海上钻岩复打型大直径桩结构及施工方法与流程

本发明涉及一种海上钻岩复打型大直径桩结构及施工方法。适用于海上风电及其他海洋工程技术领域。

背景技术：

单桩基础是国内外海上风电领域应用最广泛的一种结构型式，单桩基础具有结构简单、实施便利、施工效率高等优点。随着国内海上风电的大规模建设，在福建、广东等工程海域地质条件复杂，部分海底地层中泥砂沉积深度有限，下部存在风化岩层，桩基一次性打入至设计深度难度较大，传统单纯采用锤击沉桩的方法限制了单桩基础在该工程海域的应用。

针对上述地质条件，部分工程采用传统的高桩承台嵌岩桩基基础或导管架嵌岩基础，但是高桩承台嵌岩基础，施工工艺复杂，工序多，效率低下，基础整体造价较高；导管架基础结构，由于桩顶位于水面以下，不便于钻孔施工。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、施工方便的海上钻岩复打型大直径桩结构及施工方法，以提高施工效率，降低施工成本。

本发明所采用的技术方案是：一种海上钻岩复打型大直径桩结构，适用于由上而下依次为松散覆盖土层、密实土层和岩石层的地基，其特征在于：所述地基上设有延伸到岩石层内的桩孔，桩孔内打入钢管桩；

所述桩孔由上而下依次分为对应松散覆盖土层的松散土层段、对应密实土层的密实土层段和对应岩石层的岩石层段，其中松散土层段为所述钢管桩沉桩后形成，所述密实土层段和岩石层段为以沉桩于松散覆盖土层的所述钢管桩为施工通道对密实土层和岩石层钻进行孔后形成。

所述桩孔的密实土层段孔径小于所述钢管桩的桩径，桩孔的岩石层段孔径略大于钢管桩的桩径。

所述桩孔的岩石层段灌注有水下混凝土，所述钢管桩通过水下混凝土与桩孔的岩石层段连成一体。

一种海上钻岩复打型大直径桩结构的施工方法，其特征在于步骤如下：

1、钢管桩顶部通过打桩锤对其进行沉桩，直至钢管桩下端支撑于密实土层表面；

2、在钢管桩顶部架设钻机设备，钻机设备的嵌岩钻机钻头通过钢管桩内通道对钢管桩桩内及桩底以下进行钻孔作业，直至岩石层内的设计底高程，钻孔孔径小于钢管桩的桩径；对岩石层内钻孔进行扩孔至略大于钢管桩的桩径；

3、拆除钻机设备，清理钻孔；

4、在岩石层的钻孔内灌注水下混凝土；

5、钢管桩顶部通过打桩锤对其进行沉桩，直至钢管桩下端至岩石层内设计底高程。

一种海上钻岩复打型大直径桩结构，适用于由上而下依次为松散覆盖土层、密实土层和岩石层的地基，其特征在于：所述地基上设有延伸到密实土层内的桩孔，桩孔内打入钢管桩；

所述桩孔由上而下依次分为对应松散覆盖土层的松散土层段和对应密实土层的密实土层段，其中松散土层段为所述钢管桩沉桩后形成，所述密实土层段为以沉桩于松散覆盖土层的所述钢管桩为施工通道对密实土层进行钻孔后形成。

所述桩孔的密实土层段孔径小于所述钢管桩的桩径。

一种海上钻岩复打型大直径桩结构的施工方法，其特征在于步骤如下：

1、钢管桩顶部通过打桩锤对其进行沉桩，直至钢管桩下端支撑于密实土层表面；

2、在钢管桩顶部架设钻机设备，钻机设备的嵌岩钻机钻头通过钢管桩内通道对钢管桩桩内及桩底以下进行钻孔作业，直至密实土层内的设计底高程，钻孔孔径小于钢管桩的桩径；

3、拆除钻机设备，清理钻孔；

4、钢管桩顶部通过打桩锤对其进行沉桩，直至钢管桩下端至密实土层内设计底高程。

本发明的有益效果是：本发明直接将钻机设备架设在钢管桩顶部，以钢管桩为钻机支撑机构和钻孔护筒结构，减少了搭设嵌岩平台施工工序，缩短了施工工期，降低了嵌岩施工的费用。本发明中钢管桩通过沉桩方式穿过松散覆盖土层支撑于密实土层，自身可保持站立稳定，满足架设钻机设备的要求。本发明结构形式简单，钻孔工作量小，有效缩短施工周期，大大降低工程投入。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2～图4为实施例1的施工过程示意图。

图5为实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，本实施例为海上钻岩复打型大直径桩结构，该结构适用于由上而下依次为松散覆盖土层9(可打桩)、密实土层10(打桩困难)和岩石层11的地基，该地基的地质条件为泥砂沉积深度有限，桩基可以打入一定深度，但是无法一次性沉至设计底高程。本实施例中在地基上设有桩孔3，该桩孔的设计底高程位于岩石层11内，桩孔3底部灌注有水下混凝土6，将钢管桩1通过打桩锤4打入桩孔3内，钢管桩1下端经水下混凝土6与岩石层11连成一体。

本实施例中桩孔3由上而下依次分为位于松散覆盖土层9内的松散土层段31、位于密实土层10内的密实土层段32和位于岩石层11内的岩石层段33。其中松散土层段31为钢管桩1经打桩锤4沉桩支撑于密实土层10后在松散土层9内形成，密实土层段32和岩石层段33是以沉桩后下端支撑于密实土层10的钢管桩1为施工通道对钢管桩1底部以下的密实土层10和岩石层11钻进行孔后形成。本例中桩孔3的密实土层段32孔径小于所述钢管桩1的桩径，桩孔3的岩石层段33孔径略大于钢管桩1的桩径。

本实施例的施工方法如下：

1、与普通基桩相同，在钢管桩1顶部通过打桩锤4进行沉桩，无需增加其他辅助设备或措施，但需严格按照停锤标准控制沉桩，避免强行沉桩对桩体照成损伤，直至钢管桩1下端支撑于密实土层10表面(见图2)，钢管桩1桩基初打深度可以满足钻机施工过程的稳定；

2、以钢管桩1本身为钻机支撑结构以及钻孔护筒结构，在钢管桩1顶部架设钻机设备5，钻机设备的嵌岩钻机钻头5-1通过钢管桩1内通道对钢管桩1桩内及桩底以下密实土层10和岩石层11进行钻孔作业，直至岩石层11内的设计底高程，钻孔孔径小于钢管桩1的桩径，具体尺寸可根据现场钻孔情况，进行适当调整；对岩石层11内钻孔(桩孔的岩石层段)进行扩孔至略大于钢管桩的桩径(见图3)；

3、拆除钻机设备5，清理钻孔；

4、在岩石层11的钻孔内灌注水下混凝土6，水下混凝土略超过岩石层段33顶面；

5、钢管桩1顶部通过打桩锤4进行沉桩，直至钢管桩1下端下沉至岩石层11内设计底高程(见图4)。

实施例2：如图5所示，本实施例为海上钻岩复打型大直径桩结构，该结构适用于由上而下依次为松散覆盖土层9(可打桩)、密实土层10(打桩困难)和岩石层11的地基，该地基的地质条件为泥砂沉积深度有限，桩基可以打入一定深度，但是无法一次性沉至设计底高程。本实施例中在地基上设有桩孔3，该桩孔的设计底高程位于密实土层10内，将钢管桩1通过打桩锤4打入桩孔3内。

本实施例中桩孔3由上而下依次分为位于松散覆盖土层内的松散土层段31、位于密实土层内的密实土层段32和对应岩石层的岩石层段33。其中松散土层段31为钢管桩经打桩锤沉桩支撑于密实土层后在松散土层内形成，密实土层段32是以沉桩后下端支撑于密实土层的钢管桩为施工通道对钢管桩底部一下的密实土层和岩石层钻进行孔后形成，本例中桩孔的密实土层段孔径小于所述钢管桩的桩径。

本实施例的施工方法如下：

1、与普通基桩相同，在钢管桩1顶部通过打桩锤4进行沉桩，无需增加其他辅助设备或措施，但需严格按照停锤标准控制沉桩，避免强行沉桩对桩体照成损伤，直至钢管桩下端支撑于密实土层表面，钢管桩桩基初打深度可以满足钻机施工过程的稳定；

2、以钢管桩1本身为钻机支撑结构以及钻孔护筒结构，在钢管桩1顶部架设钻机设备5，钻机设备的嵌岩钻机钻头5-1通过钢管桩内通道对钢管桩桩内及桩底以下密实土层10进行钻孔作业，直至密实土层内的设计底高程，钻孔孔径小于钢管桩1的桩径，具体尺寸可根据现场钻孔情况，进行适当调整；

3、拆除钻机设备5，清理钻孔；

4、钢管桩1顶部通过打桩锤4进行沉桩，直至钢管桩1下端下沉至密实土层10内设计底高程。

本发明在实施过程中，需对地勘参数进行分析，通过相关软件对基础初打深度以及清孔后再沉桩可行性进行分析，并通过数值模拟或者其他手段，分析钻孔过程中，在波流荷载以及钻机振动荷载作用下，基础+钻机整体稳定性，以及钻孔清孔后，基础竖向承载能力。对于钻孔后，复打可顺利沉桩地质条件，采用实施例2的施工工艺；对于需进入坚硬岩石层，钻孔后仍存在复打困难情况，可采用实施例1的施工工艺。

上述实施例及施工工艺主要应用于海上风电单桩基础，但并不以此为限，对于海洋工程结构所涉及的其他基础结构也可运用本发明技术方案进行设计以及施工。