采用固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的施工方法
1.本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，尤其涉及一種采用固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的施工方法。
背景技術(shù)：
2.跨海大橋的樁基礎(chǔ)處于近海復(fù)雜海洋環(huán)境中，易發(fā)生局部沖刷，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，需要對基礎(chǔ)進(jìn)行沖刷防護(hù)及修復(fù)。作為一種具備廣闊應(yīng)用前景的防沖刷新技術(shù)，固化土沖刷防護(hù)技術(shù)，利用高含水率流態(tài)固化土的流動性，將流態(tài)固化土泵送至基礎(chǔ)周圍沖刷坑中，凝結(jié)硬化成型防護(hù)結(jié)構(gòu)。
3.目前，固化土防沖刷技術(shù)處于起步階段，在跨海大橋樁基礎(chǔ)的沖刷修復(fù)場景中的應(yīng)用無經(jīng)驗(yàn)可循。而樁基礎(chǔ)周圍往往存在更為復(fù)雜多變的流場環(huán)境，在波流作用下，流態(tài)固化土容易流失，導(dǎo)致材料浪費(fèi)，造成施工質(zhì)量劣化，為施工過程帶來了更多的盲目性和確定性。
4.因此，提出一種采用流態(tài)固化土采用固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的施工方法具有十分重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種采用固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的施工方法，可對各種來源泥漿進(jìn)行流動固化處理，并應(yīng)用于跨海大橋的樁基礎(chǔ)沖刷防護(hù)及修復(fù)，大規(guī)模消納泥漿，實(shí)現(xiàn)各種來源泥漿的資源化利用。
6.為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種采用固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的施工方法，包括步驟：
7.s1：采用多波束測深系統(tǒng)對一跨海大橋的樁基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)地掃測，獲取所述樁基礎(chǔ)周圍的沖刷坑地形數(shù)據(jù)；
8.s2：通過現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，測得施工現(xiàn)場的波流環(huán)境參數(shù)和流態(tài)固化土物理參數(shù)；
9.s3：向一計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值軟件中導(dǎo)入所述沖刷坑地形數(shù)據(jù)、所述波流環(huán)境參數(shù)和所述流態(tài)固化土物理參數(shù)，建立波流海洋環(huán)境中樁基礎(chǔ)的所述沖刷坑的多相流足尺數(shù)值模型，獲得數(shù)值模擬結(jié)果；所述數(shù)值模擬結(jié)果包括：模擬高含水率流態(tài)固化土在波流海洋環(huán)境中的流動擴(kuò)散過程以及計(jì)算得到模擬結(jié)束后沖刷坑中的固化土留存率和形態(tài)；
10.s4：根據(jù)所述施工現(xiàn)場分批次泵漿施工實(shí)際，基于數(shù)值模擬結(jié)果，評估所述泵漿施工效果，對所述樁基礎(chǔ)周圍的泵漿點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)選，初步測算所述高含水率流態(tài)固化土的工程用量，確定泵漿施工方案；
11.s5：制成指定含水率泥漿，用運(yùn)輸船分批次運(yùn)至所述施工現(xiàn)場，將所述指定含水率泥漿泵送至施工船上，所述指定含水率泥漿在所述施工船上加入定量固化劑，攪拌均勻，制成所述高含水率流態(tài)固化土；
12.s6：根據(jù)所述泵漿施工方案，采用錨艇對泵漿管進(jìn)行定位，開啟泥漿泵對所述高含水率流態(tài)固化土進(jìn)行泵送施工；
13.s7：在所述泵送施工完成后，及時采用所述多波束測深系統(tǒng)對所述樁基礎(chǔ)周圍進(jìn)行一次掃測，保證所述沖刷坑內(nèi)所述高含水率流態(tài)固化土達(dá)到控制標(biāo)高且未大量流散，在施工結(jié)束后定期成果掃測，驗(yàn)證固化土結(jié)構(gòu)的沖刷防護(hù)有效性。
14.優(yōu)選地，所述s3步驟中：
15.所述多相流足尺數(shù)值模型中，所述高含水率流態(tài)固化土視為具有粘滯性的非牛頓流體，采用流變模型描述所述高含水率流態(tài)固化土的性質(zhì)，所述波流海洋環(huán)境中的水視為牛頓流體；流變模型參數(shù)通過對所述施工現(xiàn)場的所述高含水率流態(tài)固化土進(jìn)行流變試驗(yàn)獲得，并將其導(dǎo)入所述多相流足尺數(shù)值模型中；所述多相流足尺數(shù)值模型的所述樁基礎(chǔ)、所述泵漿管和海床均視為不變形的剛體。
16.優(yōu)選地，所述s3步驟中：
17.采用質(zhì)量法計(jì)算所述固化土留存率r：
18.r＝m2/m1??
(1)；
19.其中，m1為從所述泵漿管口泵出的所述高含水率流態(tài)固化土的質(zhì)量，m2為模擬完成后所述沖刷坑中剩下的所述高含水率流態(tài)固化土的質(zhì)量。
20.優(yōu)選地，所述s5步驟中：
21.所述指定含水率泥漿的泥源包括：工程廢棄泥漿、疏浚淤泥和海洋灘涂；所述泥源中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量百分比的含量小于5％；
22.所述固化劑包括：水泥、無機(jī)復(fù)合固化劑、有機(jī)固化劑和離子固化劑；對所述指定含水率泥漿進(jìn)行土工參數(shù)以及礦物成分分析，根據(jù)取得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)際工程對固化土強(qiáng)度和流動性的要求，配制相應(yīng)的所述固化劑，并確定所述固化劑摻量；
23.所述高含水率流態(tài)固化土采用內(nèi)徑和高度皆為8cm的有機(jī)玻璃圓筒；所述有機(jī)玻璃圓筒在有機(jī)玻璃板上測得的流動值范圍為16cm-20cm，滿足所述泵送施工要求，所述高含水率流態(tài)固化土自然養(yǎng)護(hù)28天后的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于400kpa，滿足強(qiáng)度要求。
24.本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：
25.本發(fā)明采用流態(tài)固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的設(shè)計(jì)和施工方法。
26.(1)本發(fā)明可對各種來源泥漿進(jìn)行流動固化處理，并應(yīng)用于跨海大橋的樁基礎(chǔ)沖刷防護(hù)及修復(fù)，大規(guī)模消納泥漿，實(shí)現(xiàn)各種來源泥漿的資源化利用；
27.(2)本發(fā)明運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值軟件，應(yīng)用多相流足尺數(shù)值模型對泵漿過程進(jìn)行預(yù)演，可直觀、定量的評價固化土泵將效果，為泵漿點(diǎn)位的選擇提供了理論依據(jù)，有助于優(yōu)化泵漿施工方案；
28.(3)基于多波束掃側(cè)技術(shù)，對樁基礎(chǔ)周圍地形進(jìn)行掃側(cè)，獲得精準(zhǔn)的工前工后地形情況，可為固化土沖刷防護(hù)及修復(fù)工程提供全周期指導(dǎo)，此外，基于掃側(cè)得到的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值建模，模型更貼近實(shí)際，結(jié)果更具有參考性；
29.(4)針對海洋環(huán)境中樁基礎(chǔ)沖刷防護(hù)及修復(fù)應(yīng)用場景，提出了具有適應(yīng)性的泵漿施工方法，方法更為高效可控，可顯著降低工程施工成本，提高施工質(zhì)量。
附圖說明
30.圖1為本發(fā)明實(shí)施例的多相流足尺數(shù)值模型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
31.下面根據(jù)附圖圖1，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。
32.請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例的一種采用固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的施工方法，采用流態(tài)固化土進(jìn)行跨海大橋樁基礎(chǔ)沖刷修復(fù)的設(shè)計(jì)和施工方法，包括步驟：
33.s1：采用多波束測深系統(tǒng)對一跨海大橋的樁基礎(chǔ)2進(jìn)行實(shí)地掃測，獲取樁基礎(chǔ)2周圍的沖刷坑地形數(shù)據(jù)；
34.s2：通過現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，測得施工現(xiàn)場的波流環(huán)境參數(shù)和流態(tài)固化土物理參數(shù)；
35.s3：向一計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值軟件fluent中導(dǎo)入沖刷坑地形數(shù)據(jù)、波流環(huán)境參數(shù)和流態(tài)固化土物理參數(shù)，建立波流海洋環(huán)境5中樁基礎(chǔ)2的沖刷坑的多相流足尺數(shù)值模型，獲得數(shù)值模擬結(jié)果；數(shù)值模擬結(jié)果包括：模擬高含水率流態(tài)固化土3在波流海洋環(huán)境5中的流動擴(kuò)散過程以及計(jì)算得到模擬結(jié)束后沖刷坑中的固化土留存率和形態(tài)；
36.多相流足尺數(shù)值模型中，高含水率流態(tài)固化土3視為具有粘滯性的非牛頓流體，采用流變模型描述高含水率流態(tài)固化土3的性質(zhì)，波流海洋環(huán)境5中的水視為牛頓流體；流變模型參數(shù)通過對施工現(xiàn)場的高含水率流態(tài)固化土3進(jìn)行流變試驗(yàn)獲得，并將其導(dǎo)入多相流足尺數(shù)值模型中；多相流足尺數(shù)值模型的樁基礎(chǔ)2、泵漿管1和海床4均視為不變形的剛體。
37.根據(jù)東海大橋附近的波流環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計(jì)資料，確定數(shù)值模型中水深為10m，潮流流速在1m/s，平均波高2.83m，平均波浪周期7.76s；
38.考慮泵漿速度和泵漿點(diǎn)位置的影響，得到模擬結(jié)束后沖刷坑中固化土留存率和形態(tài)，采用質(zhì)量法計(jì)算固化土留存率r：
39.r＝m2/m1???
(1)；
40.其中，m1為從泵漿管1口泵出的高含水率流態(tài)固化土3的質(zhì)量，m2為模擬完成后沖刷坑中剩下的高含水率流態(tài)固化土3的質(zhì)量。
41.s4：根據(jù)施工現(xiàn)場分批次泵漿施工實(shí)際，基于數(shù)值模擬結(jié)果，根據(jù)泵漿結(jié)束后沖刷坑中固化土留存率和完整性，評估泵漿施工效果，對樁基礎(chǔ)2周圍的泵漿點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)選，初步測算高含水率流態(tài)固化土3的工程用量，確定泵漿施工方案；
42.s5：制成指定含水率泥漿，用運(yùn)輸船分批次運(yùn)至施工現(xiàn)場，將指定含水率泥漿泵送至施工船上，指定含水率泥漿在施工船上加入定量固化劑，攪拌均勻，制成高含水率流態(tài)固化土3；
43.指定含水率泥漿的泥源包括：工程廢棄泥漿、疏浚淤泥和海洋灘涂；泥源中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量百分比的含量小于5％；
44.固化劑包括：水泥、無機(jī)復(fù)合固化劑、有機(jī)固化劑和離子固化劑；對指定含水率泥漿進(jìn)行土工參數(shù)以及礦物成分分析，根據(jù)取得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)際工程對固化土強(qiáng)度和流動性的要求，配制相應(yīng)的固化劑，并確定固化劑摻量；
45.高含水率流態(tài)固化土3采用內(nèi)徑和高度皆為8cm的有機(jī)玻璃圓筒；有機(jī)玻璃圓筒在有機(jī)玻璃板上測得的流動值范圍為16cm-20cm，滿足泵送施工要求，高含水率流態(tài)固化土3自然養(yǎng)護(hù)28天后的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于400kpa，滿足強(qiáng)度要求。
46.本實(shí)施例中，指定含水率泥漿的泥源采用某工程廢棄土制得高含水率泥漿；用運(yùn)輸船將泥漿運(yùn)至施工現(xiàn)場，將泥漿泵送至施工船上，在施工船上定量加入配好的無機(jī)復(fù)合固化劑，攪拌均勻，制成高含水率流態(tài)固化土3；高含水率流態(tài)固化土3采用內(nèi)徑和高度皆為8cm的有機(jī)玻璃圓筒在有機(jī)玻璃板上測得的流動值范圍為16cm-20cm，滿足泵送施工要求，固化土自然養(yǎng)護(hù)28天后的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于500kpa，滿足強(qiáng)度要求；
47.s6：根據(jù)泵漿施工方案，采用錨艇對泵漿管1進(jìn)行定位，開啟泥漿泵對高含水率流態(tài)固化土3進(jìn)行泵送施工；
48.s7：在泵送施工完成后，及時采用多波束測深系統(tǒng)對樁基礎(chǔ)2周圍進(jìn)行一次掃測，保證沖刷坑內(nèi)高含水率流態(tài)固化土3達(dá)到控制標(biāo)高且未大量流散，在施工結(jié)束后第1個月、第2個月、第3個月、第6個月及第12個月進(jìn)行五次成果掃測，驗(yàn)證固化土結(jié)構(gòu)的沖刷防護(hù)有效性。
49.以上結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
