[發明專利]軸向密封的膨脹式自應力灌漿卡箍

有效

• 申請號: 201210197434.6
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102691284A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 石湘;史宏達;程陽
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: E02B17/00
• 分類號: E02B17/00;E02D15/06
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 萬桂斌

技術領域

本發明涉及一種海洋結構的修復裝置，尤其涉及一種膨脹式自應力灌漿卡箍的密封裝置。

背景技術

海洋平臺是海洋石油開發的關鍵大型裝備，其服役期間的安全性極其重要。在長期服役過程中，由于疲勞、腐蝕或者意外碰撞等因素，海洋平臺會出現結構損傷，如果由于結構損傷等原因平臺的完整性、承載力出現問題，就不能確保其安全運行，因此需要對海洋平臺受損構件進行維修加固工作。在海洋平臺維修加固技術中灌漿卡箍是一種常用選擇，尤其當損傷部位發生在水下時，由于濕式焊接難以實施，自應力灌漿卡箍是最常用的修復方法。結構上自應力灌漿卡箍一般被分成兩瓣或多瓣放置在受損構件或節點處并通過雙頭螺栓連接起來，然后在形成的環形空隙中灌注水泥漿，待水泥漿凝固至少36小時后將雙頭螺栓擰緊產生對灌漿環及其內部構件的預應力從而達到加固受損構件的目的。

自應力灌漿卡箍以其滑動承載力高、允許制造公差大的優點已在國外得到廣泛應用，但該類型卡箍在水下安裝施工時需要在水泥漿灌注完成后再次租用工程船并利用螺栓拉伸器張緊雙頭螺栓從而使卡箍產生預應力，由于工程船的租賃費用和螺栓拉伸器的價格（一般20萬元/套）都很昂貴，還要配套的液壓動力站，因此導致該修復加固技術存在水下施工復雜、費用高等問題。

從目前水下構件的維修加固應用情況來看，灌漿卡箍是一種非常實用的修復加固方法。Shuttleworth等對傳統灌漿卡箍技術進行了總結，通過靜力試驗和疲勞試驗的驗證，這項技術已被廣泛采用，在北海惡劣環境的長期應用和服役進一步證明了這項修復技術的耐久性；Grundy等對采用膨脹劑的灌漿連接進行了試驗測試，發現這種灌漿連接可以達到很高的預應力和很好的連接滑動強度和疲勞強度，但是由于觀察到膨脹灌漿性能上比普通灌漿難于控制，再加上對這種灌漿材料的長期穩定性的質疑阻止了這一技術的海上應用，因此也說明當時國外的水泥膨脹劑技術尚不能滿足實際的工程要求。國內對傳統的灌漿卡箍技術進行了一些探索，但由于技術門檻較高，國內企業對自應力灌漿卡箍技術基本沒有掌握，工程應用實例很少，僅有中海油海洋工程總公司對“渤海八號”平臺的受損桿件做過非自應力灌漿卡箍的維修加固工作。

隨著國內土木工程領域混凝土膨脹劑技術的迅速發展，膨脹劑的質量從高堿到低堿、從高摻到低摻，利用膨脹劑配制的各種混凝土已在土木工程領域得到廣泛應用。因此現有技術中通常是在卡箍的水泥漿中摻入高效膨脹劑，對傳統自應力灌漿卡箍存在的缺陷進行了技術改進，沒有從卡箍自身結構上加以改進。

發明內容

本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種軸向密封的膨脹式自應力灌漿卡箍，其利用灌漿膨脹受限自動建立卡箍的預應力以達到修復加固構件的目的。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：其包括上卡箍和下卡箍，所述上卡箍包括上法蘭、上頂板、上側板和上鞍板，上法蘭分別與上頂板和上側板的頂部端面固定連接，上鞍板分別與上頂板、上側板的底部固定連接，下卡箍包括下法蘭、下頂板、下側板和下鞍板，下法蘭分別與下頂板和下側板的底部端面固定連接，下鞍板分別與下頂板和下側板的頂部固定連接，上法蘭和下法蘭之間通過雙頭螺栓固定連接，雙頭螺栓沿上法蘭和下法蘭的軸向兩側間隔設置；所述上法蘭和上側板之間以及下法蘭和下側板之間皆設置加強筋板，加強筋板沿卡箍的軸向兩側對稱間隔設置；上鞍板和下鞍板之間組成一個軸向的用于放置受損管件的環形內腔，下卡箍的底部設有進漿口，上卡箍的頂部設有出漿口，進漿口和出漿口均與環形內腔連通，受損管件分別與上鞍板和下鞍板的內壁之間存在環形間隙，該環形間隙內填充摻有膨脹劑的灌漿層，上鞍板和下鞍板的相交處分別設有軸向密封件，軸向密封件處設有組合擋板。

原理上膨脹式自應力灌漿卡箍是在水泥漿中摻入高效膨脹劑及輔助配料，利用水泥漿硬化后水泥與膨脹劑繼續水化產生的膨脹變形受限，而在灌漿/鋼的相互接觸面上產生徑向壓力，使卡箍獲得自應力提高了其加固構件的滑動承載力，從而提高對受損構件的修復加固強度。由于膨脹式自應力灌漿卡箍的自應力是通過水泥灌漿膨脹受限而產生的，因此要求密封結構除了保證水下灌漿操作時的水密封外還應當在灌漿將要產生膨脹變形時阻止其變形以幫助建立灌漿的膨脹壓力及其三向受壓狀態。由于密封件材料多為橡膠等多分子材料，其彈性模量較金屬材料小很多，結構強度較弱，當灌漿達到一定膨脹壓力時，密封件所在的灌漿環附近最容易產生膨脹變形，從而導致部分膨脹壓力的損失，影響整個卡箍的加固強度。