抛填与浇筑一体化施工装置

技术领域

本发明涉及海洋结构物冲刷防护技术领域，具体涉及一种抛填与浇筑一体化施工装置。

背景技术

海洋结构物(例如桩基础、筒型基础)安装于海床后会改变周围流场分布，引起结构物周围海床表层土体发生冲刷，形成局部冲刷坑。冲刷坑是影响海洋结构物长期稳定和运行安全的重要因素之一。抛石防护是当前海洋结构物最常用且最经济的防冲刷措施。

目前，抛石施工通常采用从海面直接抛石或通过施工船上的溜管进行抛石。通过溜管抛石能够在一定程度上使抛填落点更加精准，但溜管在抛填过程中因为管内存在石料，不便于动作，只能在一个点位完成抛石后再移至下一点位，想要实现石料均匀铺设需要布设大量点位，不断调整溜管位置，严重影响施工效率，同时抛填质量受到水流的显著影响，抛填落点仍不可控；此外抛石堆积体的抗冲刷能力较弱，在水流作用下石料易被冲散，防护时效短。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中为使石料均匀铺设，抛石时需要在大量点位下料，施工效率低，抛石堆积体的抗冲刷能力较弱的缺陷，从而提供一种抛填与浇筑一体化施工装置。

本发明提供的抛填与浇筑一体化施工装置，包括：

基座；

溜管，与基座连接；

灌浆管，设置在所述溜管的外周侧，所述灌浆管与所述溜管间设置有第一驱动组件，所述第一驱动组件适于驱动所述灌浆管围绕所述溜管转动，所述灌浆管的尾端设置有喷射头，所述喷射头与所述灌浆管连通，所述喷射头的喷流口适于朝向所述溜管的尾端；

泵送系统，与所述灌浆管通过第一柔性管连接，所述泵送系统适于向所述灌浆管泵入流体。

可选的，所述喷射头与所述灌浆管转动连接，所述喷射头与所述灌浆管间设置有第二驱动组件，所述第二驱动组件适于调节所述喷射头与所述灌浆管间的夹角；

和/或所述喷流口安装有调节阀，所述调节阀适于调节所述喷流口的开口大小。

可选的，所述溜管为整体长度可伸缩的组合管结构，所述抛填与浇筑一体化施工装置还包括牵引组件，所述牵引组件与所述溜管的至少一节连接，所述牵引组件适于调节所述溜管的伸缩长度。

可选的，所述溜管包括第一外管和第一内管，所述第一外管套设于所述第一内管，并与所述第一内管滑动连接，所述牵引组件适于驱动所述第一外管相对所述第一内管滑动。

可选的，所述牵引组件包括卷扬机和吊绳，所述卷扬机与所述基座连接，所述吊绳的一端绕接于所述卷扬机，另一端与所述溜管连接。

可选的，所述灌浆管包括第二外管和第二内管，所述第二外管套设于所述第二内管，并与所述第二内管滑动连接；

所述第二内管与所述第一外管和所述第一内管的其中一个转动连接，所述第二外管与所述第一内管和所述第一外管的另外一个转动连接。

可选的，所述抛填与浇筑一体化施工装置还包括保护剂浇筑管，所述保护剂浇筑管与所述溜管或所述灌浆管连接，所述保护剂浇筑管通过第二柔性管与所述泵送系统连接。

可选的，所述溜管的外周侧固定安装有轴承，所述轴承的外侧与所述灌浆管固定连接。

可选的，所述基座上转动设置有转动盘，所述转动盘与所述基座间设置有第三驱动组件，所述第三驱动组件适于驱动所述转动盘相对所述基座转动，所述溜管与所述转动盘连接。

可选的，所述基座与所述溜管铰接，所述基座与所述溜管间设置有第四驱动组件，所述第四驱动组件适于调节所述溜管与垂线的夹角。

本发明具有以下优点：

1.本发明提供的抛填与浇筑一体化施工装置，溜管的周侧设置有可围绕其转动的灌浆管，灌浆管的尾端设置有喷射头，喷射头与灌浆管连通，喷射头的喷流口能够朝向溜管的尾端，灌浆管与泵送系统连接，泵送系统能够向灌浆管泵入流体，以影响抛石的落点，溜管于一个点位固定时，通过灌浆管与泵送系统的配合，溜管尾端的周侧能够可控的铺设石料，一方面使抛石更均匀的堆积于海床，另一方面使单次施工的抛石堆积范围更大，减少了移船或调整溜管位置的频次，缩短了施工时长，此外，本发明提供的抛填与浇筑一体化施工装置将抛石溜管系统与浆体浇筑系统进行集成，泵送系统向灌浆管内泵送浆体，经由喷射头对抛石堆积体浇筑，浆体能够凝结抛石堆积体，使其不易被水流冲刷，进一步提升了抛石堆积体的抗冲刷能力，延长了抛石堆积体的防护时效。

2.本发明提供的抛填与浇筑一体化施工装置，喷射头与灌浆管转动连接，喷射头与灌浆管间的夹角可调，同时喷流口安装有调节阀，调节阀通过调节喷流口的开口大小可改变喷射头出口处的流速，便于喷射水流干预抛石位置，同样利于后期的灌浆。

3.本发明提供的抛填与浇筑一体化施工装置，溜管为整体长度可伸缩的组合管结构，可通过牵引组件控制其伸缩长度，同时基座上转动设置有转动盘，溜管与转动盘连接，可围绕基座转动，另外溜管与基座铰接，可通过第四驱动组件实现溜管与垂线的夹角调整，溜管可灵活更换抛石点位，具有更强的适应性。

4.本发明提供的抛填与浇筑一体化施工装置，通过调整高压水流的方向和速度以改变抛石颗粒在海床落点，能够更方便的应用于临近海洋结构物的海床抛石，避免对海洋结构物表面产生破坏。

5.本发明提供的抛填与浇筑一体化施工装置，在浆体浇筑过程中，通过不断调整灌浆管和喷射头的方位，改变浇筑点，使浆体的浇筑方式由传统的单点浇筑转变为平面浇筑，克服了因采用单点浇筑时产生的浆体过度集中或过度填充的问题，填充更加均匀充分，实现了抛石体的网格化胶结，结合溜管位置的调整，能够高效完成整个防护区域的抛石层的网格化胶结。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例抛填与浇筑一体化施工装置的结构示意图一；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3为本发明实施例抛填与浇筑一体化施工装置的结构示意图二；

图4为本发明实施例抛填与浇筑一体化施工装置的工作示意图一；

图5为本发明实施例抛填与浇筑一体化施工装置的工作示意图二；

图6为本发明实施例抛填与浇筑一体化施工装置的工作示意图三；

图7为本发明实施例抛填与浇筑一体化施工装置的工作示意图四；

图8为本发明实施例抛填与浇筑一体化施工装置的海床抛石浇筑点布置图。

附图标记说明：

10、基座；101、支撑座；11、转动盘；12、第四驱动组件；20、溜管；201、第一外管；202、第一内管；203、第一滑轨；204、第一滑槽；21、牵引组件；211、卷扬机；212、吊绳；213、定滑轮；22、轴承；23、集料斗；30、灌浆管；301、第二外管；302、第二内管；303、第二滑轨；304、第二滑槽；31、喷射头；40、保护剂浇筑管；50、泵送系统；51、第一柔性管；60、抛石堆积体；601、抛石堆积体顶部；602、浇筑点；603、抛石堆积体外缘；61、胶结抛石体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

参考图1-图8，本发明实施例提供的抛填与浇筑一体化施工装置，包括：

基座10；

溜管20，与基座10连接；

灌浆管30，设置在溜管20的外周侧，灌浆管30与溜管20间设置有第一驱动组件，第一驱动组件适于驱动灌浆管30围绕溜管20转动，灌浆管30的尾端设置有喷射头31，喷射头31与灌浆管30连通，喷射头31的喷流口适于朝向溜管20的尾端；

泵送系统50，与灌浆管30通过第一柔性管51连接，泵送系统50适于向灌浆管30泵入流体。

本实施例中，溜管20的周侧设置有可围绕其转动的灌浆管30，灌浆管30的尾端设置有喷射头31，喷射头31与灌浆管30连通，喷射头31的喷流口能够朝向溜管20的尾端，灌浆管30与泵送系统50连接，泵送系统50能够向灌浆管30泵入流体，以影响抛石的落点，溜管20于一个点位固定时，通过灌浆管30与泵送系统50的配合，溜管20尾端的周侧能够可控的铺设石料，减少了溜管20的动作次数，极大地提高了抛填施工效率，此外，本实施例提供的抛填与浇筑一体化施工装置将抛石溜管系统与浆体浇筑系统进行集成，泵送系统50向灌浆管30内泵送浆体，经由喷射头31对抛石堆积体60浇筑，浆体能够凝结抛石堆积体60，使其不易被水流冲散，进一步提升了抛石堆积体60的抗冲刷能力，延长了抛石堆积体60的防护时效。

本实施例中，对基座10的安装位置不作具体限定，其可以是安装在海上平台上，也可以是安装在船体上。

本实施例中，对溜管20的结构不作具体限定，内部具有适于石料通过的通道即可，溜管20的通道的横截面优选为圆形或方形，以减小抛石在溜管20中的堵塞，进一步的，溜管20的末端集成多波束测深系统，用以检测抛石堆积体60的形态以及胶结抛石体61的形态，为后续灌浆管30的位置调整提供参考。

作为一种优选的实施方式，溜管20靠近基座10的一端安装有集料斗23，利于装料。

本实施例中，对泵送系统50的结构不作具体限定，能够向灌浆管30泵入流体，通过调节泵送压力改变喷射头31的水流压力即可，作为一种实施方式，其可以是包含单泵，向灌浆管30注入流体；作为另一种实施方式，其可以是包含多泵，多泵接入第一柔性管51，能够便捷的更换通入灌浆管30的流体，具体的，可以是包含一高压泵和一低压泵，高压泵泵送海水以调整抛石位置，使抛石铺设更均匀，低压泵泵送浆体以凝结抛石堆积体60，进一步提升抛石堆积体60的抗冲刷能力。

本实施例中，浆体可以是能够凝结抛石堆积体60的水下混凝土，可根据实际需求调整材料配比。

在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，抛填与浇筑一体化施工装置还包括保护剂浇筑管40，保护剂浇筑管40通过第二柔性管与泵送系统50连接，保护剂浇筑管40可以是与溜管20连接，参考图2，其也可以与灌浆管30连接，此处不作具体限定。

参考图7,本实施方式中，在灌浆管30排放浆体时，泵送系统50同时向保护剂浇筑管40中泵入水下保护剂，图7中D表示水下保护剂的保护范围，水下保护剂能够阻止浆体在海水中发生分散，进一步提升抛填效果。

本实施例中，对喷射头31与灌浆管30的连接方式不作具体限定，作为一种实施方式，喷射头31与灌浆管30的尾端焊接；作为另一种实施方式，喷射头31与灌浆管30转动连接，喷射头31与灌浆管30间设置有第二驱动组件，第二驱动组件适于调节喷射头31与灌浆管30间的夹角。

本实施方式中，喷射头31与灌浆管30转动连接，喷射头31与灌浆管30间的夹角可调，使喷射水流能够灵活干预抛石位置，同样利于后期的灌浆。

对第二驱动组件的具体结构不作具体限定，作为一种实施方式，喷射头31与灌浆管30通过软管连接，灌浆管30外壁固定有油缸，油缸的推杆与喷射头31铰接，油缸通过伸缩推杆即可实时调节喷射头31与灌浆管30间的夹角，通常喷射头31与灌浆管30的夹角为0°至60°。

在一个优选的实施方式中，喷流口安装有调节阀，调节阀适于调节喷流口的开口大小。

本实施方式中，调节阀通过调节喷流口的开口大小，能够改变喷射头31出口处的流速，便于喷射水流干预抛石位置，同样利于后期的灌浆。

进一步的，喷射头31设置水流检测装置，用于检测自然水流速度，能够为后期调整高压海水喷射速度提供参考。

在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，溜管20为整体长度可伸缩的组合管结构，抛填与浇筑一体化施工装置还包括牵引组件21，牵引组件21与溜管20的至少一节连接，牵引组件21适于调节溜管20的伸缩长度。

本实施方式中，溜管20为整体长度可伸缩的组合管结构，通过牵引组件21控制其伸缩长度，溜管20具有更强的适应性。

本实施方式中，对溜管20的管节数量不作具体限定，作为一种实施方式，其可以是大于两个；作为另一种实施方式，也可以是两个，具体的，溜管20包括第一外管201和第一内管202，第一外管201套设于第一内管202，并与第一内管202滑动连接，牵引组件21适于驱动第一外管201相对第一内管202滑动。

本实施方式中，溜管20由两个管节连接而成，管节数量少，利于牵引组件21控制溜管20的伸缩长度。

本实施方式中，对牵引组件21的结构不作具体限定，作为一种实施方式，牵引组件21包括油缸，油缸缸体与第一内管202固定连接，油缸的推杆与第一外管201连接，油缸通过伸缩推杆即可调节溜管20的伸缩长度；作为另一种实施方式，参考图1，牵引组件21包括卷扬机211和吊绳212，卷扬机211与基座10连接，吊绳212的一端绕接于卷扬机211，另一端与溜管20连接，参考图1，具体是与位于第一内管202下方的第一外管201固定连接，进一步的，参考图3，吊绳212与溜管20伸入水下的尾端固定连接，以避免溜管20形成长悬臂梁结构，使施工过程中溜管20结构更加稳定，不易变形，此外，溜管20和基座10上设置有利于调整吊绳212转向的定滑轮213。

在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，灌浆管30包括第二外管301和第二内管302，第二外管301套设于第二内管302，并与第二内管302滑动连接；第二内管302与第一外管201和第一内管202的其中一个转动连接，第二外管301与第一内管202和第一外管201的另外一个转动连接。

具体的，参考图2，第一内管202的外壁设置有第一滑轨203，第一滑轨203的设置方向与第一内管202的延伸方向一致，第一外管201的内壁对应设置有第一滑槽204，第一滑轨203卡入第一滑槽204内，实现第一外管201与第一内管202滑动连接；同样的，第二内管302的外壁设置有第二滑轨303，第二滑轨303的设置方向与第二内管302的延伸方向一致，第二外管301的内壁对应设置有第二滑槽304，第二滑轨303卡入第二滑槽304内，实现第二外管301与第二内管302滑动连接；护剂浇筑管同样可采用组合管结构，其包括第三外管和第三内管，第三外管套设于第三内管，并与第三内管滑动连接。

本实施方式中，内管与外管滑动连接，能够限制内管相对外管转动，使管体结构在施工过程中更加稳定可控。

本实施例中，对第一驱动组件的结构不作具体限定，作为一种实施方式，溜管20的外周侧固定安装有轴承22，轴承22的外侧与灌浆管30固定连接，溜管20的外周侧安装有受力齿轮，灌浆管30的外周侧固定有电动机，电动机的输出轴固定有与受力齿轮适配的输出齿轮，输出齿轮与受力齿轮啮合传动，电动机转动即可实现灌浆管30围绕溜管20转动，在抛石抛填和浆体浇筑过程中，一般每次灌浆管30相对溜管20的转动角度为90°至120°。

进一步的，轴承22的外侧设置方便柔性管缠绕的凹槽，装置施工前，柔性管在轴承22的凹槽中环绕1-2周，避免施工过程中灌浆管30相对溜管20转动时对柔性管产生拉扯，影响喷射水流或灌浆。

进一步的，参考图1和图3，溜管20与灌浆管30间设置多个轴承22，以提升灌浆管30的转动稳定性。

在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，基座10上转动设置有转动盘11，转动盘11与基座10间设置有第三驱动组件，第三驱动组件适于驱动转动盘11相对基座10转动，溜管20与转动盘11连接。

本实施方式中，基座10上转动设置有转动盘11，溜管20与转动盘11连接，实现围绕基座10转动，便于更换抛石点位。

本实施例中，对第三驱动组件的结构不作具体限定，作为一种实施方式，第三驱动组件包括电动机、输出齿轮，输出齿轮固定于电动机的输出轴，转动盘11的外周侧均布有与输出齿轮适配的齿牙，输出齿轮与转动盘11啮合传动，电动机的输出轴转动即可带动转动盘11相对基座10转动，通常转动盘11相对基座10的转动角度为(-30)°至30°。

在上述实施方式的基础上，在一个优选的实施方式中，基座10与溜管20铰接，基座10与溜管20间设置有第四驱动组件12，第四驱动组件12适于调节溜管20与垂线的夹角，具体的，参考图1，转动盘11上固定有支撑座101，溜管20与支撑座101铰接，溜管20与支撑座101间设置有第四驱动组件12，第四驱动组件12适于调节溜管20相对支撑座101的摆动幅度。

本实施方式中，对第四驱动组件12的结构不作具体限定，作为一种实施方式，第四驱动组件12包括油缸，油缸的缸体与转动盘11固定连接，油缸的推杆与溜管20铰接，油缸通过控制推杆收缩实现溜管20变幅，通常可调整溜管20与垂线的夹角为0°-45°。

易于想到的，当基座10不设置转动盘11时，溜管20可直接与基座10铰接，通过第四驱动组件12实现溜管20与垂线的夹角调整。

基于上述具体实施方式，本实施例抛填与浇筑一体化施工装置的工作过程为：

S1、基座10安装在抛石船甲板上，将抛石船移动至海洋结构物预定的海床抛石设计区域的海面；

S2、根据抛石点的设计位置，首先利用转动盘11调整支撑座101的水平方位，其次通过第四驱动组件12调整溜管20的竖向角度，然后利用牵引组件21调整溜管20、灌浆管30及保护剂浇筑管40的长度，使之伸长直至溜管20的尾端距离抛石点1m-2m；

S3、通过集料斗23持续向溜管20填入抛石颗粒，抛石颗粒在自重和自然水流作用下堆积于抛石设计区域的海床或冲刷坑；

S4、打开泵送系统50，向灌浆管30中泵送高压海水，喷射头31在溜管20底部形成水流影响区，以改变抛石颗粒的落点，抛石颗粒沿水流方向堆积于抛石设计区域的海床或冲刷坑，在抛石过程中，通过第一驱动组件不断调整灌浆管30和喷射头31的位置，即改变喷射头31出水口的水流方向，同时通过泵送系统50调整海水泵送压力，以改变喷流口的水流压力，使抛石均匀抛填于抛石设计区域的海床或冲刷坑，形成均匀化的抛石层(参考图4、图5和图6，图4为装置的泵送系统50未启用时的工作示意图，抛石堆积体60易形成上窄下宽的锥形结构，稳定性弱；图5为启用泵送系统50，使水流方向为B时的工作示意图，抛石堆积更加均匀，进一步的，如图6所示，转动灌浆管30，将水流方向调整为C，使单个抛石点位的堆积面积更大，堆积更加均匀)；

S5、待完成抛石设计区域海床或冲刷坑的抛石工作，通过牵引组件21调整溜管20、灌浆管30及保护剂浇筑管40的长度，直至喷流口距离抛石层0.5m-1m，打开泵送系统50，向灌浆管30中泵送低压浆体，通过喷射头31在抛石层表面浇筑浆体，使抛石堆积体60转换为胶结抛石体61，同时通过不断调整灌浆管30和喷射头31的位置，改变浇筑点602，使浆体的浇筑方式由传统的单点浇筑转变为平面浇筑，克服了因采用单点浇筑时产生的浆体过度集中或过度填充的问题，参考图8，在抛石堆积体顶部601与抛石堆积体外缘603间形成密集分布的浇筑点602，实现了抛石体的网格化胶结，浆体浇筑过程中，泵送系统50向保护剂浇筑管40中水下保护剂(参考图7，图中D表示水下保护剂的保护范围，水下保护剂能够减缓浆体稀释，提升浇筑效果)；

S6、重复步骤S2-S5，直至完成海洋结构物周围海床的均匀化抛石和胶结施工，形成网格化胶结抛石体防护结构。

功能上，本实施例将抛石溜管系统与浆体浇筑系统进行集成，泵送系统50通过向灌浆管30内泵送浆体即可实现对抛石堆积体60的浇筑，进一步缩短了施工时长，提升了整体施工效率。通过浆体浇筑系统改变抛石的原始堆积形态，即通过改变高压水流的方向和速度，一方面使抛石更均匀的堆积于海床，另一方面使单次施工的抛石堆积范围更大，减少了移船或调整溜管20位置的频次，缩短了施工时长。此外，通过调整高压水流的方向和速度以改变抛石颗粒在海床落点，该抛填与浇筑一体化施工装置更方便应用于临近海洋结构物的海床抛石，避免对海洋结构物表面产生破坏。

同时，在浆体浇筑过程中，通过不断调整灌浆管30和喷射头31的方位，改变浇筑点602，使浆体的浇筑方式由传统的单点浇筑转变为平面浇筑，克服了因采用单点浇筑时产生的浆体过度集中或过度填充的问题，填充更加均匀充分，实现了抛石体的网格化胶结。此外，结合溜管20位置的调整，能够高效完成整个防护区域的抛石层的网格化胶结。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。