CN206956760U - 海上风电钢管嵌岩桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海上风电钢管嵌岩桩，包括钢管桩桩身，在处于嵌岩深度范围的钢管桩桩身长度内，等间距均匀布置出浆口，所述出浆口上设置有由内向外的单向注浆阀，所述出浆口外侧包裹橡胶垫圈。打桩效率高，灌浆充分，桩壁与岩壁能够有效结合，操作方便。

Description

海上风电钢管嵌岩桩

技术领域

本发明涉及海上平台施工领域，具体而言，涉及一种海上风电钢管嵌岩桩。

背景技术

在沿海区域，地质条件复杂，海底礁石、砂脊、沙丘、沟壑纵横交错、不同区域地质情况变化大，浅表层土多为软土地基、基岩埋藏深浅不一、甚至会出现孤石的情况。基于这种复杂的地质情况，海上风电项目风机基础需要采用钢管嵌岩桩的基础形式。现有的嵌岩桩灌浆技术多应用于钻孔灌注桩，即先进行钻孔作业，在孔内放置钢护筒护壁，接着进行灌浆作业。但针对风电基础，采用灌注桩作为单桩基础，需要大量适用于水下的灌浆材料，不仅费用较高，且水下灌浆施工难度大、灌浆效果不理想。因此，打入性大直径钢管嵌岩桩成为一种理想的替代灌注桩的嵌岩桩型。但鉴于在中等风化岩层或是弱风化岩层中，钢管桩打入性差，需要钻机钻孔直径略大于桩径，也便于钻孔后沉桩。因此，需要一种合理的填充钢管桩壁与岩壁之间空隙的灌浆工艺。

发明内容

本发明为了解决现有技术施工难度大、灌浆效果不理想的问题，提出了一种既方便施工又能保证水下灌浆使桩壁与岩壁有效结合的海上风电钢管嵌岩桩，包括钢管桩桩身，在处于嵌岩深度范围的钢管桩桩身长度内，等间距均匀布置出浆口，所述出浆口上设置有由内向外的单向注浆阀，所述出浆口外侧包裹橡胶垫圈。

进一步地，所述出浆口随高度变化成梅花形式布置。

进一步地，所述间距的范围为2～4米，每一层均匀布置8～12个所述出浆口，所述出浆口的喷射面积为3～5平方米。

进一步地，所述钢管桩桩身内部连接的所述出浆口的通道为J型通道，所述J型通道与所述单向注浆阀连接。

进一步地，还包括导管，所述导管设置在所述钢管桩桩身内部，所述导管的一端与所述单向注浆阀对接。

进一步地，连接位于所述钢管桩桩身同一竖直高度上出浆口的导管水平方向上间隔设置。

进一步地，导管水平方向上间隔30cm。

进一步地，所述导管为镀锌铜管或黑铁管，所述导管直径大于Φ3.0cm。

进一步地，所述钢管桩桩身直径大于6m。

进一步地，所述J型通道内设置有滑动螺栓。

本发明相对于现有技术，打桩效率高，灌浆充分，桩壁与岩壁能够有效结合，操作方便。可提高施工的可靠性，保证设计满足工程受力需要。可以有效减少桩基的长度，降低成本。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明一些实施例中的海上风电钢管嵌岩桩的结构示意图；

图2为本发明一些实施例中的海上风电钢管嵌岩桩的局部结构示意图；

图3为本发明一些实施例中的海上风电钢管嵌岩桩的局部结构示意图；

图4为本发明一些实施例中的海上风电钢管嵌岩桩在灌浆施工时的状态结构图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

本发明实施例提供海上风电钢管嵌岩桩桩外灌浆施工工艺，该灌浆施工工艺在嵌岩段钢管桩桩身设置出浆口，安置从地面到出浆口处的多根注浆导管，既方便施工又能保证水下灌浆使桩壁与岩壁有效结合。

具体地如图1、图3所示，本发明实施例提供了一种海上风电钢管嵌岩桩100，包括钢管桩桩身110，在处于嵌岩深度范围的钢管桩桩身长度内，等间距均匀布置出浆口111，所述出浆口111上设置有由内向外的单向注浆阀，所述出浆口111外侧包裹橡胶垫圈120。所述海上风电钢管嵌岩桩100能够钻入岩层，之后通过设置在侧面的出浆口111进行灌浆，利用橡胶垫圈120保护出浆口111，防止钻入岩层中时出浆口111磨损，甚至破坏单向注浆阀。

本发明为了保证注浆与岩层贴合均匀，如图2所示，所述出浆口111随高度变化成梅花形式布置，即上下层出浆口111的横向位置相互错开。

为了保证灌浆效率，同时保证操作方便，使得浆液填充均匀，所述间距的范围为2～4米，每一层均匀布置8～12个所述出浆口，所述出浆口的喷射面积为3～5平方米。

为了方便出浆口111的浆液出浆，减小出浆阻力，如图3所示，所述钢管桩桩身110内部连接所述出浆口111的通道为J型通道112，所述J型通道112与所述单向注浆阀连接，所述J型通道112包括圆弧段和直线段。所述J型通道112内设有滑动螺栓140。通过滑动螺栓140连接所述导管130。

为了进行灌浆，本发明的海上风电钢管嵌岩桩100还包括导管130，所述导管130设置在所述钢管桩桩身110内部，所述导管130的一端与所述单向注浆阀对接。通过导管130接入到所述单向注浆阀，进行注浆，浆液从所述出浆口111流出，保证了操作效率，在初始打桩之后再接入导管130，保证了导管的安全性，保证了出浆的安全性、可靠性。

为了方便同时灌浆，连接位于所述钢管桩桩身110同一竖直高度上出浆口的导管水平方向上间隔设置，间隔距离为30cm左右，对应J型通道的长度也相应变化。

实施例二

本发明基于上述的海上风电钢管嵌岩桩，还提供了一种桩外灌浆施工的方法，包括如下步骤：

步骤1：用钻机进行钻孔施工，钻孔至设计深度，进行第一次清孔，之后将所述海上风电钢管嵌岩桩的桩基沉入到所述设计深度。在海水底层上部具有软弱图层时，对所述海上风电钢管嵌岩桩进行打桩施工，当所述桩身贯入到坚硬岩层时，钻机由桩内径到达桩底端进行钻孔施工，钻孔半径大于桩身半径，钻孔深度直达设计持力层停止。

步骤2：进行第二次清孔，将所述海上风电钢管嵌岩桩的桩底端的残渣清除，下放导管接入所述单向注浆阀，开始水下浇筑混凝土。在地下水位以下时，混凝土浆液水灰比为0.45～ 0.65，在地下水位以上时，混凝土浆液水灰比为0.7～0.9；最大注浆压力不小于4MPa；注浆流量不超过75L/min。所述导管接入所述单向注浆阀的步骤包括，扳动位于J形弯处的滑动螺栓，将其二者紧固，注浆完成后，扳动滑动螺栓，将灌浆导管拔出出浆口。

本发明的施工方法能够高效打桩，并能克服地质条件差的情况。节约灌浆量且能保证灌浆质量有效的填充了岩石裂隙以及钢管桩壁与岩壁的空隙。

实施例三

本发明实施例提供了一种海上风电钢管嵌岩桩桩外灌浆施工工艺，包括以下步骤：步骤一，如图4所示，处于嵌岩深度范围的钢管桩桩身长度内，间距3米的高度，每一层均匀布置出浆口，每一层高度均匀布置10个出浆口(根据桩径与嵌固深度布置出浆口，以每个出浆口喷射控制面积4m²为宜)，出浆口随高度变化成梅花形式布置。出浆口上设置由内向外的单向阀装置，出浆口外侧采用橡胶垫圈包裹，保护注浆导管口；步骤二，描述的大直径钢管嵌岩桩灌浆施工工艺中钢管桩的沉桩方式为，用钻机进行钻孔施工(正、反循环孔内排渣)，钻孔至设计深度，进行第一次清孔，之后将桩基沉入到设计深度；步骤三，根据地层性状、桩长、承载力增幅和桩的使用功能(抗弯、抗拔)等因素，注浆采用桩侧注浆的方式。进行第二次清孔后主要将钢管桩桩底端的残渣清除。下放导管接入单向注浆伐(在桩侧不同间隔位置预留出浆口，开始水下浇筑混凝土，浆液水灰比、最大注浆压力、注浆流量等根据岩石的风化程度最终确定)。注浆导管可为钢管，钢管内径由注浆面积确定，钢管壁厚满足强度与刚度的要求，通常大于3mm。管顶标高高于地面，管底标高与第一层出浆口等高。注浆导管与预先留好的出浆口对接，每一对注浆导管与出浆口都独立连接，由于不同高程之间的出浆口呈梅花形排列。注浆导管在桩身内需要有序排列，同一竖向位置的注浆导管之间需要间隔30cm的水平距离，以满足出浆口与注浆导管J形连接的出浆质量的要求。

步骤一中，在较软弱能打入钢管桩的土层，直接进行打桩施工；当桩身贯入到较坚硬岩层(如中等风化或弱风化岩层)时，钻机由桩内径到达桩底端进行钻孔施工，钻孔半径略大于桩身半径，钻孔深度直达设计持力层停止。

步骤二中，在桩身下沉之前，预先打好出浆口，且出浆口呈梅花形布置，出浆口最底端一层距离桩底端2～3米。

嵌岩桩100打入到岩层300中去后，通过导管130从出浆口灌入混凝土200，使得混凝土 200填充岩层300和嵌岩桩100之间的缝隙。

步骤三中，灌浆导管注浆口与出浆口的连接处成J形连接，当注浆口与出浆口对接完成后，扳动位于J形弯处的滑动螺栓，将其二者紧固。注浆完成后，扳动滑动螺栓，将灌浆导管拔出出浆口。

步骤一的优点在于，本方法适用于大直径钢管桩(直径大于6米)，在上覆相对软弱土层采用打入的方式贯入钢管桩，在下部较为坚硬的中等风化与弱风化等岩层，采用一次钻孔直达设计高度的方式沉桩，充分利用钢管桩打入性优良的特点以及大直径钢管桩本身刚度较大的特点。本方法不仅节约灌浆量且能保证灌浆质量有效的填充了岩石裂隙以及钢管桩壁与岩壁的空隙。

步骤二的优点在于，预先在钢管桩身留有出浆口能减少水下作业的难度，且出浆口呈梅花形布置能使出浆路径相互交叉，充分填充钢管桩壁与岩壁的空隙，增大灌浆面积，提高灌浆质量。

步骤三的优点在于，J形设计的出浆口利于浆液在导管中的流动；在注浆口与出浆口对接后，直接使用滑动螺栓将其二者固定，且J形段可灵活拆卸节约水下作业的时间。

根据地层性状、桩长、承载力增幅和桩的使用功能(抗压、抗拔)等因素，本发明可采用桩底注浆、桩侧注浆、桩侧桩底复式注浆等形式。主要技术指标为：

(1)适用于岩层地址条件，且岩层勘察取样后的岩石单轴抗压强度大于10MPa。

浆液水灰比：地下水位以下0.45～0.65，地下水位以上0.7～0.9。

(2)最大注浆压力：为保证浆液的扩散半径与灌浆质量，建议不小于4MPa。

(4)注浆流量不宜超过75L/min。

实际工程中，以上参数应根据土的类别、饱和度及桩的尺寸、承载力增幅等因素适当调整，并通过现场试注浆和试桩试验最终确定

实践表明:压浆管宜用镀锌铜管或黑铁管，直径宜大于Φ3.0cm。对于超长桩，考虑到管内摩阻力对压力的影响，可考虑采用大于Φ3.8cm。出浆阀以单向截流阀为佳，实践证明采用该出浆阀后注浆成功率达96％以上。

从理论上讲，只要浆液能注入孔隙中，宜用低压、慢速注浆，这样可以让浆液在桩底或桩侧较均匀渗透和缓慢填充，以得到最佳加固效果。

适用于大直径钢管嵌岩桩钻孔孔径大于桩径的施工工况，通过以上方法提高海上风电单大直径钢管嵌岩桩基础的安全与可靠性，促进为打入式大直径钢管嵌岩桩的广泛使用。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，包括钢管桩桩身，在处于嵌岩深度范围的钢管桩桩身长度内，等间距均匀布置出浆口，所述出浆口上设置有由内向外的单向注浆阀，所述出浆口外侧包裹橡胶垫圈。

2.如权利要求1所述的海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，所述出浆口随高度变化成梅花形式布置。

3.如权利要求1所述的海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，所述间距的范围为2～4米，每一层均匀布置8～12个所述出浆口，所述出浆口的喷射面积为3～5平方米。

4.如权利要求1所述的海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，所述钢管桩桩身内部连接所述出浆口的通道为J型通道，所述J型通道与所述单向注浆阀连接。

5.如权利要求1～4所述的任一海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，还包括导管，所述导管设置在所述钢管桩桩身内部，所述导管的一端与所述单向注浆阀对接。

6.如权利要求5所述的海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，连接位于所述钢管桩桩身同一竖直高度上出浆口的导管水平方向上间隔设置。

7.如权利要求6所述的海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，导管水平方向上间隔30cm。

8.如权利要求5所述的海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，所述导管为镀锌铜管或黑铁管，所述导管直径大于Φ3.0cm。

9.如权利要求1～5所述的任一海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，所述钢管桩桩身直径大于6m。

10.如权利要求4所述的海上风电钢管嵌岩桩，其特征在于，所述J型通道内设置有滑动螺栓。