CN116556447B - 一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置及操作方法，包括海上风电筒型基础，固定式注浆系统固定安装在单柱顶部，用于导入凝胶浆液，单柱竖向浆液传输系统，单柱竖向浆液传输系统顶部与固定式注浆系统连通，竖向浆液传输系统底部贯穿盖板；筒内水平注浆纠偏系统安装于盖板下方，且与竖向浆液传输系统底部连通；筒内水平注浆纠偏系统用于基础筒体纠偏。本申请利用现有海上风电筒型基础结构型式，在单柱上加安固定式注浆系统，配合单柱竖向及筒内水平向浆液系统，可实现筒型基础局部不同倾斜程度的多维注浆主动纠偏。
Description
技术领域
本发明属海上风电技术领域，尤其涉及一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置及操作方法。
背景技术
近年来我国海上风电发展迅速，鉴于复杂多变的海洋环境地质条件，海上风机的投入要明显高于陆上，其中海上风机基础成本约占风机总投入的34％，故寻求更为经济的基础形式是影响未来海上风电发展的关键。复合筒型基础是一种依靠自重和负压下沉的薄壁钢筒结构，其较传统单桩基础具有适用范围广、制造工期短、运输安装简单快捷等优点。考虑到海上风机的使用设计寿命为20年，筒型基础在长期风荷载、波浪荷载和洋流荷载作用受到极大的弯矩，加剧了基础发生倾斜的可能。
我国海上风电设计中规定基础结构允许最大倾角为0.5°，但目前部分实测结果显示部分筒型风电基础的最大倾角已逼近允许值，而目前多采用注浆调平的方法对海上风电筒型基础进行纠偏，但上述工程措施均属于被动纠偏，且需配合注浆船舶进行现场作业，施工成本和后续维护成本极高，无法对产生偏移后的海上风电筒型基础进行实时主动纠偏。而囊式注浆作为一种新的注浆纠偏方法，主要是通过注浆管将具有胶凝作用的浆液传输至预制在指定位置的可膨胀囊体，使囊体产生预定膨胀体积，从而实现对目标区域结构的精细纠偏。目前将囊式注浆直接应用于海上风电基础纠偏的专利相对较少，如专利CN201810072666.6、CN201810072968.3等，但这类专利的应用场景均限于建筑基坑和隧道，且纠偏区域仅限于单点或单条直线上基础结构的纠偏，未涉及海上风电基础中存在的大范围纠偏装置及方法；而对于专利CN202110544145.8，其仅针对施工过程中隧道矢量变形提出了多维膨胀调控，此方法的应用场景与海上风电基础的倾斜纠偏问题存在较大差异。
因此，有必要提出一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置及操作方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置及操作方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置，包括：
海上风电筒型基础，所述海上风电筒型基础包括安装于海床地基的基础筒体，所述基础筒体顶面安装的的盖板和所述盖板顶面中心安装的单柱；所述单柱伸出海平面；
固定式注浆系统，所述固定式注浆系统固定安装在所述单柱顶部，用于导入凝胶浆液；
单柱竖向浆液传输系统，所述单柱竖向浆液传输系统顶部与所述固定式注浆系统连通，所述竖向浆液传输系统底部贯穿所述盖板；
筒内水平注浆纠偏系统；所述筒内水平注浆纠偏系统安装于所述盖板下方，且与所述竖向浆液传输系统底部连通；所述筒内水平注浆纠偏系统用于所述基础筒体纠偏。
优选的，所述固定式注浆系统包括防护箱体；所述防护箱体内安装有浆液缓凝搅拌器；所述防护箱体一侧顶部开设有注浆口；所述防护箱体底部通过旋转接头与所述单柱竖向浆液传输系统连通。
优选的，所述防护箱体底面距所述海床地基的高度高于海域最大浪高的高度。
优选的，所述单柱竖向浆液传输系统环绕所述单柱设置，所述单柱竖向浆液传输系统包括外保护套管，所述外保护套管顶部和底部分别固定安装有第一连接器和第二连接器；所述外保护套管内填充有保温隔热填充物；所述保温隔热填充物内设置有浆液传输管，所述浆液传输管通过所述第一连接器与所述防护箱体的旋转接头连通；
所述保温隔热填充物与浆液传输管之间还设置有柔性内套管。
优选的，所述筒内水平注浆纠偏系统包括环状管组和主控制阀，所述环状管组绕所述单柱环状设置有若干个水平注浆管；所述水平注浆管一端安装有所述主控制阀，另一端延伸至所述基础筒体内侧壁；每一所述主控制阀均通过第二连接器与所述浆液传输管底部连通；
每一所述水平注浆管两侧还分别连通有可伸缩子注浆囊；所述可伸缩子注浆囊上还安装有子控制阀。
优选的，所述可伸缩子注浆囊包括外保护囊体；所述外保护囊体内也填充有所述保温隔热填充物；所述保温隔热填充物内设置有注浆软管；所述注浆软管与保温隔热填充物之间还设置有柔性内囊体；所述注浆软管一侧与所述水平注浆管连通，另一侧通过第三连接器与所述子控制阀连接。
一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏操作方法，包括以下步骤：
当海上风电筒型基础出现局部倾斜时，通过注浆口向防护箱体内注射浆液；打开主控制阀，使浆液通过浆液传输管输送至水平注浆管内；浆液通过水平注浆管流入可伸缩子注浆囊内，完成初步注浆；
调节子控制阀，控制可伸缩子注浆囊内局部倾角控制，防止过度纠偏或二次偏移。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本申请利用现有海上风电筒型基础结构型式，在单柱上加安固定式注浆系统，配合单柱竖向及筒内水平向浆液系统，可实现筒型基础局部不同倾斜程度的多维注浆主动纠偏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为整体结构示意图；
图2为固定式注浆系统结构正视图；
图3为固定式注浆系统结构仰视图；
图4为单柱竖向浆液传输系统结构示意图；
图5为筒内水平注浆纠偏系统结构俯视图；
图6为可伸缩子注浆囊内部结构示意图；
图7为图6局部结构放大图；
其中，1、基础筒体；2、盖板；3、单柱；4、滑动滚轮；11、防护箱体；12、浆液缓凝搅拌器；13、注浆口；21、外保护套管；22、第一连接器；23、第二连接器；24、保温隔热填充物；25、浆液传输管；26、柔性内套管；31、主控制阀；32、水平注浆管；33、可伸缩子注浆囊；34、子控制阀；35、外保护囊体；36、注浆软管；37、柔性内囊体；38、第三连接器；39、橡胶保护套。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置，包括：
海上风电筒型基础，海上风电筒型基础包括安装于海床地基的基础筒体1，基础筒体1顶面安装的的盖板2和盖板2顶面中心安装的单柱3；单柱3伸出海平面；
固定式注浆系统，固定式注浆系统固定安装在单柱3顶部，用于导入凝胶浆液；
单柱竖向浆液传输系统，单柱竖向浆液传输系统顶部与固定式注浆系统连通，竖向浆液传输系统底部贯穿盖板2；
筒内水平注浆纠偏系统；筒内水平注浆纠偏系统安装于盖板2下方，且与竖向浆液传输系统底部连通；筒内水平注浆纠偏系统用于基础筒体1纠偏。
优选的，固定式注浆系统包括防护箱体11；防护箱体11内安装有浆液缓凝搅拌器12；防护箱体11一侧顶部开设有注浆口13；防护箱体11底部通过旋转接头与单柱竖向浆液传输系统连通。
优选的，防护箱体11底面距海床地基的高度高于海域最大浪高的高度。
在本发明的一个实施例中，防护箱体11通过固定螺栓安装在单柱3上。
进一步的，防护箱体11由Q235钢制成。
在本发明的一个实施例中，浆液缓凝搅拌器12用于延缓浆液凝结。
优选的，单柱竖向浆液传输系统环绕单柱3设置，单柱竖向浆液传输系统包括外保护套管21，外保护套管21顶部和底部分别固定安装有第一连接器22和第二连接器23；外保护套管21内填充有保温隔热填充物24；保温隔热填充物24内设置有浆液传输管25，浆液传输管25通过第一连接器22与防护箱体11的旋转接头连通；
保温隔热填充物24与浆液传输管25之间还设置有柔性内套管26。
在本发明的一个实施例中，外保护套管21选用防腐蚀材料。
优选的，筒内水平注浆纠偏系统包括环状管组和主控制阀31，环状管组绕单柱3环状设置有若干个水平注浆管32；水平注浆管32一端安装有主控制阀31，另一端延伸至基础筒体1内侧壁；每一主控制阀31均通过第二连接器23与浆液传输管25底部连通；
每一水平注浆管32两侧还分别连通有可伸缩子注浆囊33；可伸缩子注浆囊33上还安装有子控制阀34。
优选的，可伸缩子注浆囊33包括外保护囊体35；外保护囊体35内也填充有保温隔热填充物24；保温隔热填充物24内设置有注浆软管36；注浆软管36与保温隔热填充物24之间还设置有柔性内囊体37；注浆软管36一侧与水平注浆管32连通，另一侧通过第三连接器38与子控制阀34连接。
在本发明的一个实施例中，外保护囊体35选用防腐蚀材料。
在本发明的一个实施例中，可伸缩子注浆囊33为多层伸缩套管结构，其伸缩端面设置有橡胶保护套39；可伸缩子注浆囊33内壁开设有滑动槽，滑动槽内设置有滑动滚轮4；通过滑动滚轮4实现可伸缩子注浆囊33的伸缩延长，从而实现精准控制浆液填充量。
一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏操作方法，包括以下步骤：
当海上风电筒型基础出现局部倾斜时，通过注浆口13向防护箱体11内注射浆液；打开主控制阀31，使浆液通过浆液传输管25输送至水平注浆管32内；浆液通过水平注浆管32流入可伸缩子注浆囊33内，完成初步注浆；
调节子控制阀34，控制可伸缩子注浆囊33内局部倾角控制，防止过度纠偏或二次偏移。
在本发明的一个实施例中，当海上风电筒型基础运行期出现局部倾斜时(倾斜程度可通过预埋的倾角仪实时获取)，打开单柱3上部的固定式注浆系统，浆液通过竖向传输系统向下传输至筒内水平注浆纠偏系统的管线中，最终到达所需纠偏区域的可伸缩子注浆囊33中。
囊体注浆纠偏过程中注浆压力主要通过预设在水平注浆管32进口处的主注控制阀31进行控制：囊体注浆纠偏初期注浆速率通常较快以达到囊体快速膨胀的效果，使得基础的局部倾斜状况得到有效控制；但随后注浆速率需要逐步降低以避免出现过度纠偏，同时可伸缩子注浆囊33在局部展开并开始进入局部倾角精准控制过程，期间需要配合倾角仪进行基础倾角的实时监测。
当初步完成囊体注浆纠偏后，主控制阀31仍需处于打开状态以应对可能出现的基础二次倾斜，对应囊体再次期间处于膨胀状态，而其末梢的子控制阀34则处于关闭状态。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置，其特征在于，包括：
海上风电筒型基础，所述海上风电筒型基础包括安装于海床地基的基础筒体(1)，所述基础筒体(1)顶面安装的盖板(2)和所述盖板(2)顶面中心安装的单柱(3)；所述单柱(3)伸出海平面；
固定式注浆系统，所述固定式注浆系统固定安装在所述单柱(3)顶部，用于导入凝胶浆液；
单柱竖向浆液传输系统，所述单柱竖向浆液传输系统顶部与所述固定式注浆系统连通，所述竖向浆液传输系统底部贯穿所述盖板(2)；
筒内水平注浆纠偏系统；所述筒内水平注浆纠偏系统安装于所述盖板(2)下方，且与所述竖向浆液传输系统底部连通；所述筒内水平注浆纠偏系统用于所述基础筒体(1)纠偏；所述固定式注浆系统包括防护箱体(11)；所述防护箱体(11)内安装有浆液缓凝搅拌器(12)；所述防护箱体(11)一侧顶部开设有注浆口(13)；所述防护箱体(11)底部通过旋转接头与所述单柱竖向浆液传输系统连通；所述单柱竖向浆液传输系统环绕所述单柱(3)设置，所述单柱竖向浆液传输系统包括外保护套管(21)，所述外保护套管(21)顶部和底部分别固定安装有第一连接器(22)和第二连接器(23)；所述外保护套管(21)内填充有保温隔热填充物(24)；所述保温隔热填充物(24)内设置有浆液传输管(25)，所述浆液传输管(25)通过所述第一连接器(22)与所述防护箱体(11)的旋转接头连通；
所述保温隔热填充物(24)与浆液传输管(25)之间还设置有柔性内套管(26)；所述筒内水平注浆纠偏系统包括环状管组和主控制阀(31)，所述环状管组绕所述单柱(3)环状设置有若干个水平注浆管(32)；所述水平注浆管(32)一端安装有所述主控制阀(31)，另一端延伸至所述基础筒体(1)内侧壁；每一所述主控制阀(31)均通过第二连接器(23)与所述浆液传输管(25)底部连通；
每一所述水平注浆管(32)两侧还分别连通有可伸缩子注浆囊(33)；所述可伸缩子注浆囊(33)上还安装有子控制阀(34)；所述可伸缩子注浆囊(33)包括外保护囊体(35)；所述外保护囊体(35)内也填充有所述保温隔热填充物(24)；所述保温隔热填充物(24)内设置有注浆软管(36)；所述注浆软管(36)与保温隔热填充物(24)之间还设置有柔性内囊体(37)；所述注浆软管(36)一侧与所述水平注浆管(32)连通，另一侧通过第三连接器(38)与所述子控制阀(34)连接。
2.根据权利要求1所述的一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置，其特征在于：所述防护箱体(11)底面距所述海床地基的高度高于海域最大浪高的高度。
3.一种筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏操作方法，包括上述权利要求1所述的筒型基础筒内囊式多维注浆主动纠偏装置，其特征在于，包括以下步骤：
当海上风电筒型基础出现局部倾斜时，通过注浆口(13)向防护箱体(11)内注射浆液；打开主控制阀(31)，使浆液通过浆液传输管(25)输送至水平注浆管(32)内；浆液通过水平注浆管(32)流入可伸缩子注浆囊(33)内，完成初步注浆；
调节子控制阀(34)，控制可伸缩子注浆囊(33)内局部倾角控制，防止过度纠偏或二次偏移。
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