一种后桩法导管架水下灌浆管线系统及灌浆封堵方法与流程

本申请属于导管架结构技术领域，具体涉及一种后桩法导管架水下灌浆管线系统及灌浆封堵方法。

背景技术：

导管架结构是海上风电风机基础、海上升压站基础和海上采油平台基础的主要基础结构型式之一，灌浆连接技术是导管架基础施工的关键技术，而灌浆管线设计与灌浆封堵是导管架水下灌浆的重中之重。一般来说，导管架安装施工工艺分为“先桩法”和“后桩法”两种工艺。针对不同的导管架结构可以采用不同的封堵方式，对于“后桩法”施工工艺导管架水下灌浆封堵可以采用“主动式”或“被动式”两种不同类型的封堵方式。

水下灌浆是导管架基础施工的一项关键工序，通常采用泵送压浆的方式将灌浆料从环形空间底部自下而上通过水下灌浆方式灌注到导管架与钢管桩之间的环形空间。对于导管架水下灌浆施工而言，灌浆管线设计的合理性和灌浆封堵措施的有效性，也是影响导管架水下灌浆成败的关键因素。如果上述问题处理不当，会出现灌浆过程易堵管和封堵器封闭不严、损坏等现象，产生漏浆严重影响施工效果。

对应封堵而言，常见的问题一个是封堵器损坏导致封堵失败，另一个是封堵器导致打桩过程发生“卡桩”。一般来说，“卡桩”更多发生在采用“被动式”封堵器方式。无论是“主动式”还是“被动式”封堵器，在实际工程中均发生过封堵器破坏导致水下封堵失效引起漏浆的情况发生，一旦发生漏浆现场处理起来非常困难，并且造成灌浆料的浪费。主动式封堵器比较典型的是“气囊式”封堵器，采用橡胶囊内充气或充水的方式进行主动式封堵。虽然国外应用较多、技术成熟，但价格较高。

灌浆过程中最常见的问题是封堵器封闭不严、损坏，进一步造成灌浆时漏浆、灌浆材料的浪费和工期延长。封堵器封闭不严的主要原因主要有两方面，一方面是封堵器与钢管桩之间的间隙太大，海床面的上层土质多为淤泥质土，淤泥反向挤压封堵器橡胶囊进入环形空间，这样就造成了封堵器封闭不严。另一方面，在打桩作业中，插桩位置不正以及锤击的冲击力很大，就会造成封堵器的损坏或者磨损。

申请内容

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后桩法导管架水下灌浆管线系统及灌浆封堵方法，其灌浆管线系统加工方便且灌浆封堵方法简单，提高了灌浆效率和灌浆质量，保证导管架水下灌浆成功率和水下灌浆质量。

为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：

一种后桩法导管架水下灌浆管线系统，所述管线系统向导管架和钢管桩之间的环形空间输送罐浆料，其包括至少一根主灌浆管，至少一根备用灌浆管、至少一根封底灌浆管以及环形封堵器，所述主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管均穿过所述导管架的外侧壁面并与所述环形空间连通设置，所述环形封堵器环形设置在所述导管架的底部内侧，并与所述封底灌浆管连通设置；其中，所述封底灌浆管中的封底灌浆口的高程低于所述主灌浆管上的主灌浆口的高程，所述主灌浆管上的主灌浆口的高程低于所述备用灌浆管中的备用灌浆口的高程。

所述主灌浆口的高程比所述封底灌浆口的高程高0.5-1m。

相邻设置的所述备用灌浆口每隔5-10m设置。

所述封底灌浆口位于所述环形封堵器橡胶囊内。

所述主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管通过固定管安装在所述导管架的外侧壁面上。

基于所述后桩法导管架水下灌浆管线系统的灌浆封堵方法，通过封底灌浆管泵送灌浆料将封堵器中的橡胶囊填充鼓起，待浆料硬化；通过主灌浆管向环形空间内灌浆；当环形空间的水从高于海平面设置的第二备用灌浆口完全流出后，关闭该备用灌浆管口上面的阀门继续灌浆，直至灌浆结束。

当所述主灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换备用灌浆管继续向环形空间内灌浆。

当其中一个备用灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换其他备用灌浆管继续向环形空间内灌浆。

所述主灌浆管先泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。

所述备用灌浆管先泵送水，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)本申请预制灌浆管路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)本申请针对海上升压站“后桩法”斜桩导管架单个环空灌浆高度较高的问题，提出“一主多备”的灌浆管线设计方法，其中，主灌浆口位于封堵灌浆口上大约0.5m，备用灌浆口每隔5m～10m设置一个，这种灌浆管线设计大大降低灌浆过程应急处理的风险；

(3)本申请通过先向橡胶囊内充浆并等浆体硬化后将形成整体的底部封堵，之后再进行正常的灌浆工序，可以有效避免灌浆过程中的漏浆问题；

(4)本申请适用于各种地质的条件的导管架水下灌浆，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：本申请后桩法导管架水下灌浆管线系统的俯视图；

图2：本申请中封底灌浆管的布设示意图；

图3：本申请中灌浆管的布设示意图一；

图4：本申请中灌浆管的布设示意图二。

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4所示，本实施例后桩法导管架水下灌浆管线系统，所述管线系统向导管架a和钢管桩b之间的环形空间输送罐浆料，其包括至少一根主灌浆管，至少一根备用灌浆管、至少一根封底灌浆管6以及环形封堵器c。所述主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管6均穿过所述导管架a的外侧壁面并与所述环形空间连通设置，所述环形封堵器c环形设置在所述导管架a的底部内侧，并与所述封底灌浆管6连通设置。本实施例提出“一主多备”的管线设计，在主灌浆管出现堵管情况时，可以启用备用灌浆管对环形空间进行灌浆，提高了水下灌浆效率和灌浆质量。

本实施例的后桩法是指在施工过程中，先放导管架a，再进行钢管桩b的插桩操作。在本实施例中，所述导管架a和钢管桩b均为倾斜设置，该设置方式根据具体的施工工况进行适应性选择，并不对本申请的保护范围造成限定，本实施例亦适用于导管架a和钢管桩b进行垂直施工的施工场景，亦适用于前桩法导管架的灌浆系统。

其中，所述封底灌浆管6中的封底灌浆口6#的高程低于所述主灌浆管上的主灌浆口的高程，所述主灌浆管上的主灌浆口的高程低于所述备用灌浆管中的备用灌浆口的高程。进一步地，在本实施例中，所述主灌浆口的高程比所述封底灌浆口的高程高0.5-1m。相邻设置的所述备用灌浆口每隔5-10m设置。上述设置方式大大降低了灌浆过程应急处理的风险。

所述主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管6通过固定管a1安装在所述导管架a的外侧壁面上。在本实施例中，还可以通过其他固定方式进行固定安装，比如固定柱、固定板以及固定块等，并不对本申请的保护范围造成限定。

其中，在所述导管架a支腿内侧还安装有导向块a2，所述导向块a2用于对所述钢管桩b的倾斜安装起到导向作用，并且所述导向块a2设置在环形封堵器c的上方，其还起到对所述环形封堵器c保护的作用，有效地防止了所述钢管桩b在插桩下降过程中对所述环形封堵器c造成的损伤等，其中，插桩过程中出现的问题，如插桩位置不正以及锤击的冲击力很大等。

在本实施例中，所述主灌浆管的设置数量为两根，分别为第一主灌浆管1和第二主灌浆管5，其对应设置的灌浆口分别对应为第一主灌浆口1#以及第二主灌浆口5#；备用灌浆管的设置数量为三根，分别为第一备用灌浆管2、第二备用灌浆管3以及第三备用灌浆管4，其对应设置的灌浆口分别对应为第一备用灌浆口2#、第二备用灌浆口3#以及第三备用灌浆口4#；所述封底灌浆管6的设置数量为一根，其对应设置的灌浆口为封底灌浆口6#。上述主灌浆管、备用灌浆管以及封底灌浆管6的设置数量并不对本申请的保护范围造成限定，其设置数量也可根据实际的施工高程进行适当地增加或减少，但是需满足设置一根主灌浆管和至少一根封底灌浆管6，当施工高程较低时，可以不用设置备用灌浆管；当施工高程较高时，按照每隔5-10m设置一个备用灌浆管。

在本实施例中，在垂直设置方向上，下文所述的第二备用灌浆管3和第三备用灌浆管4设置在同一垂直线上。其中，所述第一主灌浆管1、第二主灌浆管5、备用灌浆管6、第一备用灌浆管2、第二备用灌浆管3以及第三备用灌浆管4可以按照如图1所示的布设方式进行安装，但并不对本申请的保护范围造成限定，在实际使用过程中，可以根据实际情况将上述灌浆管安装在所述导管架a的外侧壁面的不同位置，相邻灌浆管之间设置角度亦可随之改变。

作为进一步地改进，所述第一备用灌浆口2#的高程高于所述第一主灌浆口1#或者所述第二主灌浆口5#的高程，其中第一主灌浆口1#和所述第二主灌浆口5#的高程位于同一高程位置，所述第二备用灌浆口3#的高程高于所述第一备用灌浆口2#的高程，所述第三备用灌浆口4#高于所述第二备用灌浆口3#的高程。其中，所述第一备用灌浆口2#与所述第二备用灌浆口3#相隔5-10m设置，所述第二备用灌浆口3#和所述第三备用灌浆口4#相隔5-10m设置。

在本实施例中，所述第二备用灌浆口3#设置在海平面以上，优选地，所述第二备用灌浆口3#设置在海平面1m以上的位置。进一步地，在海水高潮或低潮时，所述第二备用灌浆口3#均设置在海平面以上。

在本实施例中，所述封底灌浆口6#位于所述环形封堵器c橡胶囊内。本实施例结合一种橡胶囊式封堵器，其介于主动封堵和被动封堵之间，较好地解决了水下灌浆封堵问题。具体为，通过在自封闭式封堵器橡胶囊中增加封底灌浆管6，施工中采用先对环形封堵器c中的橡胶囊灌浆并等浆料硬化后与橡胶囊一起形成整体的封堵，然后再进行环形封堵器c上方环空空间的水下灌浆。上述橡胶囊与其内的灌浆料形成的整体封堵有效地解决了灌浆过程中的漏浆问题；有效避免了现有技术中灌浆过程中最常见的问题，如封堵器封闭不严、损坏，进一步造成的灌浆时漏浆、灌浆材料的浪费以及工期延长等。

本实施例中采用的橡胶囊式环形封堵器c与钢管桩b之间的间隙大小合适，虽然海床面的上层土质多为淤泥质土，但淤泥并不会反向挤压封堵器橡胶囊而进入环形空间，因为橡胶囊和其内的灌浆料形成的是整体封堵，因此，本实施例中的环形封堵器c封堵严密，其可以在导管架灌浆施工中推广应用，具有推广和应用价值。

本实施例后桩法导管架水下灌浆管线系统的灌浆封堵方法，具体包括以下步骤；

首先，通过封底灌浆管6泵送灌浆料将封堵器c中的橡胶囊填充鼓起，待浆料硬化；浆料硬化后与橡胶囊一起形成整体的封堵，上述橡胶囊与其内的灌浆料形成的整体封堵有效地解决了灌浆过程中的漏浆问题。

其次，通过主灌浆管向环形空间内灌浆。在本实施例中，在对所述主灌浆管进行灌浆之前，先对所述主灌浆管泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。在步骤中，可以通过第一主灌浆管1或者第二灌浆管5向环形空间内进行灌浆。

其中，通过泵送水可以对主灌浆管中的杂质等进行冲洗并起到润湿管线的作用；所述润管料对主灌浆管进行润管，能够有效地能够防止压浆过程可能发生的堵管现象，其中，所述润管料为水下不分散的润管料；所述灌浆料为特殊水下灌浆材料，其不同于普通的水泥基灌浆料，其具有大流动性、抗水分散性、早强、微膨胀以及抗疲劳等优异性能。本实施例要求灌浆料在泵送液相阶段具有高度流动粘稠性和高度稳定性，同时需要灌浆料具有高强度。

然后，当环形空间的水从第二备用灌浆口3#完全流出后，关闭第二备用灌浆管口3#上面的阀门继续灌浆，直至灌浆结束。其中，所述第二备用灌浆口3#设置在海平面以上。

在本实施例中，在对所述第一备用灌浆管2/第二备用灌浆管3(如果需要)/第三备用灌浆管4(如果需要)进行灌浆之前，先对所述第一备用灌浆管2/第二备用灌浆管3/第三备用灌浆管4泵送水，再泵送润管料，最后泵送灌浆料。其中，通过泵送水可以对第一备用灌浆管2/第二备用灌浆管3/第三备用灌浆管4中的杂质等进行冲洗并起到润湿管线的作用；所述润管料对第一备用灌浆管2/第二备用灌浆管3/第三备用灌浆管4进行润管，能够有效地能够防止压浆过程可能发生的堵管现象，其中，所述润管料为水下不分散的润管料；所述灌浆料为特殊水下灌浆材料，其不同于普通的水泥基灌浆料，其具有大流动性、抗水分散性、早强、微膨胀以及抗疲劳等优异性能。本实施例要求灌浆料在泵送液相阶段具有高度流动粘稠性和高度稳定性，同时需要灌浆料具有高强度。

当所述主灌浆管(第一主灌浆管1或者第二主灌浆管5)在灌浆过程中出现堵管时，改换备用灌浆管继续向环形空间内灌浆。

当其中一个备用灌浆管在灌浆过程中出现堵管时，改换其他备用灌浆管继续向环形空间内灌浆。在本实施例中，可以选用第一备用灌浆管2、第二备用灌浆管3以及第三备用灌浆管4进行灌浆。

本申请适用于导管架和钢管桩之间环形空间水下灌浆施工，能有效的解决导管架水下灌浆易堵管和灌浆封堵失效漏浆的问题，属于海上风电灌浆特种施工技术领域。该技术为先放导管架，再插桩，最后打桩这项后桩法导管架施工工艺提供灌浆管线的设计方法，同时针对灌浆中存在的封堵器易损坏、淤泥易渗漏等问题。本申请施工方法简单，预制管线加工方便，提高了灌浆效率和灌浆质量，保证后桩法导管架水下灌浆顺利完成。

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。