海上鉆巖復打型大直徑樁結構及施工方法與流程

本發明涉及一種海上鉆巖復打型大直徑樁結構及施工方法。適用于海上風電及其他海洋工程技術領域。

背景技術：

單樁基礎是國內外海上風電領域應用最廣泛的一種結構型式，單樁基礎具有結構簡單、實施便利、施工效率高等優點。隨著國內海上風電的大規模建設，在福建、廣東等工程海域地質條件復雜，部分海底地層中泥砂沉積深度有限，下部存在風化巖層，樁基一次性打入至設計深度難度較大，傳統單純采用錘擊沉樁的方法限制了單樁基礎在該工程海域的應用。

針對上述地質條件，部分工程采用傳統的高樁承臺嵌巖樁基基礎或導管架嵌巖基礎，但是高樁承臺嵌巖基礎，施工工藝復雜，工序多，效率低下，基礎整體造價較高；導管架基礎結構，由于樁頂位于水面以下，不便于鉆孔施工。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種結構簡單、施工方便的海上鉆巖復打型大直徑樁結構及施工方法，以提高施工效率，降低施工成本。

本發明所采用的技術方案是：一種海上鉆巖復打型大直徑樁結構，適用于由上而下依次為松散覆蓋土層、密實土層和巖石層的地基，其特征在于：所述地基上設有延伸到巖石層內的樁孔，樁孔內打入鋼管樁；

所述樁孔由上而下依次分為對應松散覆蓋土層的松散土層段、對應密實土層的密實土層段和對應巖石層的巖石層段，其中松散土層段為所述鋼管樁沉樁后形成，所述密實土層段和巖石層段為以沉樁于松散覆蓋土層的所述鋼管樁為施工通道對密實土層和巖石層鉆進行孔后形成。

所述樁孔的密實土層段孔徑小于所述鋼管樁的樁徑，樁孔的巖石層段孔徑略大于鋼管樁的樁徑。

所述樁孔的巖石層段灌注有水下混凝土，所述鋼管樁通過水下混凝土與樁孔的巖石層段連成一體。

一種海上鉆巖復打型大直徑樁結構的施工方法，其特征在于步驟如下：

1、鋼管樁頂部通過打樁錘對其進行沉樁，直至鋼管樁下端支撐于密實土層表面；

2、在鋼管樁頂部架設鉆機設備，鉆機設備的嵌巖鉆機鉆頭通過鋼管樁內通道對鋼管樁樁內及樁底以下進行鉆孔作業，直至巖石層內的設計底高程，鉆孔孔徑小于鋼管樁的樁徑；對巖石層內鉆孔進行擴孔至略大于鋼管樁的樁徑；

3、拆除鉆機設備，清理鉆孔；

4、在巖石層的鉆孔內灌注水下混凝土；

5、鋼管樁頂部通過打樁錘對其進行沉樁，直至鋼管樁下端至巖石層內設計底高程。

一種海上鉆巖復打型大直徑樁結構，適用于由上而下依次為松散覆蓋土層、密實土層和巖石層的地基，其特征在于：所述地基上設有延伸到密實土層內的樁孔，樁孔內打入鋼管樁；

所述樁孔由上而下依次分為對應松散覆蓋土層的松散土層段和對應密實土層的密實土層段，其中松散土層段為所述鋼管樁沉樁后形成，所述密實土層段為以沉樁于松散覆蓋土層的所述鋼管樁為施工通道對密實土層進行鉆孔后形成。

所述樁孔的密實土層段孔徑小于所述鋼管樁的樁徑。

一種海上鉆巖復打型大直徑樁結構的施工方法，其特征在于步驟如下：

1、鋼管樁頂部通過打樁錘對其進行沉樁，直至鋼管樁下端支撐于密實土層表面；

2、在鋼管樁頂部架設鉆機設備，鉆機設備的嵌巖鉆機鉆頭通過鋼管樁內通道對鋼管樁樁內及樁底以下進行鉆孔作業，直至密實土層內的設計底高程，鉆孔孔徑小于鋼管樁的樁徑；

3、拆除鉆機設備，清理鉆孔；

4、鋼管樁頂部通過打樁錘對其進行沉樁，直至鋼管樁下端至密實土層內設計底高程。

本發明的有益效果是：本發明直接將鉆機設備架設在鋼管樁頂部，以鋼管樁為鉆機支撐機構和鉆孔護筒結構，減少了搭設嵌巖平臺施工工序，縮短了施工工期，降低了嵌巖施工的費用。本發明中鋼管樁通過沉樁方式穿過松散覆蓋土層支撐于密實土層，自身可保持站立穩定，滿足架設鉆機設備的要求。本發明結構形式簡單，鉆孔工作量小，有效縮短施工周期，大大降低工程投入。

附圖說明

圖1為實施例1的結構示意圖。

圖2～圖4為實施例1的施工過程示意圖。

圖5為實施例2的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1：如圖1所示，本實施例為海上鉆巖復打型大直徑樁結構，該結構適用于由上而下依次為松散覆蓋土層9(可打樁)、密實土層10(打樁困難)和巖石層11的地基，該地基的地質條件為泥砂沉積深度有限，樁基可以打入一定深度，但是無法一次性沉至設計底高程。本實施例中在地基上設有樁孔3，該樁孔的設計底高程位于巖石層11內，樁孔3底部灌注有水下混凝土6，將鋼管樁1通過打樁錘4打入樁孔3內，鋼管樁1下端經水下混凝土6與巖石層11連成一體。

本實施例中樁孔3由上而下依次分為位于松散覆蓋土層9內的松散土層段31、位于密實土層10內的密實土層段32和位于巖石層11內的巖石層段33。其中松散土層段31為鋼管樁1經打樁錘4沉樁支撐于密實土層10后在松散土層9內形成，密實土層段32和巖石層段33是以沉樁后下端支撐于密實土層10的鋼管樁1為施工通道對鋼管樁1底部以下的密實土層10和巖石層11鉆進行孔后形成。本例中樁孔3的密實土層段32孔徑小于所述鋼管樁1的樁徑，樁孔3的巖石層段33孔徑略大于鋼管樁1的樁徑。

本實施例的施工方法如下：

1、與普通基樁相同，在鋼管樁1頂部通過打樁錘4進行沉樁，無需增加其他輔助設備或措施，但需嚴格按照停錘標準控制沉樁，避免強行沉樁對樁體照成損傷，直至鋼管樁1下端支撐于密實土層10表面(見圖2)，鋼管樁1樁基初打深度可以滿足鉆機施工過程的穩定；

2、以鋼管樁1本身為鉆機支撐結構以及鉆孔護筒結構，在鋼管樁1頂部架設鉆機設備5，鉆機設備的嵌巖鉆機鉆頭5-1通過鋼管樁1內通道對鋼管樁1樁內及樁底以下密實土層10和巖石層11進行鉆孔作業，直至巖石層11內的設計底高程，鉆孔孔徑小于鋼管樁1的樁徑，具體尺寸可根據現場鉆孔情況，進行適當調整；對巖石層11內鉆孔(樁孔的巖石層段)進行擴孔至略大于鋼管樁的樁徑(見圖3)；

3、拆除鉆機設備5，清理鉆孔；

4、在巖石層11的鉆孔內灌注水下混凝土6，水下混凝土略超過巖石層段33頂面；

5、鋼管樁1頂部通過打樁錘4進行沉樁，直至鋼管樁1下端下沉至巖石層11內設計底高程(見圖4)。

實施例2：如圖5所示，本實施例為海上鉆巖復打型大直徑樁結構，該結構適用于由上而下依次為松散覆蓋土層9(可打樁)、密實土層10(打樁困難)和巖石層11的地基，該地基的地質條件為泥砂沉積深度有限，樁基可以打入一定深度，但是無法一次性沉至設計底高程。本實施例中在地基上設有樁孔3，該樁孔的設計底高程位于密實土層10內，將鋼管樁1通過打樁錘4打入樁孔3內。

本實施例中樁孔3由上而下依次分為位于松散覆蓋土層內的松散土層段31、位于密實土層內的密實土層段32和對應巖石層的巖石層段33。其中松散土層段31為鋼管樁經打樁錘沉樁支撐于密實土層后在松散土層內形成，密實土層段32是以沉樁后下端支撐于密實土層的鋼管樁為施工通道對鋼管樁底部一下的密實土層和巖石層鉆進行孔后形成，本例中樁孔的密實土層段孔徑小于所述鋼管樁的樁徑。

本實施例的施工方法如下：

1、與普通基樁相同，在鋼管樁1頂部通過打樁錘4進行沉樁，無需增加其他輔助設備或措施，但需嚴格按照停錘標準控制沉樁，避免強行沉樁對樁體照成損傷，直至鋼管樁下端支撐于密實土層表面，鋼管樁樁基初打深度可以滿足鉆機施工過程的穩定；

2、以鋼管樁1本身為鉆機支撐結構以及鉆孔護筒結構，在鋼管樁1頂部架設鉆機設備5，鉆機設備的嵌巖鉆機鉆頭5-1通過鋼管樁內通道對鋼管樁樁內及樁底以下密實土層10進行鉆孔作業，直至密實土層內的設計底高程，鉆孔孔徑小于鋼管樁1的樁徑，具體尺寸可根據現場鉆孔情況，進行適當調整；

3、拆除鉆機設備5，清理鉆孔；

4、鋼管樁1頂部通過打樁錘4進行沉樁，直至鋼管樁1下端下沉至密實土層10內設計底高程。

本發明在實施過程中，需對地勘參數進行分析，通過相關軟件對基礎初打深度以及清孔后再沉樁可行性進行分析，并通過數值模擬或者其他手段，分析鉆孔過程中，在波流荷載以及鉆機振動荷載作用下，基礎+鉆機整體穩定性，以及鉆孔清孔后，基礎豎向承載能力。對于鉆孔后，復打可順利沉樁地質條件，采用實施例2的施工工藝；對于需進入堅硬巖石層，鉆孔后仍存在復打困難情況，可采用實施例1的施工工藝。

上述實施例及施工工藝主要應用于海上風電單樁基礎，但并不以此為限，對于海洋工程結構所涉及的其他基礎結構也可運用本發明技術方案進行設計以及施工。