[发明专利]一种电渗协助沉桩技术及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桩基础技术领域，尤其涉及一种电渗协助沉桩技术及其施工方法。主要适用于海洋构建物桩基础施工技术领域。

 

背景技术

随着海洋资源的开发与利用，石油钻井平台、海上风力发电机及海上输电塔等海上构建物在陆续兴建，目前桩基础是这些结构物的最主要基础型式，且往往采用单桩基础形式。由于竖向承载力与沉降要求高，且受波浪力、水平地震力以及船舶撞击力等水平向荷载作用，桩基础的设计深度和直径均较大。因此，海上打桩施工问题显得尤为突出。工程实践表明，利用冲击锤等设备将开口钢管桩打入海床时，经常会遇到拒锤（打不动）等现象。由于现场情况复杂，很难判定桩基承载力是否达到设计要求，这给整体工程稳定带来了严重的安全隐患。利用增大锤击能的办法，可以在一定程度上解决拒锤问题；但是无限制的增大锤击能对单个工程而言，既不实际又不经济。如何经济、合理、有效地解决海上打桩拒锤问题，同时有效减少锤击能节约工程造价，成了工程界广泛关注的焦点和难点问题之一。

 

发明内容

本发明的目的在于克服上述锤击能量有限等缺陷，有效解决海床上打桩施工过程中遇到的拒锤问题，保证桩基有效沉入至设计深度，降低整体打桩成本。在同等地质条件下，通过利用电渗协助沉桩，可以有效减少锤击能、节约工程造价。

一种电渗协助沉桩技术及其施工方法，在传统海上冲击锤打桩的基础上，增加电渗技术协助弱化打桩过程中桩-土接触面摩阻力，在空心桩内部设置阳电极、在空心桩外侧设置阴电极，接通直流电源形成电渗场，空心桩内部水向桩外部流动，水体流动弱化了桩-土接触面摩阻力，可以有效减少锤击能；当打桩遇到拒锤问题时，该技术可以有效解决拒锤问题；当沉桩至设计深度时，继续电渗加速土体固结排水，增强土体强度，提高基桩整体承载力。

本发明的阴阳电极采用耐腐蚀性好的不锈钢块，通过绝缘外包导线与直流电源连接。

本发明所采用的直流电场，根据现场地质条件和沉桩情况的不同，确定工作电压和电流，一般电压在100-240 V之间，电流在60-200 A之间。

本发明技术方案的施工方法，其主要技术步骤为：

（1）将携带有打桩机的打桩施工船锚定在设计指定位置；

（2）起吊钢管桩、预应力管桩等空心桩，并在指定的打桩位置就位；

（3）在空心桩内部设置阳极，在空心桩外设置阴极，材料均为耐腐蚀性好的不锈钢块，阳电极和阴电极分别由外包绝缘材料的导线与直流电源的正负极连接，且负极同时连接桩体外侧；

（4）利用冲击锤打桩，使桩体下沉至一定深度，一般为海床土表面以下3-5 m；

（5）接通直流电源，由电渗场形成空心桩内外水流，水体由空心桩内部流向外部；

（6）同步进行冲击锤打桩，使桩体下沉至设计深度；

（7）停止冲击锤打桩，继续保持连通直流电源1-5小时，具体持续电渗时间根据土体地质条件和施工工期而定；电渗作用加速桩芯土和桩周土体固结沉降，增强土体强度，提高基桩整体承载力。

（8）最后停止电渗作用，完成基桩的整体施工。

本发明的优点和效果在于：通过在传统海上冲击锤打桩的基础上，增加电渗技术协助弱化打桩过程中桩-土接触面摩阻力，有效减少锤击能；当打桩遇到拒锤问题时，该技术可以有效解决拒锤问题；当沉桩至设计深度时，继续电渗加速桩芯土体和桩周土体固结排水，增强土体强度，提高基桩整体承载力。本发明的技术优点为：通过电渗技术协助沉桩，降低打桩锤击能量消耗，经济、有效地解决可能的拒锤问题。该方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，经济效益明显，处理效果显著。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电渗工作原理结构示意图；

其中，1为打桩施工船，2为打桩机，3为冲击锤，4为钢管桩或者预应力管桩等空心桩，5为海床，6为海平面，7为直流电源，8为外包绝缘体的导线，9为阴极，10为阳极，11为桩周土，12为桩芯土。

 

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

如图1和图2所示，实施时，首先将携带有打桩机2的打桩施工船1锚定在设计指定位置；起吊钢管桩、预应力管桩等空心桩4，并在指定的打桩位置就位；在空心桩4内部设置阳极9，在空心桩4外设置阴极10，材料均为耐腐蚀性好的不锈钢块，阳电极9和阴电极10分别由外包绝缘材料的导线8与直流电源7的正负极连接，且负极同时滑动连接桩体外侧；利用冲击锤3打桩，使桩体4下沉至海床5土表面以下3-5 m深度；接通直流电源7，由电渗场形成空心桩内外水流，水体由空心桩内部流向外部；同步进行冲击锤3打桩，使桩体4下沉至设计深度；停止冲击锤3打桩，继续保持连通直流电源7至1-5小时，具体持续电渗时间根据土体地质条件和施工工期而定，桩周土11和桩芯土12强度得到增强；最后停止电渗协助沉桩作用，完成基桩的整体施工。