吸力筒式单桩基础结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种吸力筒式单桩基础结构及其施工方法，其结构包括自下而上依次连接的中心固定管、中心连接管、钻机平台和固定在钻机平台中部的钻机吊架，以及沿中心固定管的圆周方向均布设置的至少三个柱形箱筒；柱形箱筒通过桁架结构、或通过钢筋混凝土平台和钢筋混凝土支撑与中心固定管连接固定为一体，且在每个箱筒上均开设有一个抽气孔，既能够适用于嵌岩桩的施工也能够通过拆除钻机平台和中心连接管实现非岩石土地质桩的施工；该吸力筒式单桩基础结构简单、操作方便，既能够作为嵌岩桩机施工操作平台的支撑结构，又能够作为钢桩沉桩的限位结构，并进一步通过相应的施工作业成为钢桩基础结构的一部分同时既保证了施工质量，又提高了施工效率。

Suction Cylinder Single Pile Foundation Structure and Its Construction Method

The invention discloses a suction barrel type single pile foundation structure and its construction method, which comprises a central fixed pipe, a central connecting pipe, a drilling rig platform and a drilling rig hanger fixed in the middle of the drilling rig platform from bottom to top, and at least three cylindrical box bars arranged uniformly along the circumferential direction of the central fixed pipe; a cylindrical box barrel is coagulated through a truss structure or through reinforcing bars. The soil platform and the reinforced concrete support are connected and fixed with the central fixed pipe, and there is a vent on each box, which can be applied to the construction of rock-socketed piles as well as the construction of non-rock soil piles by removing the drilling rig platform and the central connecting pipe. The suction tube single pile foundation has simple structure and convenient operation, and can be used as the construction operation of rock-socketed pile machine. The supporting structure of the platform can also be used as the limited structure of steel pile driving, and further become a part of the steel pile foundation structure through the corresponding construction work, which not only ensures the construction quality, but also improves the construction efficiency.

【技术实现步骤摘要】
吸力筒式单桩基础结构及其施工方法
本专利技术涉及嵌岩桩基施工
，特别涉及一种吸力筒式单桩基础结构及其施工方法。
技术介绍
随着海上风电逐步由近海向外海海域发展，对风电基础结构及配套施工设施也有了越来越高的要求。外海水深较大，受气象、潮流等自然条件的约束，且地质条件复杂，由其是在岩石地基中沉桩难度大、效率低。目前已公开的技术多在沉桩区域打入一根护筒，后搭设施工平台或通过施工船舶上的嵌岩桩施工设备在护筒中进行成孔。如采用后搭设施工平台，通常需要额外施打若干根基础桩作为平台支撑，不仅成本高且效率低。如通过施工船舶上的嵌岩桩施工设备进行施工，受风、浪等多方面因素影响，可作业时间少，效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决目前桩基施工易受气候和环境因素影响导致施工效率低等问题的吸力筒式单桩基础结构。本专利技术的另一个目的是提供一种采用上述吸力筒式单桩基础结构实现嵌岩桩基施工的施工方法。本专利技术的另一个目的是提供一种采用上述吸力筒式单桩基础结构实现非岩石土地质桩基施工的施工方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种吸力筒式单桩基础结构，包括自下而上依次连接的中心固定管、中心连接管、钻机平台和钻机吊架，以及沿中心固定管的圆周方向均布设置的至少三个柱形箱筒；其中，钻机平台水平设置在中心连接管上，且其中心处开设有与中心连接管和中心固定管相连通的通孔；钻机吊架固定在钻机平台的中部，其横梁位于通孔的上方；柱形箱筒通过桁架结构、或通过钢筋混凝土平台和钢筋混凝土支撑与中心固定管连接固定为一体，且在每个箱筒上均开设有一个抽气孔。进一步地，沿中心固定管的圆周方向均布设置的柱形箱筒的数量一般为三个、四个或五个；如图8所示为柱形箱筒的数量为三个时通过桁架与中心固定管连接固定为一体的俯视图；如图9所示为柱形箱筒的数量为四个时通过桁架与中心固定管连接固定为一体的俯视图。进一步地，箱筒为钢箱筒或钢筋混凝土箱筒，且每个箱筒可以根据需要设置有一个或若干个气体隔舱。进一步地，中心固定管的顶端外壁上设置有上法兰盘，中心连接管的底端外壁上设有下法兰盘，使中心固定管和中心连接管之间通过设置在上法兰盘和下法兰盘上的多个连接螺栓连接固定为一体。进一步地，在钻机平台底面且位于通孔的外周固定有抱箍；抱箍包括内径大于中心连接管的外径的环形本体，在环形本体的侧壁上沿圆周方向开设有多个径向螺孔，且在每个径向通孔内自外向内插装有一个螺栓，在每个螺栓的尾端还设置有一个垫块。进一步地，通孔、中心固定管和中心连接管的内径一致，且略大于钢桩的外径。进一步地，桁架结构由两端分别固定在箱筒顶面和中心固定管侧壁上、相邻两个箱筒的顶面上的多根主杆，以及两端分别固定在主杆和中心固定管侧壁上多根支杆构成。其中，主杆和支杆可以采用混凝土钢筋与箱筒和中心固定管焊接固定为一体。一种采用上述吸力筒式单桩基础结构实现嵌岩桩基施工的施工方法，具体步骤如下：S1、根据泥面至水平面的实测距离，选择长度适宜的中心连接管，并将其与连接有多个箱筒的中心固定管连接固定；其中，中心连接管可以由多根若干节标准段中心连接钢管拼接而成，中心连接管的总长度应满足箱筒完全下沉至泥面以下时，中心连接管的顶端仍位于水面以上；当中心固定管的自身长度满足箱筒完全下沉至泥面以下时，其顶端仍位于水面以上，则无需再连接中心连接管；S2、将步骤S1连接好的设备吊至施工位置并下放搁置在泥面上；S3、利用箱筒上的抽气孔以相同的速度同时抽取每个箱筒内的气体，使内部形成真空的箱筒在负压作用下下沉至泥面以下，直至达到稳定状态；S4、将钻机平台安装在中心连接管上；S5、在钻机平台上安装钻机动力站和钻机操控台，将底端安装有嵌岩桩机钻头的嵌岩桩机钻杆固定在钻机吊架上；S6、将嵌岩桩机钻头通过中心连接管和中心固定管之间形成的通道逐渐下放，并驱动嵌岩桩机钻头向岩基中钻进形成岩基孔道；S7、钻孔完成后，依次移走嵌岩桩机钻杆、嵌岩桩机钻头、钻机动力站、钻机操控台和钻机平台；S8、将钢桩通过中心连接管、中心固定管和岩基孔道之间形成的通道逐渐下放，将钢桩沉桩至要求标高位置；S9、通过中心连接管向中心固定钢管与钢桩之间、岩基孔道与钢桩之间形成的环空缝隙内灌注水泥浆，连接有箱筒的中心固定钢管与钢桩一体固定形成复合桩基；S10、水泥浆强度满足要求后，拆除中心连接管，嵌岩桩基的箱筒式基础结构施工。一种采用上述吸力筒式单桩基础结构实现非岩石土地质桩施工的施工方法，具体步骤如下：S1、将连接有箱筒的中心固定管吊至施工位置并下放搁置在泥面上；S2、利用箱筒上的抽气孔以相同的速度同时抽取每个箱筒内的气体，使内部形成真空的箱筒在负压作用下下沉至泥面以下，直至达到稳定状态；S3、将钢桩通过中心固定管逐渐下放，通过打桩锤或静压设备将桩沉至要求标高位置；S4、通过中心固定管向中心固定管与钢桩之间形成的环空缝隙内灌注水泥浆，使连接有箱筒的中心固定钢管与钢桩一体固定形成复合桩基。进一步地，在对嵌岩桩或软基进行钢管桩复合基础施工中，利用箱筒上的抽气孔以相同的速度同时抽取每个箱筒内的气体，使所有箱筒同步下沉。该吸力筒式单桩基础结构简单、操作方便，其吸力筒式基础结构既能能够作为嵌岩桩机施工操作平台的支撑结构，又能够作为钢桩沉桩的限位结构，并进一步成为钢桩基础结构的一部分；与现有技术相比，该吸力筒式单桩基础结构及相应的施工方法极大提高钢桩基础的竖向及水平承载力，既保证了施工质量，又提高了施工效率。附图说明图1为本专利技术的吸力筒式单桩基础结构的结构示意图；图2为本专利技术的吸力筒式单桩基础结构的抱箍的结构示意图；图3为本专利技术的吸力筒式单桩基础结构内设置有钢桩的结构示意图图4为采用本专利技术的吸力筒式单桩基础结构进行嵌岩桩施工时箱筒在负压作用下沉入泥面以下的结构示意图；图5为采用本专利技术的吸力筒式单桩基础结构进行嵌岩桩施工时嵌岩桩机向岩基中钻进形成岩基孔道的结构示意图；图6为采用本专利技术的吸力筒式单桩基础结构进行嵌岩桩施工时沉入钢桩至标高的结构示意图；图7为采用本专利技术的吸力筒式单桩基础结构进行嵌岩桩施工后钢桩完成复合桩基施工的结构示意图；图8为本专利技术的吸力筒式单桩基础结构的中心固定管外通过桁架结构连接有三个均布的箱筒的结构示意图；图9为本专利技术的吸力筒式单桩基础结构的中心固定管外通过桁架结构连接有四个均布的箱筒的结构示意图；图10为本专利技术进行软基施工时的吸力筒式单桩基础结构的结构示意图；图11为采用本专利技术的吸力筒式单桩基础结构进行软基施工时沉入钢桩至标高的结构示意图；图12为采用本专利技术的吸力筒式单桩基础结构进行软基施工后钢桩完成复合桩基施工的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。实施例1如图1所示，该吸力筒式单桩基础结构包括自下而上依次连接的中心固定管3、中心连接管5、钻机平台6和钻机吊架7，以及沿中心固定管3的圆周方向均布设置的三个柱形箱筒1；其中，中心固定管3的顶端外壁上设置有上法兰盘16，中心连接管5的底端外壁上设有下法兰盘17，使中心固定管3和中心连接管5之间通过设置在上法兰盘16和下法兰盘17上的多个连接螺栓18水平连接固定为一体；如图8所示，三个柱形箱筒1通过桁架结构4与中心固定管3形成连接固定；具体地，桁架结构4呈正四面体结果，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，包括自下而上依次连接的中心固定管(3)、中心连接管(5)、钻机平台(6)和钻机吊架(7)，以及沿中心固定管(3)的圆周方向均布设置的至少三个柱形箱筒(1)；其中，钻机平台(6)水平设置在中心连接管(5)上，且其中心处开设有与中心连接管(5)和中心固定管(3)相连通的通孔；钻机吊架(7)固定在钻机平台(6)的中部，其横梁位于通孔的上方；柱形箱筒(1)通过桁架结构(4)、或通过钢筋混凝土平台和钢筋混凝土支撑与中心固定管(3)连接固定为一体，且在每个箱筒(1)上均开设有一个抽气孔(2)。

【技术特征摘要】
1.一种吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，包括自下而上依次连接的中心固定管(3)、中心连接管(5)、钻机平台(6)和钻机吊架(7)，以及沿中心固定管(3)的圆周方向均布设置的至少三个柱形箱筒(1)；其中，钻机平台(6)水平设置在中心连接管(5)上，且其中心处开设有与中心连接管(5)和中心固定管(3)相连通的通孔；钻机吊架(7)固定在钻机平台(6)的中部，其横梁位于通孔的上方；柱形箱筒(1)通过桁架结构(4)、或通过钢筋混凝土平台和钢筋混凝土支撑与中心固定管(3)连接固定为一体，且在每个箱筒(1)上均开设有一个抽气孔(2)。2.根据权利要求1的吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，中心固定管(3)的顶端外壁上设置有上法兰盘(16)，中心连接管(5)的底端外壁上设有下法兰盘(17)，使中心固定管(3)和中心连接管(5)之间通过设置在上法兰盘(16)和下法兰盘(17)上的多个连接螺栓连接固定为一体。3.根据权利要求1的吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，在钻机平台(6)底面且位于通孔的外周固定有抱箍(13)；抱箍(13)包括内径大于中心连接管(5)的外径的环形本体，在环形本体的侧壁上沿圆周方向开设有多个径向螺孔，且在每个径向通孔内自外向内插装有一个螺栓(14)，在每个螺栓(14)的尾端还设置有一个垫块(15)。4.根据权利要求1的吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，通孔、中心固定管(3)和中心连接管(5)的内径一致，且略大于钢桩(12)的外径。5.根据权利要求1的吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，桁架结构(4)由两端分别固定在箱筒(1)顶面和中心固定管(3)侧壁上、相邻两个箱筒(1)的顶面上的多根主杆，以及两端分别固定在主杆和中心固定管(3)侧壁上多根支杆构成。6.根据权利要求1的吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，所述箱筒(1)内设有一个或多个内隔舱。7.根据权利要求1的吸力筒式单桩基础结构，其特征在于，所述中心连接管为一根钢管或由多根标准段钢管拼接而成。8.一种采用如权利要求1的吸力筒式单桩基础结构实现嵌岩桩基施工的施工方法，其特征在于，步骤如下：S1、根据泥面至水平面的实测距离，选择长度适宜的中心连接管(5)，并将其与连接有多个箱筒(1)的中心固...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，张佩良，丁文智，何福渤，张晓滨，高永生，董明达，米刘芳，肖纪升，易振，费文源，杨立红，李文，张津，赵子江，
申请(专利权)人：天津港航工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12