CN106049520A - 海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，包括如下步骤：(a)将具有混凝土基底(10)的海上支撑结构(1)安装在要设置的海床；(b)将钢管桩插入至混凝土基底的插入孔，并截断钢管桩；(c)设置用于密封混凝土基底的插入孔上面的铸模；(d)将水泥浆注入至紧贴插入于贯通铸模上下部的水泥浆注入口的注入管；(e)水泥浆循环并填充至混凝土基底的插入孔内侧面与所插入的钢管桩的外周面之间的分隔空间，所述水泥浆通过紧贴插入于贯通铸模上下部的水泥浆排出口的排出管排出时，中断注入水泥浆；(f)对填充至混凝土基底的水泥浆养护处理，以结合混凝土基底和钢管桩；及(g)将所述铸模从钢管桩桩承台分离。

Description

海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法

技术领域

本发明涉及海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，更具体地涉及一种海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，用水泥浆对海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间进行结合时，运用具有电磁铁的铸模，可装卸于钢管桩桩承台，由此，在水中对混凝土基底和钢管桩之间填充水泥浆和对于设置钢管桩提供施工的便利，并且，能够获得支撑结构的稳定性。

背景技术

一般而言，风力发电、潮汐发电等作为新再生能源，资源丰富并不断再生，分布在广范围地区，而且绿色环保，并且，作为不存在因生产电力而排出温室气体等，及应对化石能源的枯竭的替代能源而备受关注。

尤其，因风力发电受风力资源量、美观、场地制约等问题，当前趋势为在海上建设大规模的风电场。

海上风力发电结构大体分为涡轮机和支撑结构即基底，基底代表性地以分为四种而进行说明。

具体地，混凝土沉箱式(Concrete caisson type)为容易通过重力方式制造及设置，初期，作为使用于海上风力发电场的形式，能够在较浅的水深中使用，并且通过自身重量和海床的摩擦力而保持位置。

单桩式(Mono pile type)为当前最广泛使用的海上风力发电基底方式，能够设置在25～30m的水深中，以在海床对灌注桩进行打桩或钻孔固定的方式，使用在大单位场地时更具经济性。

套管式(Jacket type)为能够设置在水深20～80m，通过管套式结构支撑，通过木桩固定在海底的方式。为深水海洋结构，更具实用性且信任度高，与单桩式相同，使用在大单位场地时更具经济性。

其它浮台平台式(Floating type)正在开发研究中。

另外，最近海上风力发电因风力能源的庞大的保有量和无限的能源运用的可能性而受到广泛关注，并且，海上风力发电的市场前景也越走越宽广，随着海上风力发电的输出能源增加，发电机塔及发动机舱的大小也变大，用于支撑的支撑结构的大小也逐渐变大。海上风力发电支撑结构与陆上风力发电支撑结构不同，因设置在海上，受波浪、潮汐及风等产生的外力较大的影响，海上风力支撑结构的大小越大，作用在支撑结构的波浪作用力增加，由此，存在减小支撑结构的稳定性的问题。

另外，现有技术即韩国公开专利第10-2013-0047950号(2013.05.09.)为海上风力发电机的支撑结构的设置方法，其特征在于，包括如下步骤：下部支撑结构固定步骤，将由内部中空的多个中空式下部支撑部件构成的下部支撑结构固定在海床；中间支撑结构连接步骤，将由多个中空式引导部件构成的中间支撑结构的中空式引导部件分别与各个所述中空式下部支撑部件插入对准，而连接所述下部支撑结构和所述中间支撑结构；及上部支撑结构设置步骤，将供用于发电的设备搭载于上部的上部支撑结构的下部和所述中间支撑结构的上部连接，还包括多个钢管桩，在进行所述下部支撑结构和所述中间支撑结构的插入对准连接作业时，通过水泥浆浇筑作业完善两结构之间，并且，所述下部支撑结构贯通各个所述中空式下部支撑部件的中空部分，而插入至海床，由此，将所述下部支撑结构固定在海床，为了连接下部支撑结构和钢管桩及中间支撑结构，而进行打桩作业，但存在如下问题，在该海底的支撑结构的设置作业需要更多的时间，并因与海水的接触而在施工上形成更大的困难，并且，支撑结构的稳定性也存在问题。

现有专利文献

专利文献

韩国公开专利公告第10-2013-0047950号(公开日：2013.05.09.)，发明名称：“海上风力发电机的支撑结构及其设置方法”。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明是为了解决如上所述问题而研发，本发明的目的为提供一种海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，用水泥浆对海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间进行结合时，运用具有电磁铁的铸模，可装卸于钢管桩桩承台，由此，在水中对混凝土基底和钢管桩之间填充水泥浆及对设置钢管桩施工提供便利，并能够获得支撑结构的稳定性。

本发明的另一目的为提供一种海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，在用水泥浆对海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间进行结合时，防止在水中泄露水泥浆而造成水污染，并将海水混入水泥浆内的程度达到最小化，能够更坚固地结合混凝土基底和钢管桩。

(二)技术方案

为了实现如上所述目的，本发明的特征在于，包括如下步骤：(a)将具有混凝土基底的海上支撑结构安装在要设置的海床；(b)将钢管桩插入至混凝土基底的插入孔，并通过打桩而贯入直至海底的岩石，然后，在与混凝土基底的上面水平相同的水平或一定高度以上的水平上截断钢管桩；(c)设置用于密封混凝土基底的插入孔上面的铸模，以使注入及养护用于混凝土基底和钢管桩之间的结合的水泥浆；(d)将水泥浆注入至紧贴插入于贯通铸模上下部的水泥浆注入口的注入管；(e)水泥浆循环并填充至混凝土基底的插入孔内侧面与所插入的钢管桩的外周面之间的分隔空间，所述水泥浆通过紧贴插入于贯通铸模上下部的水泥浆排出口的排出管排出时，中断注入水泥浆；(f)对填充至混凝土基底的插入孔内侧面与所插入的钢管桩的外周面之间的分隔空间的水泥浆养护处理，以结合混凝土基底和钢管桩；及(g)当水泥浆的养护处理结束时，将所述铸模从钢管桩桩承台分离。

并且，本发明的特征在于，钢管裸露结合于所述混凝土基底并填筑至混凝土基底，其中，所述钢管在供插入钢管桩的混凝土基底的插入孔内侧面形成突起形状的肋片，并且，所述钢管借助支柱而与混凝土基底内的主筋结合。

并且，本发明的特征在于，进行钢管桩的截断作业之后，为了防止因注入水泥浆使得钢管桩内部填充水泥浆，在钢管桩上端设置钢材盖子，或将钢管桩上部封闭为钢材遮断板形状。

并且，本发明的特征在于，所述铸模的材质为钢材或混凝土的重量物，防止在水中受到浮力的影响。

并且，本发明的特征在于，在铸模的下面内部侧以圆周形状或格子形状固定设置由PVC管包裹的电磁线圈，以使铸模可装卸于钢管桩桩承台，当电磁线圈发生磁化时，附着于钢管桩桩承台，而使得铸模固定，未发生磁化时，从钢管桩桩承台分离，而使得铸模的解除。

并且，本发明的特征在于，排出的水泥浆，通过所述铸模的水泥浆注入口开始注入水泥浆，借助注入的水泥浆的压力，初期仅海水上升至水泥浆排出口，逐渐水泥浆填充至混凝土基底的插入孔内侧面与所插入的钢管桩的外周面之间的分隔空间及供安放混凝土基底的疏松岩性层即粗骨土的一部分空隙，而使得水泥浆和海水或供安放混凝土基底的疏松岩性层的粗骨土混合上升，之后，水泥浆全部填充至混凝土基底的插入孔内侧面与所插入的钢管桩的外周面之间的分隔空间时，上升至水泥浆排出口。

另外，本发明的特征在于，在铸模下端边缘附着有缓冲器，而防止注入的水泥浆泄漏而造成水污染。

最后，本发明的特征在于，在铸模的内侧面(下面及侧面)预先涂覆润滑脂，或附着乙烯薄膜。

(三)有益效果

综上所述，本发明的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法具有如下效果，在通过水泥浆对海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间进行结合时，运用具有电磁铁的铸模，能够在钢管桩桩承台装卸，由此，在水中填充混凝土基底和钢管桩之间水泥浆及在钢管桩设置施工上提供便利，并且，能够获得支撑结构的稳定性，另外，防止因在水中泄漏水泥浆而发生水污染，将在水泥浆内混入海水的程度达到最小化，而且，能够使得更坚固地结合混凝土基底和钢管桩。

附图说明

图1为显示本发明的结合钢管桩的海上支撑结构的剖视图；

图2a至2g为按步骤依次显示本发明的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法的附图；

图3为本发明的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法的流程图。

附图标记说明

1:支撑结构 10:混凝土基底

11:插入孔 12:钢管

13:肋片 14:支柱

15:主筋 20:钢管桩

21:盖子 30:水泥浆

40:铸模 41:电磁铁

42:注入口 43:排出口

44:注入管 45:排出管

46:电线 47:PVC管

48:缓冲器 49:润滑脂

50:驳船

具体实施方式

参照附图对所述构成的本发明的优选实施例作如下说明。附图及其说明是为了便于本领域技术人员理解本发明而进行例示，并且，应当理解，并非用于限定本发明的思想及范围。

图1为显示本发明的结合钢管桩的海上支撑结构的剖视图，图2a至2g为按步骤依次显示本发明的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法的附图，图3为本发明的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法的流程图。

本发明涉及在海底将钢管桩20结合于海上支撑结构1的混凝土基底10的方法，基本而言，钢管12裸露结合于所述混凝土基底10并填筑至混凝土基底10，其中，所述钢管12在供插入钢管桩20的混凝土基底10的插入孔11内侧面形成突起形状的肋片13，并且，所述钢管12借助支柱(strut，14)而与混凝土基底(10)内的主筋(15)结合，在钢管桩(20)插入混凝土基底(10)的插入孔(11)的状态下，借助打桩而贯入海底的坚硬的岩石。

在此，在供形成所述钢管桩(20)和混凝土基底(10)的插入孔(11)内侧面的肋片(13)的钢管(12)之间填充水泥浆(grout，30)，以用于钢管桩20和混凝土基底10之间的结合，但，为了进行打桩作业，需要设置在混凝土基底10的插入孔11上面的铸模40，并且，该铸模40在水中不受浮力影响，并且，具有电磁铁41，以使可装卸于钢管桩20。并且，通过铸模40，为了注入及排出水泥浆30，在所述铸模40分别需要作为水泥浆注入口42和排出口43的孔(hole)。

作为参考，本发明运用的支撑结构1为通过混合式(hybrid)而作为材料方面，包括钢材(钢管桩20)和混凝土(混凝土基底10)，并在形式上为混合重力式基底(混凝土基底10)和桩基底(钢管桩20)的形式。

下面，按步骤对本发明的海上支撑结构1的混凝土基底10和钢管桩20之间的结合方法与必须结构要素一起进行具体地说明(图3)。

首先，如图1及图2a所示，将具有混凝土基底10的海上支撑结构1设于要设置的海床S10。在此，将海上支撑结构1搭载至驳船50并利用海上吊车(未图示)而安装在海床。另外，为了将风塔等结构垂直设置于海上支撑结构1上部，必须水平安装混凝土基底10，为此，也主要需要粗骨土等疏松岩性层的海床的平坦化作业。

并且，钢管12裸露结合于所述混凝土基底10并填筑至混凝土基底10，其中，所述钢管12在供插入下面所述的钢管桩20的混凝土基底10的插入孔11内侧面形成突起形状的肋片13，并且，所述钢管12借助支柱(strut，14)而与混凝土基底10内的主筋15结合。即，在陆上制造所述混凝土基底10时，在形成有所述肋片13的钢管12借助支柱14与主筋15结合的状态下，完成混凝土浇筑。

下面，如图2b所示，将钢管桩20插入至混凝土基底10的插入孔11，借助打桩，贯入直至海底的岩石之后，在与混凝土基底10的上面水平线相同的水平或一定高度以上的水平上截断钢管桩20(S20)。在此，钢管桩20的插入及打桩作业也在海上的驳船50进行，并且，必须根据直至海床的水深或直至海底岩石的深度进行钢管桩20之间的焊接。并且，混凝土基底10的插入孔11内侧面与所插入的钢管桩20的外周面必须分隔一定程度，以使注入用于对混凝土基底10和钢管桩20两者之间进行结合的水泥浆30，为了插入及截断钢管桩20，必须与水中的潜水员合作。

另外，在进行钢管桩20的所述截断作业之后，为了防止因下面所述的注入水泥浆30使得钢管桩20内部填充水泥浆30，在钢管桩20上端设置钢材盖子21，或将钢管桩20上部封闭为钢材截断板形状。

之后，如图2c所示，设置用于密封混凝土基底10的插入孔11上面的铸模40，以使注入用于对混凝土基底10和钢管桩20之间进行结合的水泥浆30并养护处理S30。铸模设置也在海上驳船连接至电线46而进行作业，并且投入潜水员，以使设定正确的铸模40位置。

在此，所述铸模40的材质必须为钢材或混凝土等重量物，防止在水中受到浮力的影响，为了通过铸模40注入或排出水泥浆30，而以在铸模40内部形成能够贯通铸模40上下部的方式形成水泥浆注入口42和排出口43，在铸模40的下面内部侧以圆周形状或格子形状固定设置由PVC管47包裹的电磁线圈41，以使铸模可装卸于钢管桩20桩承台。因在水中，电磁线圈41与海水接触时发生危险，用PVC管47包裹电磁铁线圈41，以使尽可能不发生因电磁铁线圈41的磁力对钢管桩20桩承台造成影响而发生触电的危险，由PVC管47包裹的电磁线圈41也贯通铸模40，而延伸至海上驳船50，根据在海上驳船50是否为电流而发生磁化时，附着于钢管桩20桩承台而固定铸模40，为未磁化的状态时，从钢管桩20桩承台分离而能够对铸模40解除。

下面，如图2d及图2e所示，将水泥浆30注入至紧密插入至贯通铸模40上下部的水泥浆注入口42的注入管44(S40)，水泥浆30被循环并填充至混凝土基底10的插入孔11内侧面与所插入的钢管桩20的外周面之间的分隔空间，通过紧密插入至贯通铸模40上下部的水泥浆排出口43的排出管45而排出所述水泥浆30时，中断注入水泥浆30(S50)。在此，所述注入管44和排出管45延伸至海上驳船50，水泥浆30注入作业在海上驳船50进行。

换言之，通过所述铸模40的水泥浆注入口42，开始注入水泥浆30，因注入的水泥浆30的压力，初期仅海水上升至水泥浆排出口43，逐渐水泥浆30填充至混凝土基底10的插入孔11内侧面与所插入的钢管桩20的外周面之间的分隔空间及主要供安装混凝土基底10的疏松性岩层的粗骨土等局部空隙，而使得水泥浆30和海水或主要供安装混凝土基底10的疏松性岩层的粗骨土等混合上升，之后，水泥浆30全部填充至混凝土基底10的插入孔11内侧面与所插入的钢管桩20的外周面之间的分隔空间时，正常的水泥浆30上升至排出口43，此时，能够观察到混凝土基底10的插入孔11内侧面与所插入的钢管桩20的外周面之间的分隔空间全部由水泥浆30填充满。因此，能够解决必须在水中填充水泥浆30的繁琐的施工上的问题。

即，当前，在海上对钢管桩打桩时，在钢管桩的上端上升至海水面上的状态下，环绕钢管桩，并与钢管桩分隔一定程度，将水泥浆也直接从海上的驳船注入至其上端上升至海水面上的引导钢管和钢管桩之间，而进行养护处理之后，因必须在水中的支撑结构的基底上面必须截断填充养护完成的水泥浆的状态的引导钢管和钢管桩，由此，施工上非常繁琐，另外还存在如下问题，需要引导钢管，水深较深时，引导钢管的连接作业也很困难。

另外，设置所述铸模40，以用于密封混凝土基底10的插入孔11上面，但因在混凝土基底10上面和铸模40的侧面下端之间产生缝隙，由此，在铸模40下端边缘附着有缓冲器48，而防止注入的水泥浆30泄漏而造成水污染。

之后，如图2f所示，对填充至混凝土基底10的插入孔11内侧面与所插入的钢管桩20的外周面之间的分隔空间的水泥浆30进行养护处理，以结合混凝土基底10和钢管桩20(S60)。

在此，如上所述，在混凝土基底10的插入孔11内侧面裸露结合形成有突起形状的肋片13的钢管12，所述钢管12借助支柱14而与混凝土基底10内的主筋15结合，由此，增加水泥浆30与突起形状的肋片13之间的摩擦力及传输力，混凝土基底10和钢管桩20能够更坚固地结合。

最后，如图2g所示，完成水泥浆30的养护时，将所述铸模40从钢管桩20桩承台分离S70。在此过程中，切断供给至电磁线圈41的电流时，因电磁线圈41为未发生磁化的状态，由此，能够将铸模40从钢管桩20桩承台分离。

并且，在铸模40的内侧面(下面及侧面)预先涂覆润滑脂(grease，49)或附着乙烯薄膜，在该铸模40的内侧面和钢管桩20桩承台之间填充水泥浆30时，也能够局部填充水泥浆30，由此，完成水泥浆30的养护处理之后，将铸模40从钢管桩20桩承台及水泥浆30上面分离时，容易分离铸模40，用于帮助钢管桩20桩承台整理。

因此，本发明通过水泥浆30对海上支撑结构1的混凝土基底10和钢管桩20之间进行结合时，运用具有电磁铁41的铸模40而可装卸于钢管桩20桩承台，对在水中填充混凝土基底10和钢管桩20之间的水泥浆30和在钢管桩20设置施工上提供便利，并试图得到支撑结构1的稳定性，为了防止在水中泄漏水泥浆30而造成水污染，将在水泥浆30内混入海水程度达到最小化，而且更坚固地结合混凝土基底10和钢管桩20。

Claims (8)

1.一种海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

包括如下步骤：

(a)将具有混凝土基底(10)的海上支撑结构(1)安装在要设置的海床；

(b)将钢管桩(20)插入至混凝土基底(10)的插入孔(11)，并通过打桩而贯入直至海底的岩石，然后，在与混凝土基底(10)的上面水平相同的水平或一定高度以上的水平上截断钢管桩(20)；

(c)设置用于密封混凝土基底(10)的插入孔(11)上面的铸模(40)，以使注入及养护用于混凝土基底(10)和钢管桩(20)之间的结合的水泥浆(30)；

(d)将水泥浆(30)注入至紧贴插入于贯通铸模(40)上下部的水泥浆注入口(42)的注入管(44)；

(e)水泥浆(30)循环并填充至混凝土基底(10)的插入孔(11)内侧面与所插入的钢管桩(20)的外周面之间的分隔空间，所述水泥浆(30)通过紧贴插入于贯通铸模(40)上下部的水泥浆排出口(43)的排出管(45)排出时，中断注入水泥浆(30)；

(f)对填充至混凝土基底(10)的插入孔(11)内侧面与所插入的钢管桩(20)的外周面之间的分隔空间的水泥浆(30)养护处理，以结合混凝土基底(10)和钢管桩(20)；及

(g)当水泥浆(30)的养护处理结束时，将所述铸模(40)从钢管桩(20)桩承台分离。

2.根据权利要求1所述的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

在所述步骤(a)中，钢管(12)裸露结合于所述混凝土基底(10)并填筑至混凝土基底(10)，其中，所述钢管(12)，在供插入钢管桩(20)的混凝土基底(10)的插入孔(11)内侧面形成突起形状的肋片(13)，并且，所述钢管(12)借助支柱(14)而与混凝土基底(10)内的主筋(15)结合。

3.根据权利要求1所述的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

在所述步骤(b)中，进行钢管桩(20)的截断作业之后，为了防止因注入水泥浆(30)使得钢管桩(20)内部填充水泥浆(30)，在钢管桩(20)上端设置钢材盖子(21)，或将钢管桩(20)上部封闭为钢材遮断板形状。

4.根据权利要求1所述的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

在所述步骤(c)中，所述铸模(40)的材质为钢材或混凝土的重量物，防止在水中受到浮力的影响。

5.根据权利要求1所述的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

在所述步骤(c)中，在铸模(40)的下面内部侧以圆周形状或格子形状固定设置由PVC管(47)包裹的电磁线圈(41)，以使铸模可装卸于钢管桩(20)桩承台，当电磁线圈(41)发生磁化时，附着于钢管桩(20)桩承台，而使得铸模(40)固定，未发生磁化时，从钢管桩(20)桩承台分离，而使得铸模(40)的解除。

6.根据权利要求1所述的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

在所述步骤(e)中，排出的水泥浆(30)，通过所述铸模(40)的水泥浆注入口(42)开始注入水泥浆(30)，借助注入的水泥浆(30)的压力，初期仅海水上升至水泥浆排出口(43)，逐渐水泥浆(30)填充至混凝土基底(10)的插入孔(11)内侧面与所插入的钢管桩(20)的外周面之间的分隔空间及供安放混凝土基底(10)的疏松岩性层即粗骨土的局部空隙，而使得水泥浆(30)和海水或供安放混凝土基底(10)的疏松岩性层的粗骨土混合上升，之后，水泥浆(30)全部填充至混凝土基底(10)的插入孔(11)内侧面与所插入的钢管桩(20)的外周面之间的分隔空间时，上升至水泥浆排出口(43)。

7.根据权利要求1所述的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

在所述步骤(c)中，在铸模(40)下端边缘附着有缓冲器(48)，而防止注入的水泥浆(30)泄漏而造成水污染。

8.根据权利要求1所述的海上支撑结构的混凝土基底和钢管桩之间的结合方法，其特征在于，

在所述步骤(c)中，在铸模(40)的内侧面(下面及侧面)预先涂敷润滑脂(49)或附着乙烯薄膜。