一种水下基础结构冲刷坑的修复结构及修复方法

摘要

本发明公开了一种水下基础结构的冲刷坑的修复结构,包括冲刷坑地基固化结构、冲刷坑回填固化结构和防冲刷保护固化结构。冲刷坑地基固化结构为打入冲刷坑的底面内和冲刷坑的外围海床内的多根固化土桩；冲刷坑地基固化结构与水下基础结构之间通过固化剂连接；冲刷坑回填固化结构为吹填在冲刷坑内的固化土，冲刷坑回填固化结构的顶标高为海床面标高；防冲刷保护固化结构为吹填在冲刷坑回填固化结构的顶面上的固化土，防冲刷保护固化结构的顶面高出冲刷坑的顶面80cm，底面外缘至冲刷坑的边缘距离为0.5倍的冲刷坑直径。本发明还公开了一种水下基础结构的冲刷坑的修复方法。本发明能对已经形成的冲刷坑进行有效的修复，并能防止冲刷坑再次形成。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下基础结构冲刷坑的修复结构及修复方法。

背景技术

近年来，随着海洋能源资源开发和利用的规模不断扩大，越来越多的海上建筑物出现在海上。桩和墩柱是码头、桥梁和海洋平台等水上建筑物中常见的水下基础结构型式，当这些水下基础结构矗立在海洋中时，水下基础结构附近的水流流场会发生很大变化，前方会产生马蹄涡，流速加强，波浪遇到水下基础结构时还会产生绕射、反射以及波浪破碎等现象。这些现象最终引起水下基础结构底部海床面的剪切应力和泥沙输沙率值增大，并导致局部冲刷。在复杂的海洋环境下，所产生的冲刷坑减少了水下基础结构与周围海床的接触深度，降低了水下基础结构的承载力与稳定性。

现有的冲刷坑常采用抛填块石、抛填砂袋、覆盖砂被等方法填埋，这些方法仅能起到增加防护面层的作用，无法对原状地基土的防冲刷性质进行改良，往往在防护层与原地基土的交界面又产生新的冲刷，久而久之导致防护层在波流长期作用下破坏，使基础又遭受冲刷的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种水下基础结构冲刷坑的修复结构及修复工艺，它能对已经形成的冲刷坑进行有效的修复，并能防止冲刷坑再次形成，确保水下基础结构的稳定性。

实现本发明的目的一种技术方案是：一种水下基础结构的冲刷坑的修复结构,包括冲刷坑地基固化结构、冲刷坑回填固化结构和防冲刷保护固化结构；其中，

所述冲刷坑地基固化结构为打入冲刷坑的底面内和冲刷坑的外围海床内的多根固化土桩，多根固化土桩以桩与桩之间相互咬合而形成封闭桩；所述冲刷坑地基固化结构与水下基础结构之间通过固化剂连接；冲刷坑地基固化结构的外缘至冲刷坑的边缘距离为0.5倍的冲刷坑的直径，冲刷坑地基固化结构的深度为冲刷坑的底面以下3～5m，并且由外向内自浅至深；

所述冲刷坑回填固化结构为吹填在冲刷坑内的固化土，冲刷坑回填固化结构的顶标高为冲刷坑的外围海床面标高；

所述防冲刷保护固化结构为吹填在冲刷坑回填固化结构的顶面上的固化土，防冲刷保护固化结构的顶面为球弧面且最高处高出冲刷坑的顶面80cm，防冲刷保护固化结构的底面外缘至冲刷坑的边缘距离为0.5倍的冲刷坑的直径。

上述的水下基础结构冲刷坑的修复结构，其中，所述固化土桩为搅拌桩。

上述的水下基础结构冲刷坑的修复结构，其中，每根所述固化土桩的桩型呈矩形且有效平面尺寸为1.6m×2m；且固化土桩的桩与桩之间相互咬合10cm。

实现本发明的目的另一种技术方案是：一种水下基础结构冲刷坑的修复方法，包括以下步骤：

步骤一，对冲刷坑进行扫测，得到冲刷坑的直径和深度；

步骤二，在水下基础结构周围的海床取泥土，并以90天抗压强度作为设计标准进行固化剂的配合比试验，确定固化剂的最佳掺量为8％～12％；

步骤三，先在施工现场制备固化剂，再进行固化土桩施工，且以水下基础结构为中心由外向内自浅至深施工；固化土桩施工时，将固化剂注入冲刷坑的底面以下3～5m，并充分搅拌，使固化剂与水下基础结构周围的泥土充分融合，形成冲刷坑地基固化结构；

步骤四，在冲刷坑地基固化结构与水下基础结构之间的缝隙中通过增加一定的压力填充固化剂；

步骤五，在冲刷坑地基固化结构施工完成7天后取样检测抗压强度，得到7天期的抗压强度qu1，并通过以下公式推算出冲刷坑地基固化结构90天期的抗压强度：

qu1/qu2＝(T1/T2)

式中：qu1为T1龄期时的抗压强度，T1为7天；qu2为T2龄期时的抗压强度，T2为90天；a的取值为0.265～0.4；

步骤六，待冲刷坑地基固化结构初凝后，利用挖泥船在施工水域附近取泥土至泥驳，在泥驳上的泥土中加入固化剂并搅拌均匀形成固化土，再采用吹填的方式将固化土泵送至冲刷坑内，形成冲刷坑回填固化结构；

步骤七，在形成冲刷坑回填固化结构后不超过两天，利用挖泥船在施工水域附近取泥土至泥驳，在泥驳上的泥土中加入固化剂并搅拌均匀形成固化土，再采用吹填的方式将固化土泵送至冲刷坑回填固化结构的顶面上，形成防冲刷保护固化结构。

上述的水下基础结构冲刷坑的修复工艺，其中，进行步骤二时，所述固化剂由高强度胶凝材料、活性材料、激发剂和钝化材料按一定配比混合而成，且固化剂的水灰比为0.55～0.7。

上述的水下基础结构冲刷坑的修复工艺，其中，进行步骤三时，所述固化土桩为搅拌桩，搅拌桩是采用搅拌桩基按以下工序施工：下钻搅拌→提升喷浆搅拌→二次下钻搅拌→重复提升喷浆搅拌→移位；

进行下钻搅拌时，启动搅拌马达和升降马达，搅拌头沿着导向架边向切土下钻，搅拌头下钻至设计深度位置时，定喷；

进行提升喷浆搅拌时，边提升搅拌头、边喷浆、边搅拌，最后搅拌头上升至工作基准面；

进行二次下钻搅拌时，搅拌头沿着导向架向再次下钻搅拌；

进行重复提升喷浆搅拌时，搅拌头提升过程中，边喷浆、边搅拌。

上述的水下基础结构冲刷坑的修复工艺，其中，进行步骤六和步骤七时，是在施工现场平潮时间施工，且波浪、水流条件满足固化剂在初凝时间内不产生冲刷的要求。

本发明的水下基础结构冲刷坑的修复结构及修复工艺具有以下特点：

1)在冲刷坑的底部采用原位固化方法加固水下基础周围的海床，即在冲刷坑的底部以下一定深度以及冲刷坑的外围一定范围内的海床以下一定深度打设固化土桩，形成冲刷坑地基固化结构，再采用异位固化方法修复冲刷坑，即在施工水域附近取泥土并在泥土中加入固化剂形成固化土，再将固化土吹填至冲刷坑内，形成冲刷坑回填固化结构，然后在冲刷坑回填固化结构上再次吹填固化土，形成防冲刷保护固化结构。水下基础结构冲刷坑的修复结构能有效改善水下基础结构周围地基土的强度和水稳性，提高原状土的防冲刷性能力，防冲刷保护固化结构与原海床的天然泥面线自然过渡，避免了水流边界条件突变造成的交界面冲刷。

2)本发明先对冲刷坑的底部采用原位固化方式进行固化修复，可减少冲刷坑回填固化结构和防冲刷保护固化结构的固化量，保证冲刷坑回填固化结构和防冲刷保护固化结构均能一次性完成施工。

3)能对已经形成的冲刷坑进行有效的修复，并能防止冲刷坑再次形成，确保水下基础结构的稳定性。

附图说明

图1是本发明的水下基础结构冲刷坑的修复结构的立面图；

图2是本发明的水下基础结构冲刷坑的修复结构的平面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的水下基础结构的冲刷坑的修复结构,包括冲刷坑地基固化结构30、冲刷坑回填固化结构50和防冲刷保护固化结构60；其中，

冲刷坑地基固化结构30为打入冲刷坑20的底面内和冲刷坑20的外围海床内的多根固化土桩3，每根固化土桩3为搅拌桩，固化土桩3的桩型呈矩形且有效平面尺寸为1.6m×2m，多根固化土桩3以桩与桩之间相互咬合10cm而形成封闭桩；冲刷坑地基固化结构30与水下基础结构10之间通过固化剂40连接；冲刷坑地基固化结构30的外缘至冲刷坑20的边缘距离为0.5倍的冲刷坑直径D，冲刷坑地基固化结构30的深度为冲刷坑20的底面以下3～5m，并且由外向内自浅至深；

冲刷坑回填固化结构50为吹填在冲刷坑20内的固化土，冲刷坑回填固化结构50的顶标高为冲刷坑20的外围海床面标高；

防冲刷保护固化结构60为吹填在冲刷坑回填固化结构50的顶面上的固化土覆盖被，防冲刷保护固化结构60的顶面为球弧面且最高处高出冲刷坑20的顶面80cm，防冲刷保护固化结构60的底面外缘至冲刷坑20的边缘距离为0.5倍的冲刷坑直径D。

本发明的水下基础结构的冲刷坑的修复结构，能对已经形成的冲刷坑进行有效的修复，并能防止冲刷坑再次形成，确保水下基础结构的稳定性。

本发明的水下基础结构冲刷坑的修复方法，包括以下步骤：

步骤一，对水下基础结构10周围的冲刷坑20进行扫测，得到冲刷坑20的直径D和深度；

步骤二，在水下基础结构周围的海床取泥土，并以90天抗压强度作为设计标准进行固化剂的配合比试验，确定固化剂的最佳掺量为8％～12％；固化剂由高强度胶凝材料、活性材料、激发剂和钝化材料按一定配比混合而成，且固化剂的水灰比为0.55～0.7；固化剂采用水泥、GS岩土固化剂或淤泥固化剂；

步骤三，先在施工现场制备固化剂，再进行原位固化，即进行固化土桩施工，且以水下基础结构为中心由外向内自浅至深施工；固化土桩施工时，将固化剂注入冲刷坑的底面以下一定深度，并充分搅拌，使固化剂与水下基础结构10周围的泥土充分融合，形成冲刷坑地基固化结构30；冲刷坑地基固化结构30的深度是根据冲刷坑20的深度计算得到；

每根固化土桩为搅拌桩，搅拌桩是采用搅拌桩机按以下工序施工：下钻搅拌→提升喷浆搅拌→二次下钻搅拌→重复提升喷浆搅拌→移位；

进行下钻搅拌时，启动搅拌马达和升降马达，搅拌头沿着导向架边向切土下钻，搅拌头下钻至设计深度位置时，定喷；

进行提升喷浆搅拌时，边提升搅拌头、边喷浆、边搅拌，控制搅拌头的提升速度和喷浆流量，保证固化剂浆液与土体充分拌和，最后搅拌头上升至工作基准面；

进行二次下钻搅拌时，是为了保证固化剂浆液的掺量满足设计要求，搅拌头沿着导向架向再次下钻搅拌；

进行重复提升喷浆搅拌时，是为了确保淤泥土层与固化剂浆液搅拌均匀，搅拌头提升过程中，边喷浆、边搅拌；

步骤四，在冲刷坑地基固化结构30与水下基础结构10之间的缝隙中通过增加一定的压力填充固化剂40，确保水下基础结构10的稳定性；

步骤五，在冲刷坑地基固化结构30施工完成7天后取样检测抗压强度，得到7天期的抗压强度qu1，并通过以下公式推算出冲刷坑地基固化结构90天期的抗压强度：

qu1/qu2＝(T1/T2)

式中：qu1为T1龄期时的抗压强度，T1为7天；qu2为T2龄期时的抗压强度，T2为90天；a的取值为0.265～0.4；

步骤六，待冲刷坑地基固化结构30初凝后，并在施工现场平潮时间施工，且波浪、水流条件满足固化剂在初凝时间内不产生冲刷的要求；如作业条件受限制无法提供足够的固化剂的初凝时间，需在固化剂的配合比设计时加入早强剂等方法进行调整，缩短固化剂的初凝时间以满足异位固化早期的加固效果；利用挖泥船在施工水域附近取泥土至泥驳，在泥驳上的泥土中加入固化剂并搅拌均匀形成固化土，再采用吹填的方式将固化土泵送至冲刷坑20内，形成冲刷坑回填固化结构50；可有效提高水下基础结构10周围土体的抗剪强度，提高抗冲蚀性；

步骤七，在形成冲刷坑回填固化结构50后不超过两天，并在施工现场平潮时间施工，且波浪、水流条件满足固化剂在初凝时间内不产生冲刷的要求；如作业条件受限制无法提供足够的固化剂的初凝时间，需在固化剂的配合比设计时加入早强剂等方法进行调整，缩短固化剂的初凝时间以满足异位固化早期的加固效果；利用挖泥船在施工水域附近取泥土至泥驳，在泥驳上的泥土中加入固化剂并搅拌均匀形成固化土，再采用吹填的方式泵送至冲刷坑回填固化结构50的顶面上，形成防冲刷保护固化结构60。

进行步骤六和步骤七时，由于吹填的是高含水率的固化土，可使浆液自主流动至结构缝隙或低洼处，保证了冲刷坑回填固化结构50和防冲刷保护固化结构60的完整性，提高固化结构的冲刷防护能力。

在修复施工完成后，采用多波束等手段对冲刷坑20的修复范围进行扫测，并根据不同阶段的扫测结果统计加固体的流失量Q，绘制Q-t曲线，当曲线趋于收敛时视为满足冲刷防护要求。

本发明的水下基础结构冲刷坑的修复方法，主要用于桩基、桥墩等水下基础结构的冲刷坑修复。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。