本发明专利技术公开了一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置及其施工方法，属于嵌岩桩施工技术领域。本发明专利技术采用的技术方案为，一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，包括桩身和钢护筒，钢护筒直径大于桩身，钢护筒与桩身之间形成灌注腔，还包括：竖向导轨，固定在桩身的外壁，竖向导轨与桩身同轴设置；本发明专利技术节省了桩身内岩层的碎岩过程，且开挖区域局限于桩身周围的环形区域，开挖量小，对基岩层的破坏扰动较小，基岩层承载力削弱较小，施工效率高，桩身的安装过程中的下压力是由桩身自重与桩身内、外摩阻力的差值提供，通过掘进系统的自转与环向运动进行成孔，不需要重型打桩设备与钻孔设备，施工成本得到很大降低。成本得到很大降低。成本得到很大降低。
【技术实现步骤摘要】
一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置及其施工方法
[0001]本专利技术属于嵌岩桩施工技术
，具体涉及一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置及其施工方法。
技术介绍
[0002]海上风电作为一种资源总量大、可持续利用、绿色清洁的新能源正在被各国开发利用，在已经安装的海上风机基础中单桩基础占比达到了70%，其中，嵌岩单桩基础作为单桩基础的一种，得到了广泛应用。
[0003]目前，常见的海上嵌岩单桩基础的安装方法一般分为：
①
打入式安装方法，现有海上嵌岩单桩基础打入式安装方法分为以下几步：先将嵌岩单桩基础吊装至定位平台，让其在自重作用下入泥一定深度；然后通过嵌岩单桩基础顶部的重型打桩设备将其打入至设计深度，完成嵌岩单桩基础的安装。打入式的施工方法对重型打桩设备提出了严苛要求且施工量大，施工周期长，安装成本高。
[0004]②
植入式安装方法，现有海上嵌岩单桩基础植入式安装方法分为以下几步：先将钢护筒安放在定位平台内，通过振动锤将其打至基岩顶；然后通过重型钻孔设备在钢护筒内钻孔，待钻孔至设计安装深度后，停止钻孔，将嵌岩单桩基础通过定位平台放入钻好的孔内；之后在嵌岩单桩基础外侧灌注填充物，待填充物具有一定强度后，将钢护筒拔出，完成嵌岩单桩基础的安装。植入式安装方法虽然不需要打桩设备，但同样对重型钻孔设备提出了严苛要求且施工难度大、钻孔量大，施工周期长。
[0005]现有技术中，申请号为CN201810988442.X的专利技术专利公开了一种环形钻孔嵌岩桩施工方法及设备，该专利技术采用沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤，钻进形成具有环形断面的钻孔，沿钢护筒内壁打设钢管桩，在所述钢管桩与具有环形断面的钻孔之间的内外侧空隙处，灌注有混凝土层，灌注后拔出钢护筒。其钻孔设备复杂，连接钻头的钻杆过长在钻进过程中容易发生屈曲；另外，申请号为CN202011231420.2的专利技术专利公开了一种高效环保的长螺旋嵌岩桩机，该专利技术通过改进长螺旋钻机钻杆结构，来提高其入岩钻进效率和成孔的灌注桩单桩承载力。但其钻进装置都集中在长螺旋钻杆上，不同尺寸的孔对应不同的螺旋杆，装置固定且不可拆卸回收，施工成本高；申请号为CN201910080901.9的专利技术专利公开了一种大直径嵌岩桩快速施工方法及其结构，该专利技术，通过地面钻孔拉槽，完成覆盖层的井壁钢筋混凝土支护和基岩部分桩周预裂钻孔。在基岩开挖过程中，结合桩周基岩预裂钻孔，通过地面打击放置于基岩钻孔中的楔子劈裂基岩，完成桩身嵌岩部分的石方开挖。环形钻孔开挖部分只是安装支护筒进行护壁支护，并未减小开挖量和施工周期，并且需要人工进行钻孔部分开挖，施工风险高。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种，以解决上述技术问题中的至少一个。
[0007]本专利技术所采用的技术方案为：
一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，包括桩身和钢护筒，钢护筒直径大于桩身，钢护筒与桩身之间形成灌注腔，还包括：竖向导轨，固定在桩身的外壁，竖向导轨与桩身同轴设置；竖向导轨上滑动连接有滑块，滑块上固定连接有环形导轨；开挖机构，滑动连接在环形导轨内；排渣管，设置在桩身的外壁。
[0008]优选地，滑块采用气动驱动的方式在竖向导轨内上下滑动。
[0009]优选地，开挖机构包括驱动块，驱动块滑动连接在环形导轨内，驱动块内设有驱动电机，驱动电机的输出端设有碎岩掘进系统。
[0010]优选地，环形导轨采用相同的四个导轨分部组装而成，每组导轨分部可单独拆卸，相邻环形导轨之间设有分区板，滑块在导轨分部内做往复运动。
[0011]优选地，碎岩掘进系统包括转轴，转轴远离驱动电机的一端固定连接有第一掘进板，转轴上滑动连接有滑板，第一掘进板侧边铰接有第二掘进板，滑板侧边铰接有梯形板，梯形板远离滑板的一端设有铰接部，铰接部与第二掘进板远离第一掘进板的一端铰接，第一掘进板与第二掘进板外壁均设有钻头，转轴外壁设有液压伸缩杆，液压伸缩杆的伸缩端与铰接部固定连接。
[0012]优选地，竖向导轨底部设有限位器。
[0013]优选地，竖向导轨设置数量4
‑
12个，多组竖向导轨沿桩身外壁等距排布。
[0014]优选地，排渣管的数量为8
‑
12个。
[0015]优选地，第一掘进板和滑板均为正方形，第二掘进板设有四组，四组第二掘进板分别与第一掘进板的四边铰接，梯形板设有四组，四组梯形板分别与滑板的四边铰接，相邻第二掘进板与梯形板通过铰接部铰接，液压伸缩杆设置2
‑
4个。
[0016]一种海上嵌岩单桩基础的施工方法，具体步骤如下：S1：通过吊装船将用以定位的定位平台吊装至设计机位，起吊桩身并将桩身插入定位平台的导向孔内；S2：使桩身在自身重力的作用下定位平台的导向孔向海床的平面滑动，桩身接触海床平面后会继续下潜并插入到海床内部，直至桩身自重等于桩身内、外侧摩擦阻力与端部阻力总和；S3：气动驱动装置驱动滑块沿竖向导轨下潜至桩身底部，竖向导轨底部设有限位器，限位器的设置可以对滑块进行限位，使碎石掘进系统与海床平面平齐，同时将钢护筒插入定位平台上的另一导向孔内，使钢护筒与桩身之间形成一个灌注腔，钢护筒顶端安装组合式振动锤，在振动锤的锤击之下，钢护筒下沉至基岩层的顶面上；S4：驱动碎石掘进系统进行破泥成孔，此时，桩身外侧摩阻力减小，桩身自重大于桩身内、外侧摩阻力与端部摩阻力总和，原有力的平衡关系被打破，桩身在破泥成孔的同时继续下沉，桩身下沉至桩身自重等于桩身内侧摩阻力与端部摩阻力之和时，桩身受力达到新的平衡，当碎石掘进系统破泥成孔至桩身不再下沉时，通过液压伸缩杆的伸长将碎岩掘进系统中的第二掘进板伸展至桩身内部，第二掘进板和第一掘进板在驱动电机的带动自转，同时，驱动块在环形导轨内做环向切削运动，增加成孔面积，此时，桩身底端部的土层被破除，桩身端部摩阻力消失，内侧摩阻力随着成孔面积的增大不再增加，桩身的自重从此刻开始始终大于内侧摩阻力，新的力的平衡被打破，因此，在碎岩掘进系统工作时始终有一个下压力使得桩身可以缓慢下沉，布置在桩身外侧的排渣管可以在掘进时完成对泥浆的抽
吸；S5：当碎岩掘进系统破泥成孔深度至海床与基岩层交界面处，开始进行碎岩成孔的工作，此时桩身自重大于桩身内侧摩阻力，桩身继续下沉，当碎岩掘进至设计嵌岩深度时，停止碎岩掘进系统工作，完成盾构成孔初步安装；S6：当碎岩掘进系统下潜到设计嵌岩深度后，通过液压驱动使液压伸缩杆收缩，带动梯形板和第二掘进板内收，待第二掘进板的旋转切削半径缩小到转轴至桩身外壁水平距离时，液压伸缩杆停止工作，通过气动驱动装置使滑块沿竖向导轨上升，带动与滑块相连的环形导轨上升，进而完成对碎岩掘进系统的回收；S7:通过桩身外壁布置的排渣管向钢护筒与桩身之间的灌注腔内灌注填充物，当灌注的填充物高度至海平面位置处，停止灌注，并去除排渣管；S8:等灌注的填充物初步固结，达到要求强度后，取出钢护筒，完成总体安装。
[0017]由于采用了上述技术方案，本专利技术所取得的有益效果为：1.本专利技术，是由桩身底端的碎岩掘本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，包括桩身和钢护筒，所述钢护筒直径大于桩身，所述钢护筒与桩身之间形成灌注腔，其特征在于，还包括：竖向导轨，固定在所述桩身的外壁，所述竖向导轨与桩身同轴设置；所述竖向导轨上滑动连接有滑块，所述滑块上固定连接有环形导轨；开挖机构，滑动连接在所述环形导轨内；排渣管，设置在所述桩身的外壁。2.根据权利要求1所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述滑块采用气动驱动的方式在竖向导轨内上下滑动。3.根据权利要求2所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述开挖机构包括驱动块，所述驱动块滑动连接在环形导轨内，所述驱动块内设有驱动电机，所述驱动电机的输出端设有碎岩掘进系统。4.根据权利要求3所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述环形导轨采用相同的四个导轨分部组装而成，每组所述导轨分部可单独拆卸，相邻所述环形导轨之间设有分区板，所述滑块在导轨分部内做往复运动。5.根据权利要求3所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述碎岩掘进系统包括转轴，所述转轴远离驱动电机的一端固定连接有第一掘进板，所述转轴上滑动连接有滑板，所述第一掘进板侧边铰接有第二掘进板，所述滑板侧边铰接有梯形板，所述梯形板远离滑板的一端设有铰接部，所述铰接部与第二掘进板远离第一掘进板的一端铰接，所述第一掘进板与第二掘进板外壁均设有钻头，所述转轴外壁设有液压伸缩杆，所述液压伸缩杆的伸缩端与铰接部固定连接。6.根据权利要求1所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述竖向导轨底部设有限位器。7.根据权利要求6所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述竖向导轨设置数量4
‑
12个，多组所述竖向导轨沿桩身外壁等距排布。8.根据权利要求1所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述排渣管的数量为8
‑
12个。9.根据权利要求5所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置，其特征在于，所述第一掘进板和滑板均为正方形，所述第二掘进板设有四组，四组所述第二掘进板分别与第一掘进板的四边铰接，所述梯形板设有四组，四组所述梯形板分别与滑板的四边铰接，相邻所述第二掘进板与梯形板通过铰接部铰接，所述液压伸缩杆设置2
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4个。10.一种海上嵌岩单桩基础的施工方法，其特征在于，采用权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘金忠，马顺顺，孔德森，王凯，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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