CN110952533A - 一种水下抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法，该水下抗滑钻孔灌注桩基础用于江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上的水下软土斜坡中，从下至上由至少一节新型钢护筒和至少一节普通钢护筒依次密封连接而成；新型钢护筒包括内筒、外筒和自动化孔压调节***，外筒的筒壁上周向均布通孔，所有通孔均位于水下软土层中；本发明可在水下抗滑钻孔灌注桩基础施工阶段和运营阶段自主地调节***土体中的孔隙水压力，当施工过程中钢护筒贯入困难时，向新型钢护筒空腔内加压注水，软化***土体，减小钢护筒贯入阻力，提高安装效率，当运营过程中超静孔隙水压力超过可致土体剪切破坏的孔隙水压力预警值时，警报器报警并启动水泵抽水。
Description
技术领域
本发明涉及水下钻孔灌注桩基础技术领域，尤其涉及一种水下抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法。
背景技术
随着我国城市化进程的快速推进，涌现出了大量跨江/河大桥、跨海大桥、沿江/河公路、沿海公路以及一系列水上(江/河上或海上)观景平台等工程项目，各类桩基础(特别是水下钻孔灌注桩基础)为上述工程的顺利建设和正常运营发挥了重要的作用。
在江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上广泛分布着孔隙率大、抗剪强度低、灵敏度高、易受扰动的软弱土，在陆地向江河、海洋延伸区域形成水下软土斜坡。在此类水下软土斜坡中修造建筑物或构筑物时，一方面需要考虑建造过程中施工荷载、天文潮汛以及其他极端天气条件下水下钻孔灌注桩基础的施工安全性，另一方面也要考虑在长期运营过程中波浪荷载、上部结构工作荷载、地震以及风暴潮等因素对水下钻孔灌注桩基础稳定性的影响。事实上，施工荷载、波浪荷载、结构本身振动及其上部工作荷载、风暴潮、地震以及其他自然灾害等作用下，不仅使得水下软土受扰动后土体微观结构破坏、强度软化，还将在水下钻孔灌注桩基础周围的软土层中逐渐形成超静孔隙水压力，根据有效应力原理可知，随着软土层中孔隙水压力的增加，有效应力会减小，导致土体的抗剪强度也随之减小，由此，可能引起水下软土斜坡滑坡，进而诱发水下钻孔灌注桩基础发生滑移或断裂，甚至引发水下钻孔灌注桩基础及其上部结构的整体倾覆破坏，从而可能造成人员伤亡并带来巨大的财产损失。
因此，为预防和治理水下钻孔灌注桩基础周边的软土斜坡滑坡灾害，保证水下软土斜坡中的钻孔灌注桩基础在施工期间和长期运营阶段的安全性，急需一种施工简便、且全面有效的水下抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种水下抗滑钻孔灌注桩基础及其施工方法，用于江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上的水下软土斜坡中。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下抗滑钻孔灌注桩基础，从下至上由至少一节新型钢护筒和至少一节普通钢护筒依次密封连接而成；所述新型钢护筒和普通钢护筒内布放钢筋笼并浇灌混凝土；所述普通钢护筒、钢筋笼和混凝土构成钻孔灌注桩主体；
所述新型钢护筒包括内筒、外筒、内筒和外筒间的空腔和自动化孔压调节***；所述外筒包括外筒主体、通孔和刃脚；所述通孔周向贯穿均布于外筒的筒壁；所述刃脚设置于内筒和外筒间的空腔和外筒的下端口，呈一体环形倾斜设置；所述内筒和外筒间的空腔中由内向外依次设置排水板和土工织物；相邻两节新型钢护筒的内筒密封连接；所有通孔均位于水下软土层中；
所述自动化孔压调节***包括孔隙水压力传感器、传感器接口和排水管接口面板、采集仪、报警器和水泵；所述孔隙水压力传感器由孔隙水压力传感器探头、传感器导线和传感器通道组成；所述孔隙水压力传感器探头固定于迎波面处的一列竖向排布的通孔上，与传感器导线连接；所述传感器接口和排水管接口面板由传感器接口和排水管接口组成，密封地安装于外筒顶部；所述传感器导线通过安装在外筒内壁上的传感器通道引出，与传感器接口连接；所述排水管接口与内筒和外筒间的空腔水力连通，通过排水管与水泵连接；所述传感器接口通过导线与采集仪连接；所述导线和排水管安装在新型钢护筒和普通钢护筒外壁上；
所述采集仪、报警器和水泵依次连接，所述采集仪能够通过孔隙水压力传感器自动读取和保存孔隙水压力数据，所述报警器能够对所述采集仪采集的孔隙水压力数据进行读取、预警和处理；当采集仪采集到的水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土层中的超静孔隙水压力超过可致土体剪切破坏的孔隙水压力预警值时，与采集仪连通的警报器将报警并自动启动水泵抽水，及时降低水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中的孔隙水压力，排除水下软土斜坡滑坡以及水下抗滑钻孔灌注桩基础破坏的风险；所述新型钢护筒贯入水下软土层困难时，通过新型钢护筒外筒相应的排水管接口向内筒和外筒间的空腔内加压注水，增加新型钢护筒***土体中的孔隙水压力，软化周边软土但不致使土体剪切破坏，减小钢护筒贯入阻力。
进一步地，所述内筒和外筒为钢筒；
所述外筒设置在根据地质勘察资料确定的水下软土区域；
所述外筒上的多个通孔可纵横均匀分布或纵横交错均布；
所述外筒与内筒通过焊接或对拉螺栓的形式刚性连接，连接方式不应破坏内筒侧壁的密封性；
所述内筒和外筒间的空腔内设置横向或纵向加劲肋，用于加固外筒与内筒的连接，所述加劲肋应避开设置于外筒筒壁的通孔，且不应影响所述内筒和外筒间的空腔内的水力连通；
所述刃脚可通过水平环形钢板与内筒和外筒紧密连接，通过向刃脚与水平环形钢板构成的空腔内注浆，增加新型钢护筒的自重，同时提高新型钢护筒的强度、刚度和稳定性；
所述排水板和土工织物紧贴，填充满内筒和外筒间的空腔；所述土工织物上的通径应小于水下软土层土颗粒的直径。
进一步地，所述孔隙水压力传感器纵向分布于一列通孔中为一个安装组，通常需一个安装组，安装于外筒的迎波面上的一列通孔内；当水下抗滑钻孔灌注桩基础直径较大时，适当增加水下抗滑钻孔灌注桩基础迎波面上的孔隙水压力传感器的安装组数；所述孔隙水压力传感器探头的孔隙水压力的测试面(透水石)与外筒的外侧壁相切，朝向水下软土层土体。
进一步地，所述传感器接口和排水管接口采用机械密封接口技术，保证两者在传感器接口和排水管接口面板处完全密封，与外部环境中的水、气隔绝；所述导线和排水管预留长度根据钢护筒的埋设深度以及采集仪和水泵所处的位置确定。
进一步地，所述相邻新型钢护筒的连接处、新型钢护筒与普通钢护筒的连接处、以及相邻普通钢护筒的连接处均密封连接，所述密封连接方式一般为焊接，根据需要可在连接处采用环形钢板加固，提高钢护筒连接处的强度和刚度，保证混凝土浇灌后不漏浆；
所述新型钢护筒和普通钢护筒作为水下抗滑钻孔灌注桩基础的重要组成部分，成桩后不予以拆除，由于长期处于淡水或海水侵蚀环境中，应做好有效地防侵蚀措施。
一种水下抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，该方法包括以下步骤：
(1)通过驳船将工厂组装完成的新型钢护筒整体吊装至需要进行安装的海域，将传感器接口、与导线连接，将排水管接口、与排水管连接，将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；精确放样定位后，使用吊机将第一节新型钢护筒缓慢下放至放样确定的水下区域；通过钢护筒安装导向定位架将新型钢护筒冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；在下沉过程中，新型钢护筒始终保持竖直向下；
(2)待第一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时停止贯入，使用吊机将第二节新型钢护筒缓慢下放至第一节新型钢护筒顶部，通过焊接使得两节新型钢护筒的内筒密封连接，将传感器接口与导线连接，将排水管接口与排水管连接，将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；通过钢护筒安装导向定位架将连接完成的新型钢护筒竖直向下地冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；
(3)重复步骤(2)，直至将所有新型钢护筒连接并贯入水下软土后，待最后一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，使用吊机将普通钢护筒缓慢下放至最后一节新型钢护筒顶部，通过焊接使得最后一节新型钢护筒的内筒和普通钢护筒密封连接；通过钢护筒安装导向定位架将连接完成的钢护筒竖直向下地冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；
在新型钢护筒和普通钢护筒通过冲振或锤击的方式贯入水下软土斜坡的过程中，针对外筒上的所有通孔全部进入水下软土层相应的单节或多节新型钢护筒，通过连接排水管接口的排水管和水泵持续向外排水的方式，释放相应新型钢护筒***土体中的超静孔隙水压力，从而有效地增强水下软弱土的抗剪强度，保证水下软弱土斜坡以及钢护筒的稳定性；
(4)重复步骤，直至将钢护筒底部贯入至设计标高处后，采用旋挖法挖除钢护筒内的土体，通过连接排水管接口的排水管和水泵持续向外排水；
(5)待钢护筒内的土体挖至底部后，清理钢护筒内的土渣，检查钢护筒的完整性，吊放钢筋笼，下放过程中保证钢筋笼竖直向下，以及钢筋笼的中轴线与钢护筒的中轴线重合；
(6)待钢筋笼下放完成后，水下浇灌混凝土，继续通过连接排水管接口的排水管和水泵持续向外排水，保证水下软弱土斜坡以及水下抗滑钻孔灌注桩的稳定性；
(7)待混凝土达到设计强度的70％时，关闭水泵停止向外排水；保持传感器接口与导线、排水管接口与排水管、导线与采集仪以及排水管与水泵的连接，并将采集仪、报警器和水泵依次连接；在水下抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，始终保证水下抗滑钻孔灌注桩基础上自动化孔压调节***的正常运行。
进一步地，单节新型钢护筒的高度由施工现场场地、水下抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定；
第一节新型钢护筒的底部与刃脚的距离由软土层底部标高和钢护筒底部设计标高的距离确定；除第一节新型钢护筒外的其他节新型钢护筒的安装总节数由每节新型钢护筒的高度和水下软土层厚度确定；
单节所述普通钢护筒的高度由施工现场场地、水下抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定，所述普通钢护筒的安装总节数根据每节普通钢护筒的高度和水下软土层顶部与水面的距离确定。
进一步地，所述步骤(4)中，当钢护筒底部贯入至设计标高处后，新型钢护筒的外筒上的所有通孔应全部进入水下软土层中。
进一步地，第一节新型钢护筒的外筒安全进入水下土体后，如遇钢护筒安装过程中贯入困难的情况，通过第一节新型钢护筒的外筒相应的排水管接口向内筒和外筒间的空腔内加压注水，增加新型钢护筒***土体中的孔隙水压力，软化周边软土但不致使土体剪切破坏，有效减小钢护筒贯入阻力，便于钢护筒下沉；加压注水的新型钢护筒的外筒上的所有通孔均应位于水下土体中；注水压力由孔隙水压力传感器采集得到的孔隙水压力数据和地勘报告获得的土体强度特性确定，应控制注水压力使其不导致土体发生剪切破坏。
进一步地，所述自动化孔压调节***在水下抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中保持正常运行，实时采集、记录和保存水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土层中的孔隙水压力数据；当监测到的超静孔隙水压力数值超过可致水下软土剪切破坏的孔隙水压力预警值时，警报器自动报警后将启动水泵抽水，及时降低水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中孔隙水压力，使得水下抗滑钻孔灌注桩基础周边的土体保持原有的抗剪强度，有效降低风暴潮、地震或其他自然灾害条件下水下斜坡滑坡风险，保障水下抗滑钻孔灌注桩基础的正常使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明中水下抗滑钻孔灌注桩基础采用带有自动化孔压调节***的新型钢护筒，可在水下抗滑钻孔灌注桩基础施工阶段自主地调节新型钢护筒***土体中的孔隙水压力。在钢护筒安装过程中遇到钢护筒贯入困难时，通过新型钢护筒的外筒相应的排水管接口向内筒和外筒间的空腔内加压注水，软化新型钢护筒***土体，有效减小钢护筒的贯入阻力，便于钢护筒下沉，提高水下抗滑钻孔灌注桩基础钢护筒的安装效率。
2、本发明中水下抗滑钻孔灌注桩基础采用带有自动化孔压调节***的新型钢护筒，可在水下抗滑钻孔灌注桩基础运营阶段自主地调节水下抗滑钻孔灌注桩基础***土体中的孔隙水压力。在水下抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，针对波浪荷载、上部结构工作荷载、地震、风暴潮以及其他可能导致水下软土中的超静孔隙水压力达到土体剪切破坏的孔隙水压力预警值的情况，警报器将会报警并自动启动水泵抽水，及时降低水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中孔隙水压力，有效降低水下软土斜坡滑坡风险，保障水下抗滑钻孔灌注桩基础及其上部结构的工程安全性。
3、本发明根据地质勘察资料确定水下软土区域，将位于该区域中的抗滑钻孔灌注桩基础的带有自动化孔压调节***的钢护筒外筒上均匀排布通孔，通孔仅位于水下软土区域，相邻竖向通孔可纵横均匀分布或纵横交错均布，充分与水下软土接触，一方面有利于减小开孔对钢护筒外筒强度和刚度的不利影响，另一方面有利于高效地预防和治理施工期间和运营阶段抗滑钻孔灌注桩基础周边水下软土斜坡的滑坡灾害。
4、本发明中带有自动化孔压调节***的新型钢护筒的外筒底部设置刃脚，有利于钢护筒切削土体顺利贯入土体中，提高水下抗滑钻孔灌注桩基础钢护筒的安装效率；刃通过水平环形钢板与内筒和外筒紧密连接，以及在内筒和外筒间的空腔内设置横向或纵向加劲肋，不仅可加强新型钢护筒内筒和外筒连接后的整体性，还将提高新型钢护筒的强度、刚度和稳定性；通过向刃脚与水平环形钢板构成的空腔内注浆，增加钢护筒的自重便于其下沉安装，有利于提高水下抗滑钻孔灌注桩基础成桩前钢护筒的稳定性。
5、本发明中带有自动化孔压调节***的新型钢护筒的内筒和外筒间的空腔中填充满紧贴着的排水板和土工织物，其中，排水板形成排水通道，采用水泵抽水的方式迅速减小水下抗滑钻孔灌注桩基础周围软土中的超静孔隙水压力，能够及时消散因波浪荷载、结构振动、风暴潮或地震在海床土体产生的超静孔隙水压力，从而科学有效地预防和治理水下抗滑钻孔灌注桩基础周围软土斜坡的滑坡灾害；土工织物起到反滤层的作用，使得水泵抽水过程中水下土颗粒不会进入排水板内，保证在释放水下软土中超静孔隙水压力过程中抗滑钻孔灌注桩基础周边软土层中的土颗粒不会发生流失，且有效避免排水板通道被土颗粒堵塞。
6、本发明中带有自动化孔压调节***的新型钢护筒的内筒与外筒刚性连接，以及钢护筒连接处(相邻新型钢护筒的连接处、新型钢护筒与普通钢护筒的连接处、以及相邻普通钢护筒的连接处)采用环形钢板加固可有效提高钢护筒在抗滑钻孔灌注桩基础在施工期间和运营阶段的抗剪强度，保证钢护筒内土体开挖以及混凝土浇筑至混凝土强度达到设计强度过程中水下抗滑钻孔灌注桩基础整体稳定性。
7、本发明中采集仪在水下抗滑钻孔灌注桩基础运营阶段将实时采集和保存的水下软土区域中的孔隙水压力变化数据，形成该监测区域水下软土层孔隙水压力数据库，用于分析波浪荷载、上部结构工作荷载、地震、风暴潮或其他自然灾害条件下水下抗滑钻孔灌注桩基础周围软土层孔隙水压力响应特点，开展水下软土的力学特性和破坏机理相关的科学研究；同时，收集到的孔隙水压力变化数据以及相关研究结果可为该区域或类似区域的其他水下抗滑钻孔灌注桩基础的设计与建造提供一定的参考和指导。
附图说明
图1是本发明一种水下抗滑钻孔灌注桩钢护筒的俯视图；
图2是本发明一种水下抗滑钻孔灌注桩钢护筒的侧面图；
图3是图1的AA剖面；
图4是图2的BB剖面；
图5(a)为第一节带有自动化孔压调节***的钢护筒安装示意图；
图5(b)为第二节带有自动化孔压调节***的钢护筒安装示意图；
图5(c)为普通钢护筒安装示意图；
图5(d)为水下抗滑钻孔灌注桩基础的钢护筒安装完成的示意图；
图5(e)为水下抗滑钻孔灌注桩基础的钢护筒内钢筋笼安装示意图；
图5(f)为水下抗滑钻孔灌注桩基础的钢护筒内混凝土浇筑示意图；
图中，内筒1、外筒2、外筒主体2-1、通孔2-2、刃脚2-3、内筒和外筒间的空腔3、排水板3-1、土工织物3-2、孔隙水压力传感器4、孔隙水压力传感器探头4-1、传感器导线4-2、传感器通道4-3、传感器接口和排水管接口面板5、传感器接口5-1、排水管接口5-2、普通钢护筒6、钢筋笼7、混凝土8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础，用于江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上的水下软土斜坡中。如图1-4所示，该水下抗滑钻孔灌注桩基础从下至上由至少一节新型钢护筒和至少一节普通钢护筒6依次密封连接而成；所述新型钢护筒和普通钢护筒6内布放钢筋笼7并浇灌混凝土8；所述普通钢护筒6、钢筋笼7和混凝土8构成钻孔灌注桩主体；
所述新型钢护筒包括内筒1、外筒2、内筒和外筒间的空腔3和自动化孔压调节***；所述外筒2包括外筒主体2-1、通孔2-2和刃脚2-3；所述通孔2-2周向贯穿均布于外筒2的筒壁；所述刃脚2-3设置于内筒和外筒间的空腔3和外筒2的下端口，呈一体环形倾斜设置；所述内筒和外筒间的空腔3中由内向外依次设置排水板3-1和土工织物3-2；相邻两节新型钢护筒的内筒1密封连接；所有通孔2-2均位于水下软土层中；
所述自动化孔压调节***包括孔隙水压力传感器4、传感器接口和排水管接口面板5、采集仪、报警器和水泵；所述孔隙水压力传感器4由孔隙水压力传感器探头4-1、传感器导线4-2和传感器通道4-3组成；所述孔隙水压力传感器探头4-1固定于迎波面处的一列竖向排布的通孔2-2上，与传感器导线4-2连接；所述传感器接口和排水管接口面板5由传感器接口5-1和排水管接口5-2组成，密封地安装于外筒2顶部；所述传感器导线4-2通过安装在外筒2内壁上的传感器通道4-3引出，与传感器接口5-1连接；所述排水管接口5-2与内筒和外筒间的空腔3水力连通，通过排水管与水泵连接；所述传感器接口5-1通过导线与采集仪连接；所述导线和排水管安装在新型钢护筒和普通钢护筒6外壁上；
所述采集仪、报警器和水泵依次连接，所述采集仪能够通过孔隙水压力传感器4自动读取和保存孔隙水压力数据，所述报警器能够对所述采集仪采集的孔隙水压力数据进行读取、预警和处理；当采集仪采集到的水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土层中的超静孔隙水压力超过可致土体剪切破坏的孔隙水压力预警值时，与采集仪连通的警报器将报警并自动启动水泵抽水，及时降低水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中的孔隙水压力，排除水下软土斜坡滑坡以及水下抗滑钻孔灌注桩基础破坏的风险；所述新型钢护筒贯入水下软土层困难时，通过新型钢护筒外筒2相应的排水管接口5-2向内筒和外筒间的空腔3内加压注水，增加新型钢护筒***土体中的孔隙水压力，软化周边软土但不致使土体剪切破坏，减小钢护筒贯入阻力。
具体地，所述内筒1和外筒2为钢筒；
所述外筒2设置在根据地质勘察资料确定的水下软土区域；
所述外筒2上的多个通孔2-2可纵横均匀分布或纵横交错均布；
所述外筒2与内筒1通过焊接或对拉螺栓的形式刚性连接，连接方式不应破坏内筒1侧壁的密封性；
所述内筒和外筒间的空腔3内设置横向或纵向加劲肋，用于加固外筒2与内筒1的连接，所述加劲肋应避开设置于外筒2筒壁的通孔2-2，且不应影响所述内筒和外筒间的空腔3内的水力连通；
所述刃脚2-3可通过水平环形钢板与内筒1和外筒2紧密连接，通过向刃脚2-3与水平环形钢板构成的空腔内注浆，增加新型钢护筒的自重，同时提高新型钢护筒的强度、刚度和稳定性；
所述排水板3-1和土工织物3-2紧贴，填充满内筒和外筒间的空腔3；所述土工织物3-2上的通径应小于水下软土层土颗粒的直径。
具体地，所述孔隙水压力传感器纵向分布于一列通孔2-2中为一个安装组，通常需一个安装组，安装于外筒2的迎波面上的一列通孔内；当水下抗滑钻孔灌注桩基础直径较大时，适当增加水下抗滑钻孔灌注桩基础迎波面上的孔隙水压力传感器的安装组数；所述孔隙水压力传感器探头4-1的孔隙水压力的测试面(透水石)与外筒2的外侧壁相切，朝向水下软土层土体。
具体地，所述传感器接口5-1和排水管接口5-2采用机械密封接口技术，保证两者在传感器接口和排水管接口面板5处完全密封，与外部环境中的水、气隔绝；所述导线和排水管预留长度根据钢护筒的埋设深度以及采集仪和水泵所处的位置确定。
具体地，所述相邻新型钢护筒的连接处、新型钢护筒与普通钢护筒6的连接处、以及相邻普通钢护筒6的连接处均密封连接，所述密封连接方式一般为焊接，根据需要可在连接处采用环形钢板加固，提高钢护筒连接处的强度和刚度，保证混凝土浇灌后不漏浆；
所述新型钢护筒和普通钢护筒6作为水下抗滑钻孔灌注桩基础的重要组成部分，成桩后不予以拆除，由于长期处于淡水或海水侵蚀环境中，应做好有效地防侵蚀措施。
本实施例还提供了一种水下抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，该方法包括以下步骤：
(1)通过驳船将工厂组装完成的新型钢护筒整体吊装至需要进行安装的海域，将传感器接口5-1与导线连接，将排水管接口5-2与排水管连接，将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；如图图5(a)所示，精确放样定位后，使用吊机将第一节新型钢护筒缓慢下放至放样确定的水下区域；通过钢护筒安装导向定位架将新型钢护筒冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；在下沉过程中，新型钢护筒始终保持竖直向下；
(2)如图5(b)所示，待第一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时停止贯入，使用吊机将第二节新型钢护筒缓慢下放至第一节新型钢护筒顶部，通过焊接使得两节新型钢护筒的内筒1密封连接，将传感器接口5-1与导线连接，将排水管接口5-2与排水管连接，将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；通过钢护筒安装导向定位架将连接完成的新型钢护筒竖直向下地冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；
(3)重复步骤(2)，直至将所有新型钢护筒连接并贯入水下软土后，待最后一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，使用吊机将普通钢护筒6缓慢下放至最后一节新型钢护筒顶部，如图5(c)所示，通过焊接使得最后一节新型钢护筒的内筒1和普通钢护筒6密封连接；通过钢护筒安装导向定位架将连接完成的钢护筒竖直向下地冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；
在新型钢护筒和普通钢护筒6通过冲振或锤击的方式贯入水下软土斜坡的过程中，针对外筒2上的所有通孔2-2全部进入水下软土层相应的单节或多节新型钢护筒，通过连接排水管接口5-2的排水管和水泵持续向外排水的方式，释放相应新型钢护筒***土体中的超静孔隙水压力，从而有效地增强水下软弱土的抗剪强度，保证水下软弱土斜坡以及钢护筒的稳定性；
(4)重复步骤(3)，直至将钢护筒底部贯入至设计标高处，如图5(d)所示，此时新型钢护筒的外筒2上的所有通孔2-2应全部进入水下软土层中；之后采用旋挖法挖除钢护筒内的土体，通过连接排水管接口5-2的排水管和水泵持续向外排水；
(5)待钢护筒内的土体挖至底部后，清理钢护筒内的土渣，检查钢护筒的完整性，吊放钢筋笼7，如图5(e)所示，下放过程中保证钢筋笼7竖直向下，以及钢筋笼7的中轴线与钢护筒的中轴线重合；
(6)待钢筋笼7下放完成后，水下浇灌混凝土8，如图5(f)所示，继续通过连接排水管接口5-2的排水管和水泵持续向外排水，保证水下软弱土斜坡以及水下抗滑钻孔灌注桩的稳定性；
(7)待混凝土8达到设计强度的70％时，关闭水泵停止向外排水；保持传感器接口5-1与导线、排水管接口5-2与排水管、导线与采集仪以及排水管与水泵的连接，并将采集仪、报警器和水泵依次连接；在水下抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，始终保证水下抗滑钻孔灌注桩基础上自动化孔压调节***的正常运行。
具体地，单节新型钢护筒的高度由施工现场场地、水下抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定；
第一节新型钢护筒的底部与刃脚2-3的距离由软土层底部标高和钢护筒底部设计标高的距离确定；除第一节新型钢护筒外的其他节新型钢护筒的安装总节数由每节新型钢护筒的高度和水下软土层厚度确定；
单节所述普通钢护筒6的高度由施工现场场地、水下抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定，所述普通钢护筒6的安装总节数根据每节普通钢护筒6的高度和水下软土层顶部与水面的距离确定。
具体地，第一节新型钢护筒的外筒2安全进入水下土体后，如遇钢护筒安装过程中贯入困难的情况，通过第一节新型钢护筒的外筒2相应的排水管接口5-2向内筒和外筒间的空腔3内加压注水，增加新型钢护筒***土体中的孔隙水压力，软化周边软土但不致使土体剪切破坏，有效减小钢护筒贯入阻力，便于钢护筒下沉；加压注水的新型钢护筒的外筒2上的所有通孔2-2均应位于水下土体中；注水压力由孔隙水压力传感器采集得到的孔隙水压力数据和地勘报告获得的土体强度特性确定，应控制注水压力使其不导致土体发生剪切破坏。
具体地，所述自动化孔压调节***在水下抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中保持正常运行，实时采集、记录和保存水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土层中的孔隙水压力数据；当监测到的超静孔隙水压力数值超过可致水下软土剪切破坏的孔隙水压力预警值时，警报器自动报警后将启动水泵抽水，及时降低水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中孔隙水压力，使得水下抗滑钻孔灌注桩基础周边的土体保持原有的抗剪强度，有效降低风暴潮、地震或其他自然灾害条件下水下斜坡滑坡风险，保障水下抗滑钻孔灌注桩基础的正常使用。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水下抗滑钻孔灌注桩基础，用于江河冲积平原、江河入海口以及大陆架上的水下软土斜坡中，其特征在于：从下至上由至少一节新型钢护筒和至少一节普通钢护筒(6)依次密封连接而成；所述新型钢护筒和普通钢护筒(6)内布放钢筋笼(7)并浇灌混凝土(8)。
所述新型钢护筒包括内筒(1)、外筒(2)、内筒和外筒间的空腔(3)和自动化孔压调节***；所述外筒(2)包括外筒主体(2-1)、通孔(2-2)和刃脚(2-3)；所述通孔(2-2)周向均布于外筒(2)的筒壁；所述刃脚(2-3)设置于内筒和外筒间的空腔(3)和外筒(2)的下端口，呈一体环形倾斜设置；所述内筒和外筒间的空腔(3)中由内向外依次设置排水板(3-1)和土工织物(3-2)；相邻两节新型钢护筒的内筒(1)密封连接；所有通孔(2-2)均位于水下软土层中。
所述自动化孔压调节***包括孔隙水压力传感器(4)、传感器接口和排水管接口面板(5)、采集仪、报警器和水泵；所述孔隙水压力传感器(4)由孔隙水压力传感器探头(4-1)、传感器导线(4-2)和传感器通道(4-3)组成；所述孔隙水压力传感器探头(4-1)固定于迎波面处的一列竖向排布的通孔(2-2)上，与传感器导线(4-2)连接；所述传感器接口和排水管接口面板(5)由传感器接口(5-1)和排水管接口(5-2)组成，密封地安装于外筒(2)顶部；所述传感器导线(4-2)通过安装在外筒(2)内壁上的传感器通道(4-3)引出，与传感器接口(5-1)连接；所述排水管接口(5-2)与内筒和外筒间的空腔(3)水力连通，并通过排水管与水泵连接；所述传感器接口(5-1)通过导线与采集仪连接。
所述采集仪、报警器和水泵依次连接，所述采集仪能够通过孔隙水压力传感器(4)自动读取和保存孔隙水压力数据，所述报警器能够对所述采集仪采集的孔隙水压力数据进行读取、预警和处理；所述采集仪采集到的水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土层中的超静孔隙水压力超过可致土体剪切破坏的孔隙水压力预警值时，与采集仪连通的警报器将报警并自动启动水泵抽水，及时降低水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中的孔隙水压力，排除水下软土斜坡滑坡以及水下抗滑钻孔灌注桩基础破坏的风险；所述新型钢护筒贯入水下软土层困难时，通过新型钢护筒外筒(2)相应的排水管接口(5-2)向内筒和外筒间的空腔(3)内加压注水，增加新型钢护筒***土体中的孔隙水压力，软化周边软土但不致使土体剪切破坏，减小钢护筒贯入阻力。
2.根据权利要求1所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：
所述内筒(1)和外筒(2)为钢筒；
所述外筒(2)设置在根据地质勘察资料确定的水下软土区域；
所述外筒(2)上的多个通孔(2-2)可纵横均匀分布或纵横交错均布；
所述外筒(2)与内筒(1)通过焊接或对拉螺栓的形式刚性连接，连接方式不应破坏内筒(1)侧壁的密封性；
所述内筒和外筒间的空腔(3)内设置横向或纵向加劲肋，用于加固外筒(2)与内筒(1)的连接，所述加劲肋应避开设置于外筒(2)筒壁的通孔(2-2)，且不应影响所述内筒和外筒间的空腔(3)内的水力连通；
所述刃脚(2-3)可通过水平环形钢板与内筒(1)和外筒(2)紧密连接，通过向刃脚(2-3)与水平环形钢板构成的空腔内注浆，增加新型钢护筒的自重，同时提高新型钢护筒的强度、刚度和稳定性；
所述排水板(3-1)和土工织物(3-2)紧贴，填充满内筒和外筒间的空腔(3)；所述土工织物(3-2)上的通径应小于水下软土层土颗粒的直径。
3.根据权利要求1所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：所述孔隙水压力传感器纵向分布于一列通孔(2-2)中为一个安装组，通常需一个安装组，安装于外筒(2)的迎波面上的一列通孔内；当水下抗滑钻孔灌注桩基础直径较大时，适当增加水下抗滑钻孔灌注桩基础迎波面上的孔隙水压力传感器的安装组数；所述孔隙水压力传感器探头(4-1)的孔隙水压力的测试面与外筒(2)的外侧壁相切，朝向水下软土层土体。
4.根据权利要求1所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：所述传感器接口(5-1)和排水管接口(5-2)采用机械密封接口技术，保证两者在传感器接口和排水管接口面板(5)处完全密封，与外部环境中的水、气隔绝；所述导线和排水管预留长度根据钢护筒的埋设深度以及采集仪和水泵所处的位置确定。
5.根据权利要求1所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础，其特征在于：所述相邻新型钢护筒的连接处、新型钢护筒与普通钢护筒(6)的连接处、以及相邻普通钢护筒(6)的连接处均密封连接，在连接处采用环形钢板加固；所述新型钢护筒和普通钢护筒(6)成桩后不予以拆除。
6.一种水下抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)通过驳船将工厂组装完成的新型钢护筒整体吊装至需要进行安装的海域，将传感器接口(5-1)与导线连接，将排水管接口(5-2)与排水管连接，将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；精确放样定位后，使用吊机将第一节新型钢护筒缓慢下放至放样确定的水下区域；通过钢护筒安装导向定位架将新型钢护筒冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；在下沉过程中，新型钢护筒始终保持竖直向下；
(2)待第一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时停止贯入，使用吊机将第二节新型钢护筒缓慢下放至第一节新型钢护筒顶部，将两节新型钢护筒的内筒(1)密封连接，将传感器接口(5-1)与导线连接，将排水管接口(5-2)与排水管连接，将导线、排水管分别与采集仪、水泵连接；通过钢护筒安装导向定位架将连接完成的新型钢护筒竖直向下地冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；
(3)重复步骤(2)，直至将所有新型钢护筒连接并贯入水下软土后，待最后一节新型钢护筒顶部距离水面为0.5m～1m时，使用吊机将普通钢护筒(6)缓慢下放至最后一节新型钢护筒顶部，将最后一节新型钢护筒的内筒(1)和普通钢护筒(6)密封连接；通过钢护筒安装导向定位架将连接完成的钢护筒竖直向下地冲振或锤击贯入水下软土斜坡中；
在新型钢护筒和普通钢护筒(6)通过冲振或锤击的方式贯入水下软土斜坡的过程中，针对外筒(2)上的所有通孔(2-2)全部进入水下软土层相应的单节或多节新型钢护筒，通过连接排水管接口(5-2)的排水管和水泵持续向外排水的方式，释放相应新型钢护筒***土体中的超静孔隙水压力；
(4)重复步骤(3)，直至将钢护筒底部贯入至设计标高处后，采用旋挖法挖除钢护筒内的土体，通过连接排水管接口(5-2)的排水管和水泵持续向外排水；
(5)待钢护筒内的土体挖至底部后，清理钢护筒内的土渣，检查钢护筒的完整性，吊放钢筋笼(7)，下放过程中保证钢筋笼(7)竖直向下，以及钢筋笼(7)的中轴线与钢护筒的中轴线重合；
(6)待钢筋笼(7)下放完成后，水下浇灌混凝土(8)，继续通过连接排水管接口(5-2)的排水管和水泵持续向外排水，保证水下软弱土斜坡以及水下抗滑钻孔灌注桩的稳定性；
(7)待混凝土(8)达到设计强度的70％时，关闭水泵停止向外排水；保持传感器接口(5-1)与导线、排水管接口(5-2)与排水管、导线与采集仪以及排水管与水泵的连接，并将采集仪、报警器和水泵依次连接；在水下抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中，始终保证水下抗滑钻孔灌注桩基础上自动化孔压调节***的正常运行。
7.根据权利要求6所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于：单节新型钢护筒的高度由施工现场场地、水下抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定；
第一节新型钢护筒的底部与刃脚(2-3)的距离由软土层底部标高和钢护筒底部设计标高的距离确定；除第一节新型钢护筒外的其他节新型钢护筒的安装总节数由每节新型钢护筒的高度和水下软土层厚度确定；
单节所述普通钢护筒(6)的高度由施工现场场地、水下抗滑钻孔灌注桩直径和钢护筒安装器械的安装能力确定，所述普通钢护筒(6)的安装总节数根据每节普通钢护筒(6)的高度和水下软土层顶部与水面的距离确定。
8.根据权利要求6所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于：所述步骤(4)中，当钢护筒底部贯入至设计标高处后，新型钢护筒的外筒(2)上的所有通孔(2-2)应全部进入水下软土层中。
9.根据权利要求6所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于：第一节新型钢护筒的外筒(2)安全进入水下土体后，如遇钢护筒安装过程中贯入困难的情况，通过第一节新型钢护筒的外筒(2)相应的排水管接口(5-2)向内筒和外筒间的空腔(3)内加压注水，增加新型钢护筒***土体中的孔隙水压力，软化周边软土但不致使土体剪切破坏，有效减小钢护筒贯入阻力，便于钢护筒下沉；加压注水的新型钢护筒的外筒(2)上的所有通孔(2-2)均应位于水下土体中；注水压力由孔隙水压力传感器采集得到的孔隙水压力数据和地勘报告获得的土体强度特性确定，应控制注水压力使其不导致土体发生剪切破坏。
10.根据权利要求6所述的一种水下抗滑钻孔灌注桩基础的施工方法，其特征在于：所述自动化孔压调节***在水下抗滑钻孔灌注桩基础的长期运营过程中保持正常运行，实时采集、记录和保存水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土层中的孔隙水压力数据；当监测到的超静孔隙水压力数值超过可致水下软土剪切破坏的孔隙水压力预警值时，警报器自动报警后将启动水泵抽水，及时降低水下抗滑钻孔灌注桩基础周边软土中孔隙水压力，使得水下抗滑钻孔灌注桩基础周边的土体保持原有的抗剪强度，有效降低风暴潮、地震或其他自然灾害条件下水下斜坡滑坡风险，保障水下抗滑钻孔灌注桩基础的正常使用。
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