CN103912007B - 预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础的安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础的安装方法，预制混凝土承台的混凝土体的顶面中心处设置有与该混凝土体同轴的预留基础环孔，该混凝土体的边缘处设置有穿透该混凝土体的顶面和底面的预留桩窝环孔，该预留桩窝环孔的内、外环面之间设置有多个沿周向布置的连接钢梁，相邻的连接钢梁之间的预留桩窝环孔部分形成预留桩窝孔。与目前海上风电机组中使用的多桩基础施工方案相比，节省了海上支模和拆模工序，同时可以将大量的海上现场钢筋绑扎在陆上预制厂完成，大大提高了施工效率，节省了海上承台施工时间，同时降低了施工成本。
Description
技术领域
本发明属于海上风电建设工程中高耸构筑物基础结构技术领域，涉及一种预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础的安装方法，适用于支撑例如风力发电机组塔架、海上升压站、输电线路杆塔等基础结构。
背景技术
随着清洁能源的大力开发，我国海上风电即将迎来大规模建设高潮。其中，海上风电机组基础设计技术是风电工程中的关键环节，针对我国近海海域极端风速大、波浪等荷载及环境灾害联合作用、地基软弱复杂、施工条件局限等特点，传统多桩基础先打桩，但是承台内的施工都是在海上，需要防水钢套箱，钢筋绑扎、预埋件和调平，存在施工过程复杂、周期较长等问题。海上风电预制装配式多桩基础可减少海上作业时间，但风电机组对基础的平整度要求较严格。
为此，改进和创新海上风电机组多桩基础结构型式及其承建（安装）方法，以减少施工量、提高施工效率，降低施工成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础的安装方法，它是一种新型风力发电机组基础构造，以减少施工量、提高施工效率、提高工程质量和降低施工成本。
为达上述目的，本发明提供了一种预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台，包括混凝土体，其特殊之处在于，所述混凝土体的顶面中心处设置有与该混凝土体同轴的预留基础环孔，该混凝土体的边缘处设置有穿透该混凝土体的顶面和底面的预留桩窝环孔，该预留桩窝环孔的内、外环面之间设置有多个沿周向布置的连接钢梁，相邻的连接钢梁之间的预留桩窝环孔部分形成预留桩窝孔。
上述多个连接钢梁沿周向均匀设置。
上述连接钢梁所在平面低于所述预留基础环孔的底面。
基于上述的预制混凝土承台的装配式多桩基础的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、完成基桩安装，在安装好的各管桩内设置钢筋笼且该钢筋笼的上段部分置于管桩外，再向该钢筋笼内浇筑混凝土，形成桩芯混凝土段、延伸至管桩顶部外的外延混凝土段、位于桩芯混凝土段与外延混凝土段之间的过渡段，然后在该外延混凝土段外及管桩顶部套设桩帽，最后在该桩帽的顶部垂直设置粗调平千斤顶；
2）、吊装预制混凝土承台，使各管桩对准每一预留桩窝孔、每一连接钢梁触压在每一粗调平千斤顶上，约束预制混凝土承台，并通过调整各粗调平千斤顶的行程实现对预制混凝土承台的粗调平；
3）、于预留基础环孔内安装基础环，并通过设置在基础环与预留基础环孔的底面之间的基础环支撑调平架实现对基础环的调平；
4）、基础环的调平精度满足要求后，向预留基础环孔、预留桩窝环孔内浇筑混凝土，使得整个基桩与预制混凝土承台现浇为一整体，完成装配式多桩基础的承建。
上述管桩是钢管桩或或钢管混凝土桩。
上述桩芯混凝土段的高度h≥1.5d,d为管桩直径；所述管桩伸入桩帽内的长度l>d；外延混凝土段的高度l0>35ds，ds为钢筋直径；
所述预制混凝土承台底部处的管桩距离预制混凝土承台的侧端的距离k>0.4d；管桩伸入预制混凝土承台底部的长度至少是100mm。
上述整个基桩与预制混凝土承台现浇为一整体时一次浇筑成型。
上述对预制混凝土承台的粗调平的调平误差小于5cm，对基础环的调平误差小于5mm。
上述基础环支撑调平架包括底法兰、设置在该底法兰的底面和预留基础环孔底面之间的多个垂直设置的微调千斤顶，且该多个微调千斤顶沿周向均匀设置在底法兰的下方，微调千斤顶的顶部通过调整螺栓与底法兰联接。
上述管桩桩顶的主筋为喇叭形，主筋与竖直方向的夹角为30°～45°；
在主筋为光圆钢筋时，锚入预制混凝土承台内的主筋的长度大或等于钢筋直径的30倍；
在主筋为带肋钢筋时，锚入预制混凝土承台内的主筋的长度大或等于钢筋直径的35倍。
当桩中距a≤3d时，d为管桩直径，预制混凝土承台的受力钢筋均匀布置于预制混凝土承台的全宽度内；
当桩中距a＞3d时，预制混凝土承台的受力钢筋均匀布置于距桩中心1.5d范围内，在此范围以外应布置配筋率不小于0.1%的构造钢筋。
上述步骤2）的具体过程是：用浮吊将预制混凝土承台提起，使预制混凝土承台底部高于管桩桩顶1～1.5m左右，同时使预留桩窝孔对准每根管桩后，缓缓、匀速下放预制混凝土承台，待预制混凝土承台内的预埋连接钢梁触压到管桩桩顶的粗调平千斤顶后，测量人员立即用全站仪观测预制混凝土承台的偏位情况，随时将结果报给指挥人员，通过调节各桩桩顶处粗调平千斤顶的行程实现对预制混凝土承台的水平度的调整，并使调平误差小于5cm。
吊装预制混凝土承台时，使各吊点同时受力，并应防止吊耳产生扭曲，吊绳与吊耳的水平面所成夹角大或等于45°。
向预留基础环孔、预留桩窝环孔内浇筑混凝土前，先凿毛预留基础环孔和预留桩窝环孔的内壁或预留基础环孔和预留桩窝环孔的内壁预留插筋，在混凝土浇筑时安排专人预埋测温管，测温管预埋时测温管与钢筋绑扎牢固，以免位移或损坏；测温管用塑料带罩好，绑扎牢固，然后分层浇筑混凝土，每层混凝土的厚度为400mm～500mm，浇筑混凝土时应连续浇筑，间歇时间不超过2.5h，并通过测温记录与保温覆盖措施使内外温差控制在25度以内，并应防止混凝土产生离析，使骨料粒径小于80mm的三级配混凝土自由下落高度不超过2m。
本发明的优点是：通过陆上预制混凝土承台（混凝土承台套箱），利用混凝土承台代替传统的钢套箱，预制混凝土承台套箱即充当了混凝土模板同时又是重要的承载结构，采用装配式多桩基础安装方法（装配式的多桩基础施工方案），与目前海上风电机组中使用的多桩基础（高桩承台基础）施工方案相比，节省了海上支模和拆模工序，同时可以将大量的海上现场钢筋绑扎在陆上预制厂完成，大大提高了施工效率，节省了海上承台施工时间，同时降低了施工成本。
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
附图说明
图1是预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台结构示意图。
图2是图1的横截面示意图。
图3是管桩结构示意图。
图4是预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台吊装于基桩上的示意图。
图5是海上现浇二期混凝土后的完成装配式多桩基础的安装后的示意图。
图6是预留基础孔的底面安装预埋支撑钢板的结构示意图。
图7是管桩顶部主筋结构示意图。
附图标记说明：1、混凝土本体；2、预留基础环孔；3、预留桩窝环孔；4、连接钢梁；5、预留桩窝孔；6、基础环；7、管桩；8、底法兰；9、微调千斤顶；10、桩帽；11、粗调平千斤顶；12、钢筋笼；13、桩芯混凝土段；14、外延混凝土段；15、过渡段；16、预埋支撑钢板；17、底法兰圆周。
具体实施方式
图1、2所示为一种预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台，包括混凝土体1，混凝土体1的顶面中心处设置有与该混凝土体1同轴的预留基础环孔2，该混凝土体1的边缘处设置有穿透该混凝土体1的顶面和底面的预留桩窝环孔3（均匀设置最佳），该预留桩窝环孔3的内、外环面之间设置有多个沿周向布置的连接钢梁4，相邻的连接钢梁4之间的预留桩窝环孔3部分形成预留桩窝孔5；混凝土体1的外侧面上、预留桩窝环孔3的内孔壁上均布有多个吊耳。（图1、2中所示混凝土体1均为圆形混凝土本体。）
由图2清晰可见，多个连接钢梁4沿混凝土体1的周向均匀设置，而由图1可见，连接钢梁4所在平面低于预留基础环孔2的底面。
通过陆上预制混凝土承台套箱（本实施例中简称预制混凝土承台），利用混凝土承台套箱代替传统的钢套箱，预制混凝土承台套箱即充当了混凝土模板同时又是重要的承载结构，节省了海上支模和拆模工序，同时可以将大量的海上现场钢筋绑扎在陆上预制厂完成，大大提高了施工效率，节省了海上承台施工时间，同时降低了施工成本，且该预制混凝土承台套箱结构简单，制作容易。
同时本实施例提供了一种基于上述预制混凝土承台的装配式多桩基础的承建方法，包括以下步骤：
1）、完成基桩安装，如图3所示，在安装好的各管桩7内设置钢筋笼12且该钢筋笼12的上段部分置于管桩7外，再向该钢筋笼12内浇筑混凝土，形成桩芯混凝土段13、延伸至管桩7顶部外的外延混凝土段14，位于桩芯混凝土段13与外延混凝土段14之间的过渡段15，然后在该外延混凝土段14外及管桩7顶部套设桩帽10，最后在该桩帽10的顶部垂直设置粗调平千斤顶11；
2）、吊装预制混凝土承台，使各管桩7对准每一预留桩窝孔5、每一连接钢梁4触压在每一粗调平千斤顶11上，约束预制混凝土承台，并通过调整各粗调平千斤顶11的行程实现对预制混凝土承台的粗调平；
3）、如图4所示，于预留基础环孔2内安装基础环6，并通过设置在基础环6与预留基础环孔2的底面之间的基础环支撑调平架实现对基础环6的调平；
4）、如图5所示，基础环6的调平精度满足要求后，向预留基础环孔2、预留桩窝环孔3内浇筑混凝土（海上现浇二期混凝土），使得整个基桩与预制混凝土承台现浇为一整体，完成装配式多桩基础的承建。
这里选用的管桩7是钢管桩或或钢管混凝土桩，如图3所示，桩芯混凝土段13的高度h≥1.5d,d为管桩直径；管桩7伸入桩帽10内的长度l>d；外延混凝土段14的高度l0>35ds，ds为钢筋直径；
预制混凝土承台底部处的管桩距离预制混凝土承台的侧端的距离k>0.4d；管桩7深入预制混凝土承台底部的长度至少是100mm，以满足拔力、剪力等受力要求为准，一般通过计算确定，具体计算为常用的公知技术，此处不再赘述。
整个基桩（即所有管桩7及其上的粗调平千斤顶11）与预制混凝土承台现浇为一整体时应一次浇筑成型。
上述步骤2）的具体过程是：用1000t（吨）浮吊将预制混凝土承台提起，使预制混凝土承台底部高于管桩桩顶1～1.5m左右，同时使预留桩窝孔5对准每根管桩后，缓缓、匀速下放预制混凝土承台，待预制混凝土承台内的预埋连接钢梁4触压到管桩桩顶的粗调平千斤顶后，测量人员立即用全站仪观测预制混凝土承台的偏位情况，随时将结果报给指挥人员，通过调节各桩桩顶处粗调平千斤顶的行程实现对预制混凝土承台的水平度的调整，并使调平误差小于5cm。
步骤3）中涉及的基础环支撑调平架6，如图4所示，包括底法兰8、设置在该底法兰8的底面和预留基础环孔2底面之间的多个垂直设置的微调千斤顶9（参见图6，预留基础环孔2的底面上设置沿着底法兰圆周17均匀布置的四个预埋支撑钢板16，微调千斤顶9垂直安装在该预埋支撑钢板16上。），且该多个微调千斤顶9沿周向均匀设置在底法兰8的下方，微调千斤顶9的顶部通过调整螺栓与底法兰8联接。借助激光水准仪、水平仪等类似设备查看基础环6的顶面的水平度，通过调整调整螺栓对基础环6进行调平，并且对基础环6的调平误差小于5mm。
还应当注意的是，在吊装预制混凝土承台时，使各吊点同时受力，并应防止吊耳产生扭曲，吊绳与吊耳的水平面所成夹角大或等于45°。钢筋采用机械加工接头，接头的截面面积占总截面面积的百分率应小于50%，同时，在同一钢筋上应尽量少设接头。
在混凝土浇筑前，需完成以下分项工程的报验工作：包括已浇筑的混凝（预制承台套箱混凝土，见图5）土面清理、模板、钢筋及预埋件等，按施工详图规定执行，验收合格后，才能开始浇筑混凝土，具体过程是在向预留基础环孔2、预留桩窝环孔3内浇筑混凝土（海上现浇二期混凝土，见图5）前，先凿毛预留基础环孔2和预留桩窝环孔3的内壁或预留基础环孔2和预留桩窝环孔3的内壁预留插筋（锚固钢筋），以增大新老混凝土的机械咬合力或增强新老混凝土的粘结性能；在二期混凝土浇筑时安排专人预埋测温管，测温管预埋时测温管与钢筋绑扎牢固，以免位移或损坏；测温管用塑料带罩好，绑扎牢固，然后分层浇筑混凝土（海上现浇二期混凝土），每层混凝土的厚度为400mm～500mm，浇筑混凝土时应连续浇筑，间歇时间不超过2.5h，并通过测温记录与保温覆盖措施使内外温差控制在25度以内，并应防止混凝土产生离析，使骨料粒径小于80mm的三级配混凝土自由下落高度不超过2m。
在完成预制混凝土承台现场二期混凝土浇筑后，进行混凝土养护后即可安装风机。
值得注意的是，在吊装预制混凝土承台前应当完成对安装好的基桩的混凝土进行养护。
参见图3，基桩与承台采用直埋式连接方案，桩芯混凝土内设钢筋笼（桩芯钢筋笼），承台就位调平后，浇筑承台内混凝土，各桩基与承台通过后浇混凝土现浇为一整体，要求混凝土应一次浇筑成型，同时桩顶填芯混凝土（桩芯混凝土）内设置的钢筋笼（桩芯钢筋笼）增强了基桩与承台之间的连接锚固，实现基桩与承台刚性连接。
按照《港口工程桩基规范》（JTS167-4-2012）的要求，钢管桩伸入承台1倍以上桩径。
伸入预制混凝土承台内的管桩7的桩顶的主筋如图7所示为喇叭形，主筋与竖直方向的夹角为30°～45°。
在主筋为光圆钢筋（设弯钩）时，锚入预制混凝土承台内的主筋的长度大或等于钢筋直径的30倍；在主筋为带肋钢筋（不设弯钩）时，锚入预制混凝土承台内的主筋的长度大或等于钢筋直径的35倍。
当桩中距a≤3d时，d为管桩7直径，预制混凝土承台的受力钢筋均匀布置于预制混凝土承台的全宽度（是指预制混凝土承台的整个平面范围内）内；当桩中距a＞3d时，预制混凝土承台的受力钢筋均匀布置于距桩中心1.5d范围内，在此范围以外应布置配筋率不小于0.1%的构造钢筋。
依据以上的管桩7与承台（预制混凝土承台）连接要求，在标高在-20m（泥面以下3m高度向上至承台底部的高度，这里的-20m仅为一具体例举）以上范围的钢管桩（选用钢管桩为基桩）内灌注C30混凝土，钢管桩深入预制混凝土承台内1.75m，承台底部处基桩距离承台侧端距离为900mm>0.4d=0.4×1500=600mm，满足构造要求。
桩芯混凝土段13的高度h≥1.5d=1.5×1500mm=2250mm，满足连接构造要求。l=1750mm>d，满足连接构造要求，l0=920mm>35ds=875mm，满足连接构造要求。其中d为桩径；l0为桩芯纵向钢筋伸出桩顶的长度即外延混凝土段14的高度；l为桩伸入桩帽或横梁的长度即过渡段15的高度，ds为钢筋直径。
综上所述，不难看出装配式多桩基础方案利用陆上预制混凝土承台（预制混凝土承台套箱），代替了传统的钢套箱。预制混凝土承台既是混凝土模板，同时又是重要的承载结构。装配式的多桩基础施工方案与目前海上风电机组中使用的多桩基础（高桩承台基础）施工方案相比，省去了海上支模和拆模工序，同时可以将大量的海上现场钢筋绑扎在陆上预制厂完成，大大提高了施工效率，节省了海上承台施工时间，同时降低了施工成本。同时还具有以下3个方面的优点：
（1）质量控制：砼套箱有很大一部分工作量都放在了陆地施工，可控程度高，不需要钢吊箱常规的水下混凝土封底、承台模板安装、吊箱拆除等工序，避开了水作业诸多的质量、安全风险，有利于质量控制；
（2）进度控制：传统的多桩基础海上施工流程主要包括钢管桩的安装、钢套箱支模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、钢套箱拆模，风机安装。装配式多桩基础采用预制混凝土套箱替代钢套箱，砼套箱整体吊装，支撑在基桩顶部，承台钢筋砼施工不需支拆模板，同时预制砼套箱内部钢筋绑扎主要在陆上预制厂完成。节省了钢筋绑扎时间，从而大大加快了海上施工速度。较传统多桩基础可缩短海上施工周期40%以上。混凝土套箱的陆上预制采用工厂化施工和管理，可批量生产，可以有效缩短施工时间，增加投入以加快施工进度的效果非常明显；
（3）安全控制：砼套箱预制和现场施工均是在无水状态下，简单容易控制，特别是在海洋气候环境、恶劣天气较多条件下，安全性高。
以上涉及的基础环6是指塔筒基础环，混凝土体1一般采用圆形混凝土体。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种预制混凝土承台的装配式多桩基础的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、完成基桩安装：在安装好的各管桩（7）内设置钢筋笼（12）且该钢筋笼（12）的上段部分置于管桩（7）外，再向该钢筋笼（12）内浇筑混凝土形成桩芯混凝土段（13）、延伸至管桩（7）顶部外的外延混凝土段（14）、位于桩芯混凝土段（13）与外延混凝土段（14）之间的过渡段（15），然后在该外延混凝土段（14）外及管桩（7）顶部套设桩帽（10），最后在该桩帽（10）的顶部垂直设置粗调平千斤顶（11）；
2）、吊装预制混凝土承台，使各管桩（7）对准每一预留桩窝孔（5）、每一连接钢梁（4）触压在每一粗调平千斤顶（11）上，约束预制混凝土承台，并通过调整各粗调平千斤顶（11）的行程实现对预制混凝土承台的粗调平；
3）、于预留基础环孔（2）内安装基础环（6），并通过设置在基础环（6）与预留基础环孔（2）的底面之间的基础环支撑调平架实现对基础环（6）的调平；
4）、基础环（6）的调平精度满足要求后，向预留基础环孔（2）、预留桩窝环孔（3）内浇筑混凝土，使得整个基桩与预制混凝土承台现浇为一整体，完成装配式多桩基础的承建；
该安装方法采用的预留基础环孔和桩窝环孔的预制混凝土承台，包括混凝土体（1），所述混凝土体（1）的顶面中心处设置有与该混凝土体（1）同轴的预留基础环孔（2），该混凝土体（1）的边缘处设置有穿透该混凝土体（1）的顶面和底面的预留桩窝环孔（3），该预留桩窝环孔（3）的内、外环面之间设置有多个沿周向布置的连接钢梁（4），相邻的连接钢梁（4）之间的预留桩窝环孔（3）部分形成预留桩窝孔（5）。
2.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述管桩（7）是钢管桩或钢管混凝土桩。
3.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述整个基桩与预制混凝土承台现浇为一整体时一次浇筑成型。
4.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述对预制混凝土承台的粗调平的调平误差小于5cm，对基础环（6）的调平误差小于5mm。
5.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述基础环支撑调平架包括底法兰（8）、设置在该底法兰（8）的底面和预留基础环孔（2）底面之间的多个垂直设置的微调千斤顶（9），且该多个微调千斤顶（9）沿周向均匀设置在底法兰（8）的下方，微调千斤顶（9）的顶部通过调整螺栓与底法兰（8）联接。
6.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于：所述管桩桩顶主筋的分布为喇叭形，主筋与竖直方向的夹角为30～45度；在主筋为光圆钢筋时，锚入预制混凝土承台内的主筋的长度大或等于钢筋直径的30倍；在主筋为带肋钢筋时，锚入预制混凝土承台内的主筋的长度大或等于钢筋直径的35倍。
7.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于，所述步骤2）的具体过程是：用浮吊将预制混凝土承台提起，使预制混凝土承台底部高于管桩桩顶1～1.5m，同时使预留桩窝孔（5）对准每根管桩后，匀速下放预制混凝土承台，待预制混凝土承台内的预埋连
接钢梁（4）触压到管桩桩顶的粗调平千斤顶后，测量人员立即用全站仪观测预制混凝土承台的偏位情况，随时将结果报给指挥人员，通过调节各桩桩顶处粗调平千斤顶的行程实现对预制混凝土承台的水平度的调整，并使调平误差小于5cm。
8.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于，吊装预制混凝土承台时，使各吊点同时受力，并应防止吊耳产生扭曲，吊绳与吊耳的水平面所成夹角大或等于45°。
9.如权利要求1所述的安装方法，其特征在于，向预留基础环孔（2）、预留桩窝环孔（3）内浇筑混凝土前，先凿毛预留基础环孔（2）和预留桩窝环孔（3）的内壁或预留基础环孔（2）和预留桩窝环孔（3）的内壁预留插筋，在混凝土浇筑时安排专人预埋测温管，测温管预埋时测温管与钢筋绑扎牢固，以免位移或损坏；测温管用塑料带罩好，绑扎牢固，然后分层浇筑混凝土，每层混凝土的厚度为400mm～500mm，浇筑混凝土时应连续浇筑，间歇时间不超过2.5h，并通过测温记录与保温覆盖措施使内外温差控制在25度以内，并应防止混凝土产生离析，使骨料粒径小于80mm的三级配混凝土自由下落高度不超过2m。
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