本發明涉及一種海上非打入型大直徑單樁基礎結構及其施工方法。適用于海上風電等行業。

背景技術：

隨著藍天保衛戰的打響以及可再生能源技術的發展，海上風能作為風能發展的重要方向，其不占用陸地資源，風速高，離消納負荷中心近等特點使其迎來了新的快速發展。

海上風電的基礎結構作為連接風機塔筒和地基的橋梁，承擔著風、浪、流等復雜循環環境荷載的聯合作用，其結構型式設計及施工方法是海上風電開發建設的關鍵技術難點之一。傳統高樁承臺結構在巖基區域存在無法穩樁，采用輔助措施后施工周期長，造價高，結構安全風險高等特點。而采用非打入型單樁基礎結構可以充分利用風化巖層水平承載能力高的優點，大幅節省鋼材，施工速度快，造價低。同時就全球海上風電發展現狀來看，大直徑單樁結構以其結構型式簡單，傳力路徑清晰，施工安裝方便等特點著稱，是目前最主流的風機基礎結構型式，但目前尚無在巖基區域采用非打入型大直徑樁的實施經驗。

對于福建、廣東等沿海海域存在部分基巖埋深較淺，大直徑單樁不能自穩或者樁體通過輔助措施可以自穩但無法通過液壓打樁錘打入等情況。雖然國內制樁工藝、單樁設備和沉樁能力在不斷提高，但對于此類地質條件，傳統的國內現有大直徑單樁施工工藝已不滿足設計要求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種結構簡單、施工方便、受力明確的海上非打入型大直徑單樁基礎結構及其施工方法，旨在擴大大直徑單樁基礎的適用范圍，提高復雜地質條件下風機基礎結構海上施工效率，充分利用巖質地基條件下大直徑單樁的水平承載性能，提高基礎結構整體穩定性。

本發明所采用的技術方案是：一種海上非打入型大直徑單樁基礎結構，適用于巖質基礎，其特征在于：在巖質基礎上鉆設有鉆孔，鉆孔內植入大直徑單樁，大直徑單樁底部經水下封底混凝土封底，所述大直徑單樁外壁與鉆孔孔壁之間間隙充填有通過預裝于所述大直徑單樁內的灌漿系統灌入的灌漿材料。

所述灌漿系統包括若干固定于大直徑單樁下部外壁的若干圈水平向灌漿管和若干均勻固定于大直徑單樁內壁且從大直徑單樁上端延伸到所述水平向灌漿管相應位置的豎向灌漿管，所述豎向灌漿管經開設于大直徑單樁上的樁身開孔連通水平向灌漿管，所述水平向灌漿管上設有若干漿液溢出口。

所述水平向灌漿管為角鋼或1/4圓管與所述大直徑單樁外壁結合后形成。

所述角鋼或1/4圓管下邊部與大直徑單樁外壁采用連續焊相連；所述角鋼或1/4圓管上邊部與大直徑單樁外壁采用間斷焊相連，在角鋼或1/4圓管上邊部與直徑單樁外壁形成若干所述漿液溢出口。

所述豎向灌漿管為角鋼或1/4圓管與所述大直徑單樁內壁結合后形成。

所述灌漿材料滿足抗水分散性、凝結時間大于5小時、骨料最大粒徑小于5mm。

所述鉆孔孔徑大于所述大直徑單樁樁徑100～300mm。

所述大直徑單樁上套有鋼護筒，鋼護筒下端沉入巖質基礎，該鋼護筒與固定于巖質基礎上的施工平臺組合成整體。

一種海上非打入型大直徑單樁基礎結構的施工方法，其特征在于步驟如下：

a、在巖質基礎上搭設施工平臺；

b、將鋼護筒下端沉入巖質基礎，鋼護筒與施工平臺組成整體；

c、在鋼護筒上端架設鉆機本體，鉆機本體的嵌巖鉆機鉆頭通過鋼護筒筒內通道對鋼護筒對應的巖質基礎進行鉆孔作業至設計底高程；

d、清除鉆孔內的巖屑，并往鉆孔內植入預制好并布置有灌漿系統的大直徑單樁；

e、在大直徑單樁底部澆筑水下封底混凝土，等水下封底混凝土固化后通過灌漿系統對大直徑單樁外壁與鉆孔孔壁之間間隙進行灌漿操作；

f、拆除施工平臺和鋼護筒。

本發明的有益效果是：本發明結構簡單、施工方便，首次將大直徑單樁基礎的應用場景推廣至樁體不能滿足自穩和打樁錘無法直接打入等復雜地質條件；與傳統大直徑單樁施工工藝相比，無需采用大能量的液壓打樁錘，減少施工噪聲，環境友好。本發明通過鉆孔后植入大直徑單樁的方式，將大直徑單樁固定于巖質基礎上，操作簡單方便，提高施工效率。本發明通過大直徑單樁預設的灌漿系統自下而上灌漿，提供樁-巖之間空隙的密實性，提高水平承載性能和基礎整體結構的的穩定性。本發明通過間斷焊形成若干漿液溢出口，制作方便快捷、成本較低。本發明中在灌漿完成后，大直徑單樁外壁的水平向灌漿管增大大直徑單樁與灌漿材料的接觸面積，有助于提高基礎結構整體穩定性。

附圖說明

圖1為實施例的結構示意圖。

圖2為實施例中灌漿系統的結構示意圖。

圖3為圖2的a-a剖視圖。

圖4為圖2的b部放大示意圖。

圖5～圖9為實施例的施工過程示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例為一種海上非打入型大直徑單樁基礎結構，具有直徑為4.0～8.0m的大直徑單樁7，在巖質基礎1上鉆設有鉆孔2，鉆孔2孔徑大于所述大直徑單樁7樁徑100～300mm，大直徑單樁7植入鉆孔2內。大直徑單樁7底部澆筑水下封底混凝土8，大直徑單樁7外壁與鉆孔2孔壁之間間隙通過大直徑單樁內置的灌漿系統灌注有灌漿材料9，灌漿材料滿足抗水分散性、凝結時間大于5小時、骨料最大粒徑小于5mm。

如圖2～圖4所示，本實施例中灌漿系統包括兩條豎向灌漿管10和兩圈水平向灌漿管11，其中水平向灌漿管11位于大直徑單樁7下部，由圍繞大直徑單樁7外壁一圈的1/4圓管與單樁外壁圍合形成，該1/4圓管下邊部與大直徑單樁外壁采用連續焊相連，1/4圓管上邊部與大直徑單樁外壁采用間斷焊相連，從而在角鋼或1/4圓管上邊部與大直徑單樁外壁之間形成若干漿液溢出口1101；豎向灌漿管10由沿大直徑單樁7軸向布置，從大直徑單樁7上端延伸至與水平向灌漿管11對應位置的1/4圓管與單樁內壁圍合形成，該1/4圓管直接焊接固定于大直徑單樁7內壁，其頂部通過加強板12與大直徑單樁7內壁焊接。本實施例中大直徑單樁7上、豎向灌漿管10和水平向灌漿管11相交位置開設有連通豎向灌漿管10和水平向灌漿管11的樁身開孔13。本例中灌漿材料9可沿著豎向灌漿管10通過樁身開孔13進入水平向灌漿管11，灌漿材料9通過漿液溢出口1101溢出到大直徑單樁7與鉆孔2之間的間隙。

本實施例的具體施工方法如下：

大直徑單樁7的選材、選型、加工和裝配工作在沉樁前在陸地完成，同時在單樁內外側布設灌漿系統。對于施工平臺3和鋼護筒4的可行性或補救措施及鉆進過程中的施工平臺3和鋼護筒4的穩定性需在實施之前進行分析判斷。

“搭-鉆-植-灌-拆”施工

施工步驟a：在巖質基礎1上搭設施工平臺3，施工平臺3是施工輔助平臺，可放置鉆桿、動力站、發電機等設備(見圖5)。

施工步驟b：將鋼護筒4下端沉入巖質基礎1，同時鋼護筒4可與施工平臺3組合成整體，抵抗波流荷載及鉆機振動荷載對樁體垂直度的影響(見圖6)。

施工步驟c：在鋼護筒3頂部架設鉆機本體5，鉆機本體5的嵌巖鉆機鉆頭6通過鋼護筒4筒內通道可對鋼護筒對應的巖質基礎1進行鉆孔作業，鉆至設計底高程，形成鉆孔2(見圖7)。通過調整嵌巖鉆機鉆頭6的大小，鉆孔直徑大于樁徑，具體尺寸可根據現場鉆孔情況，進行適當調整。

施工步驟d：清除鉆孔2內殘留的巖屑等，植入已經預制好并布置有灌漿系統的大直徑單樁7(見圖8)。

施工步驟e：采用臨時措施確保大直徑單樁7的垂直度滿足設計要求，接著在樁底澆筑水下封底混凝土8，等水下封底混凝土8固化后通過灌漿系統進行大直徑單樁7側壁與鉆孔2孔壁之間間隙的灌漿操作(見圖9)。

施工步驟f：拆除施工平臺3及鋼護筒4(見圖1)，其可重復利用。

上述實施例及施工工藝主要應用于海上風電工程，但并不以此為限，對于港口海岸工程、海洋工程結構等涉及的其他基礎結構也可運用本發明技術方案進行設計以及施工。