阅读说明：本技术 大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法 (Excavation method for large-diameter offshore rock-socketed pile foundation pit ) 是由 卢文波 朱子晗 陈明 严鹏 王高辉 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法,工序如下：放入导井护筒,导井机械钻挖,钻孔并下套管护孔,套管内装药爆破,下嵌岩桩钢护筒,吸淤,拔出导井护筒及钻孔套管,抓渣。本发明采用机械开挖导井和爆破扩挖相结合；主爆孔采用高单耗加强破碎,采用电子起爆技术控制冲击波和爆破振动影响；轮廓爆破采用光面爆破；导井超深0.1～0.15倍桩井深度,保证成井设计深度。主爆孔连续装药,轮廓孔间隔装药；内外圈炮孔采用分段起爆,主炮孔内圈先于主炮孔外圈起爆,内圈底部段同时起爆。本发明可有效解决利用2～4m直径石油钻机和普通地质钻机完成8～10m及以上直径海上嵌岩桩基开挖难题,具有速度快、成低本等优点。(The invention discloses a large-diameter offshore rock-socketed pile foundation pit excavation method, which comprises the following steps: putting a guide well protection barrel, drilling and excavating by a guide well machine, drilling, putting a casing pipe into the casing pipe for protecting the hole, loading explosive in the casing pipe for blasting, putting a rock-socketed pile steel protection barrel into the casing pipe, sucking silt, pulling out the guide well protection barrel and the drilling casing pipe, and grabbing slag. The invention combines mechanical excavation and well guiding with blasting and expanding excavation; the main blasting hole is broken by adopting high unit consumption enhancement, and the impact wave and blasting vibration influence is controlled by adopting an electronic initiation technology; the contour blasting adopts smooth blasting; and the guide well is 0.1-0.15 times of the pile well depth, so that the designed depth of the finished well is ensured. Continuously charging main blasting holes, and alternately charging contour holes; the inner and outer ring blast holes are detonated in sections, the inner ring of the main blast hole is detonated before the outer ring of the main blast hole, and the bottom sections of the inner ring are detonated simultaneously. The method can effectively solve the problem of excavating the offshore rock-socketed pile foundation with the diameter of 8-10 m or more by using the petroleum drilling machine with the diameter of 2-4 m and the common geological drilling machine, and has the advantages of high speed, low cost and the like.)

大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法

技术领域

本发明属于海上风电基础基坑开挖技术领域，具体的说是一种大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法。

背景技术

近年来，随着资源消耗日益加剧，不可再生能源日益减少，清洁能源的开发与利用受到越来越多的关注。海上风电由于资源丰富、发电效率高、适合大规模开发等特点，在清洁能源的开发利用中占据了重要比重。

海上风电常常需要面临包括台风，激浪等恶劣条件，且由于海底基岩上常有覆盖层覆盖，基岩地质条件复杂，为风电机组的桩基础建设增加了很多困难。目前海上风电机组常用的固定式基础包括嵌岩式桩基础以及重力式桩基础，嵌岩式桩基础因其结构形式简单、造价低、可靠性高受到更多的欢迎。目前大直径嵌岩桩基坑的开挖多采用大直径钻机一次开挖成形，但随着风电装机容量的增加，嵌岩桩基坑尺寸日益增大，而国内目前符合海上作业需求的大直径钻机供不应求，严重影响施工进度；且因覆盖层深部复杂地层岩性影响，钢管桩打桩过程容易导致底部管壁外内部卷口，影响后续机械扩挖等施工步骤，总体上施工难度大，施工周期长。然而在复杂的海上环境施工时，施工受天气影响很大，有效施工周期很短，必须要采用经济、高效的基坑开挖方法，以应对海上风力发电机组构建的需求。

目前已有的嵌岩桩基开挖方式有很多新思维，但在有效满足结构设计和施工要求的同时难以兼顾降低成本，加快施工进度。专利号为CN 108842807A的“一种海上风电基础植入型嵌岩单桩的施工工艺”采用平台辅助定位，钢护筒进行嵌岩施工，可以有效提高嵌岩桩的水平抵抗能力和抗拔能力，但操作复杂需要主吊船和辅吊船配合施工，施工周期较长，成本较高。

专利号为CN106088140A的“一种岩基海床海上风机嵌岩单桩基础施工工艺”，提出“打-钻-打”的施工工艺，首先通过液压冲击锤沉桩至一定深度，接着在桩内进行钻孔开挖直至设计标高，最后再利用液压冲击锤沉桩至设计标高，该方法通过钻机开挖或者降低基岩强度，依赖于钻机开挖，施工周期长，受到机械的限制，且成本较高。

因此，研究设计一种不依赖于大直径钻机，方便快捷，经济可靠，可适应大直径的海上嵌岩桩基坑开挖方法具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法，该方法主要采用机械开挖导井，***扩挖；操作简便、成本低廉、可以大幅度提高开挖速度。

为实现上述目的，本发明提供的大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法，采用机械导井开挖和钻孔***扩挖相结合，先用2～4m的钻井机开挖导井，为后续岩石***创造临空面；所述开挖流程包括以下步骤：

S1、通过定位及导向装置将导井护筒下沉至指定位置；

S2、导井护筒下沉至基岩表面后钻设导井至指定高程；

S3、架设钻机，在导井外部按照***设计钻设基坑炮孔至指定高程；按照***设计进行装药，主炮孔内圈采用分段装药，主炮孔外圈采用连续装药；间隔装药炮孔分段，由下至上依次分为下部装药段，下部间隔段，中部装药段，中部间隔段，上部装药段和孔口堵塞段；联网起爆，起爆采用由下到上分段***；

S4、***扩挖完成后，将预制的钢护筒定位至基坑中心位置，对嵌岩桩进行套管；

S5、将导井护筒与嵌岩桩护筒之间的覆盖层淤泥与风化砂清出，补充优质泥浆，进行循环清孔，同时保持孔内水头，防止塌孔，直到孔内泥浆指标符合要求；

S6、将预设下沉的导井护筒及钻孔套管拔出；

S7、***后机械抓渣形成嵌岩桩基础；

作为优选方案，所述步骤S3中钻设内外两圈大孔径主炮孔及轮廓孔，主炮孔内圈距导井护筒距离R₂-R₁为1.2～1.8m；主炮孔外圈距主炮孔内圈距离R₃-R₂为1.2～1.6m；

进一步地，所述步骤S3中钻设的主炮孔孔径不小于150mm，轮廓孔孔径不小于110mm；主炮孔内圈内使用***药径不小于100mm；主炮孔外圈内使用***药径不小于70mm；轮廓孔内***药径70mm；

更进一步地，所述步骤S3中采用高单耗缓冲***控制***轮廓，开挖轮廓半径比设计大0.2～0.5m。

更进一步地，所述步骤S3中***主爆孔采用高单耗微秒***，装药量与水深、岩性、覆盖层厚度等密切相关，保证***后形成较小的***块度；轮廓***采用光面***。

更进一步地，所述步骤S3中孔间距应根据现场水深、覆盖层厚度、岩性条件取得，不宜过大或过小，应保证***具有较高的准确性，***后最大限度保护周边围岩的完整性，且形成较小的***块度。

更进一步地，所述步骤S3中***装药方式为主炮孔外圈内连续装药，主炮孔内圈内分段装药，每段装药长度约5m，轮廓孔连续装药；

更进一步地，所述步骤S3中***起爆方式采用分段起爆，内圈主爆孔先于外圈主爆孔起爆，轮廓孔最后起爆；由下而上依次起爆；主炮孔内圈底部段同时起爆，确保***后渣堆可以顺利抛出；

更进一步地，所述步骤S3中堵塞段堵塞物可采用级配砂，将适当粗砂和细砂混合后直接倒入炮孔中，堵塞长度110～130cm。

与现有技术相比，本发明的创新点及优点如下：

(1)本发明结合机械和***开挖，先使用2～4m的钻井机开挖导井，为后续岩石***创造临空面，然后***扩挖，可以解决海上无风施工窗口期短，大直径钻机难以及时就位的问题，可以提高开挖效率和降低开挖成本；

(2)本发明***扩挖中，采用大孔径炮孔，高单耗微秒***，分段装药，轮廓***采用光面***；起爆方式采用由下至上分段起爆，内圈主炮孔先爆，外圈主炮孔后爆；该***方法可以起到缓冲作用，有效控制***块度及***后轮廓，可提高开挖效果；

(3)内圈主炮孔的底部段同时起爆，可以保证***后爆渣的抛出，减轻后续抓渣的工作难度和工作量，提高开挖效率。

综上，本发明可有效进行大直径海上嵌岩桩基坑开挖，大幅降低对大孔径钻机的依赖性，加快施工进度，降低机械设备的磨损以及工人的劳动强度，经济效益高，可在海上基坑开挖等相关领域推广应用。

附图说明

图1为本发明方法施工示意图一；

图2为本发明方法施工示意图二；

图3为本发明方法施工截面示意图；

图4为本发明方法施工剖面示意图；

图中：1、机械导井开挖区域；2、***扩挖区域；3、导井护筒；4、主炮孔内圈；5、主炮 孔外圈；6、轮廓孔；7、导井护筒外壁；8、外圈炮孔中***；9、内圈炮孔中***；10、轮廓孔中 ***；11、堵塞段。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐释本发明是如何实施的。

某大直径海上嵌岩桩基坑开挖工程，基坑直径8m；覆盖层较薄，基岩覆盖层厚度约8m；上覆海水深30m；基岩主要为中、强风化岩石；该工程施工环境潮差风浪大，施工需要速度快，造价低，给施工带来较大的困难，由于大直径转机对使用环境的要求以及难以调配的问题，故采用本发明一种大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法。

本发明大直径海上嵌岩桩基坑开挖方法，具体开挖步骤如下：

S1、通过定位及导向装置将导井护筒下沉至指定位置；

S2、导井护筒3下沉至基岩表面后钻设导井至指定高程；

S3、架设钻机，在导井外部按照***设计钻设基坑炮孔至指定高程；按照***设计进行装药，主炮孔内圈4采用分段装药(见内圈炮孔中***9)，主炮孔外圈5采用连续装药(见外圈炮孔中***8)；间隔装药炮孔分段，由下至上依次分为下部装药段，下部间隔段，中部装药段，中部间隔段，上部装药段和孔口堵塞段11；联网起爆，起爆采用由下到上分段***；

S4、***扩挖完成后，将预制的钢护筒定位至基坑中心位置，对嵌岩桩进行套管；

S5、将导井护筒3与嵌岩桩护筒之间的覆盖层淤泥与风化砂清出，补充优质泥浆，进行循环清孔，同时保持孔内水头，防止塌孔，直到孔内泥浆指标符合要求；

S6、将预设下沉的导井护筒3及钻孔套管拔出；

S7、***后机械抓渣形成嵌岩桩基础；

其中，所述步骤S1中的导井护筒3半径R₁为1.0m；

其中，所述步骤S3中钻设内外两圈大孔径炮孔，主炮孔内圈距导井护筒3距离R₂-R₁为1.5m；主炮孔外圈距主炮孔内圈距离R₃-R₂为1.5m；

其中，所述步骤S3中钻设的主炮孔孔径为150mm，轮廓孔6孔径110mm；主炮孔内圈内使用***(内圈炮孔中***9)药径为100mm；主炮孔外圈内使用***(外圈炮孔中***8)药径为70mm；轮廓孔孔内使用***(轮廓孔中***10)药径为70mm；

其中，所述步骤S3中采用高单耗微妙***控制***轮廓，开挖轮廓半径比设计大0.2m。

其中，所述步骤S3中***装药量采用高单耗装药，装药量与水深、岩性、覆盖层厚度等密切相关，保证***后形成较小的***块度；

其中，所述步骤S3中***装药方式为主炮孔外圈内连续装药，主炮孔内圈内分段装药，每段装药长度为5m，轮廓孔连续装药；

其中，所述步骤S3中***起爆方式采用分段起爆，内圈主爆孔先于外圈主爆孔起爆，轮廓孔最后起爆，由下而上依次起爆；主炮孔内圈底部段同时起爆，确保***后渣堆可以顺利抛出。

最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。