稳定性的目的，充分保障了后台作业人员安全。本发明水泥搅拌桩施工船1，可根据海事部门通航要求对施工船1进行针对性改造，在满足通航安全的条件下进行大面积高工效施工，并且可以对紧邻既有建筑物加以有效保护，避免船舶失控及施工扰动带来的变形破坏。该水泥搅拌桩施工船1适用性强，船舶稳定性高，安全可靠等优点，真正实现“泛受限空间”内及特殊条件下的水泥搅拌桩高效安全施工。

以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，包括施工船(1)和拌浆后台(19)；

施工船(1)能够满足近海通航受限条件，施工船(1)头部两侧和尾部两侧各至少设有一组船舶锚缆(3)和一套定位桩构造(4)，船舶锚缆(3)和定位桩构造(4)共同实现施工船(1)在搅拌桩的施工区(34)的定位和锚固，施工船(1)的夹板上设有桩机设备，桩机设备用于施工水泥搅拌桩；

拌浆后台(19)邻近施工区(34)固定设于海上，拌浆后台(19)用于拌浆并向施工船(1)输送已经拌好的水泥浆液从而完成水泥搅拌桩施工。

2.根据权利要求1所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，定位桩构造(4)包括设于施工船(1)上的悬挑支撑结构(410)，悬挑支撑结构(410)一端连接施工船(1)、另一端悬挑支撑有桩底座(43)，桩底座(43)上固定有竖向设置的套管(48)，套管(48)内适配设有定位桩(41)，定位桩(41)能够在套管(48)内移动，定位桩(41)下端设有动滑轮(413)，动滑轮(413)能够向上支撑定位桩(41)，桩底座(43)或悬挑支撑结构(410)上固定有第一导向轮(441)，第一导向轮(441)和动滑轮(413)绕设有同一牵引绳(47)，牵引绳(47)位于同一平面，牵引绳(47)一端连接有动力系统、另一端固定设置，牵引绳(47)的两端位于套管(48)的对侧。

3.根据权利要求1所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，施工船(1)的夹板上沿纵向设置有滑轨(5)，滑轨(5)上滑动连接有底座(6)，底座(6)上方靠近施工船(1)边缘一侧固定设有桩机设备，桩机设备包括竖向设置的塔架(7)，塔架(7)底部连接于底座(6)上，塔架(7)上部通过支腿(8)连接于底座(6)远离施工船(1)边缘一侧，塔架(7)顶部安装有动力头(9)，动力头(9)下端连接有钻杆(10)。

4.根据权利要求1所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，拌浆后台(19)设有水泥罐(21)、自动搅拌机、第一储浆罐(23)和第一注浆泵(24)，水泥罐(21)设于拌浆后台(19)的中部，第一储浆罐(23)和第一注浆泵(24)设于拌浆后台(19)靠近施工区(34)的一侧；

施工船(1)上设有第二储浆罐(11)和第二注浆泵(12)，第一注浆泵(24)通过第一送浆管(30)连通第一储浆罐(23)和第二储浆罐(11)，第二注浆泵(12)通过第二送浆管连通第二储浆罐(11)和桩机设备，第一送浆管(30)和第二送浆管均具有冗长；

自动搅拌机接收水泥罐(21)的水泥进行第一次搅拌后再输送至第一储浆罐(23)中，第一储浆罐(23)将搅拌好的浆液通过第一注浆泵(24)泵送至第二储浆罐(11)，第二储浆罐(11)能够对浆液进行二次搅拌，第二储浆罐(11)通过第二注浆泵(12)将二次搅拌后的浆液泵送至桩机设备。

5.根据权利要求4所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，拌浆后台(19)设有至少两个水泥罐(21)，两个水泥罐(21)对称设于拌浆后台(19)的中部。

6.根据权利要求4所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，拌浆后台(19)包括若干钢管桩(20)，钢管桩(20)沉桩锚固于海底，钢管桩(20)顶面高于海平面；所有钢管桩(20)顶部焊接有桩顶盖板，桩顶盖板上架设并满焊有双拼工字钢主梁，双拼工字钢主梁上方间隔焊接设置若干工字钢次梁，工字钢次梁上方铺满钢板；

水泥罐(21)上缠绕有固定绳，固定绳连接至钢管桩(20)。

7.根据权利要求1-6任一所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，还包括水泥补给船(31)，水泥补给船(31)用于向拌浆后台(19)的水泥罐(21)运送水泥；

拌浆后台(19)远离施工区(34)的一侧设有防护构造，防护构造包括至少两簇由三个防撞桩(28)组成的防护构件；

每个防护构件的三个防撞桩(28)呈等边三角形布置，相邻防撞桩(28)之间设有水平支撑，其中一个防撞桩(28)远离拌浆后台(19)设置，剩余两个防撞桩(28)与拌浆后台(19)的间距相等，远离拌浆后台(19)设置的防撞桩(28)外侧设有橡胶护舷。

8.根据权利要求1-6任一所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，其特征在于，每个施工船(1)对应一个拌浆后台(19)，所有拌浆后台(19)沿施工区(34)的长度方向间隔设置，靠近市政取水点(33)的拌浆后台(19)通过输水管(32)直接连通，其余拌浆后台(19)通过输水管(32)连通相邻的拌浆后台(19)，所有输水管(32)均具有冗长。

9.一种近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统施工搅拌桩，包括以下步骤：

S1、安装近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工系统，使得拌浆后台(19)满足拌浆条件并能够向施工船(1)输送已经拌好的浆液，并使得施工船(1)进入搅拌桩的施工区(34)，再将施工船(1)移动至其中一个锚缆位的其中一排的其中一组搅拌桩的施工位置；其中，施工船(1)上的定位构造(4)具有能够上下移动的定位桩(41)，施工船(1)上的桩机设备能够沿滑轨(5)在施工船(1)的纵向移动；

S2、由施工人员在施工船(1)上测量定位测得大概施工位置，然后下放所有船舶锚缆(3)；

S3、定位放样定位桩构造(4)的定位桩(41)的位置并使得桩机设备的钻杆(10)与待施工搅拌桩的桩位轴线重合，然后再下放该施工船(1)的所有定位桩(41)；

S4、校核桩机设备的钻杆(10)与待施工搅拌桩的桩位轴线的偏位，如果偏位超出允许偏差则上提该施工船(1)的所有定位桩(41)，然后重复步骤S3；如果偏位未超出允许偏差则进入步骤S5；

S5、校核施工船(1)的两侧的高差，如果两侧高差超过允许值，则调整两侧高差至允许值内；校核施工船(1)的船头和船尾的高差，如果施工船(1)的船头和船尾的高差超过允许值，则调整船头和船尾的高差至允许值内；如果施工船(1)的两侧的高差和施工船(1)的船头和船尾的高差均在允许值内，则进入步骤S6；

S6、通过拌浆后台(19)开始按照配合比下料掺水拌浆，制得水泥浆液并经测试合格后通过拌浆后台(19)的第一注浆泵(24)通过第一送浆管(30)输浆至施工船(1)的第二储浆罐(11)内；

S7、启动施工船(1)上的发电机(14)，开启第二储浆罐(11)的电机对浆液进行二次搅拌；

S8、开启桩机设备的卷扬机和动力头(9)，并开启施工船(1)上的第二注浆泵(12)向桩机设备的钻杆(10)输送浆液，钻杆(10)开始旋转下钻搅拌成桩直至该排的该组搅拌桩施工完成，然后通过反转卷扬机均速喷浆提升钻杆(10)至水面上；

S9、借助于施工船(1)上的滑轨(5)，沿施工船(1)纵向调整桩机设备的位置，使得能够重新定位该排下一组的搅拌桩，然后重复步骤S8完成该排下一组的搅拌桩的施工；

S10、重复步骤S9直至该排所有组的搅拌桩施工完成；

S11、将动力头(9)提升至0刻度处，然后保持施工船(1)上的船舶锚缆(3)不动，上提所有定位桩(41)至施工船(1)解除定位，再控制施工船(1)在船舶锚缆(3)的范围内移动至钻杆(10)中心与下一排搅拌桩的中心轴线对齐，重复步骤S3-S10至至该锚缆位的下一排搅拌桩施工完成；

S12、重复步骤S11直至该锚缆位的所有排的搅拌桩施工完成；

S13、将动力头(9)提升至0刻度处，然后上提所有定位桩(41)至施工船(1)解除定位并收起所有船舶锚缆(3)，再控制施工船(1)至下一锚缆位，然后重复步骤S2-S12至下一锚缆位的所有搅拌桩施工完成；

S14、重复步骤S13直至所有搅拌桩施工完成。

10.根据权利要求9所述的近海通航受限条件下水泥搅拌桩施工方法，其特征在于，在步骤S5中：

调整施工船(1)两侧的高差时，通过升高或者降低桩机设备的塔架(7)的支腿(8)来调整钻杆(10)的垂直度；

调整施工船(1)船头和船尾的高差时，通过施工船(1)内部的压舱水使得施工船(1)达到平衡。

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