專利名稱：海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及沉樁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋平臺樁基建設(shè)施工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及實施該方法的沉樁系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
樁基礎(chǔ)是海洋平臺建設(shè)中最為廣泛的一種基礎(chǔ)形式。由于海洋平臺的樁體長、受水荷載大，因此，如何實現(xiàn)高效、快速沉樁是樁基施工的一個重要難題。目前，海洋平臺樁基施工主要采用錘擊法動力沉樁。但錘擊法沉樁仍存在很多問題，如沉樁過程中易形成“土塞”，沉樁摩阻增大，導致錘擊數(shù)增加和拒錘現(xiàn)象；接樁停錘后繼續(xù)打樁出現(xiàn)錘擊數(shù)較連續(xù)貫入時明顯增多甚至出現(xiàn)拒錘現(xiàn)象；沉樁過程中碰到砂層，尤其是致密砂層時，沉樁困難， 增大壓樁力反而會導致壓壞樁頭、斷樁等事故。水射流輔助沉樁技術(shù)利用射流壓力破壞樁端土體，降低沉樁阻力，能夠有效提高沉樁效率。現(xiàn)階段的水射流輔助沉樁方法主要應(yīng)用于路基淺孔施工。CN101i^9158A 公開了一種靜壓樁高壓旋噴引孔施工方法，利用高壓旋噴擾動堅硬砂層，輔助靜壓沉樁； CN102031780A公開了一種砂樁尖靜壓管樁水沖施工方法，分別利用砂尖通過軟土層和水沖法通過砂質(zhì)層，實現(xiàn)沉樁。上述方法雖能解決靜壓沉樁過程中穿過堅硬層的問題，但均不適用于海基平臺沉樁作業(yè)。因此，很有必要開發(fā)一種適用于海洋平臺樁基施工的水射流輔助沉樁技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及實施該方法的沉樁系統(tǒng)，以便在樁基動力沉樁施工過程中，利用高壓水射流消除樁體內(nèi)部土塞，降低沉樁摩擦阻力，擾動樁端土體，降低地層強度，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量地完成平臺樁基建設(shè)。為解決上述關(guān)于海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，依次包括以下步驟(1)樁體就位；(2)沉樁施工前，將高壓水射流噴頭下入樁體內(nèi)，根據(jù)地層條件確定高壓水射流噴頭下入樁體內(nèi)的深度；(3)高壓水射流噴頭下入指定位置后，打開高壓泵向所述高壓水射流噴頭供水，所述高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、沖孔，產(chǎn)生泥漿；(4)待樁體內(nèi)泥漿返出樁口后，打開排渣泵，同時開始錘擊法動力沉樁；(5)錘擊法動力沉樁過程中，所述高壓水射流噴頭與樁體同步下沉；(6)樁體到達持力層后，將高壓水射流噴頭提出樁體，繼續(xù)錘擊法動力沉樁至設(shè)計深度。作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，在樁體上刻劃出中線和尺寸線，以便對中和掌握打入深度，移動打樁船，對準樁位。作為優(yōu)選，所述步驟O)中，根據(jù)單位進尺所需錘擊數(shù)和地勘報告確定高壓水射流噴頭下入樁體內(nèi)的深度；對于軟土地層，在樁端保留1 2米高度的土塞；對于砂質(zhì)地層，將高壓水射流噴頭下至樁體底部。作為進一步優(yōu)選，在下放高壓水射流噴頭過程中，以0. 5 IMpa的低壓送水，防止下放過程中高壓水射流噴頭堵塞。作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，高壓水射流噴頭到達樁底指定位置后，開啟高壓泵， 向高壓水射流噴頭提供高壓水，所述高壓水的壓力為30 50Mpa，高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、沖孔，產(chǎn)生水、泥、砂的混合液即泥漿。作為優(yōu)選，所述步驟(5)中，高壓水射流沖孔與沉樁同步進行，邊沖孔邊沉樁，地層土體松動，除較大的粗砂、礫石留在孔底外，一般土壤顆粒被水帶回地表。作為優(yōu)選，所述步驟(6)中，樁體的樁端進入持力層后，將高壓水射流噴頭提出樁體外，提升過程中不停高壓泵，避免泥沙回落掩埋噴頭；樁底土壤沉降，固結(jié)在樁的周圍； 此時采用錘擊法動力沉樁，根據(jù)設(shè)計要求和實際情況確定停錘標準。為解決上述關(guān)于海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)，包括設(shè)置于樁體內(nèi)的高壓水射流噴頭，所述高壓水射流噴頭經(jīng)供水管與設(shè)置在樁體外的高壓泵的出口連接，所述高壓泵的進口與泥漿池連接，所述泥漿池與位于其上游的沉淀池連接，所述沉淀池的上游設(shè)有用于向其輸送泥漿的排渣泵，所述排渣泵的進口連接回水管的一端，所述回水管的另一端伸入所述樁體內(nèi)。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是在樁基動力沉樁施工過程中，實施本發(fā)明的高壓水射流輔助沉樁方法時，高壓水射流噴頭噴出的高壓水流擾動樁端土體， 對土層進行松動、破土、沖孔，降低了地層強度，將樁內(nèi)土體破壞，消除樁體內(nèi)部土塞，從而降低沉樁摩擦阻力，使樁體快速穿過硬層，到達設(shè)計深度，有效解決了海洋平臺樁基施工中存在的沉樁困難、拒錘等技術(shù)難題，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量地完成平臺樁基建設(shè)。采用本發(fā)明的高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)后，泥漿在樁內(nèi)水壓作用下沿樁體的內(nèi)腔向上流動，到達樁口后經(jīng)回水管被排渣泵抽出送至沉淀池沉淀，沉淀后的凈化泥漿回到泥漿池，由高壓泵經(jīng)供水管輸送至高壓水射流噴頭，進行下一次射流循環(huán)。利用泥漿循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)了上返泥漿的再利用，可防止樁內(nèi)排出的泥漿直接排入海洋中而破壞施工區(qū)域的海洋水質(zhì)，同時也減少了施工過程中對水的消耗，節(jié)約了水資源。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明圖1是本發(fā)明實施例的海洋平臺高壓水射流輔助沉樁示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)示意圖；圖3是軟土地層沉樁時高壓水射流噴頭在樁體內(nèi)的位置示意圖；圖4是砂質(zhì)地層沉樁時高壓水射流噴頭在樁體內(nèi)的位置示意圖；圖中1-打樁船；2-樁體；3-供、回水系統(tǒng)；4-高壓水射流噴頭；5-高壓泵；6_排渣泵；7-泥漿池；8-沉淀池；9-供水管；10-回水管；11-軟土地層；111-土塞；12-砂質(zhì)地層。
具體實施例方式如圖1和圖2共同所示，本實施例的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法， 依次包括以下步驟(1)樁體就位所述樁體2為鋼管樁，先在鋼管樁上刻劃出中線，在鋼管樁的樁壁上刻劃出尺寸線，以便對中和掌握打入深度。依靠打樁船1的導框、從兩個方向用經(jīng)緯儀確定打樁位置，移動打樁船1，對準樁位，根據(jù)設(shè)計要求的位置、垂直度或傾角打入。樁打入初期要先試打，在確定樁的中心位置及角度后，再轉(zhuǎn)入正式沉樁。(2)沉樁施工前，用鋼絲吊繩將高壓水射流噴頭4連同供水管9 一起下入樁體2 內(nèi)，根據(jù)地層條件確定高壓水射流噴頭4下入樁體2內(nèi)的深度；(3)高壓水射流噴頭4下入指定位置后，打開高壓泵5向所述高壓水射流噴頭4供水，所述高壓水射流噴頭4噴出高壓射流對土層進行射流破土、沖孔，產(chǎn)生泥漿；(4)待樁體2內(nèi)泥漿返出樁口后，打開排渣泵，開始錘擊法動力沉樁；(5)錘擊法動力沉樁過程中，所述高壓水射流噴頭4與樁體2同步下沉；(6)樁體2到達持力層后，將高壓水射流噴頭4提出樁體2，繼續(xù)錘擊法動力沉樁至設(shè)計深度。其中，所述步驟O)中，根據(jù)單位進尺所需要的錘擊數(shù)和地勘報告來確定高壓水射流噴頭4下入樁體2內(nèi)的深度。如圖3所示，對于軟土地層11，在樁端保留1 2米高度的土塞111，以降低射流對樁周地層的破壞，保證樁周土的承載力；如圖4所示，對于砂質(zhì)地層12，要將高壓水射流噴頭4下至樁體2的底部，利用水射流對樁端土體的擾動，降低樁端阻力，提高沉樁速度。其中，在將高壓水射流噴頭4下入樁體2之前，應(yīng)先進行水射流試驗，檢查整個射流系統(tǒng)的工作狀態(tài)，提高工作可靠性。在下放高壓水射流噴頭4的過程中，要以0.5 IMpa 的低壓向噴頭供水，防止下放過程中高壓水射流噴頭4被堵塞。其中，所述步驟(3)中，當高壓水射流噴頭4到達樁底指定位置后，提高高壓泵5 的泵壓，向高壓水射流噴頭4提供壓力為30 50Mpa的高壓水，高壓水射流噴頭4噴出高壓射流對土層進行射流破土、沖孔，同時產(chǎn)生水、泥、砂的混合液即泥漿。其中，所述步驟(5)中，高壓水射流沖孔與沉樁要同步進行，邊沖孔邊沉樁，地層土體松動，除較大的粗砂、礫石留在孔底外，一般土壤顆粒被水帶回地表，為內(nèi)沖內(nèi)排式。在高壓水射流噴頭4下降過程中，要控制好其下降速度，避免噴頭下降速度超過土體破壞速度，使噴孔插入土層堵塞噴嘴。同時，應(yīng)反復提拉高壓水射流噴頭4，使產(chǎn)生的泥沙顆粒及時排出鋼管樁腔體，避免大量泥沙沉積將高壓水射流噴頭4埋住。其中，所述步驟(6)中，待樁體2的樁端進入持力層后，將高壓水射流噴頭4提出樁體2之外，但在提升過程中高壓泵仍然要對高壓水射流噴頭4供水，以避免泥沙回落將其掩埋；高壓水射流噴頭4提出樁體2之后，停止供水。此時，樁底土壤沉降，固結(jié)在樁的周圍；這時只需采用錘擊法動力沉樁，根據(jù)設(shè)計要求和實際情況確定停錘標準即可。如圖2所示，本實施例的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)，包括設(shè)置于樁體2內(nèi)的高壓水射流噴頭4，以及圖1中所示的供、回水系統(tǒng)3，所述高壓水射流噴頭4經(jīng)供水管9與設(shè)置在樁體2外部的高壓泵5的出口連接，所述高壓泵5的進口與泥漿池7連接， 所述泥漿池7與位于其上游的沉淀池8連接，所述沉淀池8的上游設(shè)有用于向其輸送泥漿的排渣泵6，所述排渣泵6的進口連接回水管10的一端，所述回水管10的另一端伸入所述樁體2內(nèi)。其中，本實施例中的高壓泵5為泥漿泵。施工中，注意供水與回水系統(tǒng)間的水量要保持平衡，當泥漿池水量不足時，可適當注入清水進行補充。工作原理在樁基動力沉樁施工過程中，采用本發(fā)明的高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)時，先在泥漿池7中注入清水，待高壓水射流噴頭4到達樁體2內(nèi)的指定位置后，開啟高壓泵5，向高壓水射流噴頭4提供高壓水，高壓水射流噴頭4噴出的高壓水射流擾動樁端土體，對土層進行松動、破土、沖孔，降低了地層強度，將樁內(nèi)土體破壞，消除了樁體2內(nèi)部土塞，從而降低了沉樁摩擦阻力，使樁體快速穿過硬層，到達設(shè)計深度，有效解決了海洋平臺樁基施工中存在的沉樁困難、拒錘等技術(shù)難題，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量地完成平臺樁基建設(shè)。同時，高壓水射流沖孔過程中產(chǎn)生的泥漿在樁內(nèi)水壓作用下沿樁體2的內(nèi)腔向上流動， 到達樁口后經(jīng)回水管10被排渣泵6抽出送至沉淀池8進行沉淀，在沉淀池8中較大的土顆粒和沙礫從混合液中沉淀下來，沉淀后的凈化泥漿回到泥漿池7，由高壓泵5經(jīng)供水管9輸送至高壓水射流噴頭4，進行下一次射流循環(huán)，圖2中箭頭所示為泥漿的流動方向。利用泥漿循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)了上返泥漿的再利用，可防止樁內(nèi)排出的泥漿直接排入海洋中而破壞施工區(qū)域的海洋水質(zhì)，同時也減少了施工過程中對水的消耗，節(jié)約了水資源。以上所述僅是本發(fā)明最佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準，任何基于本發(fā)明的技術(shù)啟示而進行的等效變換，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特征在于，依次包括以下步驟(1)樁體就位；(2)沉樁施工前，將高壓水射流噴頭下入樁體內(nèi)，根據(jù)地層條件確定高壓水射流噴頭下入樁體內(nèi)的深度；(3)高壓水射流噴頭下入指定位置后，打開高壓泵向所述高壓水射流噴頭供水，所述高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、沖孔，產(chǎn)生泥漿；(4)待樁體內(nèi)泥漿返出樁口后，進行錘擊法動力沉樁；(5)錘擊法動力沉樁過程中，所述高壓水射流噴頭與樁體同步下沉；(6)樁體到達持力層后，將高壓水射流噴頭提出樁體，繼續(xù)錘擊法動力沉樁至設(shè)計深度。
2.如權(quán)利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特征在于所述步驟(1)中，在樁體上刻劃出中線和尺寸線，以便對中和掌握打入深度；移動打樁船，對準樁位。
3.如權(quán)利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特征在于所述步驟O)中，根據(jù)單位進尺所需錘擊數(shù)和地勘報告確定高壓水射流噴頭下入樁體內(nèi)的深度；對于軟土地層，在樁端保留1 2米高度的土塞；對于砂質(zhì)地層，將高壓水射流噴頭下至樁體底部。
4.如權(quán)利要求3所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特征在于在下放高壓水射流噴頭過程中，以0. 5 IMpa的低壓送水，防止下放過程中高壓水射流噴頭堵塞。
5.如權(quán)利要求4所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特征在于所述步驟(3)中，高壓水射流噴頭到達樁底指定位置后，提高泵壓，向高壓水射流噴頭提供高壓水，所述高壓水的壓力為30 50Mpa，高壓水射流噴頭噴出高壓射流對土層進行射流破土、沖孔，產(chǎn)生水、泥、砂的混合液即泥漿。
6.如權(quán)利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特征在于所述步驟(5)中，高壓水射流沖孔與沉樁同步進行，邊沖孔邊沉樁，地層土體松動，除較大的粗砂、礫石留在孔底外，一般土壤顆粒被水帶回地表。
7.如權(quán)利要求1所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法，其特征在于所述步驟(6)中，樁體的樁端進入持力層后，將高壓水射流噴頭提出樁體外，提升過程中不停高壓泵，避免泥沙回落掩埋噴頭；樁底土壤沉降，固結(jié)在樁的周圍；此時采用錘擊法動力沉樁，根據(jù)設(shè)計要求和實際情況確定停錘標準。
8.海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置于樁體內(nèi)的高壓水射流噴頭，所述高壓水射流噴頭經(jīng)供水管與設(shè)置在樁體外的高壓泵的出口連接，所述高壓泵的進口與泥漿池連接，所述泥漿池與位于其上游的沉淀池連接，所述沉淀池的上游設(shè)有用于向其輸送泥漿的排渣泵，所述排渣泵的進口連接回水管的一端，所述回水管的另一端伸入所述樁體內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁系統(tǒng)，其特征在于所述高壓泵為泥漿泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海洋平臺高壓水射流輔助動力沉樁施工方法及沉樁系統(tǒng)。所述方法包括樁體就位，將高壓水射流噴頭下入樁體內(nèi)，向高壓水射流噴頭供高壓水對土層進行松動、破土、沖孔，高壓水射流噴頭與樁體同步下沉，樁體到達持力層后，將高壓水射流噴頭提出樁體，繼續(xù)動力沉樁至設(shè)計深度等步驟。所述系統(tǒng)包括依次連接的高壓水射流噴頭、供水管、泥漿泵、泥漿池、沉淀池、排渣泵、和回水管。在海洋平臺樁基動力沉樁施工過程中，采用本發(fā)明的方法及系統(tǒng)，可利用高壓水射流消除樁體內(nèi)部土塞，降低沉樁摩擦阻力，擾動樁端土體，降低地層強度，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量地完成平臺樁基建設(shè)。
文檔編號E02D7/26GK102535467SQ201210012870
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者倪紅堅, 周衛(wèi)東, 周名芳, 張再華, 張衛(wèi)東, 朱麗紅, 王瑞和, 鄒德永, 陳新勇, 黃勇 申請人:中國石油大學(華東)