本發(fā)明涉及海上平臺施工領域，具體而言，涉及一種海上風電鋼管嵌巖樁及一種樁外灌漿施工的方法。

背景技術：

在沿海區(qū)域，地質條件復雜，海底礁石、砂脊、沙丘、溝壑縱橫交錯、不同區(qū)域地質情況變化大，淺表層土多為軟土地基、基巖埋藏深淺不一、甚至會出現孤石的情況?；谶@種復雜的地質情況，海上風電項目風機基礎需要采用鋼管嵌巖樁的基礎形式?，F有的嵌巖樁灌漿技術多應用于鉆孔灌注樁，即先進行鉆孔作業(yè)，在孔內放置鋼護筒護壁，接著進行灌漿作業(yè)。但針對風電基礎，采用灌注樁作為單樁基礎，需要大量適用于水下的灌漿材料，不僅費用較高，且水下灌漿施工難度大、灌漿效果不理想。因此，打入性大直徑鋼管嵌巖樁成為一種理想的替代灌注樁的嵌巖樁型。但鑒于在中等風化巖層或是弱風化巖層中，鋼管樁打入性差，需要鉆機鉆孔直徑略大于樁徑，也便于鉆孔后沉樁。因此，需要一種合理的填充鋼管樁壁與巖壁之間空隙的灌漿工藝。

技術實現要素：

本發(fā)明為了解決現有技術施工難度大、灌漿效果不理想的問題，提出了一種既方便施工又能保證水下灌漿使樁壁與巖壁有效結合的海上風電鋼管嵌巖樁，包括鋼管樁樁身，在處于嵌巖深度范圍的鋼管樁樁身長度內，等間距均勻布置出漿口，所述出漿口上設置有由內向外的單向注漿閥，所述出漿口外側包裹橡膠墊圈。

進一步地，所述出漿口隨高度變化成梅花形式布置。

進一步地，所述間距的范圍為2～4米，每一層均勻布置8～12個所述出漿口，所述出漿口的噴射面積為3～5平方米。

進一步地，所述鋼管樁樁身內部連接的所述出槳口的通道為J型通道，所述J型通道與所述單向注漿閥連接。

進一步地，還包括導管，所述導管設置在所述鋼管樁樁身內部，所述導管的一端與所述單向注漿閥對接。

進一步地，連接位于所述鋼管樁樁身同一豎直高度上出漿口的導管水平方向上間隔設置。

本發(fā)明另一方面還提供了一種利用上述海上風電鋼管嵌巖樁進行樁外灌漿施工的方法，包括如下步驟：

步驟1：用鉆機進行鉆孔施工，鉆孔至設計深度，進行第一次清孔，之后將所述海上風電鋼管嵌巖樁的樁基沉入到所述設計深度；

步驟2：進行第二次清孔，將所述海上風電鋼管嵌巖樁的樁底端的殘渣清除，下放導管接入所述單向注漿閥，開始水下澆筑混凝土。

進一步地，所述步驟1中，在海水底層上部具有軟弱圖層時，對所述海上風電鋼管嵌巖樁進行打樁施工，當所述樁身貫入到堅硬巖層時，鉆機由樁內徑到達樁底端進行鉆孔施工，鉆孔半徑大于樁身半徑，鉆孔深度直達設計持力層停止。

進一步地，所述步驟2中，在地下水位以下時，混凝土漿液水灰比為0.45～0.65，在地下水位以上時，混凝土漿液水灰比為0.7～0.9；最大注漿壓力不小于4MPa；注漿流量不超過75L/min。

進一步地，所述步驟2中，所述導管接入所述單向注漿閥的步驟包括，扳動位于J型通道處的滑動螺栓，將所述導管和所述單向注漿閥緊固，注漿完成后，扳動滑動螺栓，將導管拔出所述出漿口。

本發(fā)明相對于現有技術，打樁效率高，灌漿充分，樁壁與巖壁能夠有效結合，操作方便。可提高施工的可靠性，保證設計滿足工程受力需要?？梢杂行p少樁基的長度，降低成本。

附圖說明

通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中：

圖1為本發(fā)明一些實施例中的海上風電鋼管嵌巖樁的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一些實施例中的海上風電鋼管嵌巖樁的局部結構示意圖；

圖3為本發(fā)明一些實施例中的海上風電鋼管嵌巖樁的局部結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一些實施例中的海上風電鋼管嵌巖樁在灌漿施工時的狀態(tài)結構圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

實施例一

本發(fā)明實施例提供海上風電鋼管嵌巖樁樁外灌漿施工工藝，該灌漿施工工藝在嵌巖段鋼管樁樁身設置出漿口，安置從地面到出漿口處的多根注漿導管，既方便施工又能保證水下灌漿使樁壁與巖壁有效結合。

具體地如圖1、圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種海上風電鋼管嵌巖樁100，包括鋼管樁樁身110，在處于嵌巖深度范圍的鋼管樁樁身長度內，等間距均勻布置出漿口111，所述出漿口111上設置有由內向外的單向注漿閥，所述出漿口111外側包裹橡膠墊圈120。所述海上風電鋼管嵌巖樁100能夠鉆入巖層，之后通過設置在側面的出漿口111進行灌漿，利用橡膠墊圈120保護出漿口111，防止鉆入巖層中時出漿口111磨損，甚至破壞單向注漿閥。

本發(fā)明為了保證注漿與巖層貼合均勻，如圖2所示，所述出漿口111隨高度變化成梅花形式布置，即上下層出漿口111的橫向位置相互錯開。

為了保證灌漿效率，同時保證操作方便，使得漿液填充均勻，所述間距的范圍為2～4米，每一層均勻布置8～12個所述出漿口，所述出漿口的噴射面積為3～5平方米。

為了方便出漿口111的漿液出漿，減小出漿阻力，如圖3所示，所述鋼管樁樁身110內部連接所述出槳口111的通道為J型通道112，所述J型通道112與所述單向注漿閥連接，所述J型通道112包括圓弧段和直線段。所述J型通道112內設有滑動螺栓140。通過滑動螺栓140連接所述導管130。

為了進行灌漿，本發(fā)明的海上風電鋼管嵌巖樁100還包括導管130，所述導管130設置在所述鋼管樁樁身110內部，所述導管130的一端與所述單向注漿閥對接。通過導管130接入到所述單向注漿閥，進行注漿，漿液從所述出漿口111流出，保證了操作效率，在初始打樁之后再接入導管130，保證了導管的安全性，保證了出漿的安全性、可靠性。

為了方便同時灌漿，連接位于所述鋼管樁樁身110同一豎直高度上出漿口的導管水平方向上間隔設置，間隔距離為30cm左右，對應J型通道的長度也相應變化。

實施例二

本發(fā)明基于上述的海上風電鋼管嵌巖樁，還提供了一種樁外灌漿施工的方法，包括如下步驟：

步驟1：用鉆機進行鉆孔施工，鉆孔至設計深度，進行第一次清孔，之后將所述海上風電鋼管嵌巖樁的樁基沉入到所述設計深度。在海水底層上部具有軟弱圖層時，對所述海上風電鋼管嵌巖樁進行打樁施工，當所述樁身貫入到堅硬巖層時，鉆機由樁內徑到達樁底端進行鉆孔施工，鉆孔半徑大于樁身半徑，鉆孔深度直達設計持力層停止。

步驟2：進行第二次清孔，將所述海上風電鋼管嵌巖樁的樁底端的殘渣清除，下放導管接入所述單向注漿閥，開始水下澆筑混凝土。在地下水位以下時，混凝土漿液水灰比為0.45～0.65，在地下水位以上時，混凝土漿液水灰比為0.7～0.9；最大注漿壓力不小于4MPa；注漿流量不超過75L/min。所述導管接入所述單向注漿閥的步驟包括，扳動位于J形彎處的滑動螺栓，將其二者緊固，注漿完成后，扳動滑動螺栓，將灌漿導管拔出出漿口。

本發(fā)明的施工方法能夠高效打樁，并能克服地質條件差的情況。節(jié)約灌漿量且能保證灌漿質量有效的填充了巖石裂隙以及鋼管樁壁與巖壁的空隙。

實施例三

本發(fā)明實施例提供了一種海上風電鋼管嵌巖樁樁外灌漿施工工藝，包括以下步驟：步驟一，如圖4所示，處于嵌巖深度范圍的鋼管樁樁身長度內，間距3米的高度，每一層均勻布置出漿口，每一層高度均勻布置10個出漿口(根據樁徑與嵌固深度布置出漿口，以每個出漿口噴射控制面積4m²為宜)，出漿口隨高度變化成梅花形式布置。出漿口上設置由內向外的單向閥裝置，出漿口外側采用橡膠墊圈包裹，保護注漿導管口；步驟二，描述的大直徑鋼管嵌巖樁灌漿施工工藝中鋼管樁的沉樁方式為，用鉆機進行鉆孔施工(正、反循環(huán)孔內排渣)，鉆孔至設計深度，進行第一次清孔，之后將樁基沉入到設計深度；步驟三，根據地層性狀、樁長、承載力增幅和樁的使用功能(抗彎、抗拔)等因素，注漿采用樁側注漿的方式。進行第二次清孔后主要將鋼管樁樁底端的殘渣清除。下放導管接入單向注漿伐(在樁側不同間隔位置預留出漿口，開始水下澆筑混凝土，漿液水灰比、最大注漿壓力、注漿流量等根據巖石的風化程度最終確定)。注漿導管可為鋼管，鋼管內徑由注漿面積確定，鋼管壁厚滿足強度與剛度的要求，通常大于3mm。管頂標高高于地面，管底標高與第一層出漿口等高。注漿導管與預先留好的出漿口對接，每一對注漿導管與出漿口都獨立連接，由于不同高程之間的出漿口呈梅花形排列。注漿導管在樁身內需要有序排列，同一豎向位置的注漿導管之間需要間隔30cm的水平距離，以滿足出漿口與注漿導管J形連接的出漿質量的要求。

步驟一中，在較軟弱能打入鋼管樁的土層，直接進行打樁施工；當樁身貫入到較堅硬巖層(如中等風化或弱風化巖層)時，鉆機由樁內徑到達樁底端進行鉆孔施工，鉆孔半徑略大于樁身半徑，鉆孔深度直達設計持力層停止。

步驟二中，在樁身下沉之前，預先打好出漿口，且出漿口呈梅花形布置，出漿口最底端一層距離樁底端2～3米。

嵌巖樁100打入到巖層300中去后，通過導管130從出漿口灌入混凝土200，使得混凝土200填充巖層300和嵌巖樁100之間的縫隙。

步驟三中，灌漿導管注漿口與出漿口的連接處成J形連接，當注漿口與出漿口對接完成后，扳動位于J形彎處的滑動螺栓，將其二者緊固。注漿完成后，扳動滑動螺栓，將灌漿導管拔出出漿口。

步驟一的優(yōu)點在于，本方法適用于大直徑鋼管樁(直徑大于6米)，在上覆相對軟弱土層采用打入的方式貫入鋼管樁，在下部較為堅硬的中等風化與弱風化等巖層，采用一次鉆孔直達設計高度的方式沉樁，充分利用鋼管樁打入性優(yōu)良的特點以及大直徑鋼管樁本身剛度較大的特點。本方法不僅節(jié)約灌漿量且能保證灌漿質量有效的填充了巖石裂隙以及鋼管樁壁與巖壁的空隙。

步驟二的優(yōu)點在于，預先在鋼管樁身留有出漿口能減少水下作業(yè)的難度，且出漿口呈梅花形布置能使出漿路徑相互交叉，充分填充鋼管樁壁與巖壁的空隙，增大灌漿面積，提高灌漿質量。

步驟三的優(yōu)點在于，J形設計的出漿口利于漿液在導管中的流動；在注漿口與出漿口對接后，直接使用滑動螺栓將其二者固定，且J形段可靈活拆卸節(jié)約水下作業(yè)的時間。

根據地層性狀、樁長、承載力增幅和樁的使用功能(抗壓、抗拔)等因素，本發(fā)明可采用樁底注漿、樁側注漿、樁側樁底復式注漿等形式。主要技術指標為：

(1)適用于巖層地址條件，且?guī)r層勘察取樣后的巖石單軸抗壓強度大于10MPa。

漿液水灰比：地下水位以下0.45～0.65，地下水位以上0.7～0.9。

(2)最大注漿壓力：為保證漿液的擴散半徑與灌漿質量，建議不小于4MPa。

(4)注漿流量不宜超過75L/min。

實際工程中，以上參數應根據土的類別、飽和度及樁的尺寸、承載力增幅等因素適當調整，并通過現場試注漿和試樁試驗最終確定

實踐表明:壓漿管宜用鍍鋅銅管或黑鐵管，直徑宜大于Φ3.0cm。對于超長樁，考慮到管內摩阻力對壓力的影響，可考慮采用大于Φ3.8cm。出漿閥以單向截流閥為佳，實踐證明采用該出漿閥后注漿成功率達96％以上。

從理論上講，只要漿液能注入孔隙中，宜用低壓、慢速注漿，這樣可以讓漿液在樁底或樁側較均勻滲透和緩慢填充，以得到最佳加固效果。

適用于大直徑鋼管嵌巖樁鉆孔孔徑大于樁徑的施工工況，通過以上方法提高海上風電單大直徑鋼管嵌巖樁基礎的安全與可靠性，促進為打入式大直徑鋼管嵌巖樁的廣泛使用。

在本發(fā)明中，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術語“多個”指兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。