一种防土塞堵孔、反向注浆的分舱吸力桶形基础的制作方法

本发明属于海上风电工程技术领域，具体涉及一种防土塞堵孔、反向注浆的分舱吸力桶形基础。

背景技术：

近年来，我国大力开发可再生清洁能源，海上风能资源一直是备受关注的焦点。海上风力发电技术的是目前海上风能资源开发的最重要途径，海上风电基础占海上风电总投资的30％以上。目前常规采用的海上风机基础为单桩基础和导管架基础，但随着海上风电开发范围的扩展和环境条件的复杂化，新型的吸力桶形基础逐渐推广使用。吸力桶形基础使用负压沉贯，通过抽取桶内的水体从而在桶体的内外表面形成水压差，在水压差的作用下桶体被逐渐压入土层中进而完成安装。在安装完成后通过密封抽水口，可以有效保证服役期间桶体内部的被动负压仍可发挥。因此吸力桶基础施工具有无需重型打桩设备、安装快捷，不受水深影响等众多优势，逐渐受到海上风电行业的青睐。

用于海上风电的吸力桶形基础一般是一种宽浅式基础，为了便于安装和调平，一般也会对其进行分舱，通过控制不同舱室的压力在安装过程中可以及时纠偏，保证安装倾斜度的要求。

吸力桶在负压沉贯过程中，桶底土体向桶内涌入，土塞高度不断增加，但是由于桶壁摩擦的影响，土塞的高度发展并不均匀，在吸力的作用下极有可能造成部分土塞堵塞排水口处，进而影响桶体继续沉贯。该结果也可能造成工程人员误判，认为桶体已经安装到位而停止后续纠正措施。但由于土塞的不均匀发展，在桶的内部出现多处空腔，空腔处的土体与吸力桶顶板并未接触。这种情况下，一方面桶体的整体承载会显著降低，另一方面桶顶板在外荷载作用下局部受力而造成显著的应力集中，直接危害基础结构的安全。

基于上述情况，本发明提出了一种防土塞堵孔、反向注浆的分舱吸力桶形基础，可有效解决以上问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种防土塞堵孔、反向注浆的分舱吸力桶形基础。该基础内部设置了过滤网，防止贯入过程可能出现的堵孔现象；内部设置土塞挡板和探测装置，可以实时监测桶内土塞高度是否超过限制，当土塞高度整体达到土塞挡板处时，施工人员可以根据监测数据，停止进一步吸力贯入，然后进行反向注浆充填空隙。桶内注入的浆体可以保证吸力桶的顶盖和土体完全接触，从而提高吸力桶的安装质量，进而保证吸力桶的承载能力和桶顶板结构的安全性。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一种防土塞堵孔、反向注浆的分舱吸力桶形基础，包括吸力桶和抽水安装设备，所述吸力桶包括固定连接的吸力桶顶板、外桶壁、内桶壁与隔舱肋板，所述内桶壁与隔舱肋板分别将吸力桶分隔为一个内侧分舱和多个外侧分舱；还包括：

土塞挡板，其包括与所述内侧分舱对应设置的内侧挡板以及与所述外侧分舱对应设置的外侧挡板，均设置于所述吸力桶顶板的下表面，并均与所述吸力桶顶板之间留有间隙；

土塞探测装置，其包括设置于所述土塞挡板下表面的应变片和薄膜土压计，分别用于探测土塞挡板结构变形和表面土压力；

通水孔，开设于所述土塞挡板上，作为水流的通道；所述通水孔上覆盖有土工滤网，用于防止颗粒被带走而引起堵塞。

以上结构中，土塞探测装置主要包括布置在土塞挡板下侧的传感器，包括应变片和薄膜土压计。应变片的作用为当土塞挡板接触土体时，挡板可能会因为接触应力而变形，此时可以通过结构变形判断挡板是否与土塞接触；薄膜土压力计的作用为感知和测量挡板结构上所受到的土压力，进而判断土塞与挡板接触的完整性。

作为本发明的一种优选技术方案，所述隔舱肋板环向均匀分布于所述外侧分舱的内部，且其向内侧的延伸面与所述吸力桶的中心轴线平行且相交；所述外桶壁与内桶壁均为圆筒形，相应地所述内侧挡板与外侧挡板分别为圆盘形与扇形。

作为本发明的一种优选技术方案，所述应变片与薄膜土压计均环向布置于圆盘形内侧挡板上，且其均沿弧线方向布置于扇形外侧挡板上。

作为本发明的一种优选技术方案，位于所述内侧分舱与外侧分舱的中间位置均开设抽水孔，用于负压安装。

作为本发明的一种优选技术方案，所述抽水安装设备包括抽水泵和抽水管路；所述抽水管路的一端与抽水泵连接，另一端连接抽水孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内侧分舱的顶面靠近外边缘分别开设有第一注浆孔与第一回浆孔；每个所述外侧分舱的顶面靠近外边缘开设有第二注浆孔，靠近内边缘开设有第二回浆孔。

以上结构中，第一注浆孔与第二注浆孔用于后续注浆，第一回浆孔与第二回浆孔用于回浆，保证浆液在桶内流动形成完整注浆体。

作为本发明的一种优选技术方案，所述土工滤网的孔径为0.075mm。

以上结构中，在土塞挡板上布设通水孔，可作为水流的通道，通水孔上布设土工滤网，滤网的孔径为0.075毫米，可防止颗粒被带走而引起堵塞。

作为本发明的一种优选技术方案，所有土塞挡板通过挡板支撑与吸力桶顶板固定连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述土塞挡板与吸力桶顶板之间的间隙设置为20～30cm。

作为本发明的一种优选技术方案，所述土塞挡板的尺寸略小于对应分舱的断面轮廓。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明的桶形基础内部设置了土工滤网，防止贯入过程可能出现的堵孔现象；内部设置土塞挡板和土塞探测装置，可以在土塞接触时进行实时提醒，施工人员可以根据该提醒停止进一步吸力贯入，然后进行反向注浆充填空隙，能通过注浆体保证吸力桶的顶盖和土体完全接触，提高吸力桶的安装质量，进而保证吸力桶的承载能力和桶顶板结构的安全性。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的纵向剖面结构示意图；

图3为本发明的内侧挡板的仰视结构示意图；

图4为本发明的外侧挡板的仰视结构示意图；

图5为本发明灌浆后的结构示意图。

附图标记：1、吸力桶，2、土塞挡板，3、土塞探测装置，4、抽水安装设备，5、吸力桶顶板，6、外桶壁，7、内桶壁，8、隔舱肋板，9、内侧分舱，10、外侧分舱，11、内侧挡板，12、外侧挡板，13、挡板支撑，14、通水孔，15、土工滤网，16、应变片，17、薄膜土压计，18、抽水孔，19、抽水泵，20、抽水管路，21、第一注浆孔，22、第一回浆孔、23、第二注浆孔，24、第二回浆孔。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明中所述应变片、薄膜土压计、计算机程序等技术特征(本发明的组成单元/元件)，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制得，其具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明的创新点所在，对于本领域技术人员来说，是可以理解的，本发明专利不做进一步具体展开详述。

如图1-5所示，本发明提出了一种防土塞堵孔、反向注浆的分舱吸力桶形基础，主要包括吸力桶1、土塞挡板2、土塞探测装置3以及抽水安装设备4。

所述的吸力桶1设置为圆柱状，包括吸力桶顶板5、外桶壁6、内桶壁7、以及隔舱肋板8，隔舱肋板8的数量设置有6个，隔舱肋板8之间呈60°布置，共形成七个舱室，包括一个内侧分舱9和六个外侧分舱10。每个桶顶面正中间均设置一个抽水孔18，用于负压安装；在所述内侧分舱9的顶面靠近外边缘分别开设有第一注浆孔21与第一回浆孔22；每个所述外侧分舱10的顶面靠近外边缘开设有第二注浆孔23，靠近内边缘开设有第二回浆孔24。第一注浆孔21与第二注浆孔23用于后续注浆，第一回浆孔22与第二回浆孔24用于回浆，保证浆液在桶内流动形成完整注浆体。

所述的土塞挡板2有两种构型，一种是圆形内侧挡板11，它固定于内侧分舱9中；第二种是扇形外侧挡板12，它分别固定于六个外侧分舱10中，所有挡板通过四根挡板支撑13固定在吸力桶顶板5内侧上，距离顶板设置为20～30cm，所有的挡板的尺寸略小于对应分舱的断面轮廓。挡板支撑13分别在圆形内侧挡板11外侧环向布置四个，在扇形外侧挡板12四个角点位置处。在挡板上布设通水孔14，可作为水流的通道，通水孔14上布设土工滤网15，滤网的孔径为0.075毫米，可防止颗粒被带走而引起堵塞。

所述的土塞探测装置3主要包括布置在土塞挡板2下侧的传感器，包括应变片16和薄膜土压计17。应变片16的作用为当土塞挡板接触土体时，挡板可能会因为接触应力而变形，此时则可以通过结构变形判断其是否接触；薄膜土压力计17的作用则为感知和测量当土直接接触挡板时结构产生的土压力。所述应变片16与薄膜土压计17均环向布置于圆盘形内侧挡板11上，且其均沿弧线方向布置于扇形外侧挡板12上。所述应变片16与薄膜土压计17沿土塞挡板径向交替布置。

所述抽水安装设备4包括抽水泵19和抽水管路20；所述抽水管路20的一端与抽水泵19连接，另一端连接抽水孔18。

该吸力桶基础的安装全过程为：在负压安装过程中，将使用计算机程序控制抽水泵19抽水，并实时监测桶体倾斜度，通过控制抽水泵19中不同抽水管路20的开关调整各舱受到外部吸力，进而实现桶体调平；当贯入一定深度后，内部土塞将触碰到土塞挡板2，应变片16和土压力计17将能够探测到结构变形和表面土压力，当其达到一个阈值时，停止进一步吸力贯入；关闭抽水孔18，通过第一注浆孔21与第二注浆孔23反向灌水泥砂浆，第一回浆孔22与第二回浆孔24回浆，将水泥砂浆浆液充满桶和土体间隙后完成施工。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的防土塞堵孔、反向注浆的分舱吸力桶形基础，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是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，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

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