本发明涉及海洋工程吸力桶基础施工，具体涉及一种抗冲刷吸力桶基础及沉贯-纠偏-固定施工方法。
背景技术：
1、随着海洋工程的快速发展，特别是在海上风电、海洋石油平台、海底管道等基础设施的建设中，吸力桶基础因其具有较好的稳定性、可重复使用等优点，逐渐成为一种广泛应用的基础类型。然而，相对于传统桩基础的打桩入土施工，吸力桶基础施工工艺更为复杂，涉及技术含量更高。作为一种新型的基础形式，吸力桶基础的设计与施工技术有着重要的研究价值，尤其是在复杂海洋环境下解决沉降与稳定性等问题时。
2、值得注意的是，传统吸力桶基础的内部结构和施工方法单一，常遇到桶内土塞、桶体倾斜、桶周冲刷等问题。因此，急需一种抗冲刷的吸力桶基础及沉贯-纠偏-固定全过程施工方法，以确保基础在施工过程中稳定快速地达到设计沉埋深度。固化土是由一种或多种土质和固化剂组成的混合物。经过特殊的配比和处理后，其具备较高的抗压强度、适宜的流动性、泵送性和凝固时间等特性，能够快速适应海底的特殊环境条件。在基础施工过程中，吸力桶基础的沉贯、纠偏和固定阶段是决定其基础稳定性和使用寿命的关键因素。固化土填充在吸力桶基础的沉贯和纠偏过程中起到防冲刷、防土塞、防倾斜的土体改良作用，并且在固定阶段形成长效的坚固防护层。
3、目前相关施工方法和装置存在一定的不足之处，主要包括以下几点：
4、(1)针对桶内土塞、无法达到设计沉贯深度的难题，现有研究多忽视海底地质的复杂性，仅停留在设计不同的防土塞装置研究；如桶内设置搅拌头，但其设计在含水量较高的土层或软弱土中容易引发局部堵塞问题；桶内设置反滤层装置，但其设计在含水量较高的土层中可能存在材料堵塞反滤层问题；
5、(2)针对沉贯时基础下沉不稳定性和慢速沉贯的难题，现有研究多忽视沉贯时海流对桶周的冲刷作用，仅停留在设计不同的加速下沉装置研究；如设计灌浆充填空腔以增加自重贯入，但灌浆材料可能会分布不均，导致沉贯过程中基础偏移或不均匀下沉；设计高频振动装置辅助下沉，但振动可能会导致桶周土体局部扰动，造成沉降不均；
6、(3)针对桶体倾斜、无法及时检测并纠正的难题，现有研究多忽视纠偏后桶周土体存在空隙、桶体会发生再倾斜现象，仅停留在设计不同的桶体纠偏装置研究；如喷射高压水和气体进行基础纠偏，但喷射水或气体会导致桶周土体在局部区域出现松散或软化现象，纠偏效果难以持久，存在“再倾斜”的风险；电渗作用进行基础纠偏，但在深层或土体电性不均的区域，电渗效果可能不足以有效调整倾斜的桶体；
7、(4)针对如何进行基础安装后加固以提高结构承载力和桶周承受洋流冲刷的难题，现有研究多忽视土体加固后的长期稳定性，仅停留在单一的物理或化学加固手段研究；如设计分层注浆装置以加固吸力桶基础，但在复杂海底环境中注浆设备要求高、施工困难，并且浆液进入土体后具有不均匀的扩散性，导致加固效果存在局部不均现象；设计加热桶体装置以固结土体，但其存在能量消耗大、土体温度不均匀分布、对外部环境适应性较差等问题；
8、(5)现有研究多针对吸力桶基础施工过程中某一特定或若干个工程问题进行解决，无法在整体上对基础施工的沉贯、纠偏和固定阶段中存在的复杂工程难题进行全面、系统的应对。因此，缺乏一种能够全方位协同工作的技术方法，未能充分实现施工效率、基础稳定性和后期可持续性的综合提升。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术的不足，提供了一种抗冲刷吸力桶基础及沉贯-纠偏-固定全过程施工方法，本发明通过引入固化土充填技术、设计吸力桶基础相关施工体系和方法，有效的解决桶内土塞、桶体倾斜、桶周冲刷等工程难题，提高施工效率和结构稳定性。
2、为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种抗冲刷吸力桶基础的沉贯-纠偏-固定施工方法，包括以下施工步骤：
4、s1.准备阶段：将施工设备与固化材料运输至施工现场后，对施工区域开展地质勘察和施工参数确定；
5、（1）基于海床土质和固化材料性质，设计固化土浆液配比，包括水胶比、固化土比例、添加剂的种类和配比；
6、（2）基于海床土质、桶侧壁摩阻力、桶端尺寸和形状、承载力系数，计算出桶体贯入阻力；
7、（3）基于桶体尺寸、形状、海床土质承载力，计算出桶体临界吸力、允许吸力；
8、s2.沉贯阶段：施工船就位后，将吸力桶基础吊装入水，依次进行外固化土充填、重力沉贯、外固化土充填、负压贯入操作；
9、（1）吊装入水：将桶体起吊至拟安装位置；吊装设备将吸力桶放入水中，当检测到桶体底端刚接触泥面时，控制吊装设备暂停下降；调整桶体小范围移动，直至方位角和坐标均满足设计要求；
10、（2）外固化土充填：将外固化土输送管匀速上提至同一高度，外固化土输送管挤压外固化土充填腔内的机械锁装置，机械锁装置控制距海床上方最近的外固化土充填口，外固化土充填口伸出吸力桶且呈开口状态，进行桶周土体充填；待固化土均匀铺满桶周时，外固化土输送管继续上提，外固化土充填口缩入吸力桶且闭合；
11、（3）重力沉贯：将自重气动管阀门打开，使桶内水自由排出；吊装设备缓缓下降，桶体靠自重贯入海床；数据检测系统实时检测桶体贯入深度、结构水平度和下沉速度；通过吊装设备，对桶体进行小范围调平；当桶体不再依靠重力下沉时，关闭自重气动管阀门，重力沉贯结束；静置15-30 min，形成密封条件；
12、（4）内固化土充填：固化土通过内固化土输送管进入下端充填板，开启内固化土充填板分散通道，进行桶内土体空隙充填；当充填板高度上升0.1-0.3 m时，停止内固化土充填；
13、（5）负压贯入：打开真空泵气动管阀门，启动水泵，开始吸力贯入作业；贯入过程中，桶体继续下沉，数据检测系统实时监控桶体水平度、贯入深度、内外压差；
14、s3.纠偏阶段：通过倾角传感器和测量设备，确定倾斜方向和幅度；根据倾斜角度和土质特性，设计固化土配比和充填部位；吸力桶倾斜角大于允许值时，停止沉贯阶段，及时纠偏；
15、（1）小角度纠偏：沉贯过程中，桶体发生<5°的倾斜时，通过控制水泵流量，改变桶内外压差，控制桶体贯入速度，直至桶体完成水平调节；对于桶体倾斜一侧和倾斜对侧的区域，重复上述s2.沉贯阶段的外固化土充填施工；直至固化土完全充满桶体与土体之间的空隙时，停止桶周固化土充填；
16、（2）大角度纠偏：沉贯过程中，桶体发生≥5°倾斜时，通过水泵流量控制和吊装设备扶正，直至桶体完成水平调节；重复上述s2.沉贯阶段的内、外固化土充填施工；直至固化土完全充满桶体与土体之间的空隙且在桶周自流成坡时，停止固化土充填；
17、s4.固定阶段：重复s2.沉贯阶段和s3.纠偏阶段，直至桶体下沉到设计沉贯深度后，进行桶周和桶内固化土充填加固；
18、（1）桶周固化：重复上述s2.沉贯阶段的外固化土充填施工，固化土在桶外自流成坡，桶周形成均匀的加固层时，停止桶周固化土充填；
19、（2）桶内固化：将内固化土输送管上提到最大位置，向桶内充填固化土；固化土完全充满内部桶体空隙时，停止桶内固化土充填；桶内固化土固化并产生一定强度后，取消对内固化土输送管的拉力；
20、s5.监测阶段：吸力桶基础安装后、固化14天和28天后分别进行施工效果的检测和评估；
21、（1）桶体安装后，使用深度检测装置核验桶体嵌入深度，使用倾角检测系统校验桶体最终水平状态，全面测试桶体承载能力，确保满足设计要求；
22、（2）固化14天和28天后，使用冲刷深度探测仪测量桶周不同位置的冲刷深度，使用土壤强度检测仪提取固化土样本并进行快速直剪试验；
23、（3）将各项数据上传至水上控制系统，进行固化土充填效果评估；桶周土体冲刷深度不得超过0.5 m；防护层固化土粘聚力应在固化14天后≥0.1 mpa、28天后≥0.5 mpa，内摩擦角应在固化14天后≥15°、28天后≥20°；
24、（4）桶周不符合冲刷深度、粘聚力、内摩擦角设计要求的区域被标记为薄弱区域，使用外固化土充填系统对薄弱区域进行二次充填，施工后重复上述监测步骤。
25、一种抗冲刷吸力桶基础及沉贯-纠偏-固定施工方法所用的装置，包括：桶体、固化土充填系统、负压贯入系统、水上控制系统、数据检测系统；
26、所述桶体为圆柱形壳体，上端封闭，下端开口，边缘加厚；所述桶体上端桶壁分布连接杆、外固化土输送管、内固化土输送管、自重气动管、真空泵气动管、支撑肋板；
27、所述固化土充填系统包括外固化土充填系统和内固化土充填系统；
28、所述外固化土充填系统包括外固化土输送泵、外固化土输送管、外固化土充填腔、外固化土充填口、充填口伸缩控制机械锁、外固化土内孔、可移动平面；所述外固化土输送管上端与外固化土输送泵连接，所述外固化土输送管下端与紧贴外固化土充填腔内的可移动平面相连，所述外固化土输送管下端含有若干外固化土内孔；
29、所述内固化土充填系统包括内固化土输送泵、内固化土输送管、受力弹簧、充填板、初始固定装置、内固化土管道接口、内固化土充填板分散通道；所述内固化土输送管下端与充填板相连，所述充填板下部设计内固化土充填板分散通道；
30、所述负压贯入系统包括液压装置、水泵、锁紧装置；所述液压装置、水泵、锁紧装置位于吸力桶基础上方，所述液压装置控制自重气动管和真空泵气动管阀门的开闭，所述水泵控制桶体负压贯入；所述锁紧装置控制负压贯入系统与桶体的连接和分开；
31、所述数据检测系统包括倾角传感器、深度传感器、压力传感器、数据采集仪、监测系统、远程数据处理模块；所述倾角传感器和压力传感器位于桶盖上方，所述深度传感器位于桶壁周围，所述数据采集仪负责收集各类传感器数据并传输至监测系统，所述监测系统负责实时数据分析，输出倾斜角度、贯入深度和压力分布，所述远程数据处理模块将检测数据上传至水上控制系统；
32、所述水上控制系统包括控制工作站、测控软件；所述控制工作站可向负压贯入系统发出控制指令，所述控制工作站可实时接收数据检测系统上传的水下测量参数，所述测控软件分析测量参数并反馈施工操作。
33、进一步的，所述沉贯阶段中桶体负压贯入速率应控制为0.5-2.0 m/h。
34、进一步的，所述纠偏阶段水泵流量控制包括两种方法，一是控制水泵电机频率，改变水泵转速；二是控制真空泵气动管阀门的开度。
35、进一步的，所述沉贯和纠偏阶段所用固化土的流动度为200-300 mm，3天抗压强度≥0.4 mpa，固化土流失量为10-20 %；所述固定阶段所用固化土的流动度在100-200 mm范围内，3天抗压强度≥1.0 mpa，固化土流失量<10 %。
36、进一步的，所述吸力桶基础材质为高强度钢材，外表涂有低摩擦、耐腐蚀涂层。
37、进一步的，所述外固化土充填系统中外固化土输送管具有可视化刻度，所述外固化土充填腔为相互独立的扇形空腔，所述外固化土充填口每区每层共用一套充填口伸缩控制机械锁，所述充填口伸缩控制机械锁通过外固化土输送管的上下移动控制外固化土充填口的伸缩和开闭。
38、进一步的，所述内固化土充填系统中内固化土输送管具有可视化刻度，所述内固化土输送管具有初始固定装置，所述初始固定装置位于桶盖上端并控制充填板初始位置与桶体底部平齐，所述受力弹簧位于内固化土输送管外圈。
39、进一步的，，所述负压贯入系统电压为380 v，功率≥120 kw，所述水泵流量为300-400 m3/h。
40、与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
41、(1)本发明提供了一种抗冲刷吸力桶基础的沉贯-纠偏-固定全过程施工方法，是一种能够全方位协同工作的技术方案，能够充分实现施工效率、基础稳定性和后期可持续性的综合提升。在整体上基于内外固化土充填技术对桶内土塞、桶体倾斜、桶周冲刷等复杂工程难题进行全面、系统的应对。准备、沉贯、纠偏、固定、检测阶段的施工方法全面细致、因地制宜，对于吸力桶基础的现场施工技术具有规范性借鉴意义；
42、(2)本发明提供了一种抗冲刷吸力桶基础的沉贯-纠偏-固定全过程施工系统，新型吸力桶基础装置可提前预制，提高施工效率；内外固化土系统中的桶内充填管能直接观测桶内泥面高度，改变通过计算获得土塞高度的传统方法，测试参数更加精确，以此实时改变桶体负压沉贯速率，提高施工安全性；负压贯入系统、数据检测系统、水上控制系统相互配合，实现了检测-控制-施工一体化，组成了吸力桶基础施工不可分割的整体;
43、(3)本发明提供的一种抗冲刷吸力桶基础的沉贯-纠偏-固定全过程施工方法，其中在沉贯阶段，通过外固化土充填技术提高桶体周围土体强度，预防桶体周围冲刷影响。通过内固化土充填技术，防治土壤液化，有效防止桶内土塞过高现象，使桶体能够达到设计沉贯深度；
44、(4)本发明提供的一种抗冲刷吸力桶基础的沉贯-纠偏-固定全过程施工方法，其中在纠偏阶段，分倾斜角度纠偏的方法提高施工效率并避免材料浪费。利用固化土充填技术进行分层和分区域调节土体力学性能，充填桶体纠偏后的空隙和周围土体，实现不同倾斜角度的辅助修正，预防桶体发生再倾斜现象；
45、(5)本发明提供的一种抗冲刷吸力桶基础的沉贯-纠偏-固定全过程施工方法，其中在固定阶段，通过外部固化土自流成坡的环形结构提供长效抗冲刷保护，确保基础稳定性。内部固化土充填桶体内全部空隙，提高吸力桶的抗拔承载力和桶顶板结构的安全性，防止局部应力过大而造成基础倾覆。