1.本发明是关于海上施工装置的领域，特别是关于一种海上施工砂桩及其施工方法。
背景技术：2.砂桩也称为挤密砂桩或砂桩挤密法，适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。砂桩自引入我国后，在工业和各种工程中均有应用，尤其是近20年来，国内取得了许多成功的经验，解决了一些工程实际问题。振动沉管砂桩是近几十余年来发展起来的一种砂桩施工工艺。这种施工工艺，既有挤密作用又有振密作用，处理效果较好。
3.围海造陆是人类利用海洋空间的一种方式。围海造陆一般采用抛石式围堰做护岸堤坝，但是在堤坝海平面以下有十几米、二三十米的淤泥，所以必须要采取措施把堤坝底部的淤泥冲压、挤压清除干净，进入持力层。
4.海上施工首先必须满足海上作业所需要的船只和施工设备，原来海上施工砂桩一般采用振动锤功率150kv，施工沉桩管采用厚度2厘米以上直径1米以上的无缝钢管焊接而成，根据设计要求，采用尖头活瓣桩尖沉管穿过淤泥层至设计标高，在桩管中灌注砂料、提升、加料反插，挤压管内淤泥土，经多次复打，反插达到设计要求桩径及灌砂量，最终一根桩成型。这样施工容易造成深桩施工时，尖头活瓣桩尖由于受到外界土压力和水压力影响，活瓣桩尖不能完全打开的情况，造成底部扩大效果不明显的弊端和桩体内夹泥现象的发生。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：6.本发明的目的在于提供一种海上施工砂桩及其施工方法，其能够在海上砂桩施工期间解决淤泥土问题，保证施工质量。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种海上施工砂桩，包括砂桩钢管主体，所述砂桩钢管主体内设置有砂料高压仓，高压进气孔和恒压进气孔；
8.所述砂料高压仓的顶部通过封顶板与所述砂桩钢管主体的上部空间相间隔开，并且在底部通过所述恒压仓门与所述砂桩钢管主体的下部空间相间隔开；所述砂料高压仓的顶部侧面设置有用于灌入砂料的上料口；所述恒压仓门用于密封所述砂料高压仓的下料门；
9.所述高压进气孔设置在所述砂料高压仓的侧面，用于向所述砂料高压仓注入高压气体；
10.所述恒压进气孔设置在所述砂桩钢管主体的下部空间的侧面，用于向所述砂桩钢管主体的下部空间内注入高压气体。
11.在一个或多个实施方式中，所述上料口与附着式进料斗相连，所述砂料高压仓上设置有进料口门，用于密封所述上料口。
12.在一个或多个实施方式中，所述进料口门上设置的进料口门通过油缸进行上下移动，以开启和封闭上料口。
13.在一个或多个实施方式中，所述恒压仓门通过油缸进行转动，以实现下料门的开启和关闭。
14.在一个或多个实施方式中，所述砂料高压仓的侧面还设置有高压仓放气电子阀。
15.在一个或多个实施方式中，所述砂桩钢管主体的下部空间的侧面还设置有恒压仓调节放气阀。
16.在一个或多个实施方式中，所述砂料高压仓的储存量按1米桩径计算为3立方米。
17.在一个或多个实施方式中，所述下料门处设置有砂面仪，其安装在所述砂桩钢管主体的下部空间内。
18.本发明还提供了一种海上施工砂桩的施工方法，包括以下步骤：
19.s1：船舶定位到施工位置，测出施工位置的水深及泥面标高；
20.s2：将上述的海上施工砂桩入水，首先打开恒压进入气孔，排空砂桩钢管主体的下部空间内的海水和淤泥；
21.s3：使用变频振动锤将所述海上施工砂桩打入土层中，附着式进料斗通过上料口向砂料高压仓内灌注砂料，此时砂桩钢管主体的下部空间开始减压；
22.s4：通过高压进入气孔向砂料高压仓加压，并将所述海上施工砂桩恒压施打桩管接近处理土层的底标高；
23.s5：恒压上拔该海上施工砂桩，排出砂桩管内底部的海水和淤泥；
24.s6：使用变频振动锤加压施打所述海上施工砂桩至处理土层的桩底标高；
25.s7：加压上拔所述海上施工砂桩，打开恒压气门进行排砂，在砂桩钢管主体的下部空间形成一定高度的砂柱；
26.s8：使用变频振动锤恒压振动回打扩径，形成砂桩；
27.s9：多次循环重复上述步骤s7-s8，逐段形成整根的砂桩。
28.在一个或多个实施方式中，步骤s7中包括：砂桩钢管主体的下部空间中的恒压气压根据土层的压力进行调整。
29.与现有技术相比，根据本发明的一种海上施工砂桩及其施工方法，采用高压仓(第一道为砂料高压仓，第二道为砂桩钢管主体的下部空间)和双加压高压气门(第一道为有高压进入气孔，第二道为恒压进入气孔)设计，通过高压气门可以清空高压仓内的海水和淤泥，确保砂桩内灌注砂料完全冲压在设计持力土层上，防止海水和淤泥对施工质量造成影响。
附图说明
30.图1是根据本发明一实施方式的一种海上施工砂桩的示意图。
31.图2是根据本发明一实施方式的一种海上施工砂桩的施工方法的流程图。
32.主要附图标记说明：
33.1-砂桩钢管主体，2-砂料高压仓，3-封顶板，4-恒压气门，5-高压进入气孔，6-钢套管，7-高压仓放气电子阀，8-恒压进入气孔，9-恒压气调节阀，10-砂面仪，11-砂面仪安装孔，12-桩管法兰。
具体实施方式
34.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
35.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
36.如图1所示，根据本发明一实施方式的一种海上施工砂桩，包括砂桩钢管主体1，该砂桩钢管主体1为筒状结构，其直径约为0.8-1.2m，一般为1m，(具体按设计要求决定)并且在砂桩钢管主体1内设置有砂料高压仓2。该砂料高压仓2位于的砂桩钢管主体1的中部，将砂桩钢管主体1分为上下两部分空间，其顶部通过封顶板3与砂桩钢管主体1的上部空间相间隔开，并且在底部通过恒压仓门4与砂桩钢管主体1的下部空间相间隔开。砂料高压仓2的储存量按1米桩径计算为3立方米(具体桩径根据设计要求决定)。砂桩钢管主体1的下部空间为恒压仓。
37.砂料高压仓2的顶部侧面设置有用于灌入砂料的上料口，该上料口通过砂桩钢管主体1外部设置的进料口门6进行密封，该进料口门6通过油缸进行上下移动，进而开启和封闭上料口。进料口门6为开口门板的形式，进料口门6的油缸使用行程600mm液压气顶杆系统。上料口与附着式进料斗相连，通过该附着式进料斗可以向砂料高压仓2内灌注砂料。
38.恒压仓门4用于密封砂料高压仓2的下料门，其通过油缸进行转动，进而实现下料门的开启和关闭。下料门处还安装有砂面仪10，其设置在砂桩钢管主体1的下部空间内，用于检测下料门处的下砂量。砂桩钢管主体1的侧面与砂面仪10相对应的位置处设置有砂面仪安装孔11，便于对砂面仪10进行拆卸，以便于进行更换和维修。砂面仪安装孔11在整个砂桩工作时，为密闭的状态，在拆卸砂面仪10时，为打开的状态。
39.在砂料高压仓2的侧面还设置有高压进入气孔5和高压仓放气电子阀7。高压进入气孔5用于向砂料高压仓2内注入高压气体，高压气流可以进入砂料高压仓2以利用高压气流排出砂料高压仓2内的海水和淤泥，将压力保持至设计标高，使得外界的海水和淤泥无法进入到砂料高压仓2中，确保成桩质量。高压仓放气电子阀7用于保证砂料高压仓2内的压力为设计要求，防止压力过大对部件造成损坏。
40.砂桩钢管主体1的下部空间的侧面设置有恒压进入气孔8和恒压气调节阀9。恒压进入气孔8用于向砂桩钢管主体1的下部空间内注入高压气体，该气体用于排出砂桩钢管主体1的下部空间内的海水和淤泥，还可以用于下压砂料。恒压气调节阀9用于排出气体，进而保证砂桩钢管主体1的下部空间内的压力，具体的压力根据砂料层的压力进行调整，通过恒压进气孔8和恒压气调节阀9的共同作用，将恒压气力调整到设计砂量的要求。
41.砂桩钢管主体1的顶部设置有桩管法兰12，用于与大功率200kv的变频振动锤相连，以便进行海上砂桩施工，解决了在穿透淤泥层进入粘土持力层一定厚度的设备能力问题。桩管法兰12的直径约为1.2-1.6m，一般为1.4m(具体按设计要求设定)。
42.本发明在使用时，通过油缸控制进料口门上进料口门6上升打开上料口门，向砂料高压仓2中灌入砂料；之后关闭上料口门；通过高压进入气孔5注入气体为砂料高压仓加压，并且恒压施打桩管接近处理土层的底标高；恒压上拔砂桩桩管，通过恒压进入气孔8注入8-12兆帕的气体排出桩管内底部的泥沙，进行端部处理；上拔砂桩桩管，打开恒压仓门4将砂
料高压仓2中的砂料排出，在砂桩钢管主体1的下部空间内形成一定高度的砂柱。
43.本发明中，通过设计两道加压高压气门(第一道为有高压进气孔5，第二道为恒压进气孔8)，可以对砂桩内的海水和淤泥进行排空，在入水后利用高压气流(8-12兆帕)冲压砂桩内海水及海底淤泥土，确保砂桩内灌注砂料完全冲压在设计持力土层上。
44.如图2所示，根据本发明一实施方式的一种海上施工砂桩的施工方法，包括以下步骤：
45.s1：船舶定位到施工位置，测出施工位置的水深及泥面标高。
46.s2：将上述海上施工砂桩入水，首先通过恒压进入气孔8注入高压气体，排空砂桩钢管主体1的下部空间内的海水和淤泥。
47.s3：使用变频振动锤将该海上施工砂桩打入海底的土层中，附着式进料斗通过上料口向砂料高压仓2内灌注砂料，此时砂桩钢管主体1的下部空间开始减压。
48.s4：通过高压进入气孔5向砂料高压仓2加压，并将该海上施工砂桩恒压施打桩管接近处理土层的底标高。
49.s5：恒压上拔该海上施工砂桩，排出砂桩管内底部的海水和淤泥。
50.s6：使用变频振动锤加压施打该海上施工砂桩至处理土层的桩底标高。
51.s7：加压上拔该海上施工砂桩，打开恒压气门4进行排砂，在砂桩钢管主体1的下部空间形成一定高度的砂柱。其中，砂桩钢管主体1的下部空间中的恒压气压必须根据土层压力进行调整，约5米左右需要观察砂面仪下砂量，把恒压气力调整到设计砂量的要求。
52.s8：使用变频振动锤恒压振动回打扩径，形成一段挤密的砂桩。
53.s9：多次循环重复上述步骤s7-s8，逐段形成整根的挤密的砂桩，以达到设计要求。
54.在完成上述的施工操作后必须进行泥面测量工作。
55.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
技术特征：1.一种海上施工砂桩，其特征在于，包括砂桩钢管主体，所述砂桩钢管主体内设置有砂料高压仓，高压进气孔和恒压进气孔；所述砂料高压仓的顶部通过封顶板与所述砂桩钢管主体的上部空间相间隔开，并且在底部通过所述恒压仓门与所述砂桩钢管主体的下部空间相间隔开；所述砂料高压仓的顶部侧面设置有用于灌入砂料的上料口；所述恒压仓门用于密封所述砂料高压仓的下料门；所述高压进气孔设置在所述砂料高压仓的侧面，用于向所述砂料高压仓注入高压气体；所述恒压进气孔设置在所述砂桩钢管主体的下部空间的侧面，用于向所述砂桩钢管主体的下部空间内注入高压气体。2.如权利要求1所述的海上施工砂桩，其特征在于，所述上料口与附着式进料斗相连，所述砂料高压仓上设置有进料口门，用于密封所述上料口。3.如权利要求2所述的海上施工砂桩，其特征在于，所述进料口门上设置的进料口门通过油缸进行上下移动，以开启和封闭上料口。4.如权利要求1所述的海上施工砂桩，其特征在于，所述恒压仓门通过油缸进行转动，以实现下料门的开启和关闭。5.如权利要求1所述的海上施工砂桩，其特征在于，所述砂料高压仓的侧面还设置有高压仓放气电子阀。6.如权利要求1所述的海上施工砂桩，其特征在于，所述砂桩钢管主体的下部空间的侧面还设置有恒压仓调节放气阀。7.如权利要求1所述的海上施工砂桩，其特征在于，所述砂料高压仓的储存量按1米桩径计算为3立方米。8.如权利要求1所述的海上施工砂桩，其特征在于，所述下料门处设置有砂面仪，其安装在所述砂桩钢管主体的下部空间内。9.一种海上施工砂桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：船舶定位到施工位置，测出施工位置的水深及泥面标高；s2：将权利要求1-8中任一项所述的海上施工砂桩入水，通过恒压进入气孔注入高压气体，排空砂桩钢管主体的下部空间内的海水和淤泥；s3：使用变频振动锤将所述海上施工砂桩打入土层中，附着式进料斗通过上料口向砂料高压仓内灌注砂料，此时砂桩钢管主体的下部空间开始减压；s4：通过高压进入气孔向砂料高压仓加压，并将所述海上施工砂桩恒压施打桩管接近处理土层的底标高；s5：恒压上拔所述海上施工砂桩，排出砂桩管内底部的海水和淤泥；s6：使用变频振动锤加压施打所述海上施工砂桩至处理土层的桩底标高；s7：加压上拔所述海上施工砂桩，打开恒压气门进行排砂，在砂桩钢管主体的下部空间形成一定高度的砂柱；s8：使用变频振动锤恒压振动回打扩径，形成砂桩；s9：多次循环重复上述步骤s7-s8，逐段形成整根的砂桩。10.如权利要求9所述的海上施工砂桩的施工方法，其特征在于，步骤s7中包括：砂桩钢管主体的下部空间中的恒压气压根据土层的压力进行调整。
技术总结本发明公开了一种海上施工砂桩及其施工工艺，属于海上施工装置的领域，海上施工砂桩包括砂桩钢管主体，砂桩钢管主体内设置有砂料高压仓，高压进气孔和恒压进气孔；砂料高压仓的顶部通过封顶板与砂桩钢管主体的上部空间相间隔开，并且在底部通过恒压仓门与砂桩钢管主体的下部空间相间隔开；钢管砂料高压仓的顶部侧面设置有用于灌入砂料的上料口；恒压仓门用于密封砂料高压仓的下料门；高压进气孔设置在砂料高压仓的侧面，用于向砂料高压仓注入高压气体；恒压进气孔设置在砂桩钢管主体的下部空间的侧面，用于向砂桩钢管主体的下部空间内注入高压气体。本发明能够在海上砂桩施工期间解决淤泥土问题，保证施工质量。保证施工质量。保证施工质量。
技术研发人员：沈飞 陈全君 丁乙飞 吴全君 王小强 杭超
受保护的技术使用者：建基建设集团有限公司
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/7/5
