【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋与深水基础工程，具体涉及大直径钢圆筒承载力快速恢复方法、系统及其实施方法。
技术介绍
1、大直径钢圆筒结构简单，无复杂节点和连接件，同时具备较强的地层适应能力和自稳性能。此外，大直径钢圆筒横截面面积和惯性矩大，横截面的抗弯性能优异，同时由于其直径较大，钢圆筒外侧壁与地基土体相互作用的接触面积亦较大，使得大直径钢圆筒具有很强的水平抗力性能。基于这些优点，大直径钢圆筒被广泛用作人工岛快速筑岛围堰结构、跨海大桥大直径基础施工围护结构、深海石油钻井平台立管防护结构等。
2、由于大直径钢圆筒尺寸规模巨大(直径可达20m以上)，传统小尺寸冲击锤无法应用于大直径钢圆筒下沉施工。目前，主要采用振动锤多锤联动方式实施大直径钢圆筒振沉，建造和施工过程方便快捷，典型如港珠澳大桥、深中通道等筑岛工程中的大直径钢圆筒下沉施工。但是，联动锤振沉大直径钢圆筒过程中，高频激振力会弱化钢圆筒周围土体，在加快钢圆筒下沉的同时亦弱化了其承载力，地基土体重塑并具备承载能力的恢复周期漫长(通常需1年以上)，这也是大直径钢圆筒主要作为临时围护支撑结构应用，而无法直接用作承载主要结构来承担外力荷载作用的主要原因。
3、随着我国海洋基础设施规模和体量的逐步增加，所面临的风浪流及上部结构荷载亦急剧增加，对其地基支撑结构提出了严峻挑战。传统的大直径桩基、大直径吸力筒基础等应对成本急剧增加。大直径钢圆筒理论上具备较高的竖向承载力和水平承载力，如能够在大直径钢圆筒联动锤振沉施工后，使其承载力快速恢复而具备结构承载能力，不仅可以为现有的海洋基础
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是针对大直径钢圆筒联动锤振沉后，筒体周围弱化地基土体恢复周期漫长而无法承担主要承力结构功能的不足，提供一种大直径钢圆筒承载力快速恢复方法；本专利技术的第二目的是提供一种能够实现所述大直径钢圆筒承载力快速恢复方法的系统；本专利技术的第三目的是提供该大直径钢圆筒承载力快速恢复系统的实施方法。
2、技术方案：本专利技术所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复方法，大直径钢圆筒通过联动锤振沉至设计深度后，将大直径钢圆筒外侧壁弱化地基中的水排出，以使筒体周围地基土体完成重塑和固结，实现大直径钢圆筒承载力快速恢复。
3、进一步地，大直径钢圆筒周围地基土体沿筒体轴向分层排水、沿筒体周向多点排水，以使筒体周围地基土体重塑和固结更加快速、均匀。
4、本专利技术所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，包括：
5、分布式排水通道，纵向安装在大直径钢圆筒外侧壁，多个分布式排水通道在大直径钢圆筒上沿周向均布；
6、环形定向阻隔装置，数量为多个，安装在大直径钢圆筒外侧壁，用于将大直径钢圆筒周围地基土体分层隔离；
7、以及，移动式自密封抽水装置，安装在每一个分布式排水通道内部，用于对大直径钢圆筒周围地基土体进行分层排水。
8、进一步地，分布式排水通道的数量至少为3个。
9、进一步地，分布式排水通道包括负压抽水管道和对称布置于负压抽水管道两侧的斜撑钢板，负压抽水管道、斜撑钢板和大直径钢圆筒外侧壁构成外侧腔；负压抽水管道上端开口、下端封口，具有自下而上依次交替设置的开孔段和无开孔段，开孔段开设有沟通外侧腔的孔洞，斜撑钢板上对应于开孔段的位置开设有沟通外侧腔的透水孔，所述的透水孔及孔洞通过过滤网封堵；环形定向阻隔装置设置在对应于无开孔段的位置，外侧腔对应于无开孔段的位置封堵，移动式自密封抽水装置设置在负压抽水管道中。
10、进一步地，移动式自密封抽水装置包括空心分流管、负压引流管、上紧固端头和下紧固端头，紧固端头外径略小于负压抽水管道，两紧固端头之间设置外层橡胶囊和内层橡胶囊，内、外层橡胶囊之间填充液体；空心分流管穿过上紧固端头、内层橡胶囊和下紧固端头，负压引流管一端连接空心分流管，另一端连接真空泵设备；空心分流管上安装加压单向阀，加压单向阀上部位置安装向下倾斜的挡流板，用于当真空泵设备启动后截流，使部分高速水流经加压单向阀进入内层橡胶囊，进而使外层橡胶囊挤压负压抽水管道内壁实现密封；上紧固端头上设置有泄压阀，泄压阀通过泄压阀导线接至地表，用于对内层橡胶囊泄压，以解除外层橡胶囊对负压抽水管道的密封，实现移动式自密封抽水装置在负压抽水管道中移动。
11、进一步地，空心分流管中心位置垂直对称安装4个加压单向阀，每个加压单向阀上部位置各安装一块挡流板。
12、进一步地，环形定向阻隔装置包括开口朝外的凹槽形基座，凹槽形基座的底板与大直径钢圆筒、分布式排水通道的外侧壁连接，凹槽形基座两侧的翼板通过斜撑过渡板与大直径钢圆筒外侧壁连接；凹槽形基座内部放置注浆囊袋；注浆管道设置于外侧腔，其一端连接设置在凹槽形基座与斜撑钢板连接处的单向注浆阀，另一端连接压浆设备；凹槽形基座开口处通过与下侧斜撑过渡板相连接的防护盖板掩盖，当注浆囊袋内注浆后，防护盖板能够被顶开。
13、进一步地，所有注浆囊袋的单向注浆阀布置在同一侧的斜撑钢板上，每个注浆管道只连接一个单向注浆阀，每个注浆囊袋的注浆量不小于其最大注浆体积的0.9倍；所有注浆囊袋可同时注浆，也可从下而上依次注浆。
14、本专利技术所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统的实施方法，包括：
15、1)大直径钢圆筒振沉至设计深度后，在所有分布式排水通道中各插入一个移动式自密封抽水装置，并同时下放至最深处的无开孔段位置；
16、2)启动压浆设备，注浆囊袋中注入水泥浆液，实现大直径钢圆筒周围地基土体的分层隔离；
17、3)启动真空泵设备，挡流板开始截流，部分高速水流通过加压单向阀进入内层橡胶囊，使得外层橡胶囊膨胀并挤压负压抽水管道内壁，形成真空环境；
18、4)真空泵设备持续工作，直至负压引流管出水量降低并进入稳定状态，或者不小于2小时的工作时间；
19、5)关闭真空泵设备，拉动泄压阀导线，内层橡胶囊中的液体通过泄压阀流出，外层橡胶囊回缩；将所有移动式自密封抽水装置上拔至上一层无开孔段位置；
20、6)重复步骤3)至5)，直至完成最上层负压排水工作，将移动式自密封抽水装置回收，并在分布式排水通道内灌满水泥浆液。
21、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：
22、(1)本专利技术从大直径钢圆筒承载力恢复慢的根源出发，提出将联动锤激振后筒体周围弱化土体中的水排出，从而加快地基土体重塑和固结进程，实现在短时间内即能够发挥大直径钢圆筒的承载功能。并且，相较于传统注浆加固地基方式，排水固结加快承载力恢复的方式更加的经济、环保。
23、(2)本专利技术还提供一种分布式的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，能够使筒体周围弱化地基土体重塑与固结更加快速、均匀，显著加快承载力恢复时间，提升承载力恢复效果；该系统的实施过程简单快捷，便于操作；移动式自密封抽水装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.大直径钢圆筒承载力快速恢复方法，其特征在于，大直径钢圆筒(1)通过联动锤振沉至设计深度后，将大直径钢圆筒(1)外侧壁弱化地基中的水排出，以使筒体周围地基土体完成重塑和固结，实现大直径钢圆筒(1)承载力快速恢复。
2.根据权利要求1所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复方法，其特征在于，大直径钢圆筒(1)周围地基土体沿筒体轴向分层排水、沿筒体周向多点排水。
3.大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，分布式排水通道(2)的数量至少为3个。
5.根据权利要求3所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，分布式排水通道(2)包括负压抽水管道(21)和对称布置于负压抽水管道(21)两侧的斜撑钢板(22)，负压抽水管道(21)、斜撑钢板(22)和大直径钢圆筒(1)外侧壁构成外侧腔；负压抽水管道(21)上端开口、下端封口，具有自下而上依次交替设置的开孔段(212)和无开孔段(211)，开孔段(212)开设有沟通外侧腔的孔洞，斜撑钢板(22)上对应于开孔段(212
6.根据权利要求5所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，移动式自密封抽水装置(4)包括空心分流管(43)、负压引流管(48)、上紧固端头(41)和下紧固端头(42)，紧固端头外径略小于负压抽水管道(21)，两紧固端头之间设置外层橡胶囊(44)和内层橡胶囊(45)，内、外层橡胶囊之间填充液体；空心分流管(43)穿过上紧固端头(41)、内层橡胶囊(45)和下紧固端头(42)，负压引流管(48)一端连接空心分流管(43)，另一端连接真空泵设备(49)；空心分流管(43)上安装加压单向阀(431)，加压单向阀(431)上部位置安装向下倾斜的挡流板(432)，用于当真空泵设备(49)启动后截流，使部分高速水流经加压单向阀(431)进入内层橡胶囊(45)，进而使外层橡胶囊(44)挤压负压抽水管道(21)内壁实现密封；上紧固端头(41)上设置有泄压阀(46)，泄压阀(46)通过泄压阀导线(47)接至地表，用于对内层橡胶囊(45)泄压，以解除外层橡胶囊(44)对负压抽水管道(21)的密封，实现移动式自密封抽水装置(4)在负压抽水管道(21)中移动。
7.根据权利要求6所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，空心分流管(43)中心位置垂直对称安装4个加压单向阀(431)，每个加压单向阀(431)上部位置各安装一块挡流板(432)。
8.根据权利要求5所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，环形定向阻隔装置(3)包括开口朝外的凹槽形基座(31)，凹槽形基座(31)的底板(311)与大直径钢圆筒(1)、分布式排水通道(2)的外侧壁连接，凹槽形基座(31)两侧的翼板(312)通过斜撑过渡板(32)与大直径钢圆筒(1)外侧壁连接；凹槽形基座(31)内部放置注浆囊袋(34)；注浆管道(35)设置于外侧腔，其一端连接设置在凹槽形基座(31)与斜撑钢板(22)连接处的单向注浆阀(36)，另一端连接压浆设备(37)；凹槽形基座(31)开口处通过与下侧斜撑过渡板(32)相连接的防护盖板(33)掩盖，当注浆囊袋(34)内注浆后，防护盖板(33)能够被顶开。
9.根据权利要求8所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，所有注浆囊袋(34)的单向注浆阀(36)布置在同一侧的斜撑钢板(22)上，每个注浆管道(35)只连接一个单向注浆阀(36)，每个注浆囊袋(34)的注浆量不小于其最大注浆体积的0.9倍；所有注浆囊袋(34)可同时注浆，也可从下而上依次注浆。
10.大直径钢圆筒承载力快速恢复系统的实施方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.大直径钢圆筒承载力快速恢复方法，其特征在于，大直径钢圆筒(1)通过联动锤振沉至设计深度后，将大直径钢圆筒(1)外侧壁弱化地基中的水排出，以使筒体周围地基土体完成重塑和固结，实现大直径钢圆筒(1)承载力快速恢复。
2.根据权利要求1所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复方法，其特征在于，大直径钢圆筒(1)周围地基土体沿筒体轴向分层排水、沿筒体周向多点排水。
3.大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，分布式排水通道(2)的数量至少为3个。
5.根据权利要求3所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，分布式排水通道(2)包括负压抽水管道(21)和对称布置于负压抽水管道(21)两侧的斜撑钢板(22)，负压抽水管道(21)、斜撑钢板(22)和大直径钢圆筒(1)外侧壁构成外侧腔；负压抽水管道(21)上端开口、下端封口，具有自下而上依次交替设置的开孔段(212)和无开孔段(211)，开孔段(212)开设有沟通外侧腔的孔洞，斜撑钢板(22)上对应于开孔段(212)的位置开设有沟通外侧腔的透水孔，所述的透水孔及孔洞通过过滤网(213)封堵；环形定向阻隔装置(3)设置在对应于无开孔段(211)的位置，外侧腔对应于无开孔段(211)的位置封堵，移动式自密封抽水装置(4)设置在负压抽水管道(21)中。
6.根据权利要求5所述的大直径钢圆筒承载力快速恢复系统，其特征在于，移动式自密封抽水装置(4)包括空心分流管(43)、负压引流管(48)、上紧固端头(41)和下紧固端头(42)，紧固端头外径略小于负压抽水管道(21)，两紧固端头之间设置外层橡胶囊(44)和内层橡胶囊(45)，内、外层橡胶囊之间填充液体；空心分流管(43)穿过上紧固端头(41)、内层橡胶囊(45)和下紧固端头(42)，负压引流管(48)一端连接空心分流管(43)，另一端连接真空泵设备(49)；空心分流管(43)...
【专利技术属性】
技术研发人员：竺明星，谢尚乐，李小娟，邓会元，卢红前，刘波，黄李骥，顾晓庆，束加庆，席爽，王朋朋，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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