[发明专利]基于膨胀高聚物的导管架桩靴密封系统及其密封方法

说明书

本发明属于海上风电施工技术领域，具体涉及基于膨胀高聚物的导管架桩靴密封系统及其密封方法，包括安置于海床上的导管架、若干设置于导管架下端周围的桩靴及若干插入海床的钢管桩，钢管桩插接于对应桩靴中，其特征在于桩靴与钢管桩的缝隙之间上下分别填满混凝土和膨胀高聚物，桩靴的内壁上还连有环状的弹性隔膜，弹性隔膜包裹膨胀高聚物，使之与钢管桩及混凝土隔绝。本发明将弹性隔膜与膨胀高聚物相结合进行桩靴底部密封，能够保证海上风电导管架基础施工的安全性，为海上风机以及升压站能够有足够的抵抗荷载的强度提供了保障。

技术领域

本发明属于海上风电施工技术领域，具体涉及基于膨胀高聚物的导管架桩靴密封系统及其密封方法。

背景技术

海上风电风机与升压站位于恶劣的海洋环境中，其基础不仅要承受来自承台上部的荷载，还要抵抗巨大的环境荷载，因此对其结构要求以及施工工艺要求十分严苛，以保证海洋平台的稳定与安全。

海上风机有许多不同的结构形式，包括重力式、单桩式、吸力式、三桩(多桩)导管架式和漂浮式等多种形式，其中导管架基础应用较为广泛，仅次于单桩的应用，海上升压站的基础形式也是采用导管架较为广泛。导管架基础为空间框架式结构，其优点在于杆径小、强度高、质量轻、受波浪流作用小，适用于较深的海域。按照施工顺序可将导管架基础分为两种结构形式：先打桩导管架和后打桩导管架。两种导管架形式主体结构相同，先打桩导管架支撑腿末端不用设置桩靴，而后打桩导管架基础支撑腿末端设置桩靴。

后桩法施工采用的即是后打桩导管架，在施工过程中需要先将导管架基础放置于海床面之上，桩靴底部与泥面接触，随后将钢管桩贯穿通过桩靴打入海床中，桩靴与钢管桩均为圆环形柱状结构，桩靴的内径要大于钢管桩的外径，桩靴与钢管桩之间再通过混凝土等灌浆材料进行连接，这样，导管架承台上部、波浪和洋流等荷载可以通过桩靴经灌浆材料传递至钢管桩，钢管桩再把载荷传递到海床，从而保证海上风电结构物的结构强度和稳定性。

导管架灌浆是整个风电基础结构施工的一项关键技术，灌浆的成功与否直接关系到海上风电基础结构抵抗环境荷载的能力与寿命。由于导管架桩靴与管桩的直径不等，因此其之间都会存在圆环形间隙，灌浆材料就是用来填充此圆环形空间，以保证荷载能通过桩靴传递至钢管桩，最后将力传递到海床中。

为了防止在灌浆过程中浆料泄漏，所述圆环形空间的底部需要进行封堵，即在导管架桩靴底部进行密封，目前较为流行的密封方法有两种，第一种是气囊式密封：其工作原理为先将密封气囊安装于桩靴的底部，同时安装气压传输管路，然后在导管架安装定位与打桩完成后，采用气压设备使气囊充气膨胀后封闭桩靴与钢管桩之间的环形空间，最后进行灌浆；第二种方法是机械式密封，此方法采用橡胶片或钢板等密封条通过螺栓连接或焊接方式安装于桩靴底部，钢管桩穿过密封条后，桩体与密封条之间相互挤压，紧密接触，产生摩擦力以抵抗灌浆时灌浆液与海水对密封条的压力，这种密封条可以只安装一条也可以安装两条。

上述两种方法虽然目前比较流行，但是并不能保证完全密封，在施工过程中容易造成灌浆液从桩靴底部泄露以及海水的渗透，从而造成资源浪费，增加了施工成本，同时，海水中夹杂的许多细沙，容易通过桩靴与钢管桩之间缝隙进入密闭空间，从而影响密闭性。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明针对后桩法施工过程提供一种基于膨胀高聚物的导管架桩靴密封系统及其密封方法的技术方案。

所述的基于膨胀高聚物的导管架桩靴密封系统，包括安置于海床上的导管架、若干设置于导管架下端周围的桩靴及若干插入海床的钢管桩，钢管桩插接于对应桩靴中，其特征在于桩靴与钢管桩的缝隙之间上下分别填满混凝土和膨胀高聚物，桩靴的内壁上还连有环状的弹性隔膜，弹性隔膜包裹膨胀高聚物，使之与钢管桩及混凝土隔绝。

所述的基于膨胀高聚物的导管架桩靴密封系统，其特征在于桩靴与钢管桩之间上下设置第一密封隔条和第二密封隔条，第一密封隔条和第二密封隔条将桩靴与钢管桩之间的缝隙上下分隔成第一环形容腔和第二环形容腔，混凝土填充于第一环形容腔，膨胀高聚物和弹性隔膜设置于第二环形容腔。