一种导管架水下灌浆应急封堵系统论文和设计-王大鹏

全文摘要

本申请公开了一种导管架水下灌浆应急封堵系统，该系统包括：导管架、钢管桩、导向块、封隔器和第一封堵单元，钢管桩插入导管架内部设置，且两者之间形成环缝；封隔器设在导管架的底部内壁上；导向块设置在导管架的内壁上，且其设置高程高于封隔器的设置高程；第一封堵单元设置在环缝中，且第一封堵单元的设置高程低于封隔器的设置高程。本申请封堵方法简单，现场可实施性较强，施工时间短，可有效解决现场漏浆问题。

主设计要求

1.一种导管架水下灌浆应急封堵系统，其特征在于，包括：导管架、钢管桩、导向块、封隔器以及第一封堵单元，所述钢管桩插入所述导管架内部设置，且两者之间形成环缝；所述封隔器设置在所述导管架的底部内壁上；所述导向块设置在所述导管架的内壁上，且其设置高程高于所述封隔器的设置高程；所述第一封堵单元设置在所述环缝中，且所述第一封堵单元的设置高程低于所述封隔器的设置高程。

设计方案

1.一种导管架水下灌浆应急封堵系统，其特征在于，包括：

导管架、钢管桩、导向块、封隔器以及第一封堵单元，

所述钢管桩插入所述导管架内部设置，且两者之间形成环缝；

所述封隔器设置在所述导管架的底部内壁上；

所述导向块设置在所述导管架的内壁上，且其设置高程高于所述封隔器的设置高程；

所述第一封堵单元设置在所述环缝中，且所述第一封堵单元的设置高程低于所述封隔器的设置高程。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一封堵单元包括绳子以及土工布，所述土工布缠绕所述绳子设置；其中，缠绕有所述土工布的所述绳子绕所述环缝圆周设置至少两圈。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括第二封堵单元，其设置在所述导管架的底部外侧；其中，所述第二封堵单元为支撑钢板，其通过支架焊接在所述导管架的底部外侧。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二封堵单元的设置数量为多个，其沿周向均匀分布在所述导管架的底部外侧。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导管架上还设有第一灌浆管线、第二灌浆管线以及第N灌浆管线，其中，N＞2，所述第二灌浆管线所对应的第二灌浆口以及所述第N灌浆管线所对应的第N灌浆口的设置高程均高于所述第一灌浆口的设置高程。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一灌浆管线的第一灌浆口与所述封隔器的距离至少为30cm。

设计说明书

技术领域

本申请属于海洋工程和海上风电行业导管架特种施工技术领域，具体涉及一种导管架水下灌浆应急封堵系统。

背景技术

国内海上风电场建设目前集中在浅海海域，由于近海风电资源开发逐渐饱和，海上风电的发展趋势呈现由近海到远海、浅水到深水的开发特点，海上风电场建设将向离岸更远，水深更深区域发展。随着外海风电场逐步开发“双40(40米水深、40公里离岸距离)环境条件下海上风电建设工程技术”成为海上风电行业研究热点。未来几年我国的广东、福建30米～50米水深将建设大量的导管架基础结构型式的海上风电场。深水导管架施工关键技术是解决“双40”问题的关键技术之一。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之一，对于深水导管架水下灌浆，灌浆管线设计与灌浆封堵是导管架水下灌浆的重中之重。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。灌浆封堵措施和封堵的有效性是影响导管架水下灌浆成败的关键因素。在深水导管架施工过程中，由于打桩施工影响，在插桩过程中很有可能发生灌浆封隔器破坏导致水下封堵失效，导管架水下灌浆施工一旦发生漏浆，现场处理起来非常困难，并且造成灌浆料浪费、灌浆施工工期延长，进而导致施工成本的增加，并且封堵处理应急封堵不当或处理效果不好，严重影响灌浆施工效果和导管架工程质量。因此，导管架水下灌浆的应急封堵是导管架水下灌浆施工必须考虑和急需解决的技术问题。

实用新型内容

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一种施工方法简单，现场可实施性较强，施工时间短，可有效解决现场漏浆问题的导管架水下灌浆应急封堵系统。

为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：

一种导管架水下灌浆应急封堵系统，包括：导管架、钢管桩、导向块、封隔器以及第一封堵单元，所述钢管桩插入所述导管架内部设置，且两者之间形成环缝；所述封隔器设置在所述导管架的底部内壁上；所述导向块设置在所述导管架的内壁上，且其设置高程高于所述封隔器的设置高程；所述第一封堵单元设置在所述环缝中，且所述第一封堵单元的设置高程低于所述封隔器的设置高程。

进一步地，所述第一封堵单元包括绳子以及土工布，所述土工布缠绕所述绳子设置；其中，缠绕有所述土工布的所述绳子绕所述环缝圆周设置至少两圈。

进一步地，本申请还包括第二封堵单元，其设置在所述导管架的底部外侧；其中，所述第二封堵单元为支撑钢板，其通过支架焊接在所述导管架的底部外侧。

进一步地，所述第二封堵单元的设置数量为多个，其沿周向均匀分布在所述导管架的底部外侧。

进一步地，所述导管架上还设有第一灌浆管线、第二灌浆管线以及第N 灌浆管线，其中，N＞2，所述第二灌浆管线所对应的第二灌浆口以及所述第 N灌浆管线所对应的第N灌浆口的设置高程均高于所述第一灌浆口的设置高程。

进一步地，所述第一灌浆管线的第一灌浆口与所述封隔器的距离至少为 30cm。

基于所述系统的施工方法，包括如下步骤：

S1，通过水下探摸或灌浆尝试判断封隔器失效；

S2，测量导管架底部的悬空高度和不同位置环缝的间距；

S3，对第一封堵单元进行水下施工；

S4，通过第一灌浆管线打封底灌浆层；

S5，通过第二灌浆管线及第N灌浆管线对环缝进行灌浆作业。

进一步地，本申请还包括步骤S31，在所述导管架的底部外侧安装第二封堵单元。

进一步地，在步骤S3中，所述第一封堵单元中的绳子与土工布缠绕紧密且没有空隙，缠绕结束后用水浸泡处理。

进一步地，通过螺丝刀，将缠绕有所述土工布的所述绳子挤压入所述环缝中。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

(1)本申请中的第一灌浆管线的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；

(2)本申请中的第一灌浆管线在封隔器没损坏的情况下，可作为主灌浆管线使用，在封隔器损坏的情况下，可作为灌注封底混凝土的管线，提高了灌浆的安全性；

(3)本申请在导管架施工过程中出现封隔器损坏导致现场漏浆现象，提出了先封堵，再灌注封底灌浆层，待封底灌浆层固化后形成封底，之后再通过其他灌浆管线进行二次灌浆，其有效解决了导管架水下灌浆时遇到的封堵失效的问题；

(4)本申请适应于“后桩法”导管架灌浆过程中出现突发的漏浆情况，也适用于“先桩法”外套式导管架水下灌浆遇到的封隔器失效情况。

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：本申请导管架水下灌浆应急封堵系统的结构示意图一；

图2：本申请导管架水下灌浆应急封堵系统的结构示意图二；

图3：本申请导管架水下灌浆应急封堵施工方法流程图。

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和图2所示，本实施例导管架水下灌浆应急封堵系统，包括：导管架10、钢管桩20、导向块30、封隔器40以及第一封堵单元50，所述钢管桩20插入所述导管架10内部设置，且两者之间形成环缝；所述封隔器40设置在所述导管架10的底部内壁上；所述导向块30设置在所述导管架10的内壁上，且其设置高程高于所述封隔器40的设置高程；所述第一封堵单元50 设置在所述环缝中，且所述第一封堵单元50的设置高程低于所述封隔器40 的设置高程。

在本实施例中，所述导向块30优选设置在所述导管架10靠近其底部和顶部的内壁上；所述导向块30用于对所述钢管桩20的倾斜安装起到导向作用，当导向块30设置在导管架10靠近底部的内壁上且其设置高程高于所述封隔器40的设置高程时，所述导向块30还起到对所述封隔器40保护的作用，有效地防止了所述钢管桩20在插桩和打桩过程中对所述封隔器40造成的损伤等。

所述第一封堵单元50包括绳子以及土工布，所述土工布缠绕所述绳子设置；其中，缠绕有所述土工布的所述绳子绕所述环缝圆周设置至少两圈。

其中，所述的绳子直径不小于18mm的绳子，优选为15-18mm的绳子，当所述绳子直径过小时会增加土工布的缠绕量，给施工作业带来不便。

为施工便利，由绳子以及缠绕所述绳子设置的土工布形成的土工布卷优选为2m一段。该数据亦不对本申请的保护范围造成限定，其可以根据实际施工情况进行适应性选择。

本实施例还包括第二封堵单元60，其设置在所述导管架10的底部外侧；其中，所述第二封堵单元60为支撑钢板，其通过支架焊接在所述导管架10 的底部外侧。

其中，所述第二封堵单元60的设置数量为多个，其沿周向均匀分布在所述导管架10的底部外侧。

在本实施例中，所述导管架10上还设有多根灌浆管线，如第一灌浆管线 70、第二灌浆管线80、第三灌浆管线(图中未示意)……以及第N灌浆管线 (图中未示意)，所述第二灌浆管线80所对应的第二灌浆口以及所述第N灌浆管线所对应的第N灌浆口的设置高程均高于所述第一灌浆口的设置高程。其中，第一灌浆管线70在封隔器40没损坏的情况下，可作为主灌浆管线使用，在封隔器40损坏的情况下，可作为灌注封底混凝土的管线，提高了灌浆的安全性。

所述第一灌浆管线70的第一灌浆口与所述封隔器40的距离至少为30 cm。

如图3所示，本实施例导管架10水下灌浆应急封堵施工方法，包括如下步骤：

步骤一，通过水下探摸或灌浆尝试判断封隔器40失效；

具体为，首先是向环缝通过高压泵送淡水进行判断，如果能打出来水，以灌浆时潜水员水下探摸再次确认为佳，确认封隔器40是否失效；如果打不出来水，潜水员直接进行水下探摸，若潜水员探摸结束后也无法确认，那么就在下文所述的灌浆过程中尝试再次潜水探摸，如果发现漏浆，那就当作打封底灌浆层。

通过上述潜水探摸和灌浆尝试发现灌浆封堵失效或出现严重漏浆时，启用下文所述的施工步骤进行应急封堵施工作业。

步骤二，测量导管架10底部的悬空高度和不同位置环缝的间距；

其中，为获得较为准确的参考数据以为施工作业做准备，应探测导管架 10底部不同位置环缝的间距，且需要均匀多点测量。

施工过程中因打桩精度误差和施工工艺等方面的原因，不同位置的环缝间隔不一样，如不准确测量，船上缠绕的土工布卷到水下会出现挤压不进去的问题。

步骤三，对第一封堵单元50进行水下施工；

所述第一封堵单元50包括绳子与土工布，所述土工布缠绕所述绳子设置；其中，缠绕有所述土工布的所述绳子绕所述环缝圆周设置至少两圈。

根据探摸情况准备好封堵用材料，在施工船上加工好之后，由潜水员进行水下施工作业。根据导管架10底部环缝大小情况在绳子上缠绕土工布直至环缝大小的直径用来封堵。

在本实施例，所述的绳子直径不小于18mm的绳子，优选为15-18mm的绳子，所述绳子直径过小时会增加土工布的缠绕量，给施工作业带来不便。在实际应用过程中，可以根据实际施工情况，对所述绳子的直径进行适应性选择，以上数据并不对本申请的保护范围造成限定。

其中，由绳子以及缠绕所述绳子设置的土工布形成的土工布卷优选为2m 一段。该数据亦不对本申请的保护范围造成限定，其可以根据实际施工情况进行适应性选择。

更重要的是，所述第一封堵单元50中的绳子与土工布缠绕紧密且没有空隙，缠绕结束后用水浸泡处理。

具体施工时，将缠绕好的土工布由潜水员带入水下，具体为，提前在导管架10桩底部绑扎一根绳子，待潜水员到达桩底位置时，通过绑扎的绳子将土工布卷(在下水施工之前完成)拖进水下进行施工，其中该提供绑扎的绳子其导向和支撑作用；将该土工布卷挤压进入导管架10底部的环缝，每根桩腿施工两层，环向搭接处要有一定的富余量，土工布卷搭接处要密实，不能有缝隙，否则在封底灌浆层时会出现封底没封住的现象。

具体施工时，通过螺丝刀将缠绕有所述土工布的所述绳子挤压入所述环缝中。

步骤四，在所述导管架10的底部外侧安装第二封堵单元60；

待上述土工布卷施工结束后，由潜水员将支撑钢板焊接在导管架10底部外侧，避免在灌浆封底过程中因压力过大导致上述土工布卷脱掉。

所述支撑钢板的设置数量为多个，其沿周向均匀分布在所述导管架10的底部外侧，且该间距不宜多大。较佳地，所述的支撑板焊接的数量需要根据验算获得。

其中，支撑钢板需要在施工船上焊接加工好，尽可能地减少水下施工作业。

步骤五，通过第一灌浆管线70打封底灌浆层；

潜水员水下作业结束后，通过灌浆软管由第一灌浆管线70对每个桩腿打封底灌浆层，待封底灌浆材料固化并具备一定强度后，进行后续的灌浆施工作业。

其中，所述第一灌浆管线70为打封底灌浆层专用灌浆管线。

所述封底灌浆层灌注量需要根据实际环缝大小来定，所述封底灌浆层的灌注高度不大于500mm，其高度不能没过上面的第一灌浆口为宜。

步骤六，通过第二灌浆管线80、第三灌浆管线、第四灌浆管线……对环缝进行灌浆作业。

其中，灌浆管线的设置数量根据具体施工情况进行选择，其设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。

本申请解决了导管架10施工过程中因桩基附近泥面冲刷，导管架10底部悬空，且在导管架10施工过程中封隔器40被损坏起不到封堵效果产生漏浆的技术问题。本申请具有施工操作简单，设备要求低，适应于解决后桩法导管架10灌浆过程中出现突发的漏浆现象，也适用于先桩法外套式导管架 10水下灌浆遇到的封隔器40失效，节省海上作业时间和施工成本，保证灌浆质量。

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。

设计图

一种导管架水下灌浆应急封堵系统论文和设计

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主设计要求

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设计说明书

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