采用固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的施工方法
1.本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种采用固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的施工方法。
背景技术：
2.跨海大桥的桩基础处于近海复杂海洋环境中，易发生局部冲刷，影响结构稳定性。因此，需要对基础进行冲刷防护及修复。作为一种具备广阔应用前景的防冲刷新技术，固化土冲刷防护技术，利用高含水率流态固化土的流动性，将流态固化土泵送至基础周围冲刷坑中，凝结硬化成型防护结构。
3.目前，固化土防冲刷技术处于起步阶段，在跨海大桥桩基础的冲刷修复场景中的应用无经验可循。而桩基础周围往往存在更为复杂多变的流场环境，在波流作用下，流态固化土容易流失，导致材料浪费，造成施工质量劣化，为施工过程带来了更多的盲目性和确定性。
4.因此，提出一种采用流态固化土采用固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的施工方法具有十分重要的意义。
技术实现要素：
5.针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种采用固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的施工方法，可对各种来源泥浆进行流动固化处理，并应用于跨海大桥的桩基础冲刷防护及修复，大规模消纳泥浆，实现各种来源泥浆的资源化利用。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种采用固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的施工方法，包括步骤：
7.s1：采用多波束测深系统对一跨海大桥的桩基础进行实地扫测，获取所述桩基础周围的冲刷坑地形数据；
8.s2：通过现场试验和室内试验，测得施工现场的波流环境参数和流态固化土物理参数；
9.s3：向一计算流体力学数值软件中导入所述冲刷坑地形数据、所述波流环境参数和所述流态固化土物理参数，建立波流海洋环境中桩基础的所述冲刷坑的多相流足尺数值模型，获得数值模拟结果；所述数值模拟结果包括：模拟高含水率流态固化土在波流海洋环境中的流动扩散过程以及计算得到模拟结束后冲刷坑中的固化土留存率和形态；
10.s4：根据所述施工现场分批次泵浆施工实际，基于数值模拟结果，评估所述泵浆施工效果，对所述桩基础周围的泵浆点位进行优选，初步测算所述高含水率流态固化土的工程用量，确定泵浆施工方案；
11.s5：制成指定含水率泥浆，用运输船分批次运至所述施工现场，将所述指定含水率泥浆泵送至施工船上，所述指定含水率泥浆在所述施工船上加入定量固化剂，搅拌均匀，制成所述高含水率流态固化土；
12.s6：根据所述泵浆施工方案，采用锚艇对泵浆管进行定位，开启泥浆泵对所述高含水率流态固化土进行泵送施工；
13.s7：在所述泵送施工完成后，及时采用所述多波束测深系统对所述桩基础周围进行一次扫测，保证所述冲刷坑内所述高含水率流态固化土达到控制标高且未大量流散，在施工结束后定期成果扫测，验证固化土结构的冲刷防护有效性。
14.优选地，所述s3步骤中：
15.所述多相流足尺数值模型中，所述高含水率流态固化土视为具有粘滞性的非牛顿流体，采用流变模型描述所述高含水率流态固化土的性质，所述波流海洋环境中的水视为牛顿流体；流变模型参数通过对所述施工现场的所述高含水率流态固化土进行流变试验获得，并将其导入所述多相流足尺数值模型中；所述多相流足尺数值模型的所述桩基础、所述泵浆管和海床均视为不变形的刚体。
16.优选地，所述s3步骤中：
17.采用质量法计算所述固化土留存率r：
18.r＝m2/m1ꢀꢀ
(1)；
19.其中，m1为从所述泵浆管口泵出的所述高含水率流态固化土的质量，m2为模拟完成后所述冲刷坑中剩下的所述高含水率流态固化土的质量。
20.优选地，所述s5步骤中：
21.所述指定含水率泥浆的泥源包括：工程废弃泥浆、疏浚淤泥和海洋滩涂；所述泥源中有机质的质量百分比的含量小于5％；
22.所述固化剂包括：水泥、无机复合固化剂、有机固化剂和离子固化剂；对所述指定含水率泥浆进行土工参数以及矿物成分分析，根据取得的各项数据，并结合实际工程对固化土强度和流动性的要求，配制相应的所述固化剂，并确定所述固化剂掺量；
23.所述高含水率流态固化土采用内径和高度皆为8cm的有机玻璃圆筒；所述有机玻璃圆筒在有机玻璃板上测得的流动值范围为16cm-20cm，满足所述泵送施工要求，所述高含水率流态固化土自然养护28天后的无侧限抗压强度大于400kpa，满足强度要求。
24.本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
25.本发明采用流态固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的设计和施工方法。
26.(1)本发明可对各种来源泥浆进行流动固化处理，并应用于跨海大桥的桩基础冲刷防护及修复，大规模消纳泥浆，实现各种来源泥浆的资源化利用；
27.(2)本发明运用计算流体力学数值软件，应用多相流足尺数值模型对泵浆过程进行预演，可直观、定量的评价固化土泵将效果，为泵浆点位的选择提供了理论依据，有助于优化泵浆施工方案；
28.(3)基于多波束扫侧技术，对桩基础周围地形进行扫侧，获得精准的工前工后地形情况，可为固化土冲刷防护及修复工程提供全周期指导，此外，基于扫侧得到的地形数据进行数值建模，模型更贴近实际，结果更具有参考性；
29.(4)针对海洋环境中桩基础冲刷防护及修复应用场景，提出了具有适应性的泵浆施工方法，方法更为高效可控，可显著降低工程施工成本，提高施工质量。
附图说明
30.图1为本发明实施例的多相流足尺数值模型的结构示意图。
具体实施方式
31.下面根据附图图1，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
32.请参阅图1，本发明实施例的一种采用固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的施工方法，采用流态固化土进行跨海大桥桩基础冲刷修复的设计和施工方法，包括步骤：
33.s1：采用多波束测深系统对一跨海大桥的桩基础2进行实地扫测，获取桩基础2周围的冲刷坑地形数据；
34.s2：通过现场试验和室内试验，测得施工现场的波流环境参数和流态固化土物理参数；
35.s3：向一计算流体力学数值软件fluent中导入冲刷坑地形数据、波流环境参数和流态固化土物理参数，建立波流海洋环境5中桩基础2的冲刷坑的多相流足尺数值模型，获得数值模拟结果；数值模拟结果包括：模拟高含水率流态固化土3在波流海洋环境5中的流动扩散过程以及计算得到模拟结束后冲刷坑中的固化土留存率和形态；
36.多相流足尺数值模型中，高含水率流态固化土3视为具有粘滞性的非牛顿流体，采用流变模型描述高含水率流态固化土3的性质，波流海洋环境5中的水视为牛顿流体；流变模型参数通过对施工现场的高含水率流态固化土3进行流变试验获得，并将其导入多相流足尺数值模型中；多相流足尺数值模型的桩基础2、泵浆管1和海床4均视为不变形的刚体。
37.根据东海大桥附近的波流环境参数统计资料，确定数值模型中水深为10m，潮流流速在1m/s，平均波高2.83m，平均波浪周期7.76s；
38.考虑泵浆速度和泵浆点位置的影响，得到模拟结束后冲刷坑中固化土留存率和形态，采用质量法计算固化土留存率r：
39.r＝m2/m1ꢀꢀꢀ
(1)；
40.其中，m1为从泵浆管1口泵出的高含水率流态固化土3的质量，m2为模拟完成后冲刷坑中剩下的高含水率流态固化土3的质量。
41.s4：根据施工现场分批次泵浆施工实际，基于数值模拟结果，根据泵浆结束后冲刷坑中固化土留存率和完整性，评估泵浆施工效果，对桩基础2周围的泵浆点位进行优选，初步测算高含水率流态固化土3的工程用量，确定泵浆施工方案；
42.s5：制成指定含水率泥浆，用运输船分批次运至施工现场，将指定含水率泥浆泵送至施工船上，指定含水率泥浆在施工船上加入定量固化剂，搅拌均匀，制成高含水率流态固化土3；
43.指定含水率泥浆的泥源包括：工程废弃泥浆、疏浚淤泥和海洋滩涂；泥源中有机质的质量百分比的含量小于5％；
44.固化剂包括：水泥、无机复合固化剂、有机固化剂和离子固化剂；对指定含水率泥浆进行土工参数以及矿物成分分析，根据取得的各项数据，并结合实际工程对固化土强度和流动性的要求，配制相应的固化剂，并确定固化剂掺量；
45.高含水率流态固化土3采用内径和高度皆为8cm的有机玻璃圆筒；有机玻璃圆筒在有机玻璃板上测得的流动值范围为16cm-20cm，满足泵送施工要求，高含水率流态固化土3自然养护28天后的无侧限抗压强度大于400kpa，满足强度要求。
46.本实施例中，指定含水率泥浆的泥源采用某工程废弃土制得高含水率泥浆；用运输船将泥浆运至施工现场，将泥浆泵送至施工船上，在施工船上定量加入配好的无机复合固化剂，搅拌均匀，制成高含水率流态固化土3；高含水率流态固化土3采用内径和高度皆为8cm的有机玻璃圆筒在有机玻璃板上测得的流动值范围为16cm-20cm，满足泵送施工要求，固化土自然养护28天后的无侧限抗压强度大于500kpa，满足强度要求；
47.s6：根据泵浆施工方案，采用锚艇对泵浆管1进行定位，开启泥浆泵对高含水率流态固化土3进行泵送施工；
48.s7：在泵送施工完成后，及时采用多波束测深系统对桩基础2周围进行一次扫测，保证冲刷坑内高含水率流态固化土3达到控制标高且未大量流散，在施工结束后第1个月、第2个月、第3个月、第6个月及第12个月进行五次成果扫测，验证固化土结构的冲刷防护有效性。
49.以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
