CN112647533A - 一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统及施工方法，该施工系统包括：钢管桩和导管架，所述导管架内插于所述钢管桩设置，在所述钢管桩和所述导管架之间形成用于灌注灌浆料的环形灌浆空间；在所述钢管桩内部的泥面标高之上还填充有碎石填充层。施工方法包括：将钢管桩打桩至设计标高；确定所述钢管桩内碎石或瓜子片的填充量；安装导管架；导管架的调平与锁定；向所述环形灌浆空间灌注灌浆料。本申请针对先桩法导管架基础施工，尤其是灌浆连接段在泥面标高以上并且桩径较大的导管架结构，具有施工方法简单、设备要求低、节省海上施工时间、减少灌浆材料损耗率和施工成本等特点，为确保导管架和钢管桩的连接质量提供了有力保障。

Description

一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统及施工方法

技术领域

本申请属于海上风电基础施工技术领域，具体涉及一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统及施工方法。

背景技术

根据国内外海上风电项目设计与施工经验，20米～50米水深海上风电项目的风机基础和海上升压站基础大量采用导管架基础结构。2015至2018年，国内近海大量海上升压站基础，如珠海桂山海上风电示范项目和广东阳江海上风电项目开始批量采用四桩导管架基础，但应用水深普遍小于30m。2019年至今，广东三峡阳西沙扒海上风电项目，广东中广核汕尾、后湖、甲子海上风电项目、广东惠州海上风电项目，福建长乐外海海上风电项目等多个30～50m海上风电场址大量采用三桩或四桩导管架基础结构型式，桩径也由原设计2-3m增大到了4-5m。国内已完成和在建的项目中，先桩法内插式导管架灌浆连接段与泥面标高位置关系分两种，一种为灌浆连接段部分在泥面以上，部分在泥面以下；另一种为灌浆连接段均在泥面以上。对于第一种连接方式，在打桩完成后安装导管架之前，需要对桩内进行清泥至设计标高后再安装导管架。对于第二种连接方式，导管架安装前不需要进行桩内清泥，但水下灌浆过程中一旦发生漏浆，材料浪费风险、施工窗口浪费风险以及水下灌浆施工质量风险大大增加。针对水深较深的条件下，水下清泥的难度很大，清泥的质量也难以保证。目前设计单位更倾向于采用第二种方式，即将水下灌浆连接段标高提高至泥面标高以上。因此，防止漏浆和减少漏浆成为亟待解决的关键问题之一。

对于先桩法内插式导管架基础结构型式封隔器选型一般为被动式橡胶封隔器，在海上风电导管架基础施工的实际工程中灌浆封隔器失效的现象时有发生。灌浆封堵的原理主要通过橡胶封隔器和钢管桩内壁的紧密挤压起到封堵效果。影响封隔器损坏导致漏浆的因素很多，如海况条件、打桩精度、导管架安装工艺和下放速度等。

针对先桩法导管架基础施工，尤其是对于钢管桩直径在4-5m大桩径、灌浆连接段在泥面标高以上的导管架和钢管桩之间环形灌浆空间灌浆连接施工，一旦漏浆虽然可以通过延长灌浆时间和超量灌浆确保灌浆连接质量，但漏浆量远远大于理论用量，实际灌浆材料用量数倍于理论用量，造成大量材料浪费和施工窗口损失。如何在短暂的窗口期内高效的完成现场施工，降低该类基础型式施工成本成为关键。

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一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统及施工方法，本申请针对先桩法导管架基础施工，尤其是灌浆连接段在泥面标高以上并且桩径较大的导管架结构，具有施工方法简单、设备要求低、节省海上施工时间、减少灌浆材料损耗率和施工成本等特点，为确保导管架和钢管桩的连接质量提供了有力保障。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，包括：钢管桩和导管架，所述导管架内插于所述钢管桩设置，在所述钢管桩和所述导管架之间形成用于灌注灌浆料的环形灌浆空间；在所述钢管桩内部的泥面标高之上还填充有碎石填充层。

进一步地，上述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其中，在所述环形灌浆空间底部和所述碎石填充层之间还设有封隔器。

进一步地，上述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其中，所述封隔器还连通有封底灌浆管线。

进一步地，上述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其中，所述碎石填充层包括碎石和/或瓜子片。

进一步地，上述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其中，所述碎石填充层还包括用于填充缝隙的砂子。

进一步地，上述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其中，所述导管架上还预留至少一层预制灌浆管线。

本申请还提出了一种基于上述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统的施工方法，包括如下步骤：

将钢管桩打桩至设计标高；

确定所述钢管桩内碎石或瓜子片的填充量；

安装导管架；

导管架的调平与锁定；

向所述钢管桩和导管架之间形成的环形灌浆空间灌注灌浆料。

进一步地，上述的施工方法，其中，在上述的将钢管桩打桩至设计标高还包括：确定所述钢管桩内的泥面标高；确定所述钢管桩内碎石填充层的填充高度。

进一步地，上述的施工方法，其中，上述的确定所述钢管桩内碎石或瓜子片的填充量中，还包括：将提前准备好的吨包装碎石或瓜子片吊放至所述钢管桩桩顶标高附近，由潜水员水下破袋进行桩内碎石或瓜子片填充并找平，填充过程中间断性测量桩内碎石或瓜子片顶标高。

进一步地，上述的施工方法，其中，上述的确定所述钢管桩内碎石或瓜子片的填充量中，还包括：待将所述碎石填充层填充至设计标高后，将提前准备好的吨包装细沙吊放至所述钢管桩桩顶标高附近，由潜水员水下破包进行桩内沙子填充并找平，填充过程中测量桩内碎石/瓜子片—沙子顶标高。

进一步地，上述的施工方法，其中，在上述测量顶标高的过程中采用多点复测方式。

进一步地，上述的施工方法，其中，在上述的向所述钢管桩和导管架之间形成的环形灌浆空间灌注灌浆料中，还包括：通过封底灌浆管线向封隔器中灌注封底灌浆料，在所述封底灌浆料固结后，通过预制灌浆管线向所述环形灌浆空间内灌注灌浆料。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

(1)本申请针对在建项目先桩法导管架基础施工中出现的因封底失效等导致灌浆材料损耗较大，现场灌浆时间增加、施工工期较长、施工成本较高等问题，提出了先桩法导管架基础桩内填充防漏施工系统及施工方法，大大降低了水下灌浆漏浆综合风险。

(2)本申请通过在安装导管架之前，实测桩内泥面顶标高，对桩内进行碎石/瓜子片—沙子填充，确保导管架安装完成后，导管架插尖腿下部导向部分和碎石/瓜子片—沙子挤压后，环形灌浆空间内碎石/瓜子片—沙子顶标高位于封隔器标高下方一定距离，本申请解决了现有施工过程中因封底失效(如封隔器损坏)产生的漏浆问题，为保证导管架灌浆连接质量、减少施工成本提供了有力保障。

(3)本申请碎石、瓜子片、沙子均是吨包包装，现场填充过程中通过其中吊机进行，水下破包施工潜水配合，现场填充方便，施工效率较高，后续导管架安装完成后灌浆施工功效可控。

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：本申请先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统的结构示意图一；

图2：本申请先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统的结构示意图二；

图3：本申请中进行砂石填充层作业时的结构示意图；

图4：本申请进行砂石填充层填充前的结构示意图；

图5：本申请进行砂石填充层填充后的结构示意图；

图6：本申请先桩法导管架基础桩内防漏浆施工方法的流程图。

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5所示，在本申请的其中一个实施例中，一种先桩法导管架20基础桩内防漏浆施工系统，包括：钢管桩10和导管架20，所述导管架20内插于所述钢管桩10设置，在所述钢管桩10和所述导管架20之间形成用于灌注灌浆料的环形灌浆空间30；在所述钢管桩10内部的泥面标高之上还填充有碎石填充层50。本实施例通过在所述钢管桩10内的泥面标高至少填充碎石填充层50，有效地解决了现有施工过程中上述环形灌浆空间30封底灌浆损坏而出现的漏浆问题，为保证导管架20灌浆连接质量、减少施工成本提供了有力保障。

如图1和图2所示，本实施例适用于灌浆连接段部分在海床面以上，部分在海床面以下，还可适用于为灌浆连接段均在海床面以上，当然，上述适用情况仅为列举，其并不对本申请的保护范围造成限定。

在本实施例中，所述碎石填充层50包括碎石51和/或瓜子片，优选地，在向所述钢管桩10内投放碎石51和/或瓜子片时，所述碎石51和/或瓜子片可预用袋子等包装好，如采用吨包包装，以便于投放作业。

其中，在本实施例中，所述碎石填充层50的顶标高位于下文所述封隔器40标高下方一定距离。

具体地，如图3所示，将灌浆施工船舶定位近点，通过灌浆施工船上吊机M将提前准备好的吨包装碎石M1和/或瓜子片吊放至桩顶标高附近，由潜水员水下破袋进行桩内碎石51填充并找平，填充过程中间断性测量桩内碎石51或瓜子片顶标高。

进一步地，如图4和图5所示，所述碎石填充层50还包括用于填充缝隙的砂子52，优选地，同样为便于投放，所述砂子52亦采用袋子等提前包好，如采用吨包包装。

具体地，待上述的碎石51和/或瓜子片填充至设计标高后，通过灌浆施工船上吊机M将提前准备好的吨包装细沙吊M1放至桩顶标高附近，由潜水员水下破包进行桩内沙子填充并找平，填充过程中测量桩内碎石/瓜子片—沙子顶标高。

在本实施例中，通过向在碎石51和/或瓜子片的缝隙中缝隙中填充砂子52，可增加砂石填充层的灌注密度和强度，为上述的环形灌浆空间30的灌浆作业提供安全保证。

进一步地，在所述环形灌浆空间30底部和所述碎石填充层50之间还设有封隔器40，通过对所述封隔器40灌注封底灌浆料可实现对上述环形灌浆空间30的封底作业，以为后续的环形灌浆空间30内的灌浆连接提供基础保证。

进一步地，在本实施例中，所述封隔器40还连通有封底灌浆管线，通过所述封底灌浆管线可对上述的封隔器40进行封底灌浆。

所述导管架20上还预留至少一层预制灌浆管线31，通过所述灌浆管线向所述环形灌浆空间30内灌注灌浆料。

其中，上述的预制灌浆管线31包括主灌浆管线和至少一条备用灌浆管线，所述主灌浆管线的设计标高高于所述封底灌浆管线标高0.5-1m；同样地，所述主灌浆管线的设计标高低于与其相邻设置的备用灌浆管线的标高0.5-1m；上述的相邻设置的备用灌浆管线的设计标高相差0.5-1m。

进一步地，在所述环形灌浆空间30的顶部还可设有一溢流口(图中未显示)，通过观察该溢流口的出浆情况，可判断是否灌浆结束。

如图6所示，在本申请的另一实施例中，一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工方法，包括如下步骤：

步骤一，将钢管桩10打桩至设计标高；

步骤二，确定所述钢管桩10内碎石51或瓜子片的填充量；

步骤三，安装导管架20；

步骤四，导管架20的调平与锁定；

步骤五，向所述钢管桩10和导管架20之间形成的环形灌浆空间30灌注灌浆料。

在上述的步骤一将钢管桩10打桩至设计标高中，还包括：确定所述钢管桩10内的泥面标高；确定所述钢管桩10内碎石填充层50的填充高度。

具体地，待上述钢管桩10打桩至设计标高后，实测桩内泥面标高。钢管桩10打桩至设计标高后，通过潜水员进行桩内泥面标高测量，确定桩内泥面标高，根据导管架20插尖腿的长度和空隙体积，确定桩内碎石填充层50的填充高度。

其中，所述的桩内泥面标高测量是由潜水员水下进行操作，且进行多点测量确定。

还需要说明地是，上述的确定钢管桩10内碎石填充层50的填充高度要考虑桩内表层淤泥覆盖层承载力不足出现挤压上浮等因素。

上述的步骤二确定所述钢管桩10内碎石51或瓜子片的填充量中，还包括：将提前准备好的吨包装碎石M1或瓜子片吊放至所述钢管桩10桩顶标高附近，由潜水员水下破袋进行桩内碎石51填充并找平，填充过程中间断性测量桩内碎石51顶标高。

其中，当灌浆施工船近点定位需要精点定位，充分考虑导管架20(三桩或四桩)多条腿柱之间距离，结合吊机M考虑减少船舶移船次数，以提供施工功效。

优选地，通过灌浆施工船上吊机M将提前准备好的吨包装碎石M1吊放至桩顶标高附近要充分考虑潜水员水下施工的便利性和安全性，先将吨包装碎石M1放至桩内稳定后由潜水员水下破包，待破包完成潜水员处于安全位置，起吊吨包碎石M1靠自重落入桩内，最后由潜水员进行找平。

其中，上述的填充过程中间断性测量桩内碎石51顶标高需要满足不能超填，也不同少填，以满足施工要求。

上述的步骤二确定所述钢管桩10内碎石51或瓜子片的填充量中，还包括：待将所述碎石填充层50填充至设计标高后，将提前准备好的吨包装细沙M1吊放至所述钢管桩10桩顶标高附近，由潜水员水下破包进行桩内沙子填充并找平，填充过程中测量桩内碎石/瓜子片—沙子顶标高。

其中，上述还包括复测桩内碎石/瓜子片—沙子顶标高，具体地，待上述桩内碎石/瓜子片—沙子填充完成至设计标高后，采用多点复测方式测量桩内碎石51—沙顶标高。

其中，在本实施例中，所述碎石51—沙顶标高优选地位于下文所述封隔器40标高下方一定距离。

在上述的步骤三安装导管架20中，还包括：待上述碎石填充层50填充完成后，进行导管架20吊装安装，安装应选择在海况较好和风力较小的时候进行，尽量一次性安装到位。

在上述的步骤四导管架20调平与锁定中，导管架20安装后测试导管架20顶法兰水平度，并通过施工措施调整水平度，满足设计要求后将导管架20与钢管桩10通过水下焊接等方式将导管架20与钢管桩10之间完成临时锁定。

在上述的步骤五向所述钢管桩10和导管架20之间形成的环形灌浆空间30灌注灌浆料中，还包括：通过封底灌浆管线向封隔器40中灌注封底灌浆料，在所述封底灌浆料固结后，通过预制灌浆管线31向所述环形灌浆空间30内灌注灌浆料。

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 (12)

1.一种先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其特征在于，包括：钢管桩和导管架，所述导管架内插于所述钢管桩设置，在所述钢管桩和所述导管架之间形成用于灌注灌浆料的环形灌浆空间；在所述钢管桩内部的泥面标高之上还填充有碎石填充层。

2.根据权利要求1所述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其特征在于，在所述环形灌浆空间底部和所述碎石填充层之间还设有封隔器。

3.根据权利要求2所述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其特征在于，所述封隔器还连通有封底灌浆管线。

4.根据权利要求1所述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其特征在于，所述碎石填充层包括碎石和/或瓜子片。

5.根据权利要求4所述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其特征在于，所述碎石填充层还包括用于填充缝隙的砂子。

6.根据权利要求1至5任一项所述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统，其特征在于，所述导管架上还预留至少一层预制灌浆管线。

7.一种基于如权利要求1至6任一项所述的先桩法导管架基础桩内防漏浆施工系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

将钢管桩打桩至设计标高；

确定所述钢管桩内碎石或瓜子片的填充量；

安装导管架；

导管架的调平与锁定；

向所述钢管桩和导管架之间形成的环形灌浆空间灌注灌浆料。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，在上述的将钢管桩打桩至设计标高还包括：确定所述钢管桩内的泥面标高；确定所述钢管桩内碎石填充层的填充高度。

9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，上述的确定所述钢管桩内碎石或瓜子片的填充量中，还包括：将提前准备好的吨包装碎石或瓜子片吊放至所述钢管桩桩顶标高附近，由潜水员水下破袋进行桩内碎石或瓜子片填充并找平，填充过程中间断性测量桩内碎石或瓜子片顶标高。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，上述的确定所述钢管桩内碎石或瓜子片的填充量中，还包括：待将所述碎石填充层填充至设计标高后，将提前准备好的吨包装细沙吊放至所述钢管桩桩顶标高附近，由潜水员水下破包进行桩内沙子填充并找平，填充过程中测量桩内碎石/瓜子片—沙子顶标高。

11.根据权利要求9或10所述的施工方法，其特征在于，在上述测量顶标高的过程中采用多点复测方式。

12.根据权利要求7至10任一项所述的施工方法，其特征在于，在上述的向所述钢管桩和导管架之间形成的环形灌浆空间灌注灌浆料中，还包括：通过封底灌浆管线向封隔器中灌注封底灌浆料，在所述封底灌浆料固结后，通过预制灌浆管线向所述环形灌浆空间内灌注灌浆料。

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