CN106381881A - 一种重力式单桩基础 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重力式单桩基础，包括桩体，其特点是：桩体上部设置重力式结构，重力式结构底部设有支柱，支柱上部设有贯通重力式结构的排水管。上述支柱为钢管支柱，钢管支柱均匀分布于重力式结构的底面上，钢管支柱表面具有耐腐蚀性镀膜。上述重力式结构包括采用钢筋混凝土材料制成的圆盘形，重力式结构由钢筋笼做框架，在钢筋笼表面具有耐腐蚀性镀膜，钢管支柱的上端直接埋置到所述重力式结构中，所述钢管支柱下端为入土部分。在重力式结构侧壁设有耐压容器，耐压容器内含倾角仪。可以提高单桩基础的整体稳定性、水平承载力、防波浪冲蚀和控制结构下沉的能力，安装简便，施工快捷。

Description

一种重力式单桩基础

技术领域

本发明属海洋钻井平台和海上风电场基础设施领域，具体涉及一种重力式单桩基础。

背景技术

随着海洋油气资源开采的加速发展和海上风能发电的日益崛起，海洋钻井平台和海上风电场的基础设计成为该领域的一项重要课题。单桩基础结构形式简单，受力明确，在具备打桩和起吊设备能力的前提下，施工速度快，在国内外风电场中所占比例达65%以上。

单桩基础结构一般包括两个部分：过渡连接段和桩基础，过渡连接段顶部与风机塔筒相连，底部与桩基础相连接，桩基础将过渡连接段传递的风机荷载以及自身受到的波浪荷载、水流荷载以及靠泊力和撞击力等传递到地基土中。单桩基础多采用大直径钢管桩，沉桩后在桩顶固定过渡连接段，然后，将风机塔筒安装其上。

目前，国内外使用的海上风机基础结构形式主要有：单桩基础、重力式基础、群桩基础、吸力式基础等等。其中桩基固定式结构包括单立柱、单立柱三桩结构、四腿导管架结构等。

单桩基础结构简单，安装方便，受力明确，施工速度快，其直径由荷载的大小确定，一般在3-5m左右。单桩基础适用于水深小于30m且海床较为坚硬的水域。但其稳定性较差，贯入深度较大。三脚架基础刚性和稳定性强，但其施工复杂，不易移动。四腿导管架基础结构刚度较大，技术成熟，但其耗材大，不易移动。

重力式基础结构为钢筋混凝土结构，靠自身重量和压载物的重量稳定坐落在海床上。基础结构简单，造价低，抗风暴和风浪袭击性能好，其稳定性和可靠性是所有基础中最好的。但是，由于其自重较大，基础结构会下沉。群桩基础一般采用多根小直径斜钢管来支撑上部承台结构，其有着很好的水平承载能力。但是现场施工安装时间较长，工作量大。

传统吸力式基础是一倒置桶形钢制结构，其不受水深限制，节省了大量钢材，且采用负压施工，施工方便、速度快。另外,吸力式基础可以很方便的拔出以二次利用。但是传统吸力式基础在施工安装过程中可能会由于负压控制不当而形成土塞，导致实际承载能力偏低；另外，在下沉过程中易发生倾斜，需频繁矫正。

随着深海油气资源开发和海洋风力发电的需要，传统海洋工程结构形式暴露了很多缺陷，如桩基础整体稳定性差、桩体周围海床土易冲蚀以及基础自重下沉等，这是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的上述问题，提供一种重力式单桩基础，可以提高单桩基础的整体稳定性、水平承载力、防波浪冲蚀和控制结构下沉的能力，安装简便，施工快捷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种重力式单桩基础，包括桩体，其特征在于，所述桩体上部设置重力式结构，所述重力式结构底部设有支柱，所述支柱上部设有贯通所述重力式结构的排水管。

对上述技术方案的改进：所述的支柱为钢管支柱，所述钢管支柱均匀分布于重力式结构的底面上，所述钢管支柱表面具有耐腐蚀性镀膜。

对上述技术方案的进一步改进：所述重力式结构包括采用钢筋混凝土材料制成的圆盘形，所述重力式结构由钢筋笼做框架，所述钢筋笼表面具有耐腐蚀性镀膜，所述钢管支柱的上端直接埋置到所述重力式结构中，所述钢管支柱下端为入土部分。所述钢管支柱长度根据海底地层情况设计，所述钢管支柱底端嵌固到较稳定的地层中，发挥桩端阻力。

对上述技术方案的进一步改进：所述重力式结构中间设置通孔，所述重力式结构套设在所述桩体的顶部。

对上述技术方案的进一步改进：所述桩体为圆形钢管，所述重力式结构中间的通孔为圆孔。

对上述技术方案的进一步改进：所述重力式结构中间的通孔大于所述桩体的外径，所述重力式结构与所述桩体间的孔隙通过灌浆连接。

对上述技术方案的进一步改进：所述排水管具有耐腐蚀性镀膜，所述排水管两端分别从所述重力式结构的上下两端面延伸出一定长度。

对上述技术方案的进一步改进：所述排水管为钢管，所述排水管的下部插入所述钢管支柱内部，所述排水管的下部与所述钢管支柱内侧壁焊接，所述排水管的上部直接埋置到所述重力式结构中，所述排水管的上端从所述重力式结构的上端面竖直伸出一定长度。

对上述技术方案的进一步改进：所述重力式结构侧壁设置耐压容器，所述耐压容器内部设有倾角仪，所述耐压容器周围设置框架，所述框架上端连接信号光缆，所述信号光缆与所述倾角仪连接，所述重力式结构的上面设置铁环。

对上述技术方案的进一步改进：所述的钢管支柱至少为4根且均匀分布于所述重力式结构底面上，所述铁环的数量与所述的钢管支柱的数量一致，所述铁环与所述钢管支柱的位置上下一一对应。

本发明与现有技术相比的优点和积极效果是：

本发明所提供的重力式单桩基础通过重力式结构和钢管支柱的设计增加了单桩基础的水平承载力和稳定性，降低了单桩基础周围海床土遭受波浪冲蚀以及由于自重较大，发生下沉的危害。重力式结构依靠自身重力并且增大了整个桩体与土体的接触面积，从而增加了摩阻力，使桩体的水平承载力显著提高。重力式结构又是独立设计的，可根据不同工程进行更换调，钢管支柱的数量以及尺寸按照工程需要合理设定。钢管支柱支撑重力式结构，可以防止重力式结构的下沉，并且增加了桩体的抗倾覆能力。重力式单桩基础通过排水管的设计，避免重力式结构下沉过程中产生负压，便于沉降。重力式单桩基础通过倾角仪和铁环的设计，较好的解决了重力式结构在安装过程中可能出现的倾斜问题，便于安装。本发明的重力式单桩基础安装简便，施工快捷。

附图说明

图1是本发明一种重力式单桩基础的立体结构示意图；

图2是本发明一种重力式单桩基础中重力式结构的示意图；

图3是本发明一种重力式单桩基础的主视图；

图4是本发明一种重力式单桩基础钢管支柱处的剖面结构示意图；

图5为本发明一种重力式单桩基础与现有技术的水平荷载-位移曲线对比图；

图6为本发明一种重力式单桩基础与单桩基础沿桩体水平位移的变化曲线。

图中：1-桩体；2-重力式结构；3-钢管支柱；4-排水管；5-耐压容器；6-倾角仪；7-铁环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1-图4，本发明一种重力式单桩基础的实施例，包括桩体1、重力式结构2、支柱3、排水管4，在桩体1上部设置重力式结构2，在重力式结构2的底部设置支柱。上述支柱为钢管支柱3，将钢管支柱3均匀分布于重力式结构2的底面上。在支柱3上部设有贯通重力式结构2的排水管4。

具体而言：上述的重力式结构2包括采用钢筋混凝土材料制成的圆盘形，重力式结构2由钢筋笼做框架，钢筋笼表面具有耐腐蚀性镀膜。将钢管支柱的3上端直接埋置到重力式结构2中，上述钢管支柱3下端为入土部分。所述钢管支柱长度根据海底地层情况设计，所述钢管支柱底端嵌固到较稳定的地层中，发挥桩端阻力。

上述重力式结构2中间设置通孔，将重力式结构套设在所述桩体的顶部。优选的，上述桩体1为圆形钢管，重力式结构2中间的通孔相应的设置为圆孔。重力式结构2中间的通孔大于桩体1的外径，重力式结构2与桩体1间的孔隙通过灌浆连接。

如图4所示，上述排水管4长度超过所述重力式结构2高度，排水管4具有耐腐蚀性镀膜，排水管4两端分别从重力式结构2的上下两端面延伸出一定长度。优选的，排水管4为钢管，将排水管4的下部插入钢管支柱3内部，且排水管4的下部与钢管支柱4内侧壁焊接，排水管4的上部直接埋置到重力式结构2中，排水管4的上端从重力式结构2的上端面竖直伸出一定长度。

在解决在安装过程中可能出现的倾斜问题，在重力式结构2的侧壁设置耐压容器5，耐压容器内部安放倾角仪6，在耐压容器4周围设置框架，在框架上端连接信号光缆，信号光缆与倾角仪6连接。在重力式结构的上面设置铁环7。上述钢管支柱3至少为4根且均匀分布于重力式结构2底面上，铁环7的数量与钢管支柱3的数量一致，铁环7与钢管支柱3的位置上下一一对应。

安装重力式单桩基础时，通过信号光缆可以将倾角仪6检测到的重力式单桩基础倾斜状态信号送出，可以及时监测到重力式结构2安装过程中出现的倾斜问题。浮吊通过吊索具连接重力式结构2上的各个铁环7，当重力式结构2在下沉过程中出现倾斜，可以及时通过吊索具进行调整。

图5为本发明一种重力式单桩基础与现有技术的水平荷载-位移曲线对比图，从图5中可以看出，在桩顶水平位移相同的情况下，本发明的重力式单桩基础的承载力较传统形式的重力式单桩基础提高了80%以上，在相同水平荷载条件下，本发明的桩顶水平位移较传统重力式单桩基础小。

图6为本发明一种重力式单桩基础与单桩基础沿桩体水平位移的变化曲线，从图6中可以看出，本发明的重力式单桩基础水平位移的零点相比传统的单桩基础水平位移零点位置高15m左右，在相同桩顶位移条件下，本发明桩身位移较单桩基础桩身位移小，因此，在相同荷载条件下，本发明重力式单桩桩体的水平位移会减小，即提高了桩的水平承载力。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种重力式单桩基础，包括桩体，其特征在于，所述桩体上部设置重力式结构，所述重力式结构底部设有支柱，所述支柱上部设有贯通所述重力式结构的排水管。

2.按照权利要求1所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述的支柱为钢管支柱，所述钢管支柱均匀分布于重力式结构的底面上，所述钢管支柱表面具有耐腐蚀性镀膜。

3.按照权利要求2所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述重力式结构包括采用钢筋混凝土材料制成的圆盘形，所述重力式结构由钢筋笼做框架，所述钢筋笼表面具有耐腐蚀性镀膜，所述钢管支柱的上端直接埋置到所述重力式结构中，所述钢管支柱下端为入土部分。

4.按照权利要求1-3任一项所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述重力式结构中间设置通孔，所述重力式结构套设在所述桩体的顶部。

5.按照权利要求4所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述桩体为圆形钢管，所述重力式结构中间的通孔为圆孔。

6.按照权利要求4所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述重力式结构中间的通孔大于所述桩体的外径，所述重力式结构与所述桩体间的孔隙通过灌浆连接。

7.按照权利要求1或2所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述排水管具有耐腐蚀性镀膜，所述排水管两端分别从所述重力式结构的上下两端面延伸出一定长度。

8.按照权利要求6所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述排水管为钢管，所述排水管的下部插入所述钢管支柱内部，所述排水管的下部与所述钢管支柱内侧壁焊接，所述排水管的上部直接埋置到所述重力式结构中，所述排水管的上端从所述重力式结构的上端面竖直伸出一定长度。

9.按照权利要求2或3所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述重力式结构侧壁设置耐压容器，所述耐压容器内部设有倾角仪，所述耐压容器周围设置框架，所述框架上端连接信号光缆，所述信号光缆与所述倾角仪连接，所述重力式结构的上面设置铁环。

10.按照权利要求9所述的重力式单桩基础，其特征在于，所述的钢管支柱至少为4根且均匀分布于所述重力式结构底面上，所述铁环的数量与所述的钢管支柱的数量一致，所述铁环与所述钢管支柱的位置上下一一对应。