本发明属于海上工程基础的技术领域，特别涉及一种基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法。
背景技术：
随着海洋资源的大力开发，涌现了越来越多的海洋结构物，包括离岸深水码头、海上风机、海上机场、海上采油平台和跨海大桥等。这些海上结构物在建造时都需要构建稳固的结构基础，以保障海上结构物的正常运营及安全。
目前海洋工程地基最为常用的加固方式桶基础加固和桩基础加固。桶基础加固的施工方式是通过负压原理将桶形基础贯沉到土体内。然而，有些海域地质条件很复杂，这些海域覆盖层土体通常由淤泥、淤泥质黏土、粉细砂、粉砂等组成，对于这类复杂海域，如果采用桩基础加固方式则采用更大直径的单桩基础或由斜桩组成的群桩基础，施工难度和费用大大增加；如果采用桶基础加固方式则无法贯沉到更深的土体内，导致承载能力有欠缺，而桶形基础要得到较大的承载能力，其直径和高度必须加大，这会加大桶的制造难度，而且需要在工厂预制，也会加大运输成本。
技术实现要素：
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法。
本发明提供的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，预制单桩以及带有贯穿孔的负压桶，并将负压桶和单桩运输到施工现场；步骤s2，将负压桶起吊到指定位置并使其在重力作用下沉降，沉降过程中保证负压桶不倾斜，当下沉到第一指定深度时则进入步骤s4，否则进入步骤s3；步骤s3，施加外力使得负压桶沉贯到第一指定深度，再进入步骤s4；步骤s4，采用抽水机连接负压桶抽水，使得负压桶的桶内与外部形成压差开始负压沉贯，当负压沉贯到第二指定深度时，停止抽水进入步骤s5；步骤s5，将单桩起吊到指定位置，使得单桩插入负压桶的贯穿孔，采用打桩设备将单桩打入土体内；步骤s6，在单桩与贯穿孔的间隙之间采用高强粘结材料填充固定。
进一步地，在本发明提供的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法中，还具有这样的特征：其中，负压桶内的空腔由若干分隔板分隔为多个隔舱，每个隔舱设置有一个排水孔；步骤s4中抽水时，采用多台抽水机分别连接负压桶上的多个排水孔，所有抽水机同步工作且工作参数设置为相同。
进一步地，在本发明提供的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法中，还具有这样的特征：其中，步骤3中负压桶沉贯到第一指定深度是指负压桶的外桶壁接触到土体并贯入土体表面以下至少0.1m。
进一步地，在本发明提供的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法中，还具有这样的特征：其中，步骤4中负压桶沉贯到第二指定深度是指负压桶的桶顶板的上表面与土体表面齐平。
进一步地，在本发明提供的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法中，还具有这样的特征：其中，高强粘结材料为高强无收缩灌浆料。
本发明的有益效果：
本发明基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，单桩基础采用打桩的方式，通过现有施工手段可方便实现，具有施工简单、施工成本低的优点。本发明将单桩基础和负压桶基础结合起来，使得两种基础的优点充分发挥：桶具有较大直径，桶为单桩提供水平和转动约束，大大提高了其水平和抗倾承载力；整体结构刚度的提高，在设计时可以适当减少桩长、桩径，从而降低了打桩等施工费用；沉放入位的负压桶可以有效解决打桩定位问题，加快施工进度。
本发明基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法中，采用高强无收缩灌浆料将单桩基础和负压桶基础连接成整体，使基础具有更好的承载特性，可以适用于各种复杂的海洋地基和更深的海域。
另外，由本发明的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法构建得到的负压桶-桩海工基础结构具有更好的承载特性，具有更高的抗拉拔以及抗滑移能力。
附图说明
图1是本发明的实施例中基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法的施工步骤示意图；
图2是本发明的实施例中海工基础结构的透视示意图；
图3是本发明的实施例中海工基础结构的俯视示意图；
图4是本发明的实施例中负压桶的立体结构示意图。
附图标记：单桩1、桩尖11、负压桶2、内桶壁21、外桶壁22、环形顶板23、排水孔23a、环形翼结构23b、隔板24、支撑板25、灌浆料粘接层3。
具体实施方式
为了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，以下实施例结合附图对本发明基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法作具体阐述。
本实施例提供一种基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，用于构建负压桶-桩复合式海工基础结构，为海洋工程的海上结构物提供稳固的地基支撑。
如图1所示，该方法按照如下步骤进行：
步骤s1：根据实际工程需要确定好单桩和带有贯穿孔的加固型负压桶的尺寸，预制单桩1以及负压桶2，并将负压桶2和单桩1运输到施工现场。
如图3和图4所示，负压桶2包括内桶壁21、外桶壁22、环形顶板23、隔板24以及支撑板25。负压桶2为采用高强度钢板焊接形成的一体结构，或为采用高强钢筋混凝土制成的一体结构。
内桶壁21设置在负压桶中央位置处，外桶壁22位于内桶壁21的外周。内桶壁21的上端部超出环形顶板23的上表面，内桶壁的下端部超出外桶壁的下端口。外桶壁22的高度为内桶壁21的高度的0.25倍至0.75倍，该高度设置可以充分发挥加固型负压桶的优势。环形顶板23连接内桶壁21与外桶壁22，三者形成一个下方开口的空腔。
环形顶板23上设置有支撑板25，支撑板25与内桶壁21及环形顶板23的上表面固定连接。支撑板25的数量为至少三个，这些支撑板25呈环形阵列均布设置。支撑板25的具体数量根据实际工程需求确定，支撑板25可以加强内桶壁与环形顶板之间的连接。支撑板25为直角三角形板，支撑板25的一直角边的尺寸与环形顶板23的环宽尺寸相匹配，支撑板25的另一直角边的尺寸与内桶壁21超出环形顶板23的超出部分的高度尺寸相匹配。
环形顶板23的外圆直径大于外桶壁22的外径，使得环形顶板23的外圆边沿突出于外桶壁22的部分形成环形翼结构23b。环形翼结构23b减弱了水流对桶周土体的冲刷，避免冲刷坑的形成。
空腔内设置有若干隔板24，若干隔板24将空腔分隔为多个隔舱。隔板24的数量为至少三个，这些隔板24在空腔内呈环形阵列均布设置。设置多个隔板加大了负压桶与土体的接触面积，增强了抗拉拔以及抗滑移能力。设置多个隔板加大了负压桶与土体的接触面积，增强了抗拉拔以及抗滑移能力。环形顶板23在对应每个隔舱的位置处分别开设有排水孔23a。在向土体内沉贯负压桶时，通过每个排水孔连接一台抽水装置进行排水，使得隔舱与外部海水形成压差，实现负压向下沉贯，贯沉到环形顶板23的上表面与土体表面齐平(如图2所示)。
隔板24的上端为矩形部分，矩形部分的高度尺寸与外桶壁22的高度尺寸一致，矩形部分位于空腔内。隔板24的下端部分为梯形或三角形，隔板24的下端部分暴露在空腔外。内桶壁21的下端部超出外桶壁22的下端口。隔板24的的下边沿与内桶壁21的下端口齐平。
如图2和图3所示，单桩的桩尖11呈锥形。单桩的长度大于负压桶的高度，单桩1插接在内桶壁21中，单桩1的上端部和下端部分别伸出负压桶的上下端。单桩1为实心混凝土圆桩或钢管桩。单桩1的直径小于内桶壁21的内径。
步骤s2：将负压桶起吊到指定位置并使其在重力作用下沉降，沉降过程中保证负压桶不倾斜，当下沉到第一指定深度时则进入步骤s4，否则进入步骤s3。
步骤s3：施加外力使得负压桶沉贯到第一指定深度，再进入步骤s4。负压桶沉贯到第一指定深度是指负压桶的外桶壁接触到土体并贯入土体表面以下至少0.1m。
步骤s4：采用抽水机连接负压桶抽水，使得负压桶的桶内与外部形成压差开始负压沉贯。抽水时，采用多台抽水机分别连接负压桶上的多个排水孔，所有抽水机同步工作且工作参数设置为相同，保证沉贯的平稳度。当负压沉贯到第二指定深度时，停止抽水进入步骤s5。负压桶沉贯到第二指定深度是指负压桶的桶顶板的上表面与土体表面齐平。
步骤s5：将单桩起吊到指定位置，使得单桩插入负压桶的贯穿孔，采用打桩设备将单桩打入土体内，更加工程实际需求将单桩打入到指定深度。然后，进入步骤s6。
步骤s6：在单桩1与内桶壁21之间的间隙通过填充高强无收缩灌浆料粘接固定。图1和图2中示意了高强无收缩灌浆料形成的灌浆料粘接层3。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
1.一种基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1，预制单桩以及带有贯穿孔的负压桶，并将负压桶和单桩运输到施工现场；
步骤s2，将负压桶起吊到指定位置并使其在重力作用下沉降，沉降过程中保证负压桶不倾斜，当下沉到第一指定深度时则进入步骤s4，否则进入步骤s3；
步骤s3，施加外力使得负压桶沉贯到第一指定深度，再进入步骤s4；
步骤s4，采用抽水机连接负压桶抽水，使得负压桶的桶内与外部形成压差开始负压沉贯，当负压沉贯到第二指定深度时，停止抽水进入步骤s5；
步骤s5，将单桩起吊到指定位置，使得单桩插入负压桶的贯穿孔，采用打桩设备将单桩打入土体内；
步骤s6，在单桩与贯穿孔的间隙之间采用高强粘结材料填充固定。
2.如权利要求1所述的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，其特征在于：
其中，负压桶内的空腔由若干分隔板分隔为多个隔舱，每个隔舱设置有一个排水孔；
步骤s4中抽水时，采用多台抽水机分别连接负压桶上的多个排水孔，所有抽水机同步工作且工作参数设置为相同。
3.如权利要求1所述的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，其特征在于：
其中，步骤3中所述负压桶沉贯到第一指定深度是指所述负压桶的外桶壁接触到土体并贯入土体表面以下至少0.1m。
4.如权利要求1所述的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，其特征在于：
其中，步骤4中所述负压桶沉贯到第二指定深度是指所述负压桶的桶顶板的上表面与土体表面齐平。
5.如权利要求1所述的基于负压桶-桩技术的海洋工程地基加固方法，其特征在于：
其中，所述高强粘结材料为高强无收缩灌浆料。
技术总结