[发明专利]轴向密封的膨胀式自应力灌浆卡箍

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋结构的修复装置，尤其涉及一种膨胀式自应力灌浆卡箍的密封装置。

背景技术

海洋平台是海洋石油开发的关键大型装备，其服役期间的安全性极其重要。在长期服役过程中，由于疲劳、腐蚀或者意外碰撞等因素，海洋平台会出现结构损伤，如果由于结构损伤等原因平台的完整性、承载力出现问题，就不能确保其安全运行，因此需要对海洋平台受损构件进行维修加固工作。在海洋平台维修加固技术中灌浆卡箍是一种常用选择，尤其当损伤部位发生在水下时，由于湿式焊接难以实施，自应力灌浆卡箍是最常用的修复方法。结构上自应力灌浆卡箍一般被分成两瓣或多瓣放置在受损构件或节点处并通过双头螺栓连接起来，然后在形成的环形空隙中灌注水泥浆，待水泥浆凝固至少36小时后将双头螺栓拧紧产生对灌浆环及其内部构件的预应力从而达到加固受损构件的目的。

自应力灌浆卡箍以其滑动承载力高、允许制造公差大的优点已在国外得到广泛应用，但该类型卡箍在水下安装施工时需要在水泥浆灌注完成后再次租用工程船并利用螺栓拉伸器张紧双头螺栓从而使卡箍产生预应力，由于工程船的租赁费用和螺栓拉伸器的价格（一般20万元/套）都很昂贵，还要配套的液压动力站，因此导致该修复加固技术存在水下施工复杂、费用高等问题。

从目前水下构件的维修加固应用情况来看，灌浆卡箍是一种非常实用的修复加固方法。Shuttleworth等对传统灌浆卡箍技术进行了总结，通过静力试验和疲劳试验的验证，这项技术已被广泛采用，在北海恶劣环境的长期应用和服役进一步证明了这项修复技术的耐久性；Grundy等对采用膨胀剂的灌浆连接进行了试验测试，发现这种灌浆连接可以达到很高的预应力和很好的连接滑动强度和疲劳强度，但是由于观察到膨胀灌浆性能上比普通灌浆难于控制，再加上对这种灌浆材料的长期稳定性的质疑阻止了这一技术的海上应用，因此也说明当时国外的水泥膨胀剂技术尚不能满足实际的工程要求。国内对传统的灌浆卡箍技术进行了一些探索，但由于技术门槛较高，国内企业对自应力灌浆卡箍技术基本没有掌握，工程应用实例很少，仅有中海油海洋工程总公司对“渤海八号”平台的受损杆件做过非自应力灌浆卡箍的维修加固工作。

随着国内土木工程领域混凝土膨胀剂技术的迅速发展，膨胀剂的质量从高碱到低碱、从高掺到低掺，利用膨胀剂配制的各种混凝土已在土木工程领域得到广泛应用。因此现有技术中通常是在卡箍的水泥浆中掺入高效膨胀剂，对传统自应力灌浆卡箍存在的缺陷进行了技术改进，没有从卡箍自身结构上加以改进。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种轴向密封的膨胀式自应力灌浆卡箍，其利用灌浆膨胀受限自动建立卡箍的预应力以达到修复加固构件的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括上卡箍和下卡箍，所述上卡箍包括上法兰、上顶板、上侧板和上鞍板，上法兰分别与上顶板和上侧板的顶部端面固定连接，上鞍板分别与上顶板、上侧板的底部固定连接，下卡箍包括下法兰、下顶板、下侧板和下鞍板，下法兰分别与下顶板和下侧板的底部端面固定连接，下鞍板分别与下顶板和下侧板的顶部固定连接，上法兰和下法兰之间通过双头螺栓固定连接，双头螺栓沿上法兰和下法兰的轴向两侧间隔设置；所述上法兰和上侧板之间以及下法兰和下侧板之间皆设置加强筋板，加强筋板沿卡箍的轴向两侧对称间隔设置；上鞍板和下鞍板之间组成一个轴向的用于放置受损管件的环形内腔，下卡箍的底部设有进浆口，上卡箍的顶部设有出浆口，进浆口和出浆口均与环形内腔连通，受损管件分别与上鞍板和下鞍板的内壁之间存在环形间隙，该环形间隙内填充掺有膨胀剂的灌浆层，上鞍板和下鞍板的相交处分别设有轴向密封件，轴向密封件处设有组合挡板。

原理上膨胀式自应力灌浆卡箍是在水泥浆中掺入高效膨胀剂及辅助配料，利用水泥浆硬化后水泥与膨胀剂继续水化产生的膨胀变形受限，而在灌浆/钢的相互接触面上产生径向压力，使卡箍获得自应力提高了其加固构件的滑动承载力，从而提高对受损构件的修复加固强度。由于膨胀式自应力灌浆卡箍的自应力是通过水泥灌浆膨胀受限而产生的，因此要求密封结构除了保证水下灌浆操作时的水密封外还应当在灌浆将要产生膨胀变形时阻止其变形以帮助建立灌浆的膨胀压力及其三向受压状态。由于密封件材料多为橡胶等多分子材料，其弹性模量较金属材料小很多，结构强度较弱，当灌浆达到一定膨胀压力时，密封件所在的灌浆环附近最容易产生膨胀变形，从而导致部分膨胀压力的损失，影响整个卡箍的加固强度。