一种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：

海上风力发电技术是新兴的发电技术，其利用风力发电，是可持续发展的重要能源技术。在海上建立单桩结构是海上风力发电的一种常用结构。在施工过程中，将钢护筒以打桩的形式竖直插入海底泥层中，再将桩体插入钢护筒内。在将桩体插入钢护筒内后，桩体和钢护筒之间形成环形间隙。

然而，在实际操作中，无法确保桩体的轴线与钢护筒的轴线为同一直线，也就是说，无法确定桩体竖直设置在钢护筒的中心处。

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，其能解决无法确定桩体位于钢护筒中心处，导致间隙不均匀的问题。

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：

在泥层上钻孔；

将模袋连接在钢护筒的内侧壁上；所述模袋沿所述钢护筒的内壁环绕设置，所述模袋具有腔体；

将所述钢护筒竖直沉入所述钻孔内，所述钢护筒的上部位于海平面的上方；

将桩体沉入所述钢护筒内，使得所述钢护筒和所述桩体之间形成环形的间隙；

同时往所述腔体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在所述腔体内反应，令所述模袋体积膨胀，使得所述模袋与所述桩体的外侧抵接，以封堵所述间隙；随后停止往所述腔体内注入所述第一反应材料和所述第二反应材料。

可选地，在将模袋连接在钢护筒的内侧壁上的步骤中，具体为：

采用第一环箍将所述模袋的上端固定在所述钢护筒的内壁上端；采用第二环箍将所述模袋的下端固定在所述钢护筒的内壁下端。

可选地，将所述模袋的长度定义为d；

将所述钢护筒的内径定义为r1；

其中，d＞r1。

可选地，将所述桩体的外径定义为r2；

将所述间隙的最大宽度定义为δ；

所述第一环箍的宽度和所述第二环箍的宽度相同，均定义为a；

将所述模袋贴附在所述桩体上的最大高度定义为h；

其中，d＝2(r1－r2+δ+a)+h。

可选地，所述第一反应材料和所述第二反应材料均为高聚物。

可选地，在将模袋连接在钢护筒的内侧壁上后，还包括：

在所述模袋上开设出料口；

在同时往所述腔体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在所述腔体内反应并令所述模袋体积膨胀，使得所述模袋与所述桩体的外侧抵接，以封堵所述间隙后，还包括：

待所述出料口排出所述第一反应材料和/或所述第二反应材料的持续时间达2－8分钟后，停止往所述腔体内注入所述第一反应材料和所述第二反应材料。

可选地，在所述模袋上开设出料口后，还包括：

在所述出料口处连接出料管；

在将模袋连接在钢护筒的内侧壁上后，还包括：

将连接管连接在所述钢护筒的外侧，所述连接管与所述腔体连通，所述出料管设置在所述连接管内。

可选地，在在所述出料口处连接出料管后，还包括：

在所述出料管远离所述钢护筒的一端安装摄像头；

在待所述出料口排出所述第一反应材料和/或所述第二反应材料的持续时间达2－8分钟后，停止往所述腔体内注入所述第一反应材料和所述第二反应材料的步骤中，具体为：

根据所述摄像头判断所述出料口排出所述第一反应材料和/或所述第二反应材料的情况。

可选地，在在所述出料口处连接出料管后，还包括：

在所述连接管远离所述钢护筒的一端端口设置密封盖，所述出料管穿过所述密封盖与所述出料口连通。

可选地，所述腔体具有第一注浆口和第二注浆口；

在往所述腔体内注入所述第一反应材料和所述第二反应材料前，还包括：

在所述第一注浆口连接第一注浆管，在所述第二注浆口连接第二注浆管，所述第一注浆管远离所述第一注浆口的一端连接第一注浆设备，所述第二注浆管远离所述第二注浆口的一端连接第二注浆设备；

在同时往所述腔体内注入第一反应材料和第二反应材料的步骤中，具体为：

同时开启所述第一注浆设备和所述第二注浆设备，所述第一反应材料经过所述第一注浆管从所述第一注浆口进入所述腔体内；所述第二反应材料经过所述第二注浆管从所述第二注浆口进入所述腔体内。

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：本发明将桩体和钢护筒沉入泥层后，桩体设置在钢护筒内，桩体和钢护筒形成不均匀的环形结构。通过往模袋的腔体内同时注入第一反应材料和第二反应材料，令第一反应材料和第二反应材料在腔内接触并迅速反应膨胀，使得模袋的体积变大，封堵不均匀的间隙。由于模袋环绕在桩体外周，模袋均匀膨胀会推动桩体靠近钢护筒中心方向移动，即使桩体不在钢护筒的中心位置也可以完成封堵，解决了桩体和钢护筒之间不均匀间隙的封底问题，确保桩体竖直设置在钢护筒的中心处。

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将模袋连接在钢护筒上的结构图；

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沉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腔体注入第一反应材料和第二反应材料的结构图。

图中，1、模袋；2、钢护筒；3、桩体；4、出料管；5、连接管；6、密封盖；7、第一注浆管；8、海上操作平台；9、第一注浆设备；第一环箍；11、第二环箍。

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4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：

按照设计要求在泥层上钻孔；为海上风机桩基注浆封堵提供施工位置；

设计并加工钢护筒2：将模袋1连接在钢护筒2的内侧壁上；其中，模袋1沿钢护筒2的内壁环绕设置；模袋1的形状为长方形，其在钢护筒2的内周壁上环绕一圈，首尾相接，形成环状结构。模袋1具有用于容纳第一反应材料和第二反应材料的腔体；

确定打桩位置，将钢护筒2按照设计要求竖直沉入钻孔底部的泥床内，钢护筒2的上部位于海平面的上方；

将桩体3以打桩的形式沉入钢护筒2内，使得钢护筒2和桩体3之间形成环形的间隙；间隙的形状为不均匀的环形；

同时往腔体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在腔体内反应，令模袋1体积膨胀，使得模袋1同时与桩体3的外侧和钢护筒2的内侧抵接，以封堵间隙；随后停止往腔体内注入第一反应材料和第二反应材料。

本实施例中的模袋1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，可以是土工布。

可选地，第一反应材料和第二反应材料均为高聚物。高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物，又称高分子或大分子等。高聚物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。具体地，可以包括公开号为cn106894409b专利中的聚氯酯反应原料浆液，聚氯酯反应原料浆液包括a组分和b组分，两个组分接触后发生反应并膨胀，充满腔体，使得模袋1快速膨胀。

基于上述技术方案，模袋1对第一反应材料和第二反应材料反应后产生的反应物起到约束作用。第一反应材料和第二反应材料在腔体内一经混合迅速反应膨胀，使得模袋1的体积增大，填充并封堵在钢护筒2和桩体3之间的间隙中。由于模袋1环绕钢护筒2的内壁设置，模袋1能够均匀膨胀。膨胀后的模袋1推动钢护筒2内的桩体3朝向钢护筒2的中心处移动，使得钢护筒2的轴线与桩体3的轴线位于同一直线上，确保桩体3竖直设置在钢护筒2中心处，能够封堵间隙，解决了桩体3和钢护筒2之间间隙宽度不确定的封堵难题。

其中，在将模袋1连接在钢护筒2的内侧壁上的步骤中，具体操作为：采用第一环箍10将模袋1的上端固定在钢护筒2的内壁中部；采用第二环箍11将模袋1的下端固定在钢护筒2的内壁下端。采用环箍连接模袋1后，再将环箍螺接在钢护筒2的端部，实现模袋1和钢护筒2之间的连接。

具体地，将模袋1的长度定义为d；将钢护筒2的内径定义为r1；其中，d＞r1，使得模袋1的两端首尾相接时能有多余的部分供工作人员将首尾两端粘接在一起，形成环状结构的模袋1。将桩体3的外径定义为r2；将间隙的最大宽度定义为δ；第一环箍10的宽度和第二环箍11的宽度相同，均定义为a；将模袋1贴附在桩体3上的最大高度定义为h；其中，d＝2(r1-r2+δ+a)+h。根据环箍的宽度，加上桩体3、钢护筒2和间隙的尺寸影响，根据d＝2(r1-r2+δ+a)+h的公式，工作人员可以根据实际情况，采用不同尺寸的模袋1。使得模袋1的尺寸具有可预测性，并能够根据不同情况采用不同长度的模袋1。

具体地，为了防止腔体内的第一反应材料和第二反应材料在完全反应后，挤破模袋1，在将模袋1连接在钢护筒2的内侧壁上后，还包括：在模袋1上开设出料口。通过在模袋1上设置出料口，使得腔体内过多的第一反应材料和第二反应材料能够从出料口排出，防止模袋1内物料过多，导致腔体内压力过大，产生危险。

在同时往腔体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在腔体内反应并令模袋1体积膨胀，使得模袋1与桩体3的外侧抵接，以封堵间隙后，还包括：待出料口排出第一反应材料和/或第二反应材料的持续时间达2－8分钟后，停止往腔体内注入第一反应材料和第二反应材料。本实施例中，在出料口处排出第一反应材料和/或第二反应材料5分钟后，停止往腔体内注入反应材料。经过2－8分钟的等待后，可以确定第一反应材料和第二反应材料应该完全充满腔体，此时可以停止注浆，避免造成反应材料的浪费。若等待时间少于2分钟，则可能存在部分腔体的空间未被高聚物完全占据的情况。

另外，在模袋1上开设出料口后，还包括：在出料口处连接出料管4。出料管4用于引导腔体内多余的第一反应材料和/或第二反应材料导出。出料口设置在模袋1靠近钢护筒2的一侧，出料管4穿过钢护筒2的外侧插入出料口内。

在将模袋1连接在钢护筒2的内侧壁上后，还包括：将连接管5连接在钢护筒2的外侧。本实施例中的连接管5倾斜钢护筒2的外侧。当将钢护筒2插入泥层时，连接管5位于泥层上方。连接管5与腔体连通，出料管4设置在连接管5内。连接管5能够保护出料管4不受外界环境影响。在本实施例中，连接管5为无缝钢管，其通过焊接的方式连接在钢护筒2的外侧。出料管4位于连接管5内，并穿过钢护筒2插入出料口中。

进一步地，在在出料口处连接出料管4后，还包括：在出料端远离钢护筒2的一端安装摄像头。在待出料口排出第一反应材料和/或第二反应材料的持续时间达2－8分钟后，停止往腔体内注入第一反应材料和第二反应材料的步骤中，具体为：根据摄像头判断出料口排出第一反应材料和/或第二反应材料的情况。摄像头与监控室的电脑电连接，其用于监测排水管的排液情况，工作人员无需时刻在现场观察排水口的情况，能够通过将摄像头与监控室的电脑电连接，在监控室远程监控排液情况。

此外，在在出料口处连接出料管4后，还包括：在连接管5远离钢护筒2的一端端口设置密封盖6，密封盖6通过螺接的方式连接在连接管5上。出料管4穿过密封盖6与出料口连通。通过在连接管5设置密封盖6，确保外部空气不会从连接管5进入腔体内，保证在往腔体内注入第一反应材料和第二反应材料时，不会因为腔体内有过多空气无法排出，使得第一反应材料和第二反应材料无法完全占有腔体，导致腔体内出现气泡，影响封堵效果。

更进一步地，腔体具有第一注浆口和第二注浆口。第一注浆口用于往腔体内注入第一反应材料，第二注浆口用于往腔体内注入第二反应材料。

在往腔体内注入第一反应材料和第二反应材料前，还包括：在第一注浆口连接第一注浆管7，在第二注浆口连接第二注浆管，第一注浆管7远离第一注浆口的一端连接第一注浆设备9，第二注浆管远离第二注浆口的一端连接第二注浆设备。本实施例中的第一注浆设备9和第二注浆设备均可以是专利申请号为cn201310124851.2的集成式高聚物注浆系统，其机动性强，可车载亦可船载。第一注浆设备9和第二注浆设备分别通过第一注浆管7和第二注浆管注入公开号为cn106894409b中的a组分和b组分，使得a组分和b组分在填充腔内接触，迅速反应膨胀，以填充模袋1。第一注浆管7和第二注浆管设置在连接管5内，二者均穿过密封盖6和钢护筒2插入腔体内。第一注浆管7和第二注浆管用于引导a组分和b组分进入腔体内。在实际操作中，工作人员将第一注浆设备9和第二注浆设备放置在海上操作平台8上，将第一注浆管7连接第一注浆设备9，将第二注浆管连接第二注浆设备。开启第一注浆设备9，往腔体内注入a组分。同时开启第二注浆设备，往腔体内注入b组分。a组分和b组分在腔体底部一经混合迅速反应膨胀，填充在腔体内。模袋1对高聚物具有约束作用。模袋1膨胀，以封堵间隙。

在同时往腔体内注入第一反应材料和第二反应材料的步骤中，具体为：同时开启第一注浆设备9和第二注浆设备，第一反应材料经过第一注浆管7从第一注浆口进入腔体内；第二反应材料经过第二注浆管从第二注浆口进入腔体内。同时开启两台注浆设备，使得a组分和b组分同时被注入腔体内，a组分和b组分在腔体内接触迅速反应膨胀，以充满腔体，实现封堵间隙的效果。

本发明的工作过程为：

在泥层上钻孔；

采用第一环箍10将模袋1的上端固定在钢护筒2的内壁上端；采用第二环箍11将模袋1的下端固定在钢护筒2的内壁下端。模袋1沿钢护筒2的内壁环绕设置。模袋1具有腔体，腔体具有第一注浆口和第二注浆口；

在第一注浆口连接第一注浆管7，在第二注浆口连接第二注浆管。其中，第一注浆管7设置在连接管5内。第一注浆管7远离第一注浆口的一端连接第一注浆设备9，第二注浆管远离第二注浆口的一端连接第二注浆设备；

在模袋1上开设出料口，在出料口处连接出料管4；

将连接管5连接在钢护筒2的外侧，连接管5与腔体连通，出料管4设置在连接管5内；

在连接管5远离钢护筒2的一端端口设置密封盖6，出料管4穿过密封盖6与出料口连通；

在出料管4远离钢护筒2的一端安装摄像头；

将钢护筒2竖直沉入钻孔内，钢护筒2的上部和连接管5均位于泥层的上方；

将桩体3沉入钢护筒2内，使得钢护筒2和桩体3之间形成环形的间隙；

同时开启第一注浆设备9和第二注浆设备，第一反应材料经过第一注浆管7从第一注浆口进入腔体内；第二反应材料经过第二注浆管从第二注浆口进入腔体内；

第一反应材料和第二反应材料在腔体内反应，令模袋1体积膨胀，使得模袋1与桩体3的外侧抵接，以封堵间隙；

待出料口排出第一反应材料和/或第二反应材料的持续时间达2－8分钟后，停止往腔体内注入第一反应材料和第二反应材料；

作业完毕后，潜水员拆除第一注浆管7和第二注浆管8等设施。

综上，本发明实施例提供一种海上风机桩基注浆封堵方法，其将桩体和钢护筒沉入泥层后，桩体设置在钢护筒内，桩体和钢护筒形成不均匀的环形结构。通过往模袋的腔体内同时注入第一反应材料和第二反应材料，令第一反应材料和第二反应材料在腔内接触并迅速反应膨胀，使得模袋的体积变大，封堵不均匀的间隙。由于模袋环绕在桩体外周，模袋均匀膨胀会推动桩体靠近钢护筒中心方向移动，即使桩体不在钢护筒的中心位置也可以完成封堵，解决了桩体和钢护筒之间不均匀间隙的封底问题，确保桩体竖直设置在钢护筒的中心处。

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。