CN105862902B - 钢‑混凝土嵌套复合筒基础结构及其施工设备和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢‑混凝土嵌套复合筒基础结构及其施工设备和施工方法。复合筒基础结构包括：底节风机塔筒(1)、钢筒(3)、现浇混凝土套筒(4)，底节风机塔筒(1)和钢筒(3)连接处均开设有长圆孔，紧固件(2)穿过长圆孔将底节风机塔筒(1)和钢筒(3)连接；钢筒(3)嵌固在现浇混凝土套筒(4)内。本发明结构设计合理，可以较小的用钢量、较小的混凝土用量、无需应对高地下水位、施工设备便捷经济、与上部结构连接调整便利等多项优点，可使粘性土高水位地基条件下的风机基础综合造价大大降低，施工过程对结构周围土体扰动小、经济便捷、质量可靠；其施工设备及方法可解决基础下沉就位垂直度偏差、钢结构防腐差等问题。

Description

钢-混凝土嵌套复合筒基础结构及其施工设备和施工方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及到一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构及其施工设备和施工方法。

背景技术

目前高地下水位粘性土地基上的风塔基础，传统方法采用多桩基础，工程量大，造价高，施工复杂，施工周期长，做承台仍要降低地下水层。

而现有的风塔钢结构单桩基础，其直径主要受上部塔筒直径控制，基础直径不能按设计意愿增加，所以只能增加基础埋深，导致基础施工难度增大、施工成本较高。目前匹配风塔单桩基础直径的沉桩设备主要采用大型特制的高频液压振动锤配合冲击锤一起使用，施工费用昂贵，振动锤施工对土体破坏较大，地基土需要较长恢复周期。另外，现有的单桩基础顶部依旧采取传统的L型法兰并且采用垫片的方式来调平。这种调平法不但调平的能力有限而且容易使得连接接触面不平整，导致工作时受到局部集中应力的作用。

发明内容

发明目的：本发明目的是针对上述现有风塔钢结构单桩基础直径增大受限、少量建设时施工造价高、地基土恢复周期长等问题，提供一种直径可不受上部塔筒限制、施工便捷、经济可靠、对结构周围地基土无较大影响的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构。本发明另一个目的是提供钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备及其施工方法。

技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构，它包括：底节风机塔筒、钢筒、现浇混凝土套筒，所述的底节风机塔筒和钢筒连接处均开设有长圆孔，紧固件穿过长圆孔将底节风机塔筒和钢筒连接；所述的钢筒嵌固在现浇混凝土套筒内。紧固件可选高强螺栓。

作为优选方案，以上所述的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构，钢筒底部压入自然土壤筒段内；现浇混凝土套筒在受力过程中可增加钢-混凝土嵌套复合筒直径作用，同时对钢筒起防腐蚀保护作用。

作为优选方案，以上钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备，它包括：导向钢桁架，用于固定导向钢桁架的定位钢桩，安装在导向钢桁架上的导向滑轮组，导向钢桁架上安装有可调节伸缩套管，可调节伸缩套管与导向滑轮组相连，导向钢桁架上安装有导向套筒。作为更加优选方案，所述的定位钢桩为3根，呈三角形布置。

作为优选方案，以上所述的一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备，导向滑轮组为2组，相互平行；每组为3个导向滑轮，3个导向滑轮竖直方向安装在导向钢桁架上。

一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

a、将多个筒节对接焊接成钢筒，将钢筒顶部的筒段和底部压入自然土壤筒段的筒段进行防腐处理；

b、采用地下连续墙挖槽机在预定施工位置形成泥浆护壁槽，在泥浆护壁槽外围采用定位钢桩)环向均布定位3个导向钢桁架,将钢筒通过导向钢桁架上的导向滑轮组缓缓导入泥浆护壁槽内，并通过可调节伸缩套管和导向套筒调整导向滑轮组的横向位置，保证钢筒就位过程的垂直度和空间位置；

c、当钢筒底部压入自然土壤筒段后，调节导向钢桁架上最底下的导向滑轮的横向位置，调整钢筒的垂直度，然后将混凝土浇捣管分别伸入钢筒内侧和外侧的泥浆护壁槽底部，浇筑混凝土，并在浇筑混凝土的同时，将泥浆从泥浆护壁槽的底部向顶部挤出，形成现浇混凝土套筒。

d、吊装底节风机塔筒，将底节风机塔筒连接至钢筒，钢筒与底节风机塔筒连接处开始有长圆孔，采用高强紧固件穿过长圆孔，将底节风机塔筒和钢筒连接，并通过长圆孔调整钢筒的水平度，完成钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工。

作为优选方案，以上所述的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工方法，步骤a中将筒节的个数为2～8个，厚度范围为2～6cm。

所述的高强紧固件可优选高强螺栓。

有益效果：本发明与现有技术相比，其优点在于：

本发明提供的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构及其施工设备，结构设计合理，可以较小的用钢量、较小的混凝土用量、无需应对高地下水位、施工设备便捷经济、与上部结构连接调整便利等多项优点，可使粘性土高水位地基条件下的风机基础综合造价大大降低，施工过程对结构周围土体扰动小、经济便捷、质量可靠。

本发明提供的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工方法，操作方便，施工便捷、经济性好、精度高、工作效率高，节省大量的成本，施工质量高。

附图说明

图1为本发明钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的纵向剖面结构示意图；

图2为图1中沿A-A方向的剖面结构示意图；

图3图1中沿B-B方向的剖面结构示意图；

图4为本发明钢-混凝土嵌套复合筒基础结构施工过程的结构示意图；

图5为图4中沿C-C方向的剖面结构示意图；

图6为图4中D部位放大的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1至图3所示，一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构，它包括：底节风机塔筒1、钢筒3、现浇混凝土套筒4，所述的底节风机塔筒1和钢筒3连接处均开设有长圆孔，高强紧固件2穿过长圆孔将底节风机塔筒1和钢筒3连接；所述的钢筒3嵌固在现浇混凝土套筒4内。钢筒3底部压入自然土壤筒段5内；现浇混凝土套筒4在受力过程中可增加钢-混凝土嵌套复合筒直径作用，同时对钢筒3起防腐蚀保护作用。

如图2所示，本发明通过大量实验研究，考虑到复合筒基础结构周围地表附近粘性土承载能力差，但受力大，本发明中现浇混凝土套筒4在埋深较浅范围内直径较大，起到增加结构直径、减小地基土单位面积受力、减小设计埋深的作用。

如图3所示，考虑到结构周围埋深较深处地基土承载能力强，本发明中现浇混凝土套筒4在埋深较深范围内直径缩小，可减少混凝土用量。

本发明通过在钢筒3内、外侧嵌套现浇混凝土结构，可达到增大结构直径、较小地基土单位面积受力、减小设计埋深的作用，提高地基土抗倾覆效率，节省结构材料用量；充分考虑高耸结构基础受力特点，将钢筒3结构进行变厚度优化，进一步节约钢材用量，同时混凝土套筒对钢筒起到防腐蚀保护作用。

如图4至图6所示，一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备，它包括：导向钢桁架6，用于固定导向钢桁架6的定位钢桩9，安装在导向钢桁架6上的导向滑轮组7，导向钢桁架6上安装有可调节伸缩套管8，可调节伸缩套管8与导向滑轮组7相连，导向钢桁架6上安装有导向套筒10。其中导向滑轮组7为2组，相互平行，每组有3个导向滑轮，3个导向滑轮竖直方向安装在导向钢桁架6上。所述的定位钢桩9为3个，呈三角形布置。

本发明的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构，通过底节风机塔筒1和钢筒3连接处采用长圆孔来微调塔架的垂直度，修正复合筒基础结构允许范围内的倾斜，复合筒基础结构和风电机塔身采用高强螺栓双剪拼接，无焊缝，抗疲劳性好且简化结构。

实施例2

如图4至图6所示，一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工方法，其包括以下步骤：

a、将多个筒节对接焊接成钢筒3，将钢筒3顶部的筒段和底部压入自然土壤筒段5的筒段进行防腐处理；

b、采用地下连续墙挖槽机在预定施工位置形成泥浆护壁槽11，在泥浆护壁槽11外围采用定位钢桩9环向均布定位3个导向钢桁架6,将钢筒3通过导向钢桁架6上的导向滑轮组7缓缓导入泥浆护壁槽11内，并通过可调节伸缩套管8和导向套筒10调整导向滑轮组7的横向位置，保证钢筒3就位过程的垂直度和空间位置；

c、当钢筒3底部压入自然土壤筒段5后，调节导向钢桁架6上最底下的导向滑轮的横向位置，调整钢筒3的垂直度，然后将混凝土浇捣管分别伸入钢筒3内侧和外侧的泥浆护壁槽11底部，浇筑混凝土，并在浇筑混凝土的同时，将泥浆从泥浆护壁槽11的底部向顶部挤出，形成现浇混凝土套筒4。

d、吊装底节风机塔筒1，将底节风机塔筒1连接至钢筒3，钢筒3与底节风机塔筒1连接处开始有长圆孔，采用高强紧固件2穿过长圆孔，将底节风机塔筒1和钢筒3连接，并通过长圆孔调整钢筒3的水平度，完成钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备，其特征在于，它包括：导向钢桁架(6)，用于固定导向钢桁架(6)的定位钢桩(9)，安装在导向钢桁架(6)上的导向滑轮组(7)，导向钢桁架(6)上安装有可调节伸缩套管(8)，可调节伸缩套管(8)与导向滑轮组(7)相连，导向钢桁架(6)上安装有导向套筒(10)；

所述的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构包括：底节风机塔筒(1)、钢筒(3)、现浇混凝土套筒(4)，所述的底节风机塔筒(1)和钢筒(3)连接处均开设有长圆孔，紧固件(2)穿过长圆孔将底节风机塔筒(1)和钢筒(3)连接；所述的钢筒(3)嵌固在现浇混凝土套筒(4)内。

2.根据权利要求1所述的一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备，其特征在于，导向滑轮组(7)为2组，相互平行；每组为3个导向滑轮，竖直方向安装在导向钢桁架(6)上。

3.根据权利要求1所述的一种钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备，其特征在于，所述的定位钢桩(9)为3个，呈三角形布置。

4.权利要求1所述的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备的施工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

a、将多个筒节对接焊接成钢筒(3)，将钢筒(3)顶部的筒段和底部压入自然土壤筒段(5)的筒段进行防腐处理；

b、采用地下连续墙挖槽机在预定施工位置形成泥浆护壁槽(11)，在泥浆护壁槽(11)外围采用定位钢桩(9)环向均布定位3个导向钢桁架(6),将钢筒(3)通过导向钢桁架(6)上的导向滑轮组(7)缓缓导入泥浆护壁槽(11)内，并通过可调节伸缩套管(8)和导向套筒(10)调整导向滑轮组(7)的横向位置，保证钢筒(3)就位过程的垂直度和空间位置；

c、当钢筒(3)底部压入自然土壤筒段(5)后，调节导向钢桁架(6)上最底下的导向滑轮的横向位置，调整钢筒(3)的垂直度，然后将混凝土浇捣管分别伸入钢筒(3)内侧和外侧的泥浆护壁槽(11)底部，浇筑混凝土，并在浇筑混凝土的同时，将泥浆从泥浆护壁槽(11)的底部向顶部挤出，形成现浇混凝土套筒(4)；

d、吊装底节风机塔筒(1)，将底节风机塔筒(1)连接至钢筒(3)，钢筒(3)与底节风机塔筒(1)连接处开始有长圆孔，采用紧固件(2)穿过长圆孔，将底节风机塔筒(1)和钢筒(3)连接，并通过长圆孔调整钢筒(3)的水平度，完成钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工。

5.根据权利要求4所述的钢-混凝土嵌套复合筒基础结构的施工设备的施工方法，其特征在于，步骤a中将筒节的个数为2～8个，厚度范围为2～6cm。