一种混凝土预制桩海上沉桩辅助装置的制作方法

本实用新型属于海上沉桩技术领域，具体的说，是涉及一种混凝土预制桩海上沉桩辅助装置，特别适合海水面以下较密实砂土环境。

背景技术：

在海上进行平台作业，需要将平台基础打入海水以下土层中。相比于陆地施工，海上桩基的土层上方存在海水压力作用，使土体的密实度较高，且其中存在较强的应力场，所以海上混凝土预制桩沉桩更加困难。砂土表面粗糙，高应力场下会在预制桩沉桩过程中产生很大的摩擦阻力，故这种问题在砂土层中体现的更为明显。因此，海上桩基一般采用钢桩，相比混凝土预制桩可以尽量较小沉桩摩阻力。但是如何在海上高应力砂土中完成混凝土预制桩的沉桩一直没有得到很好的解决，而要在海下砂土中顺利完成混凝土预制桩的沉桩，应设法降低砂土的应力水平和砂土与桩侧之间的摩擦系数。

水泥土搅拌桩是在一种在陆上施工中比较常用的地基处理方法，是采用水泥浆液与土拌合成水泥土加固体的化学加固方法。陆上的水泥土搅拌桩技术一般用以加固处理软弱地基土。

技术实现要素：

本实用新型着力于解决海上混凝土预制桩在海水以下的地基土，尤其是砂土中沉桩困难的技术问题，提供了一种混凝土预制桩海上沉桩辅助装置，将水泥土搅拌桩技术应用于海上混凝土预制桩施工中，降低混凝土预制桩的沉桩贯入阻力，并且实现一次性沉桩，节省工期。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案予以实现：

一种混凝土预制桩海上沉桩辅助装置，包括搅拌注浆管，所述搅拌注浆管沿轴向交替设置有多个搅拌叶片组和多个注浆口组，且所述搅拌叶片组和所述注浆口组沿所述搅拌注浆管的轴向间隔布置；每个搅拌叶片组包括多个在所述搅拌注浆管的侧壁径向均布的搅拌叶片，每个注浆口组包括多个在所述搅拌注浆管的侧壁径向均布的注浆口；所述搅拌注浆管底端设置有钻头，所述搅拌注浆管连接有旋转驱动设备。

进一步地，每个搅拌叶片组的外径不小于混凝土预制桩的外径。

进一步地，所述搅拌叶片组和所述注浆口组沿所述搅拌注浆管的轴向等间距布置。

进一步地，所述钻头表面设置有若干凸起。

本实用新型的有益效果是：

(一)利用本实用新型的搅拌注浆管的搅拌叶片组搅拌高应力水平高密实度的砂土，破坏其原有的土体结构，形成更为松散的土体结构；通过搅拌注浆管的注浆口组注入水泥浆，使水泥浆与砂土充分混合形成应力水平较低的水泥砂土，降低砂土颗粒表面的粗糙程度；经处理后混凝土沉桩时的灌入阻力将明显减小，可以顺利实现混凝土预制桩在海水环境下的砂土体中的下沉。

(二)利用本实用新型搅拌注浆处理后，砂土与水泥浆液混合成为水泥砂土，此水泥砂土与桩体的接触面相比未处理的砂土与桩体的接触面，其力学连接效果有明显的提升；待水泥砂土养护完成后，水泥砂土与混凝土预制桩的外壁形成有效连接，增大混凝土预制桩的有效受力范围，显著提高混凝土预制桩的承载力。

附图说明

图1为本实用新型所提供的混凝土预制桩海上沉桩辅助装置的结构示意图；

图2为利用本实用新型施工过程中的钻进和搅拌作业状态示意图；

图3为利用本实用新型施工过程中的注浆和搅拌作业状态示意图；

图4为利用本实用新型施工过程中的沉桩作业状态示意图；

图5为混凝土预制桩与水泥砂土混合结构的水平剖面图。

上述图中：1-搅拌叶片组；2-注浆口组；3-搅拌注浆管；4-钻头；5-水泥砂土；6-混凝土预制桩。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本实施例提供了一种混凝土预制桩海上沉桩辅助装置，包括钢制的搅拌注浆管3，搅拌注浆管3上设置有多个搅拌叶片组1和多个注浆口组2。搅拌叶片组1和注浆口组2沿搅拌注浆管3的轴向上交替设置，并且搅拌叶片组1和注浆口组2间隔排列。当搅拌叶片组1和注浆口组2沿搅拌注浆管3的轴向等间距布置时，注浆搅拌效果更佳。

每个搅拌叶片组1包括多个搅拌叶片，多个搅拌叶片在搅拌注浆管3的侧壁上径向均匀分布。搅拌叶片组1的外径(即搅拌叶片组1中多个搅拌叶片的外切圆直径)不小于混凝土预制桩6的外径。

每个注浆口组2包括多个注浆口，多个注浆口在搅拌注浆管3的侧壁上径向均匀分布。

搅拌注浆管3底端设置钻头4，钻头4通过螺栓或者螺纹固定连接于搅拌注浆管3的底端，或者钻头4与搅拌注浆管3一体成型。钻头4通过向下钻进使搅拌注浆管3下部的砂土松软，减小搅拌注浆管3下沉过程中的阻力。钻头4表面设置有若干凸起，以便于顺利的在土体中向下钻进。

搅拌注浆管3连接有旋转驱动设备，旋转驱动设备驱动搅拌注浆管3绕其轴线旋转。搅拌注浆管3不仅为注浆口组2输送水泥浆液，也通过搅拌注浆管3自身的转动带动钻头4、搅拌叶片组1、注浆口组2的转动，为钻头4、搅拌叶片组1、注浆口组2提供扭矩。

由此，随着搅拌注浆管3向下钻进，通过搅拌叶片组1搅拌高应力水平高密实度的砂土，破坏其原有的土体结构，形成更为松散的土体结构；通过注浆口组2注入水泥浆，使水泥浆与砂土充分混合形成应力水平较低的水泥砂土，降低砂土颗粒表面的粗糙程度；经处理后沉桩时的灌入阻力将明显减小，可以顺利实现混凝土预制桩在海水环境下的砂土体中的下沉。

本实用新型的混凝土预制桩海上沉桩辅助装置，利用水泥土搅拌技术处理海水中高应力状态的砂土，不是为了形成水泥土搅拌桩，而是借用注浆和搅拌使砂土变松软，降低处理区砂土的密实程度，并使桩土接触面润滑，减小沉桩时的桩端阻力和桩侧阻力。

利用本实用新型的混凝土预制桩海上沉桩辅助装置，进行海上沉桩施工过程如下：

步骤一：定位沉桩位置，将搅拌注浆管3垂直放置在沉桩位置正上方。

步骤二：如图2所示，进行钻进和搅拌作业：开启旋转驱动设备并下放搅拌注浆管3，一边利用钻头4钻孔，一边利用搅拌叶片组1搅拌，直至钻头4达到设计混凝土预制桩6的沉桩标高。该步骤使搅拌区砂土从高应力紧密状态变成较松散状态，形成应力水平较低的砂土。

步骤三：如图3所示，进行注浆和搅拌作业：保持搅拌注浆管3的高度不变，通过注浆泵向搅拌注浆管3输送水泥浆液，一边通过注浆口组2注入水泥浆液，一边利用搅拌叶片组1拌合水泥浆液和砂土，使配好的水泥浆液与拟沉桩处的砂土充分搅拌混合，形成水泥砂土5。

其中，考虑海水对浆液的稀释作用，所用水泥浆液的水灰比不大于0.4。

步骤四：将搅拌注浆管3从松散的水泥砂土5中向上提出。

步骤五：如图3所示，利用沉桩设备将混凝土预制桩6向下放送至设计沉桩标高位置。

混凝土预制桩6在海上施工沉桩作业前预制完成，混凝土预制桩6采用的水泥抗渗等级不小于p8，具体等级应视桩顶处受到的海水压力而定。另外，混凝土预制桩6可以采用抗渗抗腐蚀的混凝土提前预制养护成桩，不用在海水下进行混凝土养护，保证了较高的成桩质量，可以避免钻孔桩在水下环境中养护时海水中各种有害离子对混凝土预制桩6的耐久性造成不利影响。

步骤六：静置养护水泥砂土5，至水泥砂土5强度达到要求。

静置养护后，如图4所示，水泥砂土5与混凝土预制桩6之间形成具有足够强度的有效连接，成为一个受力工作整体，增大混凝土预制桩6的承载力。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。