CN103205980A - 海上风机大直径单桩基础及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海上风机大直径单桩基础及其施工方法。本发明的目的是提供一种结构简单的海上风机大直径单桩基础及其施工方法，旨在提高对于近地表浅层土桩周土抗力的利用率，改善大直径单桩的水平承载性能，提高基础结构整体稳定性。本发明的技术方案是：海上风机大直径单桩基础，包括基桩，其特征在于：所述基桩外同轴套有一沉贯于海床上的筒形结构；所述筒形结构包括一圆环形顶封板，该顶封板的内外圆上分别连接有内筒裙和外筒裙，所述内筒裙和外筒裙均位于顶封板下方，且两者轴线重合并垂直于顶封板所在平面，所述顶封板上开设有通气孔。本发明适用于海上风力发电行业。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风机大直径单桩基础及其施工方法，主要适用于海上风力发电行业。
背景技术
单立柱单桩基础（以下称单桩基础）通常由单根大直径（4m以上）钢管构成，下部深入土中，提供承载力；中部浸于水中承受波浪、海流、潮汐等长期循环作用；上部通过连接段或直接法焊接法兰与风机塔筒相连。作为构造最为简单的一种海上风机基础型式，单桩基础目前是欧洲海上风电场的主导基础结构型式。随着国内制桩工艺、打桩设备、沉桩能力的提高，单桩基础在我国近海风电场建设中的应用也将日趋广泛。
海上风机基础结构主要承受风、浪、流等复杂环境荷载的联合作用，且以水平受荷为主，对于大直径单桩基础而言，由于其“自由段”较长、结构整体“较柔”（刚度相对较小），在设计中提高其水平受荷性能成为保证基础结构整体稳定性的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种结构简单的海上风机大直径单桩基础及其施工方法，旨在提高对于近地表浅层土桩周土抗力的利用率，改善大直径单桩的水平承载性能，提高基础结构整体稳定性。
本发明所采用的技术方案是：海上风机大直径单桩基础，包括基桩，其特征在于：所述基桩外同轴套有一沉贯于海床上的筒形结构；所述筒形结构包括一圆环形顶封板，该顶封板的内外圆上分别连接有内筒裙和外筒裙，所述内筒裙和外筒裙均位于顶封板下方，且两者轴线重合并垂直于顶封板所在平面，所述顶封板上开设有通气孔。
所述顶封板、内筒裙和外筒裙合围形成一横截面呈圆环形的舱体，该舱体内沿径向均匀布置一组肋板，将该舱体分隔成若干横截面呈扇环状的分舱。
所述通气孔与各分舱一一对应，根据实际设计中分舱的大小及沉贯所需确定通气孔直径、位置及数量。
所述外筒裙的外侧沿径向均匀设置一组翼板。
所述内筒裙上端或下端一体加工有用于施工导向的延伸段。
所述内筒裙的内径比基桩外径大100-500mm（具体根据场区及机位海床体质条件及设计构造要求等确定）。
单桩基础的施工方法，其特征在于步骤如下：
a、将筒形结构敞口端向下（顶封板在上），封闭通气孔，浮运至指定位置，通过各分舱通气孔抽出桶内空气造成桶内外形成负压，使筒体下沉；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水，使其继续在负压作用下下沉至海床泥面；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水、泥浆等，使其沉贯入泥至设计深度。全过程注意各分舱通气孔抽气、水、泥时的筒体整体平衡和稳定。
b、将基桩底端插入内筒裙内，并进行沉桩作业至设计深度。
单桩基础的施工方法，其特征在于步骤如下：
a、进行基桩沉桩作业至设计深度；
b、将筒形结构敞口端向下（顶封板在上），封闭通气孔，浮运至指定位置，将其吊起后从基桩顶部套入，通过各分舱通气孔抽出桶内空气造成桶内外形成负压，使筒体下沉；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水，使其继续在负压作用下下沉至海床泥面；继续从通气孔抽出分舱内涌入的海水、泥浆等，使其沉贯入泥至设计深度。全过程注意各分舱通气孔抽气、水、泥时的筒体整体平衡和稳定。
本发明的有益效果是：本发明在基桩外同轴套有筒形结构，该筒形结构沉贯于近地表浅层土范围内，能够充分利用浅层桩周土抗力，从而大大提高了大直径单桩的水平承载性能和结构整体的稳定性。
附图说明
图1是实施例1的结构图。
图2是图1的横截面图。
图3是图1中筒形结构的立体图。
图4是实施例2的结构图。
图5是图4的横截面图。
图6是图4中筒形结构的立体图。
具体实施方式
实施例1：如图1、图2所示，本实施例包括基桩1（钢管式大直径单桩），以及同轴外套于该基桩外的筒形结构2（形状参数根据设计需要进行优化取值），所述筒形结构2沉贯于海床泥面（或考虑冲刷后的计算泥面）以下近地表浅层土范围内，以提高对于近地表浅层桩周土抗力的利用率。
如图3所示，所述筒形结构2为钢材质或钢筋混凝土材质，它包括一圆环形顶封板2-1，该顶封板的内外圆上分别连接有内筒裙2-2和外筒裙2-3，所述内筒裙2-2和外筒裙2-3均位于顶封板2-1下方，且两者轴线重合并垂直于顶封板2-1所在平面，所述顶封板2-1上开设有通气孔2-4。本例中，内筒裙2-2的内径比基桩1外径大100-500mm（具体根据场区及机位海床体质条件及设计构造要求等确定）。
所述顶封板2-1、内筒裙2-2和外筒裙2-3合围形成一横截面呈圆环形的舱体（其上端通过顶封板封闭，下端敞口），该舱体内沿径向均匀布置一组纵向肋板2-5，将该舱体分隔成若干横截面呈扇环状的分舱，以增大筒-土接触面积并有助于整体沉贯控制；与此同时，通气孔2-4与各分舱一一对应，即每个分舱的顶部均开设有一个通气孔2-4（根据实际设计中分舱的大小及沉贯所需确定通气孔直径、位置及数量），用于沉贯过程中调节各分舱的沉贯压力，以保证筒形结构2平稳均匀的下沉。
所述内筒裙2-2上端或下端一体加工有用于施工导向的延伸段2-7。
本实施例在施工过程中，可根据工程场区及施工设备等情况，选择先沉贯筒型结构2再进行基桩1沉桩的施工顺序，或先进行基桩1沉桩，再沉贯筒型结构2的施工顺序。
对于第一种情况，延伸段2-7设置于内筒裙2-2上端，其具体施工步骤如下：
a、将筒形结构2浮运至指定位置（顶封板2-1朝上，敞口一端朝下，封闭通气孔2-4），然后通过顶封板2-1上的通气孔2-4将筒形结构2内部的空气、水及泥浆抽出，形成筒形结构2内外的压力差（负压），利用该压力差使筒形结构2下沉，并最终将其沉贯入泥至设计深度；沉贯过程中，通过调节各分舱的压力保持筒型结构2的水平度。
b、将基桩1底端插入延伸段2-7内（导向作用），并进行沉桩作业至设计深度，作业过程中注意对于桩体1垂直度的控制及对筒型结构2的监控。施工完成后在海床面（基本与顶封板持平）上抛石形成防护层3。
对于第二种情况，延伸段2-7设置于内筒裙2-2下端，其具体施工步骤如下：
a、进行基桩1沉桩作业至设计深度；
b、将筒形结构2浮运至指定位置（顶封板2-1朝上，敞口一端朝下，封闭通气孔2-4），将其吊起后从基桩1顶部套入（此时，内筒裙2-2下端的延伸段2-7起导向作用），使筒形结构2同轴外套于基桩1外；然后通过顶封板2-1上的通气孔2-4将筒形结构2内部的空气、水及泥浆抽出，形成筒形结构2内外的压力差（负压），利用该压力差使筒形结构2下沉，并最终将其沉贯入泥至设计深度；沉贯过程中，通过调节各分舱的压力保持筒型结构2的水平度。施工完成后在海床面（基本与顶封板持平）上抛石形成防护层3。
实施例2：如图4-图6所示，本实施例结构与实施例1基本相同，其区别仅仅在于，所述外筒裙2-3的外侧沿径向均匀设置一组翼板2-6，以更大程度的利用桩周土抗力，提高基础结构整体的水平承载能力，翼板2-6的数量、形状根据设计需要及筒型结构2的负压沉贯能力进行优化和选型。本例中翼板2-6数量为四片，且均为矩形，实际设计中，根据沉贯阻力等，可将翼板形状优化，例如先入土一侧设置尖角，以降低沉贯阻力等。
本实施例的施工方法与实施例1相同。
Claims (10)
1.一种海上风机大直径单桩基础，包括基桩（1），其特征在于：所述基桩（1）外同轴套有一沉贯于海床上的筒形结构（2）；所述筒形结构（2）包括一圆环形顶封板（2-1），该顶封板的内外圆上分别连接有内筒裙（2-2）和外筒裙（2-3），所述内筒裙（2-2）和外筒裙（2-3）均位于顶封板（2-1）下方，且两者轴线重合并垂直于顶封板（2-1）所在平面，形成上端封闭、下端敞口的结构，所述顶封板（2-1）上开设有通气孔（2-4）。
2.根据权利要求1所述的海上风机大直径单桩基础，其特征在于：所述顶封板（2-1）、内筒裙（2-2）和外筒裙（2-3）合围形成一横截面呈圆环形的舱体，该舱体内沿径向均匀布置一组肋板（2-5），将该舱体分隔成若干横截面呈扇环状的分舱。
3.根据权利要求2所述的海上风机大直径单桩基础，其特征在于：所述通气孔（2-4）与各分舱一一对应。
4.根据权利要求1或2或3所述的海上风机大直径单桩基础，其特征在于：所述外筒裙（2-3）的外侧沿径向均匀设置一组翼板（2-6）。
5.根据权利要求1或2或3所述的海上风机大直径单桩基础，其特征在于：所述内筒裙（2-2）上端或下端一体加工有用于施工导向的延伸段（2-7）。
6.根据权利要求1或2或3所述的海上风机大直径单桩基础，其特征在于：所述内筒裙（2-2）的内径比基桩（1）外径大100-500mm。
7.一种权利要求1所述单桩基础的施工方法，其特征在于步骤如下：
a、将筒形结构（2）敞口端向下，封闭通气孔（2-4）后浮运至指定位置，并将其沉贯入泥至设计深度；
b、将基桩（1）底端插入内筒裙（2-2）内，并进行沉桩作业至设计深度。
8.根据权利要求7所述的海上风机大直径单桩基础，其特征在于：进行筒形结构（2）的沉贯时，通过顶封板（2-1）上的通气孔（2-4）将筒形结构（2）内部的空气、水及泥浆抽出，形成筒形结构（2）内外的压力差，利用该压力差使筒形结构（2）下沉。
9.一种权利要求1所述单桩基础的施工方法，其特征在于步骤如下：
a、进行基桩（1）沉桩作业至设计深度；
b、将筒形结构（2）敞口端向下，封闭通气孔（2-4）后浮运至指定位置，将其吊起后从基桩（1）顶部套入，最后将其沉贯入泥至设计深度即可。
10.根据权利要求9所述的海上风机大直径单桩基础，其特征在于：进行筒形结构（2）的沉贯时，通过顶封板（2-1）上的通气孔（2-4）将筒形结构（2）内部的空气、水及泥浆抽出，形成筒形结构（2）内外的压力差，利用该压力差使筒形结构（2）下沉。
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