海上风机桩基注浆封堵方法

本发明涉及海上风电大直径单桩注浆封堵技术领域，特别是涉及一种海上风机桩基注浆封堵方法。

背景技术：

风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术。在使用风力发电的过程中，需要在海底沉桩施工，令桩体设置在钢护筒的中心处，完成单桩顺利植入钻孔中。桩体与钢护筒之间形成环形的间隙。同时为了防止在钻孔过程中出现塌孔，需要在间隙内灌浆加固。由于灌浆材料的固化时间慢，因此灌浆前需要进行封底作业(也就是对桩底进行封堵)，防止灌浆料从底部流失以及海水会从钢护筒和桩体的底部进入间隙，导致结构不稳固，影响单桩承载力。

然而，在实际沉桩过程中，难以保证桩体正好设置在钢护筒的中心处，从而导致桩体与钢筒之间的环形间隙的大小具有不确定性和不均匀性，增加了封底作业的难度，影响施工的封底效果。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种海上风机桩基注浆封堵方法，其能解决因环形间隙大小不均匀导致的封底难度大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种海上风机桩基注浆封堵方法，其包括以下步骤：

将第一封堵袋连接在钢护筒的一端内侧；所述第一封堵袋环绕在所述钢护筒的内侧设置；所述第一封堵袋具有第一腔体，所述第一腔体具有第一注料口；

将第二封堵袋连接在所述钢护筒的另一端的内侧；所述第二封堵袋环绕在所述钢护筒的内侧设置；所述第二封堵袋具有第二腔体，所述第二腔体具有第二注料口；

将所述钢护筒竖直设置；将桩体竖直放置在所述钢护筒内，且所述桩体和所述钢护筒之间形成环形的间隙；所述第一封堵袋和所述第二封堵袋均位于所述间隙内；

往所述第一注料口和所述第二注料口注料，所述第一封堵袋和所述第二封堵袋体积膨胀，所述第一封堵袋和所述第二封堵袋均与所述桩体的外侧和所述钢护筒的内侧抵接；所述第一封堵袋、所述第二封堵袋、所述钢护筒和所述桩体共同围设成密闭的注料腔；

往所述注料腔内注入注浆材料，完成封堵。

可选地，在往所述第一腔体和所述第二腔体内注料中，具体为：

先往所述第一腔体注料，使得第一封堵袋体积膨胀并分别与所述钢护筒的内侧和所述桩体的外侧抵接；再往所述第二腔体内注料，使得第二封堵袋体积膨胀并分别与所述钢护筒的内侧和所述桩体的外侧抵接。

可选地，所述第一封堵袋和所述第二封堵袋均为模袋。

可选地，在往所述第一腔体注料中，具体为：

往所述第一腔体注料，检查所述第一封堵袋是否与所述钢护筒的内侧壁和所述桩体的外侧壁贴紧；若所述第一封堵袋没有与所述钢护筒的内侧壁和所述桩体的外侧壁贴紧，继续往所述第一腔体注料。

可选地，当注入所述第一腔体内的实际浆料量大于预定量的115％后，停止注料。

可选地，所述注料腔设有出水口；在往所述注料腔内注入注浆材料后，还包括：

待所述出水口排出所述注浆材料3－10分钟后，停止往所述注料腔内注入所述注浆材料。

可选地，在往所述注料腔内注入注浆材料中，具体为：

同时往所述注料腔内注入第一反应材料和第二反应材料，所述第一反应材料和所述第二反应材料反应并膨胀，以封堵所述注料腔。

可选地，在将第一封堵袋连接在钢护筒的一端内侧的步骤中，具体为：

将注浆接头安装在所述第一封堵袋上；其中，所述注浆接头包括螺栓和螺母，所述螺栓沿其轴线开设有注浆通孔；将所述螺栓穿过所述钢护筒插入所述第一封堵袋内，所述注浆通孔与所述第一腔体连通，所述螺母与所述螺栓螺接并抵接在所述第一封堵袋的内侧。

可选地，将所述第一封堵袋的长度定义为a；

将所述钢护筒的内径定义为b1；

将所述桩体的外径定义为b；

将所述间隙的最大宽度定义为c；

将所述第一封堵袋贴附在所述桩体上的最大高度定义为d；

其中，a＝2(b1-b2+c)+d。

本发明提供的一种海上风机桩基注浆封堵方法与现有技术相比，其有益效果在于：本发明通过在钢护筒上连接第二封堵袋，往第二封堵袋内注料，使得膨胀的第二封堵袋分别与桩体和钢护筒抵接，能够封堵不均匀间隙的底部，即使桩体没有设置在钢护筒的中心处也不会影响间隙底部的封堵，解决了不均匀间隙的封底难题。而且，钢护筒上还连接有第一封堵袋，第一封堵袋设置在钢护筒内，能够封堵注料腔的上侧。第一封堵袋和第二封堵袋能够封堵不均匀的间隙，形成封闭的环形注料腔。最后在注料腔内注入注浆材料，对间隙的中部进行封堵。通过从上而下对间隙进行三重封堵，能够加强钢护筒和桩体之间的间隙封堵效果，该技术施工快捷，方便，节省工期，同时也降低了成本。

附图说明

图1是本发明实施例的海上风机桩基注浆封堵方法的流程图；

图2是本发明实施例的海上风机桩基注浆封堵方法中连接第一封堵袋和第二封堵袋后的结构图

图3是本发明实施例的海上风机桩基注浆封堵方法中将桩体放入钢护筒内的结构图；

图4是本发明实施例的海上风机桩基注浆封堵方法中往所述第一腔体注料的结构图；

图5是本发明实施例的海上风机桩基注浆封堵方法中注料腔内注入注浆材料的结构图。

图中，1、第一封堵袋；2、第二封堵袋；3、钢护筒；4、桩体；5、注料腔；6、注浆设备；7、海上操作平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图5所示，本发明的优选实施例的一种海上风机桩基注浆封堵方法，其包括以下步骤：

如图2所示，将第一封堵袋1用硅溶胶连接在钢护筒3的一端内侧；第一封堵袋1环绕在钢护筒3的内侧设置；第一封堵袋1具有第一腔体，第一腔体具有第一注料口；本实施例中的第一注料口的数量为两个，两个第一注料口对称设置在第一腔体上。

将第二封堵袋2用硅溶胶连接在钢护筒3的另一端的内侧；第二封堵袋2环绕在钢护筒3的内侧设置；第二封堵袋2具有第二腔体，第二腔体具有第二注料口；本实施例中的第二注料口的数量为两个，两个第二注料口对称设置在第二腔体上。本实施例中的第一注料口和第二注料口的形状均为圆形，其直径均为1cm。

如图3所示，将钢护筒3竖直设置；钢护筒3插入泥床内，钢护筒3的底侧位于泥床平面的下方并与岩层表面抵接，钢护筒3的顶侧位于海平面上方。用吊机将预制的桩体4竖直放置在钢护筒3内，且桩体4和钢护筒3之间形成不均匀的环形的间隙；第一封堵袋1和第二封堵袋2均位于间隙内；此时，第一封堵袋1设置在钢护筒3的中部，第二封堵袋2设置在桩体4的下端；

如图4所示，往第一腔体的任意一个第一注料口和第二腔体内的任意一个第二注料口注料，第一封堵袋1和第二封堵袋2体积膨胀，第一封堵袋1和第二封堵袋2均与桩体4的外侧和钢护筒3的内侧抵接；第一封堵袋1、第二封堵袋2、钢护筒3和桩体4共同围设成密闭的注料腔5；注料腔5具有第三注料口。

如图5所示，利用注浆设备6往注料腔5的第三注料口注入注浆材料，完成封堵。其中，注浆设备6设置在海上操作平台7上。

基于上述技术方案，第二封堵袋2环绕在钢护筒3的内侧，往第二腔体注料后，第二封堵袋2膨胀并分别与桩体4和钢护筒3抵接，封堵间隙的下侧。利用设置在间隙底部的第二封堵袋2膨胀，进行封底，能解决桩体与钢护筒之间不均匀孔隙的封底问题，即使桩体4不是设置在钢护筒3的中心处，也不会影响封底作业的效果。而且操作简单，通过注浆使得第二封堵袋2膨胀即可完成封底，操作简单，降低了间隙不均匀时的封底操作难度。而且本发明还将第一封堵袋1连接在钢护筒3的内侧，往第一腔体注料后，第一封堵袋1膨胀并分别与桩体4和钢护筒3抵接，封堵间隙的中部。一方面，第一封堵袋1和第二封堵袋2与钢护筒3和桩体4之间形成密封的注料腔5，能给注料腔5内的注浆材料膨胀提供足够围压，使注浆材料密度提升；另一方面，注浆材料可与钢护筒3和桩体4充分接触，对桩体从上中下三个水平位置进行三重封堵，能优化封堵效果，操作方便，提供施工效率，节省工期。

其中，在往第一腔体和第二腔体内注料中，具体为：先往第一腔体注料，使得第一封堵袋1体积膨胀并分别与钢护筒3的内侧和桩体4的外侧抵接；再往第二腔体内注料，使得第二封堵袋2体积膨胀并分别与钢护筒3的内侧和桩体4的外侧抵接。先封堵间隙的上端，避免海水继续从上灌入间隙内，同时，由于第一封堵袋1膨胀，多余的海水可以从间隙的下端排出，避免注料腔5压力过大。再封堵间隙的下端，防止海水从间隙的底部灌入，形成密闭的注料腔5。

可选地，第一封堵袋1和第二封堵袋2均为模袋，其材料为柔性纤维增强膜材，是一种具有柔韧性，能防水，强度较高的膜材，类似土工布。通过往模袋内注入浆料即可控制第一封堵袋1和第二封堵袋2的膨胀体积，便于控制和施工。通过在间隙的上下两侧设置模袋，使得两个环形的模袋构成密闭的填充空间，也就是注料腔5。

具体地，在往第一腔体注料中，具体为：往第一腔体注料。第一腔体的胎压控制在0.5mpa左右，使模袋的内侧与桩体4抵接，模袋的外侧与钢护筒3紧密接触。检查第一封堵袋1是否与钢护筒3的内侧壁和桩体4的外侧壁贴紧；若第一封堵袋1没有与钢护筒3的内侧壁和桩体4的外侧壁贴紧，继续往第一腔体注料，确保第一腔体的胎压不超过0.6mpa，避免第一腔体内的压力过大，导致模袋爆炸。同理，在往第二腔体注料时，保持第二腔体的胎压控制在0.5mpa左右，使模袋的内侧与桩体4抵接，模袋的外侧与钢护筒3紧密接触。检查第二封堵袋2是否与钢护筒3的内侧壁和桩体4的外侧壁贴紧；若第二封堵袋2没有与钢护筒3的内侧壁和桩体4的外侧壁贴紧，继续往第二腔体注料。

更具体地，当注入第一腔体内的实际浆料量大于预定量的115％后，停止注料。预定量为第一腔体的额定容纳量。当注入第一腔体内的浆料实际量大于预定量时，证明第一腔体已完全充满浆料，此时停止注浆，施工完毕。同理，当注入第二腔体内的实际浆料量大于预定量的115％后，停止注料。

进一步地，注料腔设有出水口；出水口用于排出多余的浆料，防止往注料腔5内注料过多，导致注料腔5内压力过大，造成施工危险。

在往注料腔5内注入注浆材料后，还包括：待出水口排出注浆材料3－10分钟后，停止往注料腔5内注入注浆材料。当出水口出现持续排液的情况时，证明注料腔5已经充满注浆材料。若在出水口排出注浆材料不足3分钟内停止注浆，则难以保证注料腔5内完全被注浆材料封堵。若出水口排液超过10分钟，则造成注浆材料的浪费，提高了施工成本。在本实施例中，在出水口排液5分钟后，停止注浆。

另外，在将第一封堵袋1连接在钢护筒3的一端内侧的步骤中，具体为：将注浆接头安装在第一封堵袋1上的第一注料口上；其中，注浆接头包括螺栓和螺母，螺栓沿其轴线开设有注浆通孔；将螺栓穿过钢护筒3插入第一封堵袋1的第一注料口，注浆通孔与第一腔体连通，螺母与螺栓螺接并抵接在第一封堵袋1的内侧。利用螺栓将注浆接头连接在第一封堵袋1上，并用螺母固定。螺栓内设有注浆通孔，在往第一腔体内注料时，可通过该注浆通孔往第一腔体内注料。本实施例中，注浆通孔靠近第一腔体的一端开孔直径为8mm，另一端的开孔直接为6mm。螺母的长度为5cm。同理，第二封堵袋2的第二注料口和注料腔的第三注料口上也设有相同结构的注浆接头。在施工过程中，可将3根注浆管对应插入3个注浆接头内，并用铁丝将注浆管固定在钢护筒3的外侧。

此外，将第一封堵袋1的长度定义为a；将钢护筒3的内径定义为b1；将桩体4的外径定义为b；将间隙的最大宽度定义为c；将第一封堵袋1贴附在桩体4上的最大高度定义为d；其中，a＝2(b1-b2+c)+d。同理，第二封堵袋2的长度也可以采用上述公式计算。工作人员可利用该公式，根据实际施工情况，灵活选取不同长度的第一封堵袋1和第二封堵袋2。值得注意的是，需保证a＞b1，确保封堵袋的首尾两端有多余的部分用于首尾相接，在钢护筒3内侧形成环形结构，以便在膨胀后环绕在桩体4的外周。

在本申请中，往注料腔5注入的注浆材料、以及注入第一腔体和第二腔体的浆料均可以是为高聚物。高聚物具有快速反应膨胀的特点，十几秒就能充分反应膨胀并变硬，15分钟达到90％的强度。具体地，高聚物可以包括公开号为cn106894409b专利中的聚氨酯反应原料浆液，其具有较高的强度和抗渗性，施工快捷，方便，节省工期，同时也降低了成本。聚氨酯反应原料浆液如公开号为cn106894409b专利所公开的：聚氨酯反应原料浆液由a组分和b组分组成，a组分和b组分一旦接触后发生反应，会产生膨胀。在往注料腔5注入注浆材料时，同时注入第一反应材料(也就是a组分)和第二反应材料(也就是b组分)，第一反应材料(a组分)和第二反应材料(b组分)发生反应膨胀，充满并封堵注料腔5。第一封堵袋1和第二封堵袋2是膜袋，膜袋对聚氨酯反应原料浆液起到约束作用，聚氨酯反应原料浆液在腔体内反应膨胀，完成间隙上下侧的封堵。

本发明的工作过程为：

将第一封堵袋1和第二封堵袋2连接在钢护筒3上；

以打桩的形式沉入钢护筒3和桩体4，其中桩体4位于钢护筒3内并与钢护筒3形成环形的间隙；

将注浆设备6(注浆设备6可以是专利申请号为cn201310124851.2的集成式高聚物注浆系统)放置在海上操作平台7上，先往第一封堵袋1的任一第一注料口注入a组分和b组分。当另一第一注料口开始冒出注浆材料后，停止往第一腔体内注浆；再往第二封堵袋2的任一第二注料口注入a组分和b组分。当另一第二注料口开始冒出注浆材料后，停止往第二腔体内注浆；第一封堵袋1和第二封堵袋2膨胀，封堵间隙的顶侧和底侧，使得注料腔5为密闭的腔体；

利用注浆设备6往注料腔5内注入第一反应材料和第二反应材料，第一反应材料和第二反应材料反应并膨胀，封堵注料腔5，注料腔5内的水从出水口排出；此时，第一封堵袋1和第二封堵袋2对注浆材料具有约束作用。

在出水口处安装摄像头，通过摄像头观察出水口的排液情况；待出水口排出注浆材料3－10分钟后，停止往注料腔5内注入注浆材料，完成封堵；

安排潜水员拆除海上风机桩基注浆封堵装置。

综上，本发明实施例提供一种海上风机桩基注浆封堵方法，其通过在钢护筒上连接第二封堵袋，往第二封堵袋内注料，使得膨胀的第二封堵袋分别与桩体和钢护筒抵接，能够封堵不均匀间隙的底部，即使桩体没有设置在钢护筒的中心处也不会影响间隙底部的封堵，解决了不均匀间隙的封底难题。而且，钢护筒上还连接有第一封堵袋，第一封堵袋设置在钢护筒内，能够封堵注料腔的上侧。第一封堵袋和第二封堵袋能够封堵不均匀的间隙，形成封闭的环形注料腔。最后在注料腔内注入注浆材料，对间隙的中部进行封堵。通过从上而下对间隙进行三重封堵，能够加强钢护筒和桩体之间的间隙封堵效果，该技术施工快捷，方便，节省工期，同时也降低了成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。