CN103938644A - 预留桩窝孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预留桩窝孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础安装方法，该预制混凝土承台的混凝土本体的顶面中心处浇筑有基础环，混凝土本体的底面对应对于基桩的位置处环形设置有多个预留桩窝孔，每个预留桩窝孔的顶部设置有穿透混凝土本体的顶面的灌浆孔道。通过陆上预制混凝土承台，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，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，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

预留桩窝孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础安装方法

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，涉及一种预制装配式多桩基础及其承建方法，该装配式多桩基础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，调平，海上浇筑大体积混凝土，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

本发明目的是提供一种预留桩窝孔的预制混凝土承台及基于该承台的装配式多桩基础安装方法，它是一种新型风力发电机组基础构造及其承建方法，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桩窝孔的预制混凝土承台，包括混凝土本体，其特殊之处在于，所述混凝土本体的顶面中心处浇筑有基础环，混凝土本体的底面对应对于基桩的位置处环形设置有多个预留桩窝孔，每个预留桩窝孔的顶部设置有穿透混凝土本体的顶面的灌浆孔道。

上述灌浆孔道为偏心环形孔道。

基于上述预制混凝土承台的装配式多桩基础的安装方法，包括以下步骤：

1）、完成各基桩安装，将各基桩桩头切平，使得各基桩桩顶处于同一水平面；

2）、在上述各基桩内设置钢筋笼且该钢筋笼的上段部分置于基桩外，再向该钢筋笼、基桩桩顶内浇筑混凝土，形成桩芯混凝土段、延伸至基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，然后在各基桩顶部搭建小平台，并于该小平台顶部垂直安装调平千斤顶（12）；

3）、吊装预制混凝土承台，使基桩桩顶插入预留桩窝孔内、调平千斤顶顶触在预制混凝土承台的底面上，完成预制混凝土承台的吊装；

4）、通过调平千斤顶实现对预制混凝土承台的调平；

5）、预制混凝土承台的调平精度满足要求后，经灌浆孔道向预留桩窝孔浇筑二期混凝土，使得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安装。

上述基桩是钢管桩或钢管混凝土桩。

上述桩芯混凝土段的高度h≥1.5d≥1.0m，d为基桩直径；所述基桩伸入桩帽内的长度l>d；外延混凝土段的高度l₀>35 d_s，d_s为钢筋直径； 

所述步骤3）中预制混凝土承台底部处的基桩距离预制混凝土承台的侧端的距离k>0.4d；基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应当一次浇筑成型。

上述基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为基桩直径，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范围内；

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3）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基桩桩顶1～1. 5 m左右，同时使预留桩窝孔对准每根基桩后，缓缓、匀速下放预制混凝土承台，使预制混凝土承台与调平千斤顶接触。

上述步骤4）的具体过程是：测量人员用激光水准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5mm。

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°。

向预留桩窝孔内浇筑混凝土前，先凿毛预留桩窝孔的内壁或在预留桩窝孔的内壁预留插筋，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是预留桩窝孔的预制混凝土承台轴向（竖直方向）剖面结构示意图。

图2是预留桩窝孔的预制混凝土承台横向剖面结构示意图。

图3是预留桩窝孔的预制混凝土承台吊装在基桩上并完成浇筑后的轴向（竖直方向）剖面示意图。

图4是完成安装后的基桩结构剖面图。 

图5基桩剖面示意图。

附图标记说明：1、混凝土本体；2、基础环；3、预留桩窝孔；4、灌浆孔道；5、基桩；6、圆柱；7、桩芯混凝土段；8、外延混凝土段；9、桩帽；10、钢筋笼；11、过渡段；12、调平千斤顶；13、小平台。

具体实施方式

图1所示为一种预留桩窝孔的预制混凝土承台，包括混凝土本体1，混凝土本体1的顶面中心处浇筑有基础环2（提前调平，使得基础环2的调平误差小于5mm，一般使用激光水准仪测平，此使用技术为本领域普遍技艺，此处不再赘述。），混凝土本体1的底面对应对于基桩5的位置处环形设置有多个预留桩窝孔3（均匀设置最佳），每个预留桩窝孔3的顶部设置有穿透混凝土本体1的顶面的灌浆孔道4；混凝土本体1的周向侧面上均匀设置有多个吊耳。

通过预留桩窝孔的预制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，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。

结合图2清晰可见，灌浆孔道4为偏心环形孔道，且在图2中，灌浆孔道4的环侧壁与因开孔道而在灌浆孔道4内形成的圆柱6的距离由混凝土本体1的外侧中心逐渐减小。

在利用该预制混凝土承台构建高耸构筑物基础，即基于该预制混凝土承台的装配式多桩基础的安装方法，包括以下步骤：

1）、完成各基桩5安装，将各基桩5桩头切平，使得各基桩5桩顶处于同一水平面；

2）、在上述各基桩5内设置钢筋笼10且该钢筋笼10的上段部分置于基桩5外，再向该钢筋笼10、基桩5桩顶内浇筑混凝土，形成桩芯混凝土段7、延伸至基桩5顶部外的外延混凝土段8、位于桩芯混凝土段7与外延混凝土段8之间的过渡段11，然后在各基桩5顶部搭建小平台13，并于该小平台13顶部垂直安装调平千斤顶12；

3）、吊装预制混凝土承台，使基桩5桩顶插入预留桩窝孔3内、调平千斤顶12顶触在预制混凝土承台的底面上，完成预制混凝土承台的吊装；

4）、通过调平千斤顶12实现对预制混凝土承台的调平；

5）、预制混凝土承台的调平精度满足要求后，经灌浆孔道4向预留桩窝孔3浇筑二期混凝土，使得基桩5与预制混凝土承台现浇为一整体，完成装配式多桩基础的安装，如图3所示。

这里选用钢管桩或钢管混凝土桩作为基桩5，图4所示为选用钢管桩作为基桩5，由该图可以看出，步骤2）中涉及的桩芯混凝土段7的高度h≥1.5d≥1.0m,d为基桩5的直径；基桩5伸入桩帽9内的长度l>d；外延混凝土段8的高度l₀>35 d_s，d_s为钢筋直径，d为基桩5的直径。

上述步骤3）中，预制混凝土承台底部处的基桩5距离预制混凝土承台的侧端的距离k>0.4d；基桩5深入预制混凝土承台底部的长度至少是100mm。

上述步骤3）的具体过程是：用1000 t浮吊将预制混凝土承台提起，使预制混凝土承台底部高于基桩5桩顶1～1. 5 m左右，同时使预留桩窝孔3对准每根基桩5后，缓缓、匀速下放预制混凝土承台，使各基桩5桩顶与预留桩窝孔3的顶面均完全接触。

接着实现对预制混凝土承台的调平即步骤4）：测量人员用激光水准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，通过调节各调平千斤顶12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5mm。

然后是浇筑预制混凝土承台内二期混凝土，即步骤5），而为了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，在步骤4）后、步骤5）前，即在向预留桩窝孔3内浇筑混凝土（二期混凝土）前，先凿毛预留桩窝孔3的内壁或在预留桩窝孔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，当内部温度与外部表面温度之差大于25度或出现温度异常时，及时通知技术部门采取措施。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。

还应当注意的是，在吊装预制混凝土承台时，应当使各吊点同时受力，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。

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养护。

参见图5，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》（JTS 167-4-2012）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基桩5的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（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为基桩5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范围（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。

依据以上的桩基（基桩）与承台（预制混凝土承台）连接要求，在标高在-20m以上范围的（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）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7的高度h≥1.5d=1.5×1500mm=2250mm，满足连接构造要求。l=1750 mm>d，满足连接构造要求，l₀=920mm>35 d_s=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8的高度）；l为桩伸入桩帽或横梁的长度（即过渡段11的高度），d_s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2是指塔筒基础环，混凝土本体1一般采用圆形的。 

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (13)

1.一种预留桩窝孔的预制混凝土承台，包括混凝土本体（1），其特征在于，所述混凝土本体（1）的顶面中心处浇筑有基础环（2），混凝土本体（1）的底面对应于基桩（5）的位置处环形设置有多个预留桩窝孔（3），每个预留桩窝孔（3）的顶部设置有穿透混凝土本体（1）的顶面的灌浆孔道（4）。

2.如权利要求1所述的预制混凝土承台，其特征在于：所述灌浆孔道（4）为偏心环形孔道。

3.基于权利要求1所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）、完成各基桩（5）安装，将各基桩（5）桩头切平，使得各基桩（5）桩顶处于同一水平面；

2）、在上述各基桩（5）内设置钢筋笼（10）且该钢筋笼（10）的上段部分置于基桩（5）外，再向该钢筋笼（10）、基桩（5）桩顶内浇筑混凝土，形成桩芯混凝土段（7）、延伸至基桩（5）顶部外的外延混凝土段（8）、位于桩芯混凝土段（7）与外延混凝土段（8）之间的过渡段（11），然后在各基桩（5）顶部搭建小平台（13），并于该小平台（13）顶部垂直安装调平千斤顶（12）；

3）、吊装预制混凝土承台，使基桩（5）桩顶插入预留桩窝孔（3）内、调平千斤顶（12）顶触在预制混凝土承台的底面上，完成预制混凝土承台的吊装；

4）、通过调平千斤顶（12）实现对预制混凝土承台的调平；

5）、预制混凝土承台的调平精度满足要求后，经灌浆孔道（4）向预留桩窝孔（3）浇筑二期混凝土，使得基桩（5）与预制混凝土承台现浇为一整体，完成装配式多桩基础的安装。

4.如权利要求3所述的安装方法，其特征在于：所述基桩（5）是钢管桩或钢管混凝土桩。

5.如权利要求3所述的安装方法，其特征在于：所述步骤2）中，桩芯混凝土段（7）的高度h≥1.5d≥1.0m,d为基桩（5）直径；所述基桩（5）伸入桩帽（9）内的长度l>d；外延混凝土段（8）的高度l₀>35d_s，d_s为钢筋直径。

6.如权利要求3所述的安装方法，其特征在于：所述步骤3）中，预制混凝土承台底部处的基桩（5）距离预制混凝土承台的侧端的距离k>0.4d；基桩（5 ）伸入预制混凝土承台底部的长度至少是100mm。

7.如权利要求3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应当一次浇筑成型。

8.如权利要求3所述的安装方法，其特征在于：所述基桩（5）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。

9.如权利要求3所述的安装方法，其特征在于：当桩中距a≤3d时，d为基桩（5）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范围内；

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。

10.如权利要求4所述的安装方法，其特征在于，所述步骤3）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基桩（5）桩顶1～1. 5 m，同时使预留桩窝孔（3）对准每根基桩（5）后，缓缓、匀速下放预制混凝土承台，使预制混凝土承台与调平千斤顶接触。

11.如权利要求3所述的安装方法，其特征在于，所述步骤4）的具体过程是：测量人员用激光水准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，通过调节各调平千斤顶（12）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5mm。

12.如权利要求3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°。

13.如权利要求3所述的安装方法，其特征在于，向预留桩窝孔（3）内浇筑混凝土前，先凿毛预留桩窝孔（3）的内壁或在预留桩窝孔（3）的内壁预留插筋，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。