CN107386270A - 一种嵌岩单桩及其施工***和施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌岩单桩及其施工***和施工方法，所述嵌岩单桩包括桩本体和桩孔；所述桩本体为管状；所述桩孔自覆土层表面延伸至岩层内部，且所述桩孔位于岩层内部位置的直径大于所述桩本体的外径；所述桩孔内填有回填材料；所述桩本体打入所述回填材料中固定。本发明提供的嵌岩单桩先形成回填层再将桩本体打入回填层稳固，相比背景技术中先将桩本体打入岩层再灌浆稳固而言，可以有效规避施工过程桩本体干涉灌浆操作的问题以及灌浆材料费用高的问题，并且降低了施工难度。另外，本发明提供的嵌岩单桩采用的回填材料包括桩孔钻渣，利于提高回填材料强度和施工经济性。
Description
技术领域
本发明涉及风电桩基技术领域，特别是涉及一种嵌岩单桩及其施工***和施工方法。
背景技术
一些地质条件复杂的海域，浅表层多为覆土层，土质较为松软，建造于这些海域上的风电项目的桩基如果仅仅嵌入覆土层，是无法达到支撑需求的，因而，建造于这些海域上的风电项目的桩基还需要嵌入埋藏于覆土层之下的岩层内，形成嵌岩桩，以满足海上风电项目的支撑需求。
现有技术中，上述嵌岩桩施工过程中需要经过多次钻孔和打桩，桩本体打入至标高后，再进行灌浆固化，施工作业周期长。尤其对于目前海上风电项目中采用的单桩基础而言，往往桩径较大，上述钻孔打桩的形成方式很难顺利实施。
另外，上述技术方案中，由于施工过程水下作业，因而需要采用适用于水下的灌浆材料，这类灌浆材料相比陆上灌浆材料费用高，而且，水下灌浆施工难度大、灌浆效果不理想，造成海上施工作业时间长、施工风险较高等问题。
有鉴于此，如何开发一种嵌岩单桩，使其施工简便、高效、经济，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种嵌岩单桩，其所嵌岩层表面覆盖有覆土层。所述嵌岩单桩包括桩本体和桩孔；所述桩本体为管状；所述桩孔自覆土层表面延伸至岩层内部，且所述桩孔位于岩层内部位置的直径大于所述桩本体的外径；所述桩孔内填有回填材料；所述桩本体打入所述回填材料中固定。
本发明提供的嵌岩单桩，桩孔位于岩层内部位置的直径大于所述桩本体的外径，且桩孔中填入回填材料，桩本体打入回填材料中，相比背景技术中直接将桩本体打入岩层而言，桩本体打入难度有效降低，并且一次钻孔到位，相比背景技术中多次钻孔而言，施工周期有效缩短。
并且，本发明提供的嵌岩单桩先形成回填层再将桩本体打入回填层稳固，相比背景技术中先将桩本体打入岩层再灌浆稳固而言，可以有效规避施工过程桩本体干涉灌浆操作的问题以及灌浆材料费用高的问题，使施工简便经济，并且利于保证嵌岩单桩的形成质量。
可选地，所述回填材料包括钻设所述桩孔时排出的钻渣、以及水泥和掺合料。
本发明还提供一种施工方法，用于上述嵌岩单桩的施工，所述施工方法包括以下步骤：
步骤S1，将上述桩本体或辅助施工的钢护筒自覆土层表面打入至岩层表面，使所述桩本体或钢护筒内形成与海水隔离的隔离空间；
步骤S2，自位于所述隔离空间内的覆土层表面钻孔至岩层内部，以形成上述桩孔；
步骤S3，向所述桩孔内填入回填材料；
步骤S4，将所述桩本体打入所述回填材料中以固定。
可选地，在步骤S2中，钻孔时向所述桩孔内通入携渣泥浆，携渣泥浆携带钻渣流出所述桩孔；流出所述桩孔的携渣泥浆和钻渣的混合物分离成两部分，一部分用于形成所述回填材料，另一部分用作携渣泥浆。
本发明还提供一种施工***，用于上述嵌岩单桩的施工，所述施工***包括：
打桩装置，将上述桩本体或辅助施工的钢护筒自覆土层表面打入至岩层表面，使所述桩本体或钢护筒内形成与海水隔离的隔离空间；
钻机，坐于桩本体或钢护筒内的覆土层表面，钻孔至岩层内部，以形成上述桩孔；
回填装置，向所述桩孔内填入回填材料；所述打桩装置将所述桩本体打入所述回填材料中以固定。
可选地，所述施工***还包括沉渣装置；所述钻机钻孔时，向所述桩孔内通入携渣泥浆，携渣泥浆携带钻渣流入所述沉渣装置，并在所述沉渣装置内分离成两部分，一部分用于形成所述回填材料，另一部分用作携渣泥浆。
可选地，所述沉渣装置内设置有隔板，所述隔板将所述沉渣装置分隔为沉淀物腔室和泥浆腔室，携渣泥浆和钻渣的混合物通入所述沉淀物腔室；
所述隔板设置有单向阀，位于所述沉淀物腔室上部的携渣泥浆经所述单向阀流入所述泥浆腔室。
可选地，所述隔板的上部向所述泥浆腔室倾斜。
可选地，所述回填装置包括传送带和喷射部；所述回填材料经所述传送带传送至所述喷射部，由所述喷射部喷入所述桩孔。
可选地，所述喷射部伸至所述桩孔底部，回填过程中随回填表面的上升而上升。
可选地，所述喷射部绕所述桩孔的轴线旋转喷射。
附图说明
图1为本发明提供的施工***的部分结构示意图；
图2为图1所示沉渣装置的放大示意图。
图1-图2中附图标记如下：11桩本体，12桩孔，13回填材料，A覆土层，B岩层，21沉渣装置，22回填装置，211隔板，212沉淀物腔室，213泥浆腔室，214单向阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供的嵌岩单桩包括桩本体11和承插所述桩本体11的桩孔12。所述桩本体11为管状。所述桩孔12自覆土层A表面延伸至岩层B内部，且所述桩孔12位于所述岩层内部位置的直径大于所述桩本体的外径。
具体的，所述桩孔12可以包括自覆土层A表面延伸至岩层B表面的通孔、以及自岩层B表面延伸至岩层B内部的沉孔，此时，所述沉孔的内径大于所述桩本体11的外径。
并且，所述桩孔12内填有回填材料13，具体可以填至岩层B的表面之上以便增加固桩效果。所述桩本体11被打入至位于岩层B内部的所述回填材料13中，也就是说，在安装完成的状态下，所述桩本体11的一端位于岩层B内部，且所述桩本体11该端管内布满回填材料13，其管外壁面与桩孔12壁面之间也布满回填材料13，从而使桩本体11稳固固定于岩层B内。
本发明提供的嵌岩单桩，桩孔12位于岩层B内部位置的直径大于所述桩本体11的外径，且桩孔12中填入回填材料13，桩本体11打入回填材料13中，相比背景技术中直接将桩本体11打入岩层B而言，桩本体11打入难度有效降低，并且一次钻孔到位，相比背景技术中多次钻孔而言，施工周期有效缩短。
并且，本发明提供的嵌岩单桩先形成回填层再将桩本体11打入回填层稳固，相比背景技术中先将桩本体11打入岩层B再灌浆稳固而言，可以有效规避施工过程桩本体干涉灌浆操作的问题以及灌浆材料费用高的问题，使施工简便经济，并且利于保证嵌岩单桩的形成质量。
具体的，所述回填材料13包括钻设桩孔时排出的钻渣、以及后续添加的水泥、掺合料(比如粉煤灰)、以及黄土、化学添加剂等。钻渣中多数为岩渣，本身具有较高的强度，添加水泥、掺合料等可以进一步改善回填材料13的强度性能，使回填材料13对桩本体11具有可靠的稳固作用，从而可以增加嵌岩单桩的承载能力；并且就地取材，节约了嵌岩单桩的实施成本，提高了经济性。
本发明还提供一种嵌岩单桩的施工***和施工方法，下文对两者进行一并描述。
请参考图1，图1为本发明提供的施工***的部分结构示意图。
如图1所示，所述施工***包括打桩装置、钻机和回填装置。具体施工方法为：
首先进行步骤S1，当覆土层A较厚时，即桩本体11打入覆土层A后足以稳桩时，先利用打桩装置将桩本体11自覆土层A表面打入至岩层B表面；或者，当覆土层A厚度不足以稳固打入其内的桩本体11时，可以采用便于稳固的钢护筒，利用打桩装置将钢护筒自覆土层A表面打入至岩层B表面。应当理解，钢护筒的自重相比桩本体11轻，更便于稳固。此时，在桩本体11内或钢护筒内形成与海水相隔离的隔离空间。
这种设置方式，一方面利用桩本体11的周壁、或者钢护筒的周壁隔离海水，在管内形成隔离空间，以便于后续施工；另一方面可以稳固覆土层A，以防止后续钻孔时出现塌孔影响施工进度及施工安全。
再进行步骤S2，将钻机坐于桩本体11或钢护筒内部的软土表面上向内(图示出向下)钻孔至岩层B表面，此时，在覆土层A形成所述桩孔12的上部，所述桩孔12的上部直径与所述桩本体11的直径一致；再自岩层B表面向内钻孔至其内部，形成桩孔12的下部，即上述所述桩孔12位于岩层B内部的部分，如上所述，所述桩孔12的下部直径大于所述桩本体11的直径。此时，桩孔12整体呈现上窄下宽的扩底状。
这种设置方式，当桩本体11安装过程出现一定的倾斜偏差时，仍能够与岩层B壁面之间有一定的装配余量，以便桩本体11顺利嵌入桩孔12中；并且可以规避嵌入过程桩本体11的外壁岩层B壁面过渡摩擦而强度削弱的问题。
然后，进行步骤S3，利用回填装置22向桩孔12内填入回填材料13，应当理解，所述回填材料13应当既具有足够的固桩强度，又相比岩层B容易嵌入。
最后，进行步骤S4，利用所述打桩装置将所述桩本体11打入位于岩层B内部的回填材料13中。具体的，当覆土层A较厚未采用钢护筒的情况下，直接向下击打桩本体11，直至其下沉至预设标高；当采用钢护筒的情况下，需要先拔出钢护筒，然后再向下击打桩本体11，直至其下沉至预设标高。
在打桩的过程中，回填于桩孔12内的回填材料13被桩本体11振捣，从而更加密实，并且，使回填材料13与桩孔12的交界面被扰动均匀，从而可以规避应力集中，进一步提高的回填材料13的回填质量。
进一步的，如图1所示，所述施工***还包括沉渣装置21。在上述步骤S2中，所述钻机钻孔时，桩孔12内通入携渣泥浆，在携渣泥浆的流动作用下，钻渣被搅动，并与携渣泥浆混合一起流至所述沉渣装置21，从而使桩孔12内部被清空。具体的，可以在钻机的钻杆上开设进渣口和钻腔，携渣泥浆与钻渣的混合物通过所述进渣口进入钻腔，并通过所述钻腔流入所述沉渣装置21。
并且，携渣泥浆与钻渣的混合物在所述沉渣装置21内分离成两部分，一部分用于形成所述回填材料13，另一部分用作携渣泥浆，从而形成携渣泥浆循环，以持续将钻渣输送出桩孔12。
请参考图2，图2为图1所示沉渣装置的放大示意图；
具体的，如图2所示，所述沉渣装置21内可以设置有隔板211，所述隔板211将所述沉渣装置21分隔为沉淀物腔室212和泥浆腔室213，如图所示，左右两腔室，左侧为沉淀物腔室212，右侧为泥浆腔室213。
同时，所述隔板211上设置有单向阀214，上述携渣泥浆和钻渣的混合物通入所述沉淀物腔室212。位于所述沉淀物腔室212上部的携渣泥浆经所述单向阀214流出至所述泥浆腔室213。
应当理解，在沉淀物腔室212的中上部为泥浆，下部为较重的岩渣，上部的泥浆中大颗粒较少，比重适中，适宜通入桩孔12内，用作携带钻渣的携渣泥浆；而中部的携渣泥浆含有较多的大颗粒物，如果通入桩孔12，将无法有效携带钻渣流出桩孔12。
具体的，向上述沉淀物腔室212内添加掺合料(比如粉煤灰)、水泥、以及黄土、化学添加剂等，并搅拌均匀后作为上述回填材料13。
这种设置方式下，一方面可以实现携渣泥浆的循环；另一方面，可以分离出大颗粒物较少的携渣泥浆，使残余在沉淀物腔室212的沉淀物不至过稀，以免影响后续用其形成的回填材料13的质量。
进一步的，如图2所示，所述隔板211上部倾斜向所述泥浆腔室213。这种设置方式下，便于携渣泥浆依靠自身重力流向泥浆腔室213。
继续参考图1。
具体的，所述回填装置22包括传送带和喷射部；所述传送带一端连接至所述沉淀物腔室212，另一端连接至所述喷射部，所述回填材料13自所述传送带传送至所述喷射部，由所述喷射部喷入所述桩孔12。采用传送带利于增加传送效率，并且相比管路传输而言，不易堵塞。
进一步的，所述喷射部可以伸入至所述桩孔12内，并能够相对所述桩孔12轴向移动(图示上下运动)。当向桩孔12喷射回填材料13时，桩孔12内回填材料13表面逐步上移，喷射部也随之上移。这种设置方式，可以实现回填材料13的逐层回填，层层紧密，利于提高回填质量。
更进一步的，所述喷射部可以绕桩孔12轴线旋转，以实现旋转喷射，相比单向喷射，可以规避回填材料13定向堆积出尖顶，更利于回填材料13的均匀回填。当然，在喷射部周向均匀设置若干喷口，以实现均匀喷射的方式也是可以的。
以上对本发明所提供的嵌岩单桩及其施工***和施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (11)
1.一种嵌岩单桩，其所嵌岩层(B)表面覆盖有覆土层(A)，其特征在于，所述嵌岩单桩包括桩本体(11)和桩孔(12)；所述桩本体(11)为管状；所述桩孔(12)自覆土层(A)表面延伸至岩层(B)内部，且所述桩孔(12)位于岩层(B)内部位置的直径大于所述桩本体(11)的外径；所述桩孔(12)内填有回填材料(13)；所述桩本体(11)打入所述回填材料(13)中固定。
2.根据权利要求1所述的嵌岩单桩，其特征在于，所述回填材料(13)包括钻设所述桩孔(12)时排出的钻渣、以及水泥和掺合料。
3.权利要求1所述的嵌岩单桩的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：
步骤S1，将上述桩本体(11)或辅助施工的钢护筒自覆土层(A)表面打入至岩层(B)表面，使所述桩本体(11)或钢护筒内形成与海水隔离的隔离空间；
步骤S2，自位于所述隔离空间内的覆土层(A)表面钻孔至岩层(B)内部，以形成上述桩孔(12)；
步骤S3，向所述桩孔(12)内填入回填材料(13)；
步骤S4，将所述桩本体(11)打入所述回填材料(13)中以固定。
4.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于，在步骤S2中，钻孔时向所述桩孔(12)内通入携渣泥浆，携渣泥浆携带钻渣流出所述桩孔(12)；流出所述桩孔(12)的携渣泥浆和钻渣的混合物分离成两部分，一部分用于形成所述回填材料(13)，另一部分用作携渣泥浆。
5.权利要求1所述的嵌岩单桩的施工***，其特征在于，所述施工***包括：
打桩装置，将上述桩本体(11)或辅助施工的钢护筒自覆土层(A)表面打入至岩层(B)表面，使所述桩本体(11)或钢护筒内形成与海水隔离的隔离空间；
钻机，坐于桩本体(11)或钢护筒内的覆土层(A)表面，钻孔至岩层(B)内部，以形成上述桩孔(12)；
回填装置(22)，向所述桩孔(12)内填入回填材料(13)；所述打桩装置将所述桩本体(11)打入所述回填材料(13)中以固定。
6.根据权利要求5所述的施工***，其特征在于，所述施工***还包括沉渣装置(21)；所述钻机钻孔时，向所述桩孔(12)内通入携渣泥浆，携渣泥浆携带钻渣流入所述沉渣装置(21)，并在所述沉渣装置(21)内分离成两部分，一部分用于形成所述回填材料(13)，另一部分用作携渣泥浆。
7.根据权利要求6所述的施工***，其特征在于，所述沉渣装置(21)内设置有隔板(211)，所述隔板(211)将所述沉渣装置(21)分隔为沉淀物腔室(212)和泥浆腔室(213)，携渣泥浆和钻渣的混合物通入所述沉淀物腔室(212)；
所述隔板(211)设置有单向阀(214)，位于所述沉淀物腔室(212)上部的携渣泥浆经所述单向阀(214)流入所述泥浆腔室(213)。
8.根据权利要求7所述的施工***，其特征在于，所述隔板(211)的上部向所述泥浆腔室(213)倾斜。
9.根据权利要求5所述的施工***，其特征在于，所述回填装置(22)包括传送带和喷射部；所述回填材料(13)经所述传送带传送至所述喷射部，由所述喷射部喷入所述桩孔(12)。
10.根据权利要求9所述的施工***，其特征在于，所述喷射部伸至所述桩孔(12)底部，回填过程中随回填表面的上升而上升。
11.根据权利要求9所述的施工***，其特征在于，所述喷射部绕所述桩孔(12)的轴线旋转喷射。
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