CN110241731A - 一种在海底内形成嵌岩桩基础的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种在海底内形成嵌岩桩基础的方法。所述在海底内形成嵌岩桩基础的方法包括如下步骤：将钢护筒下沉至稳定地层；将钻机安装至钢护筒内，使用钻机一次性钻孔，并在钻孔过程中，使用海水泥浆混合物进行护壁保护，从而形成预设孔；对预设孔进行清孔换浆；在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼；对安装有钢筋笼的预设孔进行再次清孔；向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土，从而形成嵌岩桩基础。采用本申请的在海底内形成嵌岩桩的方法，能够获得直径超过4米的超大直径的嵌岩桩。且用海水泥浆，解决了海上施工淡水供应困难问题，节约施工成本。

Description

一种在海底内形成嵌岩桩基础的方法

技术领域

本申请涉及嵌岩桩技术领域，尤其涉及一种在海底内形成嵌岩桩基础的方法。

背景技术

平潭海峡公铁两用大桥是我国第一座跨海峡公铁两用大桥。海峡大桥不同于以往建设的海湾桥，其建设所面临的风大、浪高、涌激、强台风、复杂地质等恶劣条件，尤其平潭海峡是世界上著名的三大风暴海域之一，给大桥施工带来了巨大挑战和超高风险。本桥为国内在跨海峡桥梁领域的首次尝试，无论是环境的恶劣程度，还是所面临的技术挑战和施工风险都远超国内已建成或在建的其他跨海湾桥梁。平潭海峡公铁两用大桥是世界上第一次在复杂风浪涌环境下建设海峡大桥，建成后将满足海上桥面十级大风(陆地八级风运营)环境下大桥安全运营。

嵌岩桩的作用是承受和传递上部结构的荷载，常规嵌岩桩一般在3.0m以下，传统施工工艺一般采用冲击钻、旋挖钻，但随着我们海洋开发，海上大型桥梁、风电工程的建设，在恶劣的海洋环境下，需要常规直径桩基数量多，施工周期长，钢护筒埋设和桩基开孔施工困难，所以海洋工程基础采用超大直径钻孔桩将更加经济、高效，并且降低施工难度。

现有技术还无法获取直径在4米以上的嵌岩桩。

因此，针对以上不足，需要提供一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

申请内容

本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种在海底内形成嵌岩桩的方法。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种在海底内形成嵌岩桩基础的方法，用于形成直径超过4米的嵌岩桩，所述在海底内形成嵌岩桩基础的方法包括如下步骤：将钢护筒下沉至稳定地层；将钻机安装至钢护筒内，使用钻机一次性钻孔，并在钻孔过程中，使用海水泥浆混合物进行护壁保护，从而形成预设孔，其中，所述海水泥浆混合物包括聚阴离子纤维素；对预设孔进行清孔换浆；在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼；对安装有钢筋笼的预设孔进行再次清孔；向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土，从而形成嵌岩桩基础。

可选地，所述将钢护筒下沉至稳定地层包括：在钻孔平台上安装多层导向装置通过多层导向装置对钢护筒进行定位及约束；通过振动锤与液压冲击锤，将钢护筒在倾斜岩面和风化孤石地层中下沉到稳定地层。

可选地，所述将钢护筒下沉至稳定地层进一步包括：在通过振动锤与液压冲击锤，将钢护筒在倾斜岩面和风化孤石地层中下沉到稳定地层的工作过程中，当遇到海床和孤石时，采用旋挖钻机处理海床和孤石。

可选地，所述钢护筒的一端的壁厚为5厘米，另一端的壁厚为5厘米。

可选地，所述钻机的最大扭矩达45t.m，最大钻孔直径达5m，钻孔深度110m。

可选地，所述在海底内形成嵌岩桩基础的方法进一步包括：形成嵌岩桩基础后，通过预设在钢筋笼内的多根声测管检测所述嵌岩桩基础内的混凝土强度。

可选地，所述在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼包括：制作环形吊具；通过环形吊具吊装钢筋笼，采用环形悬挂多点支撑的方式将钢筋笼安装到位。

可选地，所述向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土包括：采用内径为406mm的灌注导管向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土。

可选地，所述采用内径为406mm的灌注导管向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土包括：将灌注导管伸入至预设孔底部，进行第一次水下海工混凝土灌注，直至所述灌注导管埋深超过1米；将灌注导管提升至所灌注的水下海工混凝土之上并进行多次水下海工混凝土灌注，每次水下海工混凝土灌注时，当所述灌注导管埋深在4米至6米，则将灌注导管提升至所灌注的水下海工混凝土之上进行下次水下海工混凝土灌注，直至形成嵌岩桩基础。

可选地，所述向安装有钢筋笼的预设孔灌注混凝土进一步包括：在每次进行水下海工混凝土灌注之前，通过多个测量点测量混凝土高度。

实施本申请的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，具有以下有益效果：

采用本申请的在海底内形成嵌岩桩的方法方法，能够获得直径超过4米的超大直径的嵌岩桩。且用海水泥浆，解决了海上施工淡水供应困难问题，节约施工成本。

附图说明

图1是本申请实施例一在海底内形成嵌岩桩基础的方法的流程示意图；

图2是图1所示的海底内形成嵌岩桩基础的方法中的多层导向装置的结构示意图；

图3是图1所示的海底内形成嵌岩桩基础的方法中的钢护筒定位示意图；

图4是图1所示的海底内形成嵌岩桩基础的方法中的钻孔施工示意图。

图中：1：第一导向装置；2：第二导向装置；3：钻孔平台；4：钢护筒；5：钻机。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的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。

图1是本申请实施例一在海底内形成嵌岩桩基础的方法的流程示意图；图2是图1所示的海底内形成嵌岩桩基础的方法中的多层导向装置的结构示意图；图3是图1所示的海底内形成嵌岩桩基础的方法中的钢护筒定位示意图；图4是图1所示的海底内形成嵌岩桩基础的方法中的钻孔施工示意图。

如图1至图4所示，本申请实施例提供的在海底内形成嵌岩桩基础的方法包括如下步骤：将钢护筒下沉至稳定地层；将钻机安装至钢护筒内，使用钻机一次性钻孔，并在钻孔过程中，使用海水泥浆混合物进行护壁保护，从而形成预设孔；对预设孔进行清孔换浆；在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼；对安装有钢筋笼的预设孔进行再次清孔；向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土，从而形成嵌岩桩基础。

采用本申请的在海底内形成嵌岩桩的方法方法，能够获得直径超过4米的超大直径的嵌岩桩。且用海水泥浆，解决了海上施工淡水供应困难问题，节约施工成本。

本申请提供的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，如图1所示，包括如下步骤：

将钢护筒4下沉至稳定地层；

将钻机安装至钢护筒4内，使用钻机一次性钻孔，并在钻孔过程中，使用海水泥浆混合物进行护壁保护，从而形成预设孔，其中，所述海水泥浆混合物包括聚阴离子纤维素；

对预设孔进行清孔换浆；

在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼；

对安装有钢筋笼的预设孔进行再次清孔；

向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土，从而形成嵌岩桩基础。

在一些可选实施方式中，所述将钢护筒下沉至稳定地层包括：

在钻孔平台3上安装多层导向装置；

通过多层导向装置对钢护筒进行定位及约束；

通过振动锤与液压冲击锤，将钢护筒在倾斜岩面和风化孤石地层中下沉到稳定地层。

本实施例中，钻孔平台3的结构如图2所示，其上安装有第一导向装置1及第二导向装置2，通过沿钢护筒4轴向方向的不同位置的两点定位实现了大直径钢护筒4在强波流力、深水海域的准确下放、精确定位以及插打垂直度控制。

本实施例中，钢护筒可以采用大型浮吊吊装定位，导向定位装置的俯视定位效果可以参考图3所示，在同一垂向位置，沿钢护筒4周侧均布有4个伸出机构，以顶触在钢护筒4外壁，实现钢护筒4的径向定位。

在一些可选实施方式中，所述将钢护筒下沉至稳定地层进一步包括：在通过振动锤与液压冲击锤，将钢护筒在倾斜岩面和风化孤石地层中下沉到稳定地层的工作过程中，当遇到海床和孤石时，采用旋挖钻机处理海床和孤石。

本实施例采用振动锤与液压冲击锤结合方式，以及二次插打技术，将钢护筒在倾斜岩面和风化孤石地层中下沉到稳定地层，例如采用IHC-S800型大能量液压冲击锤，并通过制定相应停锤控制标准，同时采用旋挖钻机处理海床和孤石，保证了钢护筒顺利着床，消除了孤石对钢护筒插打阻碍。

在一些可选实施方式中，所述钢护筒的一端的壁厚为5厘米，另一端的壁厚为5厘米。

可以理解的是，钢护筒在工厂整体制造时，在钢护筒上下两端加厚补强，本方案中，将钢护筒上下两端一倍直径范围加厚至5cm，钢护筒插打完成后，在护筒顶口进行平面约束。

在一些可选实施方式中，所述钻机的最大扭矩达45t.m，最大钻孔直径达5m，钻孔深度110m。例如使用新型KTY5000型大扭矩液压动力头旋转钻机5，参考图4，钻机5底端设置有截锥形球齿滚刀钻头，可以一次钻进到坚硬岩层成孔，钻孔过程中使用海水泥浆护壁辅助成孔，提高施工效率，保证成孔质量。

在一些可选实施方式中，所述在海底内形成嵌岩桩基础的方法进一步包括：

形成嵌岩桩基础后，通过预设在钢筋笼内的多根声测管检测所述嵌岩桩基础内的混凝土强度。

例如，在垂直方向布置4根声测管进行超声波桩基混凝土质量检测。

在一些可选实施方式中，所述在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼包括：

制作环形吊具；

通过环形吊具吊装钢筋笼，采用环形悬挂多点支撑的方式将钢筋笼安装到位。

本实施例中，钢筋笼吊装采用专用环形吊具，设置4个吊点，采用环形悬挂多点支撑实现钢筋笼精确定位。

本实施例中，钢筋笼采用长线法在车间制造，分节制造。主筋各节之间采用直螺纹套筒连接，每个接头均配置锁紧螺母。例如本实施例中各钢筋笼由标准节长度设置为12m，且为φ40mm的钢筋制成，通过自锁螺母相互连接成长度符合要求的钢筋笼，本申请可以设计专用吊具进行钢筋笼起吊、运输、竖转，防止自重引起的变形，钢筋笼的竖立采用两台起吊设备配合完成。现场采用大型门吊进行钢筋笼吊装、连接、下放、定位；钢筋笼顶部钢筋采用塑料包裹，方便桩头整体凿除。

在一些可选实施方式中，在海底内形成嵌岩桩基础的方法中，所述向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土包括：

采用内径为406mm的灌注导管向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土。

在一些可选实施方式中，所述采用内径为406mm的灌注导管向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土包括：

将灌注导管伸入至预设孔底部，进行第一次水下海工混凝土灌注，直至所述灌注导管埋深超过1米；

将灌注导管提升至所灌注的水下海工混凝土之上并进行多次水下海工混凝土灌注，每次水下海工混凝土灌注时，当所述灌注导管埋深在4米至6米，则将灌注导管提升至所灌注的水下海工混凝土之上进行下次水下海工混凝土灌注，直至形成嵌岩桩基础。

需要说明的是，灌注导管布置于桩径中心，使用扩展度大、流动性好C45高标号高性能水下海工混凝土，首灌导管埋深不小于1m，即将灌注导管的的出料端口伸入孔底，之后随着海工混凝土的灌入，逐步淹没灌注导管的出料端口，直到海工混凝土将灌注导管的出料端口淹没1m时，将灌注导管向上提，直到灌注导管的出料端口再次回到孔中的海工混凝土表面之上，重复上述动作，但除首次埋入深度为1m以为，后续的重复步骤中，导管埋置深度控制在4～6m。

本实施例中，混凝土灌注高度为设计桩顶标高加灌1.5m。

在一些可选实施方式中，所述向安装有钢筋笼的预设孔灌注混凝土进一步包括：

在每次进行水下海工混凝土灌注之前，通过多个测量点测量混凝土高度，例如灌注过程中沿圆周及中心布置5个混凝土面测点，以保证灌注的混凝土表面平整，沿圆周方向布置的测点可以设置在钢护筒4上，并沿径向布置多组，中心布置的测点可以设置在灌注导管上，备选实施方式中，沿圆周及中心布置的5个混凝土面测点均可以设置在灌注导管上。

可以理解的是，在一个备选实施例中，进行首次灌注时，不用测量混凝土高度。

与现有技术相比，本申请：

1、采用超大直径钻孔桩方案，能大大减少桩基数量，钻孔桩配筋采用Φ40mmHRB400钢筋，采用多层多根设计，减少桩基整体配筋率，提高结构强度，同时钢护筒参与主体结构受力。

2、针对Φ4.9m钻孔桩钻孔深度大，岩面倾斜，岩石强度高的特点，采用液压动力头钻机，全断面一次成孔可达5.0m，最大钻孔深度为110m(在增加标准钻杆数量的基础上最大钻进深度可达180m)。

3、在大风、深水及强波流力作用下，钢护筒快速定位、下放技术，在倾斜光板岩、风化孤石、破碎岩体等海洋地质条件Φ4.9m钢护筒埋设到强风化岩技术，钢护筒防台技术。

4、研发了扩展度大、流动性好的高性能水下海工混凝土，同时通过理论计算及工程试桩，确定了采用内径406mm直升式大直径单导管灌注Φ4.9m钻孔桩，保证桩基质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种在海底内形成嵌岩桩基础的方法，用于形成直径超过4米的嵌岩桩，其特征在于，所述在海底内形成嵌岩桩基础的方法包括如下步骤：

将钢护筒(4)下沉至稳定地层；

将钻机安装至钢护筒(4)内，使用钻机一次性钻孔，并在钻孔过程中，使用海水泥浆混合物进行护壁保护，从而形成预设孔，其中，所述海水泥浆混合物包括聚阴离子纤维素；

对预设孔进行清孔换浆；

在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼；

对安装有钢筋笼的预设孔进行再次清孔；

向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土，从而形成嵌岩桩基础。

2.根据权利要求1所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述将钢护筒下沉至稳定地层包括：

在钻孔平台(3)上安装多层导向装置；

通过多层导向装置对钢护筒进行定位及约束；

通过振动锤与液压冲击锤，将钢护筒在倾斜岩面和风化孤石地层中下沉到稳定地层。

3.根据权利要求2所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述将钢护筒下沉至稳定地层进一步包括：

在通过振动锤与液压冲击锤，将钢护筒在倾斜岩面和风化孤石地层中下沉到稳定地层的工作过程中，当遇到海床和孤石时，采用旋挖钻机处理海床和孤石。

4.根据权利要求3所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述钢护筒的一端的壁厚为5厘米，另一端的壁厚为5厘米。

5.根据权利要求1所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，

所述钻机的最大扭矩达45t.m，最大钻孔直径达5m，钻孔深度110m。

6.根据权利要求1所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述在海底内形成嵌岩桩基础的方法进一步包括：

形成嵌岩桩基础后，通过预设在钢筋笼内的多根声测管检测所述嵌岩桩基础内的混凝土强度。

7.如权利要求6所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述在经过清孔换浆的预设孔中安装钢筋笼包括：

制作环形吊具；

通过环形吊具吊装钢筋笼，采用环形悬挂多点支撑的方式将钢筋笼安装到位。

8.如权利要求1所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土包括：

采用内径为406mm的灌注导管向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土。

9.如权利要求8所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述采用内径为406mm的灌注导管向安装有钢筋笼的预设孔灌注水下海工混凝土包括：

将灌注导管伸入至预设孔底部，进行第一次水下海工混凝土灌注，直至所述灌注导管埋深超过1米；

将灌注导管提升至所灌注的水下海工混凝土之上并进行多次水下海工混凝土灌注，每次水下海工混凝土灌注时，当所述灌注导管埋深在4米至6米，则将灌注导管提升至所灌注的水下海工混凝土之上进行下次水下海工混凝土灌注，直至形成嵌岩桩基础。

10.根据权利要求9所述的在海底内形成嵌岩桩基础的方法，其特征在于，所述向安装有钢筋笼的预设孔灌注混凝土进一步包括：

在每次进行水下海工混凝土灌注之前，通过多个测量点测量混凝土高度。