海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及沉樁系統的製作方法
2023-05-09 01:49:31 1
專利名稱：海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及沉樁系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及海洋平臺樁基建設施工技術領域，具體地說，涉及一種海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及實施該方法的沉樁系統。
背景技術：
樁基礎是海洋平臺建設中最為廣泛的一種基礎形式。由於海洋平臺的樁體長、受水荷載大，因此，如何實現高效、快速沉樁是樁基施工的一個重要難題。目前，海洋平臺樁基施工主要採用錘擊法動力沉樁。但錘擊法沉樁仍存在很多問題，如沉樁過程中易形成「土塞」，沉樁摩阻增大，導致錘擊數增加和拒錘現象；接樁停錘後繼續打樁出現錘擊數較連續貫入時明顯增多甚至出現拒錘現象；沉樁過程中碰到砂層，尤其是緻密砂層時，沉樁困難， 增大壓樁力反而會導致壓壞樁頭、斷樁等事故。水射流輔助沉樁技術利用射流壓力破壞樁端土體，降低沉樁阻力，能夠有效提高沉樁效率。現階段的水射流輔助沉樁方法主要應用於路基淺孔施工。CN101i^9158A 公開了一種靜壓樁高壓旋噴引孔施工方法，利用高壓旋噴擾動堅硬砂層，輔助靜壓沉樁； CN102031780A公開了一種砂樁尖靜壓管樁水衝施工方法，分別利用砂尖通過軟土層和水衝法通過砂質層，實現沉樁。上述方法雖能解決靜壓沉樁過程中穿過堅硬層的問題，但均不適用於海基平臺沉樁作業。因此，很有必要開發一種適用於海洋平臺樁基施工的水射流輔助沉樁技術。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及實施該方法的沉樁系統，以便在樁基動力沉樁施工過程中，利用高壓水射流消除樁體內部土塞，降低沉樁摩擦阻力，擾動樁端土體，降低地層強度，實現高效率、高質量地完成平臺樁基建設。為解決上述關於海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法的技術問題，本發明的技術方案是海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，依次包括以下步驟(1)樁體就位；(2)沉樁施工前，將高壓水射流噴頭下入樁體內，根據地層條件確定高壓水射流噴頭下入樁體內的深度；(3)高壓水射流噴頭下入指定位置後，打開高壓泵向所述高壓水射流噴頭供水，所述高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、衝孔，產生泥漿；(4)待樁體內泥漿返出樁口後，打開排渣泵，同時開始錘擊法動力沉樁；(5)錘擊法動力沉樁過程中，所述高壓水射流噴頭與樁體同步下沉；(6)樁體到達持力層後，將高壓水射流噴頭提出樁體，繼續錘擊法動力沉樁至設計深度。作為優選，所述步驟(1)中，在樁體上刻劃出中線和尺寸線，以便對中和掌握打入深度，移動打樁船，對準樁位。作為優選，所述步驟O)中，根據單位進尺所需錘擊數和地勘報告確定高壓水射流噴頭下入樁體內的深度；對於軟土地層，在樁端保留1 2米高度的土塞；對於砂質地層，將高壓水射流噴頭下至樁體底部。作為進一步優選，在下放高壓水射流噴頭過程中，以0. 5 IMpa的低壓送水，防止下放過程中高壓水射流噴頭堵塞。作為優選，所述步驟(3)中，高壓水射流噴頭到達樁底指定位置後，開啟高壓泵， 向高壓水射流噴頭提供高壓水，所述高壓水的壓力為30 50Mpa，高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、衝孔，產生水、泥、砂的混合液即泥漿。作為優選，所述步驟(5)中，高壓水射流衝孔與沉樁同步進行，邊衝孔邊沉樁，地層土體鬆動，除較大的粗砂、礫石留在孔底外，一般土壤顆粒被水帶回地表。作為優選，所述步驟(6)中，樁體的樁端進入持力層後，將高壓水射流噴頭提出樁體外，提升過程中不停高壓泵，避免泥沙回落掩埋噴頭；樁底土壤沉降，固結在樁的周圍； 此時採用錘擊法動力沉樁，根據設計要求和實際情況確定停錘標準。為解決上述關於海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統的技術問題，本發明的技術方案是海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統，包括設置於樁體內的高壓水射流噴頭，所述高壓水射流噴頭經供水管與設置在樁體外的高壓泵的出口連接，所述高壓泵的進口與泥漿池連接，所述泥漿池與位於其上遊的沉澱池連接，所述沉澱池的上遊設有用於向其輸送泥漿的排渣泵，所述排渣泵的進口連接回水管的一端，所述回水管的另一端伸入所述樁體內。由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是在樁基動力沉樁施工過程中，實施本發明的高壓水射流輔助沉樁方法時，高壓水射流噴頭噴出的高壓水流擾動樁端土體， 對土層進行鬆動、破土、衝孔，降低了地層強度，將樁內土體破壞，消除樁體內部土塞，從而降低沉樁摩擦阻力，使樁體快速穿過硬層，到達設計深度，有效解決了海洋平臺樁基施工中存在的沉樁困難、拒錘等技術難題，實現高效率、高質量地完成平臺樁基建設。採用本發明的高壓水射流輔助動力沉樁系統後，泥漿在樁內水壓作用下沿樁體的內腔向上流動，到達樁口後經回水管被排渣泵抽出送至沉澱池沉澱，沉澱後的淨化泥漿回到泥漿池，由高壓泵經供水管輸送至高壓水射流噴頭，進行下一次射流循環。利用泥漿循環系統實現了上返泥漿的再利用，可防止樁內排出的泥漿直接排入海洋中而破壞施工區域的海洋水質，同時也減少了施工過程中對水的消耗，節約了水資源。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明圖1是本發明實施例的海洋平臺高壓水射流輔助沉樁示意圖；圖2是本發明實施例的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統示意圖；圖3是軟土地層沉樁時高壓水射流噴頭在樁體內的位置示意圖；圖4是砂質地層沉樁時高壓水射流噴頭在樁體內的位置示意圖；圖中1-打樁船；2-樁體；3-供、回水系統；4-高壓水射流噴頭；5-高壓泵；6_排渣泵；7-泥漿池；8-沉澱池；9-供水管；10-回水管；11-軟土地層；111-土塞；12-砂質地層。
具體實施例方式如圖1和圖2共同所示，本實施例的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法， 依次包括以下步驟(1)樁體就位所述樁體2為鋼管樁，先在鋼管樁上刻劃出中線，在鋼管樁的樁壁上刻劃出尺寸線，以便對中和掌握打入深度。依靠打樁船1的導框、從兩個方向用經緯儀確定打樁位置，移動打樁船1，對準樁位，根據設計要求的位置、垂直度或傾角打入。樁打入初期要先試打，在確定樁的中心位置及角度後，再轉入正式沉樁。(2)沉樁施工前，用鋼絲吊繩將高壓水射流噴頭4連同供水管9 一起下入樁體2 內，根據地層條件確定高壓水射流噴頭4下入樁體2內的深度；(3)高壓水射流噴頭4下入指定位置後，打開高壓泵5向所述高壓水射流噴頭4供水，所述高壓水射流噴頭4噴出高壓射流對土層進行射流破土、衝孔，產生泥漿；(4)待樁體2內泥漿返出樁口後，打開排渣泵，開始錘擊法動力沉樁；(5)錘擊法動力沉樁過程中，所述高壓水射流噴頭4與樁體2同步下沉；(6)樁體2到達持力層後，將高壓水射流噴頭4提出樁體2，繼續錘擊法動力沉樁至設計深度。其中，所述步驟O)中，根據單位進尺所需要的錘擊數和地勘報告來確定高壓水射流噴頭4下入樁體2內的深度。如圖3所示，對於軟土地層11，在樁端保留1 2米高度的土塞111，以降低射流對樁周地層的破壞，保證樁周土的承載力；如圖4所示，對於砂質地層12，要將高壓水射流噴頭4下至樁體2的底部，利用水射流對樁端土體的擾動，降低樁端阻力，提高沉樁速度。其中，在將高壓水射流噴頭4下入樁體2之前，應先進行水射流試驗，檢查整個射流系統的工作狀態，提高工作可靠性。在下放高壓水射流噴頭4的過程中，要以0.5 IMpa 的低壓向噴頭供水，防止下放過程中高壓水射流噴頭4被堵塞。其中，所述步驟(3)中，當高壓水射流噴頭4到達樁底指定位置後，提高高壓泵5 的泵壓，向高壓水射流噴頭4提供壓力為30 50Mpa的高壓水，高壓水射流噴頭4噴出高壓射流對土層進行射流破土、衝孔，同時產生水、泥、砂的混合液即泥漿。其中，所述步驟(5)中，高壓水射流衝孔與沉樁要同步進行，邊衝孔邊沉樁，地層土體鬆動，除較大的粗砂、礫石留在孔底外，一般土壤顆粒被水帶回地表，為內衝內排式。在高壓水射流噴頭4下降過程中，要控制好其下降速度，避免噴頭下降速度超過土體破壞速度，使噴孔插入土層堵塞噴嘴。同時，應反覆提拉高壓水射流噴頭4，使產生的泥沙顆粒及時排出鋼管樁腔體，避免大量泥沙沉積將高壓水射流噴頭4埋住。其中，所述步驟(6)中，待樁體2的樁端進入持力層後，將高壓水射流噴頭4提出樁體2之外，但在提升過程中高壓泵仍然要對高壓水射流噴頭4供水，以避免泥沙回落將其掩埋；高壓水射流噴頭4提出樁體2之後，停止供水。此時，樁底土壤沉降，固結在樁的周圍；這時只需採用錘擊法動力沉樁，根據設計要求和實際情況確定停錘標準即可。如圖2所示，本實施例的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統，包括設置於樁體2內的高壓水射流噴頭4，以及圖1中所示的供、回水系統3，所述高壓水射流噴頭4經供水管9與設置在樁體2外部的高壓泵5的出口連接，所述高壓泵5的進口與泥漿池7連接， 所述泥漿池7與位於其上遊的沉澱池8連接，所述沉澱池8的上遊設有用於向其輸送泥漿的排渣泵6，所述排渣泵6的進口連接回水管10的一端，所述回水管10的另一端伸入所述樁體2內。其中，本實施例中的高壓泵5為泥漿泵。施工中，注意供水與回水系統間的水量要保持平衡，當泥漿池水量不足時，可適當注入清水進行補充。工作原理在樁基動力沉樁施工過程中，採用本發明的高壓水射流輔助動力沉樁系統時，先在泥漿池7中注入清水，待高壓水射流噴頭4到達樁體2內的指定位置後，開啟高壓泵5，向高壓水射流噴頭4提供高壓水，高壓水射流噴頭4噴出的高壓水射流擾動樁端土體，對土層進行鬆動、破土、衝孔，降低了地層強度，將樁內土體破壞，消除了樁體2內部土塞，從而降低了沉樁摩擦阻力，使樁體快速穿過硬層，到達設計深度，有效解決了海洋平臺樁基施工中存在的沉樁困難、拒錘等技術難題，實現高效率、高質量地完成平臺樁基建設。同時，高壓水射流衝孔過程中產生的泥漿在樁內水壓作用下沿樁體2的內腔向上流動， 到達樁口後經回水管10被排渣泵6抽出送至沉澱池8進行沉澱，在沉澱池8中較大的土顆粒和沙礫從混合液中沉澱下來，沉澱後的淨化泥漿回到泥漿池7，由高壓泵5經供水管9輸送至高壓水射流噴頭4，進行下一次射流循環，圖2中箭頭所示為泥漿的流動方向。利用泥漿循環系統實現了上返泥漿的再利用，可防止樁內排出的泥漿直接排入海洋中而破壞施工區域的海洋水質，同時也減少了施工過程中對水的消耗，節約了水資源。以上所述僅是本發明最佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識。本發明的保護範圍以權利要求的內容為準，任何基於本發明的技術啟示而進行的等效變換，也在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特徵在於，依次包括以下步驟(1)樁體就位；(2)沉樁施工前，將高壓水射流噴頭下入樁體內，根據地層條件確定高壓水射流噴頭下入樁體內的深度；(3)高壓水射流噴頭下入指定位置後，打開高壓泵向所述高壓水射流噴頭供水，所述高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、衝孔，產生泥漿；(4)待樁體內泥漿返出樁口後，進行錘擊法動力沉樁；(5)錘擊法動力沉樁過程中，所述高壓水射流噴頭與樁體同步下沉；(6)樁體到達持力層後，將高壓水射流噴頭提出樁體，繼續錘擊法動力沉樁至設計深度。
2.如權利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特徵在於所述步驟(1)中，在樁體上刻劃出中線和尺寸線，以便對中和掌握打入深度；移動打樁船，對準樁位。
3.如權利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特徵在於所述步驟O)中，根據單位進尺所需錘擊數和地勘報告確定高壓水射流噴頭下入樁體內的深度；對於軟土地層，在樁端保留1 2米高度的土塞；對於砂質地層，將高壓水射流噴頭下至樁體底部。
4.如權利要求3所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特徵在於在下放高壓水射流噴頭過程中，以0. 5 IMpa的低壓送水，防止下放過程中高壓水射流噴頭堵塞。
5.如權利要求4所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特徵在於所述步驟(3)中，高壓水射流噴頭到達樁底指定位置後，提高泵壓，向高壓水射流噴頭提供高壓水，所述高壓水的壓力為30 50Mpa，高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、衝孔，產生水、泥、砂的混合液即泥漿。
6.如權利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特徵在於所述步驟(5)中，高壓水射流衝孔與沉樁同步進行，邊衝孔邊沉樁，地層土體鬆動，除較大的粗砂、礫石留在孔底外，一般土壤顆粒被水帶回地表。
7.如權利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特徵在於所述步驟(6)中，樁體的樁端進入持力層後，將高壓水射流噴頭提出樁體外，提升過程中不停高壓泵，避免泥沙回落掩埋噴頭；樁底土壤沉降，固結在樁的周圍；此時採用錘擊法動力沉樁，根據設計要求和實際情況確定停錘標準。
8.海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統，其特徵在於，包括設置於樁體內的高壓水射流噴頭，所述高壓水射流噴頭經供水管與設置在樁體外的高壓泵的出口連接，所述高壓泵的進口與泥漿池連接，所述泥漿池與位於其上遊的沉澱池連接，所述沉澱池的上遊設有用於向其輸送泥漿的排渣泵，所述排渣泵的進口連接回水管的一端，所述回水管的另一端伸入所述樁體內。
9.如權利要求8所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統，其特徵在於所述高壓泵為泥漿泵。
全文摘要
本發明公開了一種海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及沉樁系統。所述方法包括樁體就位，將高壓水射流噴頭下入樁體內，向高壓水射流噴頭供高壓水對土層進行鬆動、破土、衝孔，高壓水射流噴頭與樁體同步下沉，樁體到達持力層後，將高壓水射流噴頭提出樁體，繼續動力沉樁至設計深度等步驟。所述系統包括依次連接的高壓水射流噴頭、供水管、泥漿泵、泥漿池、沉澱池、排渣泵、和回水管。在海洋平臺樁基動力沉樁施工過程中，採用本發明的方法及系統，可利用高壓水射流消除樁體內部土塞，降低沉樁摩擦阻力，擾動樁端土體，降低地層強度，實現高效率、高質量地完成平臺樁基建設。
文檔編號E02D7/26GK102535467SQ201210012870
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者倪紅堅, 周衛東, 周名芳, 張再華, 張衛東, 朱麗紅, 王瑞和, 鄒德永, 陳新勇, 黃勇 申請人:中國石油大學(華東)