一种先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统的制作方法

本申请属于海上风电基础施工技术领域，具体涉及一种先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统。

背景技术：

目前国内已建和在建海上风电项目集中在潮间带和近海浅水区，风电机组基础常见型式有重力式基础、单桩基础、导管架基础及新型吸力桶基础等新型基础。2018年以来国内潮间带和近海风电资源开发逐渐饱和，海上风电发展趋势呈现由近海到远海、浅水到深水的开发趋势。针对复杂地质的深远海上海风机基础型式，国内设计院提出大直径单桩嵌岩基础、高桩承台群桩嵌岩基础、导管架基桩和吸力筒基础等结构型式。

2019年以来，在我国广东地区进行招标的20-30米水深的海上风电项目中，设计大量采用导管架基础结构。针对部分风电场场址地质条件的特殊性，一部分导管架桩基础需要采用嵌岩施工，设计提出了“植入式”嵌岩桩基础施工方案。植入式嵌岩桩施工大致的施工工艺为：先搭设施工平台，打入钢护筒，护筒稳住之后下钻机钻孔，钻孔至设计桩底标高后，孔内植入钢管桩并固定后，钢管桩底部通过水下封底混凝土封底后，将钢管桩外壁与钻孔孔壁之间间隙通过水下灌浆工艺灌入水下不分散灌浆材料，然后进行水下割桩，安装导管架，最后进行导管架和钢管桩之间的环形灌注灌浆料。

该工艺水下灌浆面临灌浆管路长、单根桩灌浆方量大、灌浆堵管风险大、灌浆施工质量难以控制、嵌岩段预制灌浆管和内插导管架桩腿容易交叉等诸多难题。对于先桩法导管架基础植入式嵌岩桩施工，预制管将管线布置的合理性是解决嵌岩段灌浆施工的关键。本申请通过特殊的管路设计巧妙解决了导管架内插腿与钢管桩搭接区域灌浆管的布置问题，并通过特殊的灌浆施工工序有效地解决该工艺施工过程中嵌岩段灌浆施工难点。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其灌浆管系统加工方便，设计合理，提高灌浆施工效率和灌浆质量，保证嵌岩桩水下灌浆成功率和水下灌浆质量。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，所述灌浆管系统向钢管桩和钻孔孔壁之间的环形空间输送灌浆料，

所述灌浆管系统包括：一次灌浆管和二次灌浆管，所述一次灌浆管的底部管口的高程高于封底灌浆口顶标高高程，所述二次灌浆管的底部管口设置在所述一次灌浆管顶标高上方；

所述一次灌浆管和所述二次灌浆管的管口底标高低于导管架插尖底标高的部分灌浆管，在所述导管架插尖底标高下方1-3m位置处由所述钢管桩内引至所述钢管桩外的环形空间设置。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，所述一次灌浆管/所述二次灌浆管均设置有至少一层子灌浆管，其中，设置在同一层上的多根所述子灌浆管的管口在高程上间隔0.5-1m设置。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，当所述二次灌浆管设置有至少两层子灌浆管时，从底层往顶层依次为第一层、第二层……第n层，其中，n≥3，所述第二层以及第n层的子灌浆管均设置在所述钢管桩外且通过焊接方式固定在所述钢管桩上。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，当所述二次灌浆管设置有两层子灌浆管时，从底层往顶层依次为第一层和第二层，其中，所述第二层设置在二次灌浆管的底部管口标高和泥面标高的中间位置。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，所述一次灌浆管和所述二次灌浆管的顶部管口均与所述钢管桩顶标高齐平。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，设置在所述钢管桩内的所述一次灌浆管/所述二次灌浆管的底部管口穿过所述钢管桩壁面并与所述环形空间连通设置。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，所述一次灌浆管的底部管口的高程高于封底灌浆口顶标高高程0.5-1m设置；所述二次灌浆管的底部管口设置在所述一次灌浆管顶标高上方0.5-1m。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，所述一次灌浆管和所述二次灌浆管中的其中一根子灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，更换其他的子灌浆管继续向所述环形空间内灌浆。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，先通过一次灌浆管进行一次灌浆，再通过二次灌浆管进行二次灌浆，其中，二次灌浆在一次灌浆的灌浆料完全凝固后进行。

进一步地，上述的先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，其中，所述一次灌浆管和所述二次灌浆管先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

(1)本申请中预制灌浆管的设计与安装均在导管架出运之前，施工方便，减少施工成本，提高灌浆安全性；

(2)本申请针对先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆施工问题，提出了一次灌浆和二次灌浆方式，同时针对一次灌浆和二次灌浆提出多层设置预制灌浆管，且同一层灌浆管高差间隔0.5-1m，这种灌浆管设计大大降低灌浆过程应急处理的风险；

(3)本申请针对导管架插尖与钢管桩内插导管架灌浆区域的灌浆管由钢管桩内引向钢管桩外侧的管路特殊设置方式，避免了钢管桩预留灌浆管阻碍导管架安装的问题；

(4)本申请适用于先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆施工，通用性强，可以有效降低水下灌浆风险，提高施工效率，确保工程质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统的应用场景示意图；

图2：本申请先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统的立面图；

图3：本申请先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统的水平段剖面图。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

如图1至图3所示，本申请的其中一个实施例中，一种先桩法导管架b植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆管系统，所述灌浆管系统向钢管桩a和钻孔孔壁之间的环形空间30输送灌浆料，所述灌浆管系统包括：一次灌浆管10和二次灌浆管20，所述一次灌浆管10的底部管口的高程高于封底灌浆口顶标高高程，所述二次灌浆管20的底部管口设置在所述一次灌浆管10顶标高上方；所述一次灌浆管10和所述二次灌浆管20的管口底标高低于导管架b插尖底标高的部分灌浆管，在所述导管架b插尖底标高下方1-3m位置处由所述钢管桩a内引至所述钢管桩a外的环形空间30设置。

本实施例针对导管架b插尖与钢管桩a内插导管架b灌浆区域的灌浆管由钢管桩a内引向钢管桩a外侧的管路特殊设置方式，避免了钢管桩a预留灌浆管阻碍导管架b安装的问题。

本实施例配置有导管架b、嵌岩钻孔、钢管桩a和预制灌浆管(包括一次灌浆管10和二次灌浆管20)。其中，所述嵌岩钻孔为搭设辅助平台，打钢护筒后下钻机后进行；所述钢管桩a插入嵌岩孔内，钢管桩a和钻孔孔壁形成环形空间30；所述预制灌浆管在加工厂出运前提前焊接完成固定在钢管桩a上。

其中，所述一次灌浆管10/所述二次灌浆管20均设置有至少一层子灌浆管，其中，设置在同一层上的多根所述子灌浆管的管口在高程上间隔0.5-1m设置。本实施例通过设置一次灌浆管10和二次灌浆管20，提出了一次灌浆和二次灌浆方式，同时针对一次灌浆和二次灌浆提出多层设置预制子灌浆管，且同一层灌浆管高差间隔0.5-1m，这种灌浆管设计大大降低灌浆过程应急处理的风险。

其中，在本实施例中，本实施例中的上述若干根子灌浆管优选地通过焊接方式固定在所述钢管桩a上。

优选地，设置在同一层上的多根所述子灌浆管的管口在高程上间隔0.5m设置。

优选地，设置在同一层上的多根所述子灌浆管的管口可沿周向均匀布设，其在高程上间隔0.5-1m设置。如当同一层设置两根子灌浆管时，所述子灌浆管则相互间隔180°设置；如当同一层设置三根子灌浆管时，所述子灌浆管则相互间隔60°设置。

其中，当所述二次灌浆管20设置有至少两层子灌浆管时，从底层往顶层依次设置为第一层、第二层……第n层，其中，n≥3，所述第二层以及第n层的子灌浆管均设置在所述钢管桩a外且通过焊接方式固定在所述钢管桩a上。由于一次灌浆管10中的子灌浆管以及二次灌浆管20第一层中的子灌浆管，在所述导管架b插尖底标高下方1-3m位置处由所述钢管桩a内引至所述钢管桩a外的环形空间30设置，其是为了在所述钢管桩a预留的该子灌浆管阻碍导管架b的安装，而在上层区域该阻碍作用得以消除，那么，二次灌浆管20第二层及以上层的子灌浆管均可设置在所述钢管桩a外的环形空间30内，即该子灌浆管的底部管口设置在所述钢管桩a外的环形空间30内。在本实施例中，以二次灌浆管20中设置两层子灌浆管为例进行说明每层灌浆管的布设方式。当所述二次灌浆管20设置有两层子灌浆管时，从底层往顶层依次为第一层和第二层，其中，所述第二层优选地设置在二次灌浆管20的底部管口标高和泥面标高的中间位置。

其中，所述一次灌浆管10和所述二次灌浆管20的顶部管口均与所述钢管桩a顶标高齐平。

进一步地，设置在所述钢管桩a内的所述一次灌浆管10/所述二次灌浆管20的底部管口穿过所述钢管桩a壁面并与所述环形空间30连通设置。

在本实施例中，所述一次灌浆管10的底部管口的高程高于封底灌浆口顶标高高程0.5-1m设置，优选地，所述一次灌浆管10的底部管口的高程高于封底灌浆口顶标高高程0.5m设置。

在本实施例中，所述二次灌浆管20的底部管口设置在所述一次灌浆管10顶标高上方0.5-1m，优选地，所述二次灌浆管20的底部管口设置在所述一次灌浆管10顶标高上方0.5m。

如图3所示，在本实施例中，所述一次灌浆管10优选设置为一层，其中该层设有子灌浆管01和子灌浆管04；所述二次灌浆管20优选设置为两层，其中，第一层设有子灌浆管02和子灌浆管05，第二层设有子灌浆管03和子灌浆管06。其中，子灌浆管01、子灌浆管04、子灌浆管02以及子灌浆管05均在导管架b插尖底标高一定高度由钢管桩a内引到钢管桩a外。其中，环形空间30设置多层灌浆管，每层灌浆管设置多根子灌浆管，同一层灌浆管底标高间隔一定高度，所有的子灌浆管管口均和钢管桩a顶标高齐平。其中，一次灌浆管10和二次灌浆管20的设置层数以及每层设置的子灌浆管的数量仅为距离说明，本领域技术人员可以根据实际需要对上述设置数量进行适当地增减，其并不对本申请的保护范围进行限定。

在本实施例中，通过设置一次灌浆管10和二次灌浆管20，可以有效地防止在灌浆过程中的应急堵塞问题，具体地，当所述一次灌浆管10和所述二次灌浆管20中的其中一根子灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，更换其他的子灌浆管继续向所述环形空间30内灌浆；更进一步地，当一次灌浆管10中的其中一层的某一根子灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，可更换该层子灌浆管中的其他子灌浆管继续向该环形空间30内灌浆；同理，当二次灌浆管20中的其中一层的某一根子灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，可更换该层子灌浆管中的其他子灌浆管继续向该环形空间30内灌浆。

在灌浆过程中，本实施例先通过一次灌浆管10进行一次灌浆，再通过二次灌浆管20进行二次灌浆，其中，二次灌浆在一次灌浆的灌浆料完全凝固后进行。本实施例仅列举了设置一次灌浆管10和二次灌浆管20的情况，当然，如果在实际应用过程中，可以根据需要设置三次灌浆管，四次灌浆管，甚至设置m次灌浆管，其中，m≥5。其中，在后一次灌浆要在前一次灌浆的灌浆料完全凝固后进行，如该完全凝固时间为1天等。

具体地，在本实施例中，在封底混凝土灌浆结束且达到设计强度要求后，通过一次灌浆管10对钢管桩a和钻孔孔壁之间的环形空间30进行灌浆，待一次灌浆强度达到设计要求后，通过二次灌浆管20对环形空间30进行灌浆。

进一步地，所述一次灌浆管10和所述二次灌浆管20先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。先泵送水用于清除一次灌浆管10和二次灌浆管20中的污泥等杂质等，再泵送润管料用于起到润管作用，防止在泵送灌浆料过程中堵管。

本申请中预制灌浆管的设计与安装均在导管架出运之前，施工方便，减少施工成本，提高灌浆安全性；本申请针对先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆施工问题，提出了一次灌浆和二次灌浆方式，同时针对一次灌浆和二次灌浆提出多层设置预制灌浆管，且同一层灌浆管高差间隔0.5-1m，这种灌浆管设计大大降低灌浆过程应急处理的风险；本申请针对导管架插尖与钢管桩内插导管架灌浆区域的灌浆管由钢管桩内引向钢管桩外侧的管路特殊设置方式，避免了钢管桩预留灌浆管阻碍导管架安装的问题；本申请适用于先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆施工，通用性强，可以有效降低水下灌浆风险，提高施工效率，确保工程质量。本申请可以在先桩法导管架植入式嵌岩桩嵌岩段灌浆施工中推广应用，具有推广和应用价值，对于我国广东、福建地区覆盖土层较薄场址的导管架基础施工具有重要意义。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。