海上非打入型大直徑單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法與流程

本發(fā)明涉及一種海上非打入型大直徑單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法。適用于海上風(fēng)電等行業(yè)。

背景技術(shù)：

隨著藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的打響以及可再生能源技術(shù)的發(fā)展，海上風(fēng)能作為風(fēng)能發(fā)展的重要方向，其不占用陸地資源，風(fēng)速高，離消納負(fù)荷中心近等特點(diǎn)使其迎來了新的快速發(fā)展。

海上風(fēng)電的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為連接風(fēng)機(jī)塔筒和地基的橋梁，承擔(dān)著風(fēng)、浪、流等復(fù)雜循環(huán)環(huán)境荷載的聯(lián)合作用，其結(jié)構(gòu)型式設(shè)計及施工方法是海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一。傳統(tǒng)高樁承臺結(jié)構(gòu)在巖基區(qū)域存在無法穩(wěn)樁，采用輔助措施后施工周期長，造價高，結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險高等特點(diǎn)。而采用非打入型單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以充分利用風(fēng)化巖層水平承載能力高的優(yōu)點(diǎn)，大幅節(jié)省鋼材，施工速度快，造價低。同時就全球海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀來看，大直徑單樁結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)型式簡單，傳力路徑清晰，施工安裝方便等特點(diǎn)著稱，是目前最主流的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，但目前尚無在巖基區(qū)域采用非打入型大直徑樁的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

對于福建、廣東等沿海海域存在部分基巖埋深較淺，大直徑單樁不能自穩(wěn)或者樁體通過輔助措施可以自穩(wěn)但無法通過液壓打樁錘打入等情況。雖然國內(nèi)制樁工藝、單樁設(shè)備和沉樁能力在不斷提高，但對于此類地質(zhì)條件，傳統(tǒng)的國內(nèi)現(xiàn)有大直徑單樁施工工藝已不滿足設(shè)計要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、受力明確的海上非打入型大直徑單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法，旨在擴(kuò)大大直徑單樁基礎(chǔ)的適用范圍，提高復(fù)雜地質(zhì)條件下風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)海上施工效率，充分利用巖質(zhì)地基條件下大直徑單樁的水平承載性能，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種海上非打入型大直徑單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，適用于巖質(zhì)基礎(chǔ)，其特征在于：在巖質(zhì)基礎(chǔ)上鉆設(shè)有鉆孔，鉆孔內(nèi)植入大直徑單樁，大直徑單樁底部經(jīng)水下封底混凝土封底，所述大直徑單樁外壁與鉆孔孔壁之間間隙充填有通過預(yù)裝于所述大直徑單樁內(nèi)的灌漿系統(tǒng)灌入的灌漿材料。

所述灌漿系統(tǒng)包括若干固定于大直徑單樁下部外壁的若干圈水平向灌漿管和若干均勻固定于大直徑單樁內(nèi)壁且從大直徑單樁上端延伸到所述水平向灌漿管相應(yīng)位置的豎向灌漿管，所述豎向灌漿管經(jīng)開設(shè)于大直徑單樁上的樁身開孔連通水平向灌漿管，所述水平向灌漿管上設(shè)有若干漿液溢出口。

所述水平向灌漿管為角鋼或1/4圓管與所述大直徑單樁外壁結(jié)合后形成。

所述角鋼或1/4圓管下邊部與大直徑單樁外壁采用連續(xù)焊相連；所述角鋼或1/4圓管上邊部與大直徑單樁外壁采用間斷焊相連，在角鋼或1/4圓管上邊部與直徑單樁外壁形成若干所述漿液溢出口。

所述豎向灌漿管為角鋼或1/4圓管與所述大直徑單樁內(nèi)壁結(jié)合后形成。

所述灌漿材料滿足抗水分散性、凝結(jié)時間大于5小時、骨料最大粒徑小于5mm。

所述鉆孔孔徑大于所述大直徑單樁樁徑100～300mm。

所述大直徑單樁上套有鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒下端沉入巖質(zhì)基礎(chǔ)，該鋼護(hù)筒與固定于巖質(zhì)基礎(chǔ)上的施工平臺組合成整體。

一種海上非打入型大直徑單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于步驟如下：

a、在巖質(zhì)基礎(chǔ)上搭設(shè)施工平臺；

b、將鋼護(hù)筒下端沉入巖質(zhì)基礎(chǔ)，鋼護(hù)筒與施工平臺組成整體；

c、在鋼護(hù)筒上端架設(shè)鉆機(jī)本體，鉆機(jī)本體的嵌巖鉆機(jī)鉆頭通過鋼護(hù)筒筒內(nèi)通道對鋼護(hù)筒對應(yīng)的巖質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行鉆孔作業(yè)至設(shè)計底高程；

d、清除鉆孔內(nèi)的巖屑，并往鉆孔內(nèi)植入預(yù)制好并布置有灌漿系統(tǒng)的大直徑單樁；

e、在大直徑單樁底部澆筑水下封底混凝土，等水下封底混凝土固化后通過灌漿系統(tǒng)對大直徑單樁外壁與鉆孔孔壁之間間隙進(jìn)行灌漿操作；

f、拆除施工平臺和鋼護(hù)筒。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，首次將大直徑單樁基礎(chǔ)的應(yīng)用場景推廣至樁體不能滿足自穩(wěn)和打樁錘無法直接打入等復(fù)雜地質(zhì)條件；與傳統(tǒng)大直徑單樁施工工藝相比，無需采用大能量的液壓打樁錘，減少施工噪聲，環(huán)境友好。本發(fā)明通過鉆孔后植入大直徑單樁的方式，將大直徑單樁固定于巖質(zhì)基礎(chǔ)上，操作簡單方便，提高施工效率。本發(fā)明通過大直徑單樁預(yù)設(shè)的灌漿系統(tǒng)自下而上灌漿，提供樁-巖之間空隙的密實(shí)性，提高水平承載性能和基礎(chǔ)整體結(jié)構(gòu)的的穩(wěn)定性。本發(fā)明通過間斷焊形成若干漿液溢出口，制作方便快捷、成本較低。本發(fā)明中在灌漿完成后，大直徑單樁外壁的水平向灌漿管增大大直徑單樁與灌漿材料的接觸面積，有助于提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例中灌漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2的a-a剖視圖。

圖4為圖2的b部放大示意圖。

圖5～圖9為實(shí)施例的施工過程示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例為一種海上非打入型大直徑單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，具有直徑為4.0～8.0m的大直徑單樁7，在巖質(zhì)基礎(chǔ)1上鉆設(shè)有鉆孔2，鉆孔2孔徑大于所述大直徑單樁7樁徑100～300mm，大直徑單樁7植入鉆孔2內(nèi)。大直徑單樁7底部澆筑水下封底混凝土8，大直徑單樁7外壁與鉆孔2孔壁之間間隙通過大直徑單樁內(nèi)置的灌漿系統(tǒng)灌注有灌漿材料9，灌漿材料滿足抗水分散性、凝結(jié)時間大于5小時、骨料最大粒徑小于5mm。

如圖2～圖4所示，本實(shí)施例中灌漿系統(tǒng)包括兩條豎向灌漿管10和兩圈水平向灌漿管11，其中水平向灌漿管11位于大直徑單樁7下部，由圍繞大直徑單樁7外壁一圈的1/4圓管與單樁外壁圍合形成，該1/4圓管下邊部與大直徑單樁外壁采用連續(xù)焊相連，1/4圓管上邊部與大直徑單樁外壁采用間斷焊相連，從而在角鋼或1/4圓管上邊部與大直徑單樁外壁之間形成若干漿液溢出口1101；豎向灌漿管10由沿大直徑單樁7軸向布置，從大直徑單樁7上端延伸至與水平向灌漿管11對應(yīng)位置的1/4圓管與單樁內(nèi)壁圍合形成，該1/4圓管直接焊接固定于大直徑單樁7內(nèi)壁，其頂部通過加強(qiáng)板12與大直徑單樁7內(nèi)壁焊接。本實(shí)施例中大直徑單樁7上、豎向灌漿管10和水平向灌漿管11相交位置開設(shè)有連通豎向灌漿管10和水平向灌漿管11的樁身開孔13。本例中灌漿材料9可沿著豎向灌漿管10通過樁身開孔13進(jìn)入水平向灌漿管11，灌漿材料9通過漿液溢出口1101溢出到大直徑單樁7與鉆孔2之間的間隙。

本實(shí)施例的具體施工方法如下：

大直徑單樁7的選材、選型、加工和裝配工作在沉樁前在陸地完成，同時在單樁內(nèi)外側(cè)布設(shè)灌漿系統(tǒng)。對于施工平臺3和鋼護(hù)筒4的可行性或補(bǔ)救措施及鉆進(jìn)過程中的施工平臺3和鋼護(hù)筒4的穩(wěn)定性需在實(shí)施之前進(jìn)行分析判斷。

“搭-鉆-植-灌-拆”施工

施工步驟a：在巖質(zhì)基礎(chǔ)1上搭設(shè)施工平臺3，施工平臺3是施工輔助平臺，可放置鉆桿、動力站、發(fā)電機(jī)等設(shè)備(見圖5)。

施工步驟b：將鋼護(hù)筒4下端沉入巖質(zhì)基礎(chǔ)1，同時鋼護(hù)筒4可與施工平臺3組合成整體，抵抗波流荷載及鉆機(jī)振動荷載對樁體垂直度的影響(見圖6)。

施工步驟c：在鋼護(hù)筒3頂部架設(shè)鉆機(jī)本體5，鉆機(jī)本體5的嵌巖鉆機(jī)鉆頭6通過鋼護(hù)筒4筒內(nèi)通道可對鋼護(hù)筒對應(yīng)的巖質(zhì)基礎(chǔ)1進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆至設(shè)計底高程，形成鉆孔2(見圖7)。通過調(diào)整嵌巖鉆機(jī)鉆頭6的大小，鉆孔直徑大于樁徑，具體尺寸可根據(jù)現(xiàn)場鉆孔情況，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

施工步驟d：清除鉆孔2內(nèi)殘留的巖屑等，植入已經(jīng)預(yù)制好并布置有灌漿系統(tǒng)的大直徑單樁7(見圖8)。

施工步驟e：采用臨時措施確保大直徑單樁7的垂直度滿足設(shè)計要求，接著在樁底澆筑水下封底混凝土8，等水下封底混凝土8固化后通過灌漿系統(tǒng)進(jìn)行大直徑單樁7側(cè)壁與鉆孔2孔壁之間間隙的灌漿操作(見圖9)。

施工步驟f：拆除施工平臺3及鋼護(hù)筒4(見圖1)，其可重復(fù)利用。

上述實(shí)施例及施工工藝主要應(yīng)用于海上風(fēng)電工程，但并不以此為限，對于港口海岸工程、海洋工程結(jié)構(gòu)等涉及的其他基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也可運(yùn)用本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計以及施工。